深部地下工程巖體力學行為是巖石力學最重要的內容，巖體結構和性質往往具有不均勻性和不確定性，傳統(tǒng)基于位移的動態(tài)反饋分析設計，在預測隧洞位移時常忽略巖體參數的變異性，將直接影響分析結果的可靠性。

　　深部地下實驗室已成為各學科重大基礎性前沿研究的重要實驗場所。中國錦屏地下實驗室二期（CJPL-Ⅱ）位于中國西南部四川省錦屏山區(qū)，深埋2400米，是目前世界上最深的地下實驗室（圖1）。針對深部巖體的非線性力學行為，中國科學院武漢巖土力學研究所智能巖石力學組科研人員依托CJPL-Ⅱ的B2實驗廳，通過長期現(xiàn)場監(jiān)測，揭示了深部巖體變形、應力、開裂等非線性力學行為，建立了基于多元分布和相關向量機模型的隧洞位移概率預測方法（圖2）。研究工作通過多元分布函數建立巖體參數隨機變量的統(tǒng)計模型，識別參數間的相關性，綜合采用相關向量機（RVM）模型、有限元數值模擬、蒙特卡洛（MCS）方法，估計巖體性質和隧洞位移的不確定性，并根據預測的隧洞位移計算隧洞的可靠度（圖3）。在此基礎上，采用參數敏感性分析方法，分析了輸入巖體參數變異性對輸出響應結果的影響，揭示了巖體參數相關性對隧洞位移和可靠度的影響規(guī)律（圖4）。該方法提供了一種考慮巖體參數變異性與相關性的有效途徑，基于相關向量機（RVM）與有限元程序耦合的方法，將不確定性計算方法應用于實際隧洞工程分析中，具有處理高維非線性問題的能力，可以用來描述深部巖體的非線性力學行為。

　　本項研究為巖體參數的變異性及相關性將為CJPL-II實驗室穩(wěn)定性評估、動態(tài)設計及長期安全運營提供直接支撐，也將為相似地質條件的高應力深埋隧洞安全建設提供借鑒。

　　研究工作得到了國家自然科學基金（U1765206）、湖北省自然科學基金創(chuàng)新群體項目(ZRQT2020000114)項目的資助，相關研究成果發(fā)表在《清華大學學報》（自然科學版）、Geoscience Frontiers等學術期刊。

論文鏈接：http://jst.tsinghuajournals.com/CN/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2021.26.015

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S167498712030284X

圖1 中國錦屏地下實驗室二期位置及布局圖

圖2 基于多元分布-相關向量機的隧洞位移的概率預測模型

圖3 相關向量機模型預測隧洞位移概率密度函數

圖4 （1）強度參數相關性對可靠度的影響（2）峰值與殘余參數相關性對可靠度的影響

（文/圖 智能巖石力學組）