黄土因具有结构性强度和水敏性，桩-黄土接触面的剪切变形特性受水分影响显著，且剪切变形过程中因结构性强度退化而呈现出应变软化特性。根据桩-非饱和黄土接触面的水-力耦合特性，以有效饱和度和Bishop有效应力作为直接驱动变量反映饱和度对黄土结构性强度的影响。为考虑桩-非饱和黄土接触面剪切变形过程中结构性强度的退化特征，分别构建了接触面黏聚力、摩擦角和压缩指数的结构性参数，并建立了各结构性参数随塑性应变和土体有效饱和度的演化方程。在此基础上，通过等效侧限条件下非饱和结构性黄土与饱和无结构性黄土的塑性变形，在有效应力-有效饱和度空间建立了桩-非饱和黄土接触面的增湿屈服方程，进而耦合土-水特征曲线，提出了桩-非饱和黄土接触面的水-力耦合弹塑性本构模型。通过兰州非饱和结构性黄土的直剪试验数据和山西非饱和黄土桩的现场试桩数据对模型进行了验证与分析。结果表明，建立的桩-非饱和黄土接触面荷载传递模型可以描述桩-非饱和黄土接触面剪切变形的水-力耦合特性，体现桩-非饱和黄土接触面剪切强度随饱和度增加而减小的特征，且能够有效反映桩-土接触面应变软化特征随饱和度的变化规律。模型为非饱和黄土桩基灾变防控设计、计算和承载特性分析提供了有效途径。

季节冻土区膨胀土的“干缩湿胀”与“冻胀融沉”效应，诱发了诸多工程病害问题。针对北疆供水工程膨胀土输水渠道强度衰减及边坡失稳破坏问题，以渠基膨胀土所经历的干湿及冻融循环作用为试验边界条件，开展渠基膨胀土不同埋深含水率监测试验，分析干湿、冻融不同阶段土体含水率随埋深的变化规律。同时通过干湿-冻融循环室内试验，研究干湿-冻融循环作用对膨胀土不均匀变形、强度衰减及微观结构损伤演化的影响。研究结果表明：（1）干湿-冻融环境下，渠基一定深度范围膨胀土的水分变化剧烈，其中冻融阶段含水率的变化最大，形成了膨胀土的“相变动力区”。（2）干湿-冻融循环作用下，膨胀土微观结构的损伤效应较显著，裂隙随循环次数增加不断发育扩展，膨胀土持续经历着“干缩湿胀”和“冻胀融沉”作用。在干湿-冻融作用的初期，膨胀变形量在总体变形量中贡献较大。经历一定次数的干湿-冻融循环作用后，土体的体积变形、膨胀变形量逐渐趋于稳定。（3）膨胀土的抗剪强度及其强度指标均出现了不同程度的衰减。其中黏聚力的衰减幅度较大，呈指数形式骤减，而内摩擦角的降低幅度则较小。在干湿-冻融作用的初期，黏聚力的衰减幅度占总衰减率的41.2%～48.6%。土体黏聚力的骤减，导致了渠基边坡膨胀土的浅层滑坡破坏，表明黏聚力在边坡失稳中起决定作用。

针对膨胀土易开裂且不利于植被生长的问题，提出采用黄原胶-生物炭-椰壳纤维复合（简称生物基质）对膨胀土填方边坡表层土体进行改良。基于响应面法（response surface methodology，简称RSM）对干湿循环作用下不同配比的生物基质改良膨胀土的裂隙性和强度特性进行分析，探明了各因素及其交互作用对膨胀土裂隙率和抗剪强度的影响规律，并结合扫描电子显微镜（scanning electron microscope，简称SEM）试验、X射线衍射（X-ray diffraction，简称XRD）试验和拉伸试验等揭示了其影响机制。结果表明，各影响因素对膨胀土裂隙率和抗剪强度均有显著影响，而各因素间的交互作用主要以黄原胶和椰壳纤维为主，其他两两因素无明显交互作用；黄原胶水化后具有较高的黏度和胶凝性能，可以有效增强土颗粒-纤维之间的界面作用力，并与椰壳纤维黏合交织，形成稳定的三维结构网，整体提升土体的抗拉强度。采用多目标满意度函数优化后，生物基质改良膨胀土的最优配比如下：黄原胶掺量为0.60%，生物炭掺量为3.60%，椰壳纤维掺量为0.24%。与素膨胀土相比，其裂隙率降低了71.04%，抗剪强度提高了93.73%，植被覆盖率提高了223.77%。研究结果可为生物基质在膨胀土边坡生态防护中的应用提供理论基础。

