岩石工程开挖与加固。
1 工程开挖。
岩石工程开挖通常时间跨度大（从几个月到数十年）；开挖形成新的工作面的空间相互影响显着，易导致岩体发生一系列性质上的变化。采用合理岩石工程开挖方法，可有效控制开挖稳定，消除隐患。
岩石开挖的方法有多种，而爆破应用最为广泛。随着科学技术的不断进步，岩石爆破理论日趋成熟，相关技术在水电、矿山、交通等各个领域内获得广泛应用，带来了巨大的经济效益和社会效益。目前岩石爆破技术有：（1） 光面爆破技术；（2） 岩石定向断裂控制爆破；（3） 预裂爆破；（4） 微差爆破技术。
在交通、水利工程中的隧道开挖经常用到 TBM施工，施工中经常出现卡机灾害，并造成严重的后果，表 4 列举了中国部分复合地层 TBM 施工隧道的卡机案例。
深部软岩巷道开挖后，周围岩体变形一般都较大，引起巷道冒顶、底臌和侧胀等现象。为了合理地进行岩体变形分析，除了要建立符合岩体变形的物理、力学特性本构模型外，还必须采用能正确描述大变形的非线性几何理论，才能得到较为合理的结果。大变形也称为有限变形，目前主要有 2 种有限变形分解理论:（1） 采用固定坐标系描述方法，以 Green 非线性应变作为应变度量和 Finger 极分解定理得到的转动张量为转动度量的经典有限变形理论；（2） 采用拖带坐标系描述方法，基于应变和转动的分解定理（additive decomposition theorem,简称 S-R 分解定理）的有限变形理论。但这 2 种理论都有各自的缺点。针对经典有限变形理论的缺点，陈至达在拖带系描述法、张量分析和微分变换群等数学理论的基础上，于 1979 年提出应变和转动的分解定理，完善了 Stokes 在 1945 年提出的固体位移场分解理论，克服了以往大变形理论的缺陷，构成了非线性连续体力学的新体系。
近20 a来水电工程基础的研究也是中国岩石工程中重要的一个内容，如林 锋等基于块体理论，采用整块模型和分块模型，对锦屏水电站左岸坝头斜坡内发育一较大规模的变形拉裂岩体在 2 种开挖方案下的稳定性进行了系统分析。结果表明，大开挖方案的主要作用为卸载效应，利于块体稳定；地下水对块体稳定性影响显着，应加强对地下水分布状况及排水方案的研究。王仁坤和林 鹏结合溪洛渡建基面开挖在总结现代高拱坝设计技术与特高拱坝的建设经验的基础上，提出了特高拱坝建基面优化设计的可行性，其重点是在安全可靠的前提下研究如何利用 III 级岩体作为大坝基础。在此基础上提出了分区分段分层分级对标验收评价新思想.
