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目前深部地下工程规模空前,能源矿山、水工结构、国防工程、核废料处置等一系列国家战略性工程的建设,亟需深部地下支护结构及材料的创新与发展。研发抗大变形功能的新型复合材料与结构,获得大变形作用下的纤维和基质体的界面力学特征及响应机制,建立能够描述纤维增韧地聚合物的应变强化及多微裂缝变形特征的宏细观损伤力学模型,是解决抗大变形灾害控制的核心科学问题。针对以上问题,通过三点弯曲及单纤维拔出实验、相关推导及模拟,建立了基于蒙特卡罗法的细观材料模型;从强度准则与能量准则出发,进行了添加CaSO4晶须的纤维增韧地聚合物材料的改性研究,并构建了材料性能预测网络;结合山东某矿深部巷道工程背景,建立了不同工况下支护结构与围岩的共同作用模型,分析了纤维增韧支护结构的变形破坏特征。主要研究内容及成果如下:（1）基于纤维和基质体的界面力学特征分析,建立了能够描述纤维增韧地聚合物的应变强化及多微裂缝变形特征的细观CZM模型。选择粉煤灰、矿渣、固体颗粒碱激发剂、CaSO4晶须及国产PVA纤维为原材料,进行了基质体三点弯曲实验以及细观层面的单纤维拔出实验;在实验的基础上建立了纤维增韧地聚合物的细观CZM模型。结果表明,与ECC材料不同,地聚合物材料中粉煤灰的增加能够提高材料的裂纹尖端韧性Jtip,灰胶比为0.5时表现较优;CaSO4晶须的加入,能够降低纤维与基质体化学键强度Gd,提高纤维桥接能力;基于随机建模的思想建立的三点弯曲模型能够较好地模拟裂纹地发展。（2）针对纤维增韧地聚合物材料配比不确定问题,通过实验与预测网络研究了不同配比下材料的特性。结果表明,晶须掺量为1.5%时效果较好,材料最大拉伸应变能力提高了172.7%,性能离散程度降低84%;0-1.5的砂率的材料也拥有降低基质体平均粘结力及基质体与纤维界面的化学键粘结力;合适的硅灰石能够提高材料单轴抗压强度,但不利于提高材料延展性;纤维增韧地聚合物材料的最大拉伸应变与裂缝数量关系呈现幂指数正相关的关系;所建立的预测网络对训练组的预测误差不超过0.35%,对预测组预测误差一般不超过7%。（3）通过随机建模的方法建立了纤维随机分布模型,用于验证细观模型的推导;基于所建立的CZM模型,进行了深部巷道纤维增韧地聚合物支护结构的宏细观耦合模拟。结果表明,纤维随机分布模型与实验结果误差为2.51%,证明细观模型推导与简化是合理的;宏细观耦合模拟与实验结果吻合度较高,模拟了各处裂纹开展过程,解释了裂纹开展对应力-应变曲线的影响;合适的喷层厚度能够使围岩内表面平均应变降低33.25%,拱顶收敛降低20.36%。该论文有图122幅,表42个,参考文献165篇。