伊犁黄土在水分入渗作用下易产生明显的湿陷变形，诱发一系列工程灾害。为研究其水分入渗特征及湿陷变形机制，在伊犁湿陷性黄土区域开展了现场浸水试验，分析了浸水过程中含水率、水分扩散形态、入渗水量以及地表湿陷变形的变化规律，并通过数值模拟探究了不同饱和入渗范围下的地表湿陷变形特征。结果表明，试验区土体竖向平均扩散速率为0.38 m/d，径向平均扩散速率为0.17 m/d。随着试验时间的增加，水分扩散形态由椭圆形转变为圆台形，其湿润锋扩散角为41°，饱和锋扩散角为20°。定量分析了伊犁黄土竖径向水分扩散速率与入渗量随时间的变化规律，据此得到了水分入渗范围与单位面积累计入渗量之间的数学关系。确定了试验地区湿陷修正系数β₀为0.74，大于规范推荐值0.50。地表湿陷变形与水分入渗过程相关联，分为4个阶段：浸水稳定段、剧烈湿陷段、缓慢湿陷段、固结沉降段。随着饱和锋扩散角的逐渐增加，地表湿陷变形值与沉降槽公式计算结果始终保持良好的一致性，且沉降槽宽度与地表湿陷影响范围的变化规律基本一致，二者均符合指数函数递增关系。

针对工程实际中土体硬化（hardening soil，简称HS）模型参数取值难的问题，建立了HS模型参数数据库HS-CLAY/9/196，并基于该数据库构建了HS参数的多元概率分布模型；通过易获得的常见土性参数测试数据更新难获得的HS参数的概率分布，并研究了已知测试数据类型及类型量对HS参数更新的影响，提出了给定测试数据下HS参数（参考切线模量E^ref_oed 、参考剪切模量E^ref₅₀ 和参考加卸载模量E^ref_ur ）的概率转换模型。结果表明：所建立的HS参数多元概率分布模型有效表征了HS参数的统计特征和互相关性；基于该多元概率分布模型，可通过贝叶斯更新综合利用多种土性参数测试数据，提高HS参数预测的准确性，预测不确定性随着已知测量数据类型量的增加而降低；在估计HS参数 E^ref_oed、E^ref₅₀ 和E^ref_ur 时，应优先考虑收集压缩模量E_s1-2 、含水率w和孔隙比e 等与目标参数具有强相关性的测试数据。

循环载荷对煤体渗流影响较大，但目前对循环载荷下破碎煤体中渗流通道的量化表征不足，且缺少可以表示破碎煤体的基质结构模型。为此针对不同级配的破碎煤体开展了孔隙压力循环和围压循环渗流试验。结果表明：（1）孔隙压力循环与围压循环中，不同级配导致煤体初始渗透率有较大差异。随Talbol幂指数升高，渗透率K依次升高，且表现出明显分层现象。（2）采用有效应力变化量 Δσ^s_e值表达有效应力对循环载荷下渗透率K的敏感性，发现孔隙压力循环中随渗透率升高， Δσ^s_e值呈“L型”降低，且当K≤0.75×10⁻¹² m²时，Talbol幂指数越小， Δσ^s_e值越低。（3）提出了一种针对级配煤体平均渗流孔道面积的计算方法，从而建立迂曲度模型描述循环载荷中破碎煤体迂曲度演化规律。研究可以为循环载荷下破碎煤体渗透率演变机制和渗流模型的建立提供理论依据。

应力状态是评价土体强度和稳定性的基础，具有极其重要的作用。然而，在应力测试过程中，局部损伤等不确定性因素可能造成传感器部分数据缺失，从而引起现有三维应力计算方法失效。为准确还原部分测试数据缺失时间段土体内部的应力状态，基于三维应力测试原理，结合轴对称和一维压缩状态的受力特点，建立了传感器部分数据缺失时三维应力计算方法。计算了某砂土地基在一维压缩条件下不同数据缺失时的三维应力、主应力、应力第一不变量I₁、应力第二不变量J₂和应力罗德角，并与数据完整时的计算结果进行了对比。结果表明，建立的计算方法具有很高的精度，且随荷载增大，相对误差减小并趋于收敛。各主应力、应力第一不变量I₁、应力第二不变量J₂和应力罗德角与一维压缩力学响应相符，表明该计算方法支持高级数据挖掘。该研究为充分利用测试数据提供了一条新的思路和一种切实可行的方法。