2 工程加固。
岩土工程中加固技术众多，其中广泛采用锚固技术，相关理论研究主要围绕 2 个方面进行：其一从锚固体加固的效果出发研究作用机制；其二从锚固体与周围接触介质相互作用的角度出发研究锚固载荷传递机制，尤其是对加浆锚固体中锚固体与注浆体、注浆体与围岩土体间相互作用的黏应力分布状态以及传递机制。
锚固作用是充分利用锚固岩体的自身抗剪强度，通过锚固体将拉力传递至结构体，以此保持结构体的自身稳定。目前对锚固作用机制的认识主要有以下几种观点:悬吊作用、组合梁作用、增强作用、连续压缩拱作用和销钉作用。这些观点反映了不同锚固方式在不同条件下的加固作用，力学模型为实际情况的抽象处理近 10 a 来，随着岩体工程特别是地下岩体工程规模增大、数量增多，加固理论得到了发展。为了研究荷载超出结构极限承载力后的结构行为，或结构失稳行为，李新平等将复合材料力学的研究方法和观点引入到层状岩体–锚杆支护系统，将其看成是一种由层状岩体（基体材料）、锚杆（纤维材料）、砂浆（黏结材料）构成的单向复合增强材料，通过理论分析、数值模拟和对比模型试验，定量分析这种等效复合材料的力学性质与各组分材料之间的关系。李纪三在调查分析和试验的基础上，研究浆液、钢筋、围岩固结成整体的三位一体联合加固理论。杨 强等基于三维弹塑性有限元提出了变形加固理论。张乐文和李术才在经典锚杆支护理论的基础上，研究了下面几个具有代表性的理论：全长锚固中性点理论、松动圈理论、围岩强度强化理论、锚固力与围岩变形量关系理论和锚固平衡拱理论。
边坡加固的技术途径主要有减少滑坡力或消除下滑因素，增加滑坡阻滑力或增加阻滑因素等。边坡加固工程措施可归纳为以下几种：削坡减重、加载反压、排水降渗和支挡加固。通常采用单一工程措施不能达到理想效果，需要采用多种工程措施进行综合治理。杨志法等提出了 4 项边坡加固新技术，包括纤维束导渗排水孔、预应力锚梁、层状网式钢筋石笼挡墙和预应力抗滑桩。通过综合利用以上措施，能够大大提高边坡的抗滑稳定性能，达到边坡加固的目的。
随着开采深度的增加，巷道围岩地质力学环境越来越复杂，采用常规支护设计的深部软岩巷道工程稳定性越来越难以控制，安全事故时有发生。在深部高地应力场和开采扰动作用下，巷道开挖后处于塑性大变形阶段，采用常规支护方式易使支护体与围岩之间出现刚度、强度和结构不匹配，从而造成巷道变形加剧，难以控制。冯 豫、陆家梁、郑雨天、朱效嘉、何满朝等在不断总结重大工程实践的基础上，在运用新奥法基本原理的过程中，提出联合支护方法，并针对此类软岩问题提出了以锚索支护为核心的耦合支护理论和技术。董方庭等研究了松动圈理论和主次承载区支护理论。钮新强和丁秀丽提出了地下洞室围岩稳定拱设计方法。
3 地下洞室开挖与加固稳定案例。
（1） 锦屏一、二级开挖加固案例。
许多学者结合锦屏水电站深埋引水隧洞开挖工程，选取该区域典型大理岩，并以隧洞围岩实际应力环境为基础，开展卸围压破坏试验以及卸围压多级破坏试验。李宏哲等的研究结果表明，锦屏大理岩在高应力条件下的卸荷力学性质主要表现为：
① 相同初始应力条件下，岩石达到卸荷破坏所需应力变化量比轴向压缩破坏时小，卸荷更容易导致岩石破坏；② 岩石卸荷开始后侧向变形明显加快，且表现出显着扩容；③ 卸围压过程中，泊松比近似按照多项式关系增长；④ 卸荷条件下抗剪强度参数c 值比加载条件下低 14%,而j 值比加载条件下高23%.这些结论揭示高应力条件下大理岩的卸荷力学特性，为深埋引水隧洞开挖稳定分析提供可靠依据。
