向地下探索
——深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)高速發(fā)展，全球范圍內(nèi)淺部資源枯竭，開(kāi)發(fā)深部成為必然。國(guó)防、交通、水利等行業(yè)地下工程規(guī)模和深度高速增長(zhǎng)，深部地下空間成為世界發(fā)達(dá)國(guó)家正在開(kāi)發(fā)中的國(guó)土資源。深部地應(yīng)力增大、涌水量加大、地溫升高等地質(zhì)環(huán)境愈加復(fù)雜，深部巖土體固-液-氣-溫耦合效應(yīng)及與地下結(jié)構(gòu)的相互作用導(dǎo)致了深部工程性質(zhì)的強(qiáng)烈非線性和明顯時(shí)效性，突發(fā)性災(zāi)害劇增。深部巖土力學(xué)的基礎(chǔ)理論與工程技術(shù)正面臨著前所未有的一系列特殊的、富有挑戰(zhàn)性的新領(lǐng)域和新課題。

深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是依托中國(guó)礦業(yè)大學(xué)巖土工程、工程力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科、防災(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)工程、地球探測(cè)與信息技術(shù)等省部級(jí)重點(diǎn)學(xué)科，在地下工程與結(jié)構(gòu)、巖石力學(xué)與巖層控制等部級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)上組建而成。2019年3月，在2018年工程領(lǐng)域和材料領(lǐng)域國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室被科技部評(píng)估中實(shí)驗(yàn)室評(píng)為工程領(lǐng)域良好類(lèi)實(shí)驗(yàn)室。

研究方向明確

深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以創(chuàng)建闡述深部巖土介質(zhì)特殊力學(xué)性質(zhì)的理論創(chuàng)新體系和構(gòu)建解決深部地下工程復(fù)雜穩(wěn)定行為的技術(shù)創(chuàng)新體系為總目標(biāo)，主要開(kāi)展深部巖體力學(xué)與圍巖控制理論、深部土力學(xué)特性及其與地下工程結(jié)構(gòu)相互作用、深厚表土人工凍結(jié)理論與工程應(yīng)用基礎(chǔ)及深部復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境與工程效應(yīng)4個(gè)方向的研究。

深部復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境與工程效應(yīng)研究是指針對(duì)深部巖土體所處的特殊工程地質(zhì)環(huán)境的形成和演化過(guò)程、深部環(huán)境中巖土體結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組成、深部地下工程地質(zhì)環(huán)境精細(xì)探測(cè)、深部巖體溫度場(chǎng)及熱害形成機(jī)理、地下工程建設(shè)與地質(zhì)環(huán)境相互作用規(guī)律等方面的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。研究?jī)?nèi)容主要包括深部節(jié)理、裂隙發(fā)育與演化規(guī)律、應(yīng)力波在深部裂隙巖體中的傳播理論、深部地下工程環(huán)境勘探理論和方法、深部地層熱物理學(xué)特性和三相耦合作用機(jī)理、深部地?zé)釣?zāi)害防治與綜合利用等。

深厚表土人工凍結(jié)理論與工程應(yīng)用基礎(chǔ)則是指關(guān)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(jié)理論與工程應(yīng)用基礎(chǔ)研究。其主要研究?jī)?nèi)容包括深部土體人工凍結(jié)過(guò)程、凍土物理性質(zhì)及影響因素；凍土水、熱、力耦合理論及凍土力學(xué)特性；非均質(zhì)、厚凍結(jié)壁穩(wěn)定理論；人工凍結(jié)土體凍脹融沉機(jī)理與控制理論；深井凍結(jié)井壁結(jié)構(gòu)與材料等。

深部土力學(xué)特性及與地下工程結(jié)構(gòu)相互作用包括對(duì)深部土力學(xué)的基本性質(zhì)、深部土與深部地下工程結(jié)構(gòu)相互作用特性方面的理論和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。其研究?jī)?nèi)容主要包括深部土K0性質(zhì)及與礦物、土性、結(jié)構(gòu)、埋深等諸因素之間的關(guān)系；深厚土的土壓力理論、深部地下工程結(jié)構(gòu)的荷載性質(zhì)；開(kāi)挖卸荷路徑下深部土的本構(gòu)關(guān)系、強(qiáng)度性質(zhì)、破壞特征以及時(shí)效特性等。

深部巖體力學(xué)與圍巖控制理論主要包括深部復(fù)雜條件下巖體力學(xué)性質(zhì)以及巖體工程穩(wěn)定的理論與關(guān)鍵技術(shù)研究，研究?jī)?nèi)容主要包括：軟巖體、破裂巖體、受采動(dòng)及開(kāi)挖影響的巖體力學(xué)性質(zhì)以及破裂過(guò)程中的特殊演化性質(zhì)；層理與節(jié)理巖體靜動(dòng)力性質(zhì)；深部裂隙巖體滲流與滲流災(zāi)變特性，及其深部地下工程的穩(wěn)定等。

研究實(shí)力深厚

實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有大型儀器設(shè)備110臺(tái)/件，獲原“211工程”“985”優(yōu)勢(shì)學(xué)科創(chuàng)新平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目8000多萬(wàn)元專(zhuān)項(xiàng)資助，已初步構(gòu)建了深部巖體力學(xué)特性及基本理論試驗(yàn)系統(tǒng)，深部土、凍土力學(xué)性質(zhì)及基本理論試驗(yàn)系統(tǒng)，深部巖土工程物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，深部巖體工程原位檢測(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)研究測(cè)試分析系統(tǒng)，數(shù)值模擬與分析系統(tǒng)六大試驗(yàn)研究系統(tǒng)，針對(duì)深部礦山建設(shè)工程和地下工程取得了包括巖土工程數(shù)字照相變形量測(cè)技術(shù)、高應(yīng)力極破碎圍巖巷道錨注支護(hù)成套技術(shù)、特殊地層條件下井壁破裂機(jī)理與防治技術(shù)以及地層加固法治理井壁破裂災(zāi)害技術(shù)在內(nèi)的一系列技術(shù)成果。