近场脉冲和非脉冲地震动作用对结构反应的影响差异显著，但其对场地地震动参数的影响研究鲜见。为此，设计完成了50g（g为重力加速度）离心加速度条件下干砂场地的离心振动台模型试验。模型场地采用相对密度为50%的福建标准细砂；选取Loma Prieta地震近场东西向Saratoga-Aloha Ave台站的脉冲加速度记录和Capitola台站的非脉冲加速度记录作为振动台台面输入；场地中心布设竖向加速度计阵列和地表竖向位移计，模型箱体外侧布设水平向位移计阵列，用于分析干砂场地在近场脉冲和非脉冲地震动作用下的响应差异和研究场地地震动参数与输入地震动加速度峰值间的关联性。模型试验结果表明：与非脉冲地震动作用相比，脉冲地震动总体上降低了场地峰值加速度放大系数，增加了场地的最终震陷量；增大了深层土层（>15 m）的峰值水平位移，显著减小了场地浅层（<5 m）的峰值水平位移。统计结果表明，场地地震动参数（地表峰值加速度放大系数、场地震陷、浅表峰值水平位移和Arias强度）均与输入地震动加速度峰值有很高的相关性，拟合决定系数R²≥0.97。成果为进一步采用数值模拟研究近场脉冲地震动对场地地震响应的影响提供了可靠的试验基础。

砂岩是CO₂含水层封存中重要岩石类型，其中的黏土矿物吸附CO₂或H₂O后会发生膨胀，影响岩石的力学性质，进而可能威胁储层的力学稳定性。以一种低黏土含量的石英胶结砂岩为研究对象，分别在干燥、饱和超临界CO₂（supercritical CO₂，简称scCO₂）和饱和H₂O条件下进行了三轴压缩试验（孔隙压力恒定为10 MPa），对比分析了不同流体对砂岩的峰值强度、黏聚力、摩擦角及宏微观破坏特征的影响。结果显示，相比于干燥状态，超临界CO₂和H₂O的存在最大降低了砂岩试样7.61%、18.02%的峰值强度，不同围压水平下超临界CO₂对砂岩峰值强度的削弱程度几乎为定值，而H₂O的削弱程度随围压先升高后降低。砂岩的黏聚力在饱和超临界CO₂和H₂O条件下分别降低了12.11%、16.03%，而摩擦角几乎不受流体影响。超临界CO₂和H₂O都降低了砂岩的破坏角。

膨胀土是一种分布广泛的特殊黏土，无法直接应用于工程中。为寻找膨胀土路基高效填筑方式，提出了一种采用膨胀土制备泡沫轻质土、完全消除膨胀性的技术思路。通过流值测试、干燥收缩试验、pH值测试、抗压试验，对不同水固比、湿密度、膨胀土掺量条件的膨胀土基轻质土（expansive soil-based lightweight soil，简称E-LS）物理力学性能开展了系统研究。通过正交试验定量分析各影响因素对无侧限抗压强度q_u的影响规律，提出了E-LS强度确定方法。试验结果表明：利用膨胀土制备E-LS从根本上改变了膨胀土结构，完全消除了膨胀土的膨胀性，其强度随湿密度、养护龄期增加而增大。膨胀土掺量为30%～60%时，28 d无侧限抗压强度q_{u-28 d}在0.21～1.58 MPa之间，其中湿密度为900 kg/m³、膨胀土掺量为50%、水固比为0.8的E-LS，q_{u-28 d}可达到0.92 MPa，满足路基填筑要求。影响抗压强度因素排序为膨胀土掺量>湿密度>水固比，建立了E-LS强度预测模型。E-LS可以满足不同工程填筑要求，并具有去膨胀、免压实、施工方便等优点，具有良好的工程应用前景。

滑脱效应可以显著增强裂隙性岩石的渗透率，正确认识滑脱效应的影响对了解储层内气体流动规律具有重要意义。现有理论模型大多认为本征渗透率和滑脱系数均为常数，且对滑脱效应显著的临界孔隙压力没有较好的界定方式。为此，基于等效裂隙和岩桥模型，建立了一个动态表观渗透率模型，该模型认为滑脱系数和本征渗透率是与有效应力和吸附膨胀有关的函数。在建立的动态表观渗透率模型基础上，分析了不同围压和不同渗透介质下本征渗透率和滑脱系数的动态变化，提出了滑脱效应贡献率计算了滑脱效应显著的临界孔隙压力。研究结果表明：（1）本征渗透率随孔隙压力增加而增加，滑脱系数则相反；（2）对于不同渗透介质，本征渗透率随孔隙压力的增加趋势与气体吸附性能有关，滑脱系数的变化则更加复杂；（3）滑脱效应贡献率与孔隙压力之间呈幂函数关系，滑脱效应显著的临界孔隙压力N₂<CO₂<He。本研究可以为裂隙性岩石的渗透率预测和现场开采提供一定的理论指导。

