深部地下工程岩體力學行為是岩石力學最重要的內容，岩體結構和性質往往具有不均勻性和不確定性，傳統基於位移的動態迴響分析設計，在預測隧洞位移時常忽略岩體參數的變異性，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）位於中國西南部四川省錦屏山區，深埋2400米，是現時世界上最深的地下實驗室（圖1）。針對深部岩體的非線性力學行為，中國科學院武漢岩土力學研究所智慧岩石力學組科研人員依託CJPL-Ⅱ的實驗廳，通過長期現場監測，揭示了深部岩體變形、應力、開裂等非線性力學行為，建立了基於多元分佈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佈函數建立岩體參數隨機變數的統計模型，識別參數間的相關性，綜合採用相關向量機（RVM）模型、有限元數值模擬、蒙特卡洛（MCS）方法，估計岩體性質和隧洞位移的不確定性，並根據預測的隧洞位移計算隧洞的可靠度（圖3）。在此基礎上，採用參數敏感性分析方法，分析了輸入岩體參數變異性對輸出響應結果的影響，揭示了岩體參數相關性對隧洞位移和可靠度的影響規律（圖4）。該方法提供了一種考慮岩體參數變異性與相關性的有效途徑，基於相關向量機（RVM）與有限元程式耦合的方法，將不確定性計算方法應用於實際隧洞工程分析中，具有處理高維非線性問題的能力，可以用來描述深部岩體的非線性力學行為。
本項針對岩體參數變異性及相關性的研究成果將為CJPL-II實驗室穩定性評估、動態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新群體項目（ZRQT2020000114）項目的資助，相關研究成果發表在《清華大學學報》（自然科學版）、Geoscience Frontiers等學術期刊。
論文連結：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佈局圖
圖2基於多元分佈-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）强度參數相關性對可靠度的影響（2）峰值與殘餘參數相關性對可靠度的影響