在水利工程中，水工隧道占有重要地位，主要用于灌溉、发电、供水、排水、输水、排砂、施工导流、通航等。衬砌作为水工隧道的最终支撑方式，其稳定性和安全性尤为重要。衬砌-围岩联合承载是深埋隧道初期支撑设计的核心问题，提高初期支撑结构的致密性是提高深埋隧道服务效率、减少安全事故的有效途径。河海大学师生围绕以上问题取得了突破。

基于声发射和数字图像相关技术，研究小组建立了纤维致密湿喷混凝土声发射特征参数与裂缝扩展面积的关系，提出了一种基于监督KNN算法的致密湿喷混凝土基体破坏和纤维/基体脱粘行为的高效识别模型，并根据破碎过程区域长度的进化规律，进一步分析了纤维对致密湿喷混凝土裂缝扩展行为的作用机制。为密封湿喷混凝土结构的安全监测提供理论支撑，实现了密封湿喷混凝土裂缝过程中的声发信号特征提取。

河海大学师生在水工隧洞衬砌与围岩联合承载机制取得系列成果 第1张

对湿喷混凝土-围岩界面进一步分析Ⅰ-Ⅱ采用机器学习方法对复合裂缝进行断裂机制。 RA-分析AF数据，实现湿喷混凝土-围岩界面Ⅰ-Ⅱ分析了模态角变化对湿喷混凝土-围岩四点剪切断裂机制的影响，对复合断裂过程中的“拉伸”和“剪切”两种断裂模式进行了有效分类。在上述分析的基础上，采用了荷载-CMOD滞回曲线的切割模量来表征试件的损坏特性，阐明了湿喷混凝土-围岩复合结构的四点弯曲断裂机制。分阶段处理机器学习算法识别的声音发射损伤信号，实现循环荷载下湿喷混凝土-围岩结构四点剪切断裂过程中的剪切和拉伸损伤的定量识别，揭示了循环荷载中加载和拉伸损伤比例之间的协同关系。

此外，对单调和往复路径下的压缩试验、理论分析和损伤识别进行了针对不同湿喷混凝土和围岩复合体的研究，阐明了湿喷混凝土-围岩复合体的协同承压破坏机制，构建了适用于复合体的压应力-应变模型，提出了湿喷混凝土-围岩复合体在不同围压作用下的破坏强度计算模型和考虑累积损伤效应的失效标准。结合X-CT技术，实现了复合体三维细结构的重建，揭示了复合体细结构在压缩荷载作用下的破裂进化机制和损坏空间分布的特点。

研究系统揭示了湿喷混凝土和围岩在不同地质环境、应力路径和界面结构条件下的联合承载破坏机制，为我国长距离、大埋深水隧道的设计、施工和运营提供了重要的理论依据和设计参考。已应用于新疆玉龙喀什水利枢纽泄水隧道、浙江清溪水库泄水隧道、汉济渭秦岭引流输水隧道等大型工程。

国家自然科学基金项目(51739008)已获得上述研究、国家重点研发项目(2020YFC1511902)等资助。在工程领域发表最新系列研究成果的知名期刊《International Journal of Fatigue》、《Composite Structures》、《Engineering Geology》、《Acta Geotechnica》和《Engineering Structures》(均为中科院一区期刊)，土木工程与交通学院陈徐东教授是一系列论文的通讯作者。(通讯员：张春平)