随着我国城镇化水平的不断加快,城市地下空间开发和地铁建设蓬勃发展。工程建设中面临的地质条件更加复杂,富水破碎带是城市建设中经常遇到的不良地质条件,极易诱发大量涌水、突泥、坍塌等地质灾害,严重威胁工程建设和生命财产安全,造成不良的社会风险。注浆是治理不良地质最有效快捷的工程措施之一,然而注浆材料是决定注浆治理效果的关键因素。传统水泥注浆材料由于凝结时间长、析水严重、结石率低、早期强度不高、体积收缩等问题,难以有效的治理富水破碎带。此外,水泥原材料为不可再生能源,同时生产过程需要消耗巨大的能源,排放大量的二氧化碳。因此,研发一种低碳绿色、高性能注浆材料对治理富水破碎带至关重要。本文针对富水破碎带注浆治理存在的关键科学问题,利用氧化石墨烯（GO）-粉煤灰（FA）协同效应改性水泥基复合注浆材料,对改性注浆材料展开研究。通过系统的注浆材料性能试验,全面分析GO-FA浆液的性能,确定最优配比,阐明了GO-FA协同效应改善水泥注浆材料性能机理;开展了浆-岩界面宏观力学特性和耦合增强作用机理研究;通过注浆模型试验,分析了GO-FA注浆材料的优越性,利用微观测试技术,确定了浆-岩界面胶结模式,揭示了富水破碎带注浆加固机理;最后进行了现场应用,注浆效果良好。取得以下主要研究成果。（1）通过系统的浆液性能试验,全面分析了GO和FA对浆液性能的影响规律。试验结果表明,GO可提高浆液的稳定性、缩短浆液的凝结时间,对浆液流动性具有一定的劣化作用;复掺FA在保持其他性能基本不变的情况下,可有效的弥补浆液流动性的损失。研究发现通过添加速凝剂可有效的调控GO-FA注浆材料初凝时间从几十分钟到数小时,可满足不同工程的注浆需求。水泥基浆液中添加GO,浆液的屈服应力和塑性粘度增大,但并不会改变浆液的流型,浆液的流型主要受水胶比的影响;GO-FA协同效应水泥基复合浆液表现为剪切稀化的现象,建立了GO-FA浆液时变模型,给出了流变参数与宏观流动度之间的关系。（2）浆液中掺入GO可有效提升结石体的早期抗折强度、抗压强度和抗渗性,FA会降低结石体的强度性能。研究发现GO-FA浆液结石体早期强度较单掺GO略有降低,但是后期强度有所增强,28d龄期抗折强度和抗压强度较单掺GO时分别增强了4.4%和8.3%;当GO掺量为0.03%,FA掺量为20%时,结石体的抗渗性较单掺GO时提高了5.66%;GO-FA浆液结石体具有良好的抗氯离子侵蚀能力,其抗侵蚀系数为1.007。（3）综合考虑浆液流动性、稳定性、凝结时间、流变参数、结石体强度、抗侵蚀能力、抗渗性以及经济效益,确定水泥基浆液中复掺0.03%的GO和20%的FA,不仅能保证注浆浆液具有良好的性能,还可以减少水泥的用量,实现对工业废料粉煤灰的综合利用,符合低碳绿色发展的需求。利用微观测试技术结合水化反应,揭示了GO-FA协同效应改善水泥基浆液性能的机理,GO充分发挥了促凝增稠、纳米填充效应和化学键合作用;FA表现出润滑剂滚珠效应,后期激活了FA的火山灰效应,促进二次水化反应。（4）采用自主设计加工制作的剪切盒,进行了一系列直剪试验。探究了不同注浆材料结石体的抗剪强度与浆-岩抗剪强度之间的关系,分析了GO和FA对浆-岩界面剪切力学行为和抗剪强度特征的作用规律,揭示了浆-岩界面抗剪强度耦合增强作用机理,建立了浆-岩抗剪强度与注浆材料结石体力学参数之间的关系。（5）利用自主设计的可视化大型注浆模拟系统,开展了富水破碎带注浆模型试验;对比了普通水泥浆、GO-FA复合水泥浆和不同注浆压力下破碎地层注浆效果,确定注浆加固效果影响因素;从微观结构分析,富水破碎岩体注浆加固浆-岩胶结面模型为解松善模型,浆液渗透到破碎岩体内部发生化学反应,氢氧化钙具有明显的取向性;胶结面发生了明显的物理化学反应,生成新的水化产物,从而增强注浆加固效果,揭示了富水破碎带注浆固岩作用机理。（6）依托广州地铁十一号线五凤站,开展了富水破碎带现场注浆应用试验,通过抽水试验、钻孔取芯表明注浆效果良好,验证了GO-FA浆液的优越性,可在类似工程中推广使用。