考虑桩周土-桩-桩芯土耦合振动，建立了竖向入射P波激励作用下饱和土中端承管桩地震响应计算模型。将土体视为饱和两相介质，管桩视为一维欧拉杆，考虑桩-土系统中波的散射效应，将桩周土和桩芯土总位移表示为散射场位移和自由场位移之和。基于Biot动力固结理论建立散射场和自由场土体动力控制方程，推导了桩周土和桩芯土位移和地震反力表达式。将桩周土和桩芯土地震反力表达式代入管桩控制方程，结合桩-土系统的连续条件和边界条件，推导得到了饱和土中端承管桩竖向地震响应解析解。通过与现有研究进行对比，验证了所提解的正确性。通过参数分析，对比了饱和土与单相土中管桩地震响应的差异，并研究了饱和土中桩-土主要参数对桩顶地震放大因子、桩-土运动响应因子以及桩周土和桩芯土地震反力的影响。

大面积分层填筑完成后的填方地基具有横观各向同性的特点，且多处于非饱和状态，工后沉降预测困难，同时考虑横观各向同性和非饱和特性的蠕变模型未见提出。为此，改进非饱和土真三轴仪、制备横观各向同性非饱和黄土试样，通过土-水特征曲线试验得到不同深度处横观各向同性非饱和黄土基质吸力与含水率的关系，通过固结排水试验系统研究不同初始压实度、初始含水率、偏应力和净围压作用下黄土填土的蠕变特性；依据蠕变曲线确定修正Burgers元件模型中6个参数的表达式，建立了横观各向同性非饱和黄土填方地基的工后沉降预测方法。结果表明：横观各向同性非饱和黄土具有明显的蠕变特性，总体呈非线性衰减蠕变，初始压实度、初始含水率、偏应力和净围压均对其蠕变特性有显著影响；蠕变稳定应变与初始压实度呈线性变化关系，提高土体的压实度，可以有效减小填方地基的工后沉降；基于修正Burgers模型建立了能反映初始压实度、初始含水率、应力水平影响，并能准确描述横观各向同性非饱和黄土填方地基工后沉降规律的预测算法；通过实际工程监测结果验证，所提出的工后沉降预测算法简单实用，具有良好的预测效果。研究成果能够丰富和发展非饱和土的蠕变模型，为解决高填方地基变形计算问题提供科学依据。

为描述沟埋式涵洞的竖向土压力分布规律，借鉴筒仓散体材料竖向应力的分析方法，对沟槽填土进行分区并判定土拱方向。基于填土荷载传递二项式分布模式建立沟埋式涵洞的竖向土压力公式，继而结合荷载传递系数与等沉面高度的确定，给出所得公式的应用步骤，最后开展薄层厚度讨论、对比验证和影响因素分析。研究结果表明：所得涵洞竖向土压力公式简单实用，无需复杂积分运算，合理反映了土拱效应、填土分区、荷载传递和等沉面的共同影响，可设定统一的最大薄层厚度，并得到理论公式、模型试验和数值模拟的正确性验证；涵顶竖向土压力随着沟槽宽度、填土高度的增加而逐渐增大，且沿水平面为非均布，但填土内摩擦角增加时，涵顶竖向土压力与荷载传递系数呈反向变化；同时，等沉面高度也不是常数，选择不同情况下的涵洞竖向土压力公式时需比较填土高度与等沉面高度。

滑带土作为控制滑坡稳定的关键部位，对库岸滑坡启滑机制研究和稳定性评价具有重要意义。研究旨在探讨干湿循环条件下滑带土的强度特性，为库岸滑坡的研究提供参考。以三峡库区石龙门滑坡滑带土为研究对象，采用直剪仪和自主改装的荷载-干湿循环耦合装置，研究了不同上覆荷载条件下、不同干湿循环次数下滑带土的强度特性。试验结果表明：滑带土在干湿循环过程中出现应变软化现象，且随循环次数增加愈发明显；干湿循环引起滑带土抗剪强度和黏聚力劣化，且集中在前4次循环，内摩擦角则无明显变化；上覆荷载的压密效果约束了干湿循环的劣化作用。研究结果揭示了荷载-干湿循环耦合作用下滑带土力学强度弱化规律，为库岸滑坡滑带土力学特性研究提供了参考。

