深部地下工程岩体力学行为是岩石力学最重要的内容，岩体结构和性质往往具有不均匀性和不确定性，传统基于位移的动态反馈分析设计，在预测隧洞位移时常忽略岩体参数的变异性，将直接影响分析结果的可靠性。
深部地下实验室已成为各学科重大基础性前沿研究的重要实验场所。中国锦屏地下实验室二期（CJPL-Ⅱ）位于中国西南部四川省锦屏山区，深埋2400米，是目前世界上最深的地下实验室（图1）。针对深部岩体的非线性力学行为，中国科学院武汉岩土力学研究所智能岩石力学组科研人员依托CJPL-Ⅱ的实验厅，通过长期现场监测，揭示了深部岩体变形、应力、开裂等非线性力学行为，建立了基于多元分布和相关向量机模型的隧洞位移概率预测方法（图2）。研究工作通过多元分布函数建立岩体参数随机变量的统计模型，识别参数间的相关性，综合采用相关向量机（RVM）模型、有限元数值模拟、蒙特卡洛（MCS）方法，估计岩体性质和隧洞位移的不确定性，并根据预测的隧洞位移计算隧洞的可靠度（图3）。在此基础上，采用参数敏感性分析方法，分析了输入岩体参数变异性对输出响应结果的影响，揭示了岩体参数相关性对隧洞位移和可靠度的影响规律（图4）。该方法提供了一种考虑岩体参数变异性与相关性的有效途径，基于相关向量机（RVM）与有限元程序耦合的方法，将不确定性计算方法应用于实际隧洞工程分析中，具有处理高维非线性问题的能力，可以用来描述深部岩体的非线性力学行为。
本项针对岩体参数变异性及相关性的研究成果将为CJPL-II实验室稳定性评估、动态设计及长期安全运营提供直接支撑，也将为相似地质条件的高应力深埋隧洞安全建设提供借鉴。
研究工作得到了国家自然科学基金（U1765206）、湖北省自然科学基金创新群体项目(ZRQT2020000114)项目的资助，相关研究成果发表在《清华大学学报》（自然科学版）、Geoscience Frontiers等学术期刊。
论文链接：http://jst.tsinghuajournals.com/CN/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.26.015
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S167498712030284X
图1 中国锦屏地下实验室二期位置及布局图
图2 基于多元分布-相关向量机的隧洞位移的概率预测模型
图3 相关向量机模型预测隧洞位移概率密度函数
图4 （1）强度参数相关性对可靠度的影响（2）峰值与残余参数相关性对可靠度的影响
（文/图 智能岩石力学组）
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