随着大型、超大型水电站的建设，控制地下厂房岩锚梁开挖成型及开挖质量成为水电站地下厂房施工中的关键技术。锦屏一级水电站地下厂房地质结构复杂、断层分布广、地应力较高，对岩锚梁岩台的开挖和支护提出了更高要求。刘明昌等在总结锦屏一级水电站地下厂房岩锚梁开挖和支护经验的基础上，介绍了高地应力下岩锚梁开挖成型的技术控制措施。刘 宁等分析了锦屏二级水电站深埋隧洞开挖损伤区特性；冯夏庭等研究了高应力荷载作用下深埋硬岩隧洞围岩裂化（灾害孕育）过程制机制综合观测试验方法，开挖优化与支护设计“裂化–抑制法”,围岩破坏接近度评价新指标，动态反馈分析与设计优化方法。
以上研究成果的实践表明，将现场多元信息、反演分析和工程调控有机结合的实时动态反馈分析是解决地下工程局部稳定性问题的有效途径。
（2） 冬瓜山矿体稳定性案例。
冬瓜山矿床埋藏深、原岩应力高、地表不允许崩落等特殊条件，不适合采用空场法和崩落法开采;而充填体能限制围岩的位移和变形，减缓围岩移动的危害，对矿柱施以侧向压力以提高矿柱强度，能降低围岩中弹性应变能的释放速度，提高地下结构抵抗动荷载的能力，从而保证矿石回采过程中采场结构的稳定和主要巷道的服务年限，确保尚未开采的相邻采场可采和安全通道畅通；加之岩层在发生大面积活动，或围岩在发生恶性收敛而破坏之前有一个发展过程，为缩短巷道、硐室和采空区的暴露时间，体现强采、强出、强充的原则，最终选择高效率的阶段空场充填采矿法，实现了对冬瓜山矿床深部开采的岩层控制。针对冬瓜山不同采掘巷道的破坏模式，单独或综合采用了锚杆、锚网、锚索、喷射混凝土、钢筋混凝土等多种支护与加固形式；在考虑资金投入与施工组织的前提下，为保证支护效果、提高作业安全性、降低支护成本，做到主动支护，对出矿进路眉线等关键部位甚至作预支护，尽量避免待巷道破坏后的被动支护.冬瓜山矿深井开拓的岩爆防治措施也积极有效：改善巷道、硐室的应力状态；改变围岩的力学性质；改进施工方法。由于总结-850 m 东石门施工经验，冬辅井-875 m 排水系统的泵房采用先打小断面巷道滞后全断面刷帮的掘进方法，没有出现岩爆。
（3） 深部岩体热力学效应与温控对策案例。
何满潮和郭平业首先提出中国深部矿井地温场的 3 种模式，即线性模式、非线性模式和异常模式；然后通过室内试验，研究温度对深部岩石强度和吸附气体逸出的影响，试验结果表明，随着温度的升高，煤岩强度和弹性模量显着降低，同时吸附瓦斯变为游离瓦斯而逸出，这是引起煤矿塌方和瓦斯灾害的重要内在原因；并提出以矿井涌水为冷源的 HEMS 降温原理及技术，通过夹河、三河尖、张双楼、周源山等 5 个深井热害矿井的现场试验，形成了 3 种典型温控模式及其设备系统。现场降温试验系统运行后效果良好，工作面温度控制在 29 ℃以内，工作面温度降低了 5 ℃~12 ℃，相对湿度降低了 5%~15%.和南非、德国等国外降温技术相比，本项技术具有井下降温、井上用热的独特优点。
（4） 古遗址保护与加固工程案例。
中国西北的古遗址主要有两大类：一类是石窟寺，另一类是土建筑遗址。古丝绸之路的大部分地域干旱少雨，因此保存下大量古代土建筑遗址，也保存有大小石窟约 700 多处，包括目前被列入世界遗产的敦煌莫高窟。古丝绸之路上保存的石窟岩体大都属于砂岩、砾岩或砂砾岩，典型加固参数见表5.
李最雄等探讨了 PS 加固古遗址的化学机制和敦煌莫高窟洞窟围岩的工程特性，并针对敦煌莫高窟北区岩体变异、变形破坏情况，采用 PS 材料加粉煤灰浆液灌浆封闭裂隙和岩面喷浆加固相结合的修复方法，有效地防止了岩体变异的进一步扩展和表面风化的加剧，使石窟得以保护和修复。张 鲁等开展了综合变形监测方法在新疆交河故城崖体加固中应用研究等。
附表1:中国部分复合地层 TBM 施工隧道卡机灾害案例。
附表2:古遗址保护与加固工程中的特征参数。
