向地下探索
——深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室

隨著經濟建設高速發展，全球范圍內淺部資源枯竭，開發深部成為必然。國防、交通、水利等行業地下工程規模和深度高速增長，深部地下空間成為世界發達國家正在開發中的國土資源。深部地應力增大、涌水量加大、地溫升高等地質環境愈加復雜，深部巖土體固-液-氣-溫耦合效應及與地下結構的相互作用導致了深部工程性質的強烈非線性和明顯時效性，突發性災害劇增。深部巖土力學的基礎理論與工程技術正面臨著前所未有的一系列特殊的、富有挑戰性的新領域和新課題。

深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室是依托中國礦業大學巖土工程、工程力學國家重點學科、防災減災工程及防護工程、地球探測與信息技術等省部級重點學科，在地下工程與結構、巖石力學與巖層控制等部級重點實驗室基礎上組建而成。2019年3月，在2018年工程領域和材料領域國家重點實驗室被科技部評估中實驗室評為工程領域良好類實驗室。

研究方向明確

深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室

深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室以創建闡述深部巖土介質特殊力學性質的理論創新體系和構建解決深部地下工程復雜穩定行為的技術創新體系為總目標，主要開展深部巖體力學與圍巖控制理論、深部土力學特性及其與地下工程結構相互作用、深厚表土人工凍結理論與工程應用基礎及深部復雜地質環境與工程效應4個方向的研究。

深部復雜地質環境與工程效應研究是指針對深部巖土體所處的特殊工程地質環境的形成和演化過程、深部環境中巖土體結構和物質組成、深部地下工程地質環境精細探測、深部巖體溫度場及熱害形成機理、地下工程建設與地質環境相互作用規律等方面的應用基礎研究。研究內容主要包括深部節理、裂隙發育與演化規律、應力波在深部裂隙巖體中的傳播理論、深部地下工程環境勘探理論和方法、深部地層熱物理學特性和三相耦合作用機理、深部地熱災害防治與綜合利用等。

深厚表土人工凍結理論與工程應用基礎則是指關于深厚表土層中的立井工程、深大基坑與隧道工程等人工地層凍結理論與工程應用基礎研究。其主要研究內容包括深部土體人工凍結過程、凍土物理性質及影響因素；凍土水、熱、力耦合理論及凍土力學特性；非均質、厚凍結壁穩定理論；人工凍結土體凍脹融沉機理與控制理論；深井凍結井壁結構與材料等。

深部土力學特性及與地下工程結構相互作用包括對深部土力學的基本性質、深部土與深部地下工程結構相互作用特性方面的理論和應用基礎研究。其研究內容主要包括深部土K0性質及與礦物、土性、結構、埋深等諸因素之間的關系；深厚土的土壓力理論、深部地下工程結構的荷載性質；開挖卸荷路徑下深部土的本構關系、強度性質、破壞特征以及時效特性等。

深部巖體力學與圍巖控制理論主要包括深部復雜條件下巖體力學性質以及巖體工程穩定的理論與關鍵技術研究，研究內容主要包括：軟巖體、破裂巖體、受采動及開挖影響的巖體力學性質以及破裂過程中的特殊演化性質；層理與節理巖體靜動力性質；深部裂隙巖體滲流與滲流災變特性，及其深部地下工程的穩定等。

研究實力深厚

實驗室現有大型儀器設備110臺/件，獲原“211工程”“985”優勢學科創新平臺建設項目8000多萬元專項資助，已初步構建了深部巖體力學特性及基本理論試驗系統，深部土、凍土力學性質及基本理論試驗系統，深部巖土工程物理模擬試驗系統，深部巖體工程原位檢測試驗系統，試驗研究測試分析系統，數值模擬與分析系統六大試驗研究系統，針對深部礦山建設工程和地下工程取得了包括巖土工程數字照相變形量測技術、高應力極破碎圍巖巷道錨注支護成套技術、特殊地層條件下井壁破裂機理與防治技術以及地層加固法治理井壁破裂災害技術在內的一系列技術成果。

其中，數字照相量測技術可理解為利用數碼相機、CCD攝像機、視頻顯微儀及其他照相設備等作為圖像采集手段，獲得觀測目標的數字圖像，然后，利用數字圖像處理與分析方法，對觀測目標進行變形分析或特征識別的一種現代量測新技術。它在材料變形及其破壞演變過程的全程觀測與宏、細觀力學特性研究方面都具有突出的優越性。此外，數字照相量測是一項通用性很強的現代非接觸量測新技術，近年來，在巖土、結構、采礦、橋隧、建筑、機械、林業及醫學工程等多學科的實驗力學研究領域中發展迅速且應用日漸廣泛，同時有著巨大的發展潛力和應用推廣空間。

高應力極破碎圍巖巷道錨注支護成套技術主要針對深井大松動圈極破碎軟巖巷道等變形量大，各種支護包括以U型鋼為主的可縮性金屬支架、砌碹支護、錨噴支護等技術都難以控制的難題。研究人員在研究錨注支護機理的基礎上，巧妙地將錨桿和注漿技術結合起來，研究開發了內注漿錨桿及成套的錨注支護技術，顯著提高了高應力極破碎圍巖的自穩能力及松散破碎圍巖的錨固性能，從而使圍巖變形量得以有效控制，為解決我國高應力極破碎圍巖巷道支護難題，開辟了新的途徑。該錨注支護技術已在安徽淮北、淮南、山東龍口、兗州、肥城、新汶、江蘇徐州、河南平頂山、永夏、河北峰峰、廣東曲仁、江西萍鄉等20余個礦區進行了進一步的深入研究和推廣應用，在錨注支護機理或技術上獲得了重要創新和重大突破，并先后獲得了原煤炭部、山東省、安徽省科技進步獎，并于2003年1月獲2002年度國家科技進步獎二等獎。

在關于特殊地層條件下井壁破裂機理與防治技術的研究中，研究人員開發研究了內層可縮凍結井壁結構。該種井壁結構成本低、易于施工且施工時間很短，可有效預防井壁破裂災害。另外，科研人員還開發出了新型的金屬結構井壁可縮裝置，該裝置不僅解決了卸壓槽可壓縮層在后期漏水的問題，還使卸壓槽的可壓縮率由30%左右提高到75%左右，大大地提高了治理效果。

地層加固法治理井壁破裂災害技術是科研人員在對注漿加固材料、注漿工藝、漿液擴散規律、注漿加固參數與井壁豎直附加力變化規律等幾方面開展深入的實驗與計算研究后取得的。該技術實現了不占用井筒治理井壁破裂災害，避免了開卸壓槽法因占用井筒可能影響礦井生產而造成的巨大經濟損失。

科研交流積極

在學術交流方面，實驗室與十幾個國家的幾十所高校和科研機構建立了學術交流和科技合作關系，每年出國進行學術交流和科技合作的教師達數十人次。先后成功舉辦了第四屆、第五屆國際采礦科學與技術大會、混凝土與結構新進展國際學術研討會，協辦多次國際、國內學術會議。先后有120余人次應邀赴美國、英國、波蘭、日本和中國香港等國家和地區訪問講學。同時，美國、英國、德國、法國、加拿大、波蘭、日本和中國香港、臺灣等國家和地區的專家學者100余人次來訪和開展合作研究，極大地促進了中外研究者在深部巖土力學與地下工程領域的交流，這些國內外學術交流和合作促進了實驗室科研水平的不斷提高。

深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室的建設理念是人本、學術、包容、規范。在未來，實驗室將繼續以深部復雜環境、巖體、巖石、深部土體、人工凍土體為系統研究對象，為我國資源開發事業做出不可替代的貢獻。