其中，數(shù)字照相量測(cè)技術(shù)可理解為利用數(shù)碼相機(jī)、CCD攝像機(jī)、視頻顯微儀及其他照相設(shè)備等作為圖像采集手段，獲得觀測(cè)目標(biāo)的數(shù)字圖像，然后，利用數(shù)字圖像處理與分析方法，對(duì)觀測(cè)目標(biāo)進(jìn)行變形分析或特征識(shí)別的一種現(xiàn)代量測(cè)新技術(shù)。它在材料變形及其破壞演變過(guò)程的全程觀測(cè)與宏、細(xì)觀力學(xué)特性研究方面都具有突出的優(yōu)越性。此外，數(shù)字照相量測(cè)是一項(xiàng)通用性很強(qiáng)的現(xiàn)代非接觸量測(cè)新技術(shù)，近年來(lái)，在巖土、結(jié)構(gòu)、采礦、橋隧、建筑、機(jī)械、林業(yè)及醫(yī)學(xué)工程等多學(xué)科的實(shí)驗(yàn)力學(xué)研究領(lǐng)域中發(fā)展迅速且應(yīng)用日漸廣泛，同時(shí)有著巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用推廣空間。

高應(yīng)力極破碎圍巖巷道錨注支護(hù)成套技術(shù)主要針對(duì)深井大松動(dòng)圈極破碎軟巖巷道等變形量大，各種支護(hù)包括以U型鋼為主的可縮性金屬支架、砌碹支護(hù)、錨噴支護(hù)等技術(shù)都難以控制的難題。研究人員在研究錨注支護(hù)機(jī)理的基礎(chǔ)上，巧妙地將錨桿和注漿技術(shù)結(jié)合起來(lái)，研究開(kāi)發(fā)了內(nèi)注漿錨桿及成套的錨注支護(hù)技術(shù)，顯著提高了高應(yīng)力極破碎圍巖的自穩(wěn)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(guó)高應(yīng)力極破碎圍巖巷道支護(hù)難題，開(kāi)辟了新的途徑。該錨注支護(hù)技術(shù)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(xiāng)等20余個(gè)礦區(qū)進(jìn)行了進(jìn)一步的深入研究和推廣應(yīng)用，在錨注支護(hù)機(jī)理或技術(shù)上獲得了重要?jiǎng)?chuàng)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(jìn)步獎(jiǎng)，并于2003年1月獲2002年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

在關(guān)于特殊地層條件下井壁破裂機(jī)理與防治技術(shù)的研究中，研究人員開(kāi)發(fā)研究了內(nèi)層可縮凍結(jié)井壁結(jié)構(gòu)。該種井壁結(jié)構(gòu)成本低、易于施工且施工時(shí)間很短，可有效預(yù)防井壁破裂災(zāi)害。另外，科研人員還開(kāi)發(fā)出了新型的金屬結(jié)構(gòu)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(wèn)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(zāi)害技術(shù)是科研人員在對(duì)注漿加固材料、注漿工藝、漿液擴(kuò)散規(guī)律、注漿加固參數(shù)與井壁豎直附加力變化規(guī)律等幾方面開(kāi)展深入的實(shí)驗(yàn)與計(jì)算研究后取得的。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了不占用井筒治理井壁破裂災(zāi)害，避免了開(kāi)卸壓槽法因占用井筒可能影響礦井生產(chǎn)而造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失。

科研交流積極

在學(xué)術(shù)交流方面，實(shí)驗(yàn)室與十幾個(gè)國(guó)家的幾十所高校和科研機(jī)構(gòu)建立了學(xué)術(shù)交流和科技合作關(guān)系，每年出國(guó)進(jìn)行學(xué)術(shù)交流和科技合作的教師達(dá)數(shù)十人次。先后成功舉辦了第四屆、第五屆國(guó)際采礦科學(xué)與技術(shù)大會(huì)、混凝土與結(jié)構(gòu)新進(jìn)展國(guó)際學(xué)術(shù)研討會(huì)，協(xié)辦多次國(guó)際、國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議。先后有120余人次應(yīng)邀赴美國(guó)、英國(guó)、波蘭、日本和中國(guó)香港等國(guó)家和地區(qū)訪問(wèn)講學(xué)。同時(shí)，美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、加拿大、波蘭、日本和中國(guó)香港、臺(tái)灣等國(guó)家和地區(qū)的專(zhuān)家學(xué)者100余人次來(lái)訪和開(kāi)展合作研究，極大地促進(jìn)了中外研究者在深部巖土力學(xué)與地下工程領(lǐng)域的交流，這些國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流和合作促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室科研水平的不斷提高。

深部巖土力學(xué)與地下工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)理念是人本、學(xué)術(shù)、包容、規(guī)范。在未來(lái)，實(shí)驗(yàn)室將繼續(xù)以深部復(fù)雜環(huán)境、巖體、巖石、深部土體、人工凍土體為系統(tǒng)研究對(duì)象，為我國(guó)資源開(kāi)發(fā)事業(yè)做出不可替代的貢獻(xiàn)。