注浆是提高软破围岩强度、维护工程稳定的有效方法和常用手段。为评价注浆对煤岩力学性能及破裂损伤的影响，对超细水泥注浆前后煤岩开展单轴压缩试验，同时采用数字图像相关技术和声发射技术监测煤岩损伤演化和裂纹扩展，基于断裂力学理论讨论煤岩裂隙尖端注浆扩展过程。研究结果表明：（1）相对完整煤样，注浆后煤样强度整体呈增强态势；当煤样原生裂隙较多时，由于裂隙尖端应力集中效应，注浆后导致强度降低；（2）注浆后煤样内部孔隙被浆液充填，脆性减弱，塑性和抵抗变形能力增强，但注浆对煤岩峰后变形影响较小；（3）完整煤样破坏表现为单条高应变集中带贯通，由于注浆导致煤样力学性能各向同性增强，故注浆后煤样破坏过程应变无明显集中带，应变演化较无序；（4）提出以水平位移损伤因子Dw表征单轴荷载下煤体损伤演化程度，定义水平位移损伤变量，建立了单轴受压煤样损伤分段本构模型。

为了获得盾构解困冻结过程中泥水仓内温度场的演变规律，以南京市江宁区新济洲供水管线过江廊道盾构解困工程为原型，依据相似理论进行了盾构内部水平冻结温度场的模型试验，研究大孔距冻结过程中泥水仓内温度场演变过程及分布特征，获得如下结论：通过盾构超前地质探孔和注浆孔布置的20根冻结管，在冻结管最大间距为3.12 m条件下，75 d时可将直径为6 480 mm的盾构泥水仓内冻实，而冻结施工至135 d后泥水仓内冻土平均温度达到−13 ℃，纵向温差约为4.4 ℃，整体冻结效果较均匀，满足盾构开仓时的封水和承载要求。冻结施工中临时停冻会导致泥水仓内冻土冷量重新分布，停冻10 h时整体冻结壁温度升高至−14～−10 ℃，而重新冻结20 h后冻结壁即可恢复到停冻前状态。冻结结束45 d后盾构泥水仓内冻土平均温度升高至−4 ℃，满足盾构复推施工要求，而冻结管位置冻土温度回升至0 ℃还需要约20 d，并在0 ℃附近维持约125 d。施工中可采取强制解冻或循环泥浆等辅助措施来加快盾构泥水仓内冻土的解冻速度，洞内水平冻结方法是构建盾构仓内常压检修环境的有效地层改良手段。

斜坡地形会显著放大地震效应，威胁坡中桩基的抗震安全。为揭示斜坡地形效应对桩基震动的影响机制，提出了一种解析方法，求解了SH波入射的斜坡桩动力响应。首先，基于波函数展开法求解到任意入射角SH波下的斜坡土体自由场位移；然后，通过Pasternak地基梁模型模拟桩与震动土体的相互作用，并结合桩基边界条件求解了桩的动力响应。计算结果与有限元模拟结果进行了对比，吻合良好，有效验证了方法的准确性。通过参数分析，研究了桩-土模量比、桩长细比、斜坡坡度及SH波频率对斜坡桩震动的影响。结果表明：当桩-土模量比（100）较小、桩长细比（10）较小、特定斜坡坡度（90°、150°）及特定震动频率时地形效应会显著增幅桩基震动。本研究将为西部高烈度山区斜坡桥桩的抗震设计理论的进一步完善提供一定的科学依据。

通过几组离心模型试验及成果分析，研究桩基在水平荷载H、竖直荷载V、弯矩M组合荷载作用下的桩基承载力屈服包络线特性，研究结果表明：桩基在承受水平、竖直组合荷载作用时，二者是相互影响的，在设计过程中必须要注意水平荷载H和竖直荷载V的组合作用；桩基在水平荷载H、竖直荷载V 组合荷载作用下的承载力屈服包络线形状大致呈椭圆形，并且椭圆的中心不在原点。而位于V 坐标轴的上半轴，偏于下压荷载的一侧，并且桩基承载力屈服包络线方程可用一个数学公式表示，可以用V-H 加载平面上桩基承载力屈服包络线对桩基是否处于安全状态进行判定；桩基在水平荷载H、竖直荷载V、弯矩M 组合作用下的承载力空间屈服包络面大致呈椭球形，并且椭球形的中心点不在空间坐标系V-H-M的原点，位于V 轴的上半部分，桩基承载力空间屈服包络面为判断和验证桩基在承受水平荷载H、竖直荷载V、弯矩M 是否处于安全性状态提供了依据；运用桩基承载力空间屈服包络面在一定程度上避免了传统设计方法在桩基设计过程中所带来的缺点，在桩基设计过程中运用桩基承载力屈服包络线方程进行设计是非常合理和必要的。

