隨著淺部煤炭資源日漸減少，我國中東部礦井逐步向千米深部延伸。由于地質歷史上長期構造運動的反復剪切擠壓作用，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600余條，每平方千米平均0.4條，其中延伸長度大于1000米的斷層占總數(shù)的62.5%。同時，隨著國家“一帶一路”戰(zhàn)略的實施，我國正在大規(guī)模建設公路、鐵路和跨流域調(diào)水工程，大量隧道需穿越構造密集發(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造應力，圍巖破碎軟弱，結構復雜多變且多富含地下水，通常夾雜有大量斷層泥，多以巖屑、粉細砂、黏性顆粒等為主，深部斷層帶圍巖高應力與低強度矛盾突出。因此，當隧(巷)道穿越深部斷層帶時，米級大變形和失穩(wěn)破壞屢屢出現(xiàn)，造成重大經(jīng)濟損失和安全隱患。

基于此背景，中國科學院武漢巖土力學研究所地下工程科研團隊康永水等研究人員開展了室內(nèi)試驗和滲流力學的相關研究，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滑移的三軸剪切滲流實驗，研究了斷層泥對斷層滑移力學行為以及摩擦穩(wěn)定性的影響，揭示了泥質充填節(jié)理剪切強度及剪切滑移機制；（2）研究了斷層泥巖石粒徑對斷層滑移速度依賴特性的顯著影響。結果表明，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相關。并深入研究了水力耦合下斷層泥誘導斷層滑移破裂的微觀機制，為深部軟巖大變形災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粘土充填巖節(jié)理的抗剪強度的影響。研究發(fā)現(xiàn)當含水量超過塑性極限時巖石節(jié)理的抗剪強度呈負相關趨勢，基于 JRC-JCS 強度準則，提出了富粘土填充巖石節(jié)理的剪切強度模型。

研究團隊以深部斷層破碎帶大變形災害防控為導向，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研究提供了理論支撐。相關論文已經(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，得到國家自然科學基金面上項目(No.42277170；No.51774267) 以及2項企業(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 ?斷層泥微觀結構演化及弱化機制

圖4??流體作用下充填物粒徑級配對節(jié)理剪切強度的影響過程示意