隨著淺部煤炭資源日漸減少，我國(guó)中東部礦井逐步向千米深部延伸。由于地質(zhì)歷史上長(zhǎng)期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的反復(fù)剪切擠壓作用，深部地層頻頻出現(xiàn)大范圍斷層破碎帶。以淮南礦區(qū)為例，礦區(qū)范圍內(nèi)落差大于20米的斷層達(dá)600余條，每平方千米平均0.4條，其中延伸長(zhǎng)度大于1000米的斷層占總數(shù)的62.5%。同時(shí)，隨著國(guó)家“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施，我國(guó)正在大規(guī)模建設(shè)公路、鐵路和跨流域調(diào)水工程，大量隧道需穿越構(gòu)造密集發(fā)育的深部地層，如：川藏鐵路沿線斷層密集發(fā)育，穿越大量深大活動(dòng)斷裂帶(瀾滄江斷裂帶，怒江斷裂帶、嘉黎斷裂帶、西興拉斷裂帶等等)。深部斷層破碎帶賦存高構(gòu)造應(yīng)力，圍巖破碎軟弱，結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變且多富含地下水，通常夾雜有大量斷層泥，多以巖屑、粉細(xì)砂、黏性顆粒等為主，深部斷層帶圍巖高應(yīng)力與低強(qiáng)度矛盾突出。因此，當(dāng)隧(巷)道穿越深部斷層帶時(shí)，米級(jí)大變形和失穩(wěn)破壞屢屢出現(xiàn)，造成重大經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。

基于此背景，中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所地下工程科研團(tuán)隊(duì)康永水等研究人員開展了室內(nèi)試驗(yàn)和滲流力學(xué)的相關(guān)研究，主要研究成果如下：（1）開展了流體作用下含斷層泥斷層誘導(dǎo)滑移的三軸剪切滲流實(shí)驗(yàn)，研究了斷層泥對(duì)斷層滑移力學(xué)行為以及摩擦穩(wěn)定性的影響，揭示了泥質(zhì)充填節(jié)理剪切強(qiáng)度及剪切滑移機(jī)制；（2）研究了斷層泥巖石粒徑對(duì)斷層滑移速度依賴特性的顯著影響。結(jié)果表明，斷層泥巖石粒徑控制著斷層滑移事件的發(fā)生，并且初始斷層滑移所需的流體壓力與巖石粒徑呈負(fù)相關(guān)。并深入研究了水力耦合下斷層泥誘導(dǎo)斷層滑移破裂的微觀機(jī)制，為深部軟巖大變形災(zāi)害防控方法的研究提供了新的思路；（3）研究了斷層帶充填物含水率對(duì)粘土充填巖節(jié)理的抗剪強(qiáng)度的影響。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)含水量超過塑性極限時(shí)巖石節(jié)理的抗剪強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)，基于 JRC-JCS 強(qiáng)度準(zhǔn)則，提出了富粘土填充巖石節(jié)理的剪切強(qiáng)度模型。

研究團(tuán)隊(duì)以深部斷層破碎帶大變形災(zāi)害防控為導(dǎo)向，旨在突破深部斷層破碎帶節(jié)理巖體變形分析的理論和技術(shù)難題，研究成果為深部斷層破碎帶圍巖大變形防控理論與技術(shù)研究提供了理論支撐。相關(guān)論文已經(jīng)發(fā)表在《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》,《International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences》等期刊，獲發(fā)明專利1項(xiàng)，得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(No.42277170；No.51774267) 以及2項(xiàng)企業(yè)委托課題資助。

論文1：https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2024.02.022

論文2：https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2024.105919

圖1?斷層泥組分分析

圖2 ?摩擦系數(shù)、速度與狀態(tài)參數(shù)等隨斷層泥粒徑的變化規(guī)律

圖3 ?斷層泥微觀結(jié)構(gòu)演化及弱化機(jī)制

圖4??流體作用下充填物粒徑級(jí)配對(duì)節(jié)理剪切強(qiáng)度的影響過程示意