海洋环境下高强度波浪荷载易引发桩周海床土体内应力变化，进而影响埋置段单桩承载性能，因此波浪引起的海床动态响应在海洋环境中对单桩水平阻抗性能存在显著影响。为此，首先将海洋波浪视为一定频率的简谐波，基于土体多孔弹性假设的完全动态（fully dynamic，简称FD）模型分析了海床土体在线性波浪荷载作用下产生的动态响应，导得海床土体动态响应后作用于桩段的水平外荷载形式；在此基础上，采用Winkler地基和Euler梁模型模拟桩-海床土体系，并利用传递矩阵法解决土体分层问题，提出了一种单桩水平阻抗计算解析解，该公式可充分考虑波致海床动态响应对单桩水平阻抗值的影响。与前人试验结果对比，验证了该方法的合理性；最后对海床动态响应情况下影响单桩水平阻抗值的各主要因素进行了对比分析。计算结果表明，海洋环境下的单桩水平动力阻抗受波浪强度、桩径以及海床土体参数有关。而海床动态响应对单桩水平阻抗的影响则主要表现为在某一频段内刚度K_h的波动与阻尼C_h的提升，而在该频段外单桩阻抗与未考虑海床动态响应的结果近似。此外，该影响频段的范围随着桩径、桩土刚度比与渗透系数的增大而逐步增大。

为提高酶诱导碳酸盐沉淀（enzyme-induced carbonate precipitation，简称EICP）技术固化风积沙效果，将EICP技术与聚丙烯酰胺（polyacrylamide，简称PAM）联合用于沙土固化。首先研究了PAM对脲酶活性及碳酸钙生成量的影响，然后通过固沙试验确定了PAM的适宜添加量，采用风洞试验对比了EICP和EICP+PAM固化风积沙的抗风蚀能力，并探究了PAM对EICP固沙保水性和吸水性影响。结果表明：研究浓度范围内（0～1 g/L）PAM对脲酶活性及碳酸钙产量影响较小。随PAM浓度增大，沙样的表面强度及硬壳层厚度均呈先增大后减小的趋势，PAM浓度为0.6 g/L时，沙样表面强度及硬壳层厚度最大，因此，将0.6 g/L作为PAM的适宜浓度。相比EICP固化沙土，EICP+PAM固化沙土的抗风蚀能力增强，30 m/s风速下EICP+PAM固化沙的风蚀速率仅为13.28 g/(m²·min)。此外，添加PAM后固化沙土表面硬壳的保水性及长期稳定性更好，表明PAM与EICP技术结合可有效提高固化风积沙性能。

水电站地下厂房的建设因其超大规模、高边墙、大跨度和地质条件的复杂性，破坏机制和稳定性控制一直是设计和施工过程中密切关注的焦点和难题。依托当前世界地应力最高的双江口水电站地下厂房，通过现场调查、原位监测、理论分析和数值模拟，研究了极高地应力下硬岩变形破坏的工程问题和稳定性控制方法，主要从两个方面进行探讨：首先，利用有限的地应力测试数据和导洞中观察到的脆性破坏现象，估算和修正深切河谷地区地下厂房区的原岩应力场；其次，讨论了极高地应力下厂房洞室的典型破坏现象，包括高应力诱发破坏全局问题和局部岩脉切割导致的块体失稳问题，以及相应的破坏机制和控制措施。研究成果将为后续高应力硬岩大型地下厂房洞室群的建设提供重要的案例和借鉴。

岩体单轴抗压强度σ_cm是影响隧道掘进机（tunnel boring machine，简称TBM）围岩开挖及支护优化的重要力学参数之一。为实现TBM工程中现场岩体力学参数的快速准确评估，基于我国4条典型的长距离硬岩隧洞详细编制了包含159组岩体特征、掘进参数、技术指标的TBM综合数据库，提出并推导了适用于TBM刀盘破岩系统的掘进比能SE_TBM理论方程，建立了SE_TBM与σ_cm之间的经验模型，并对其有效性进行验证和讨论。研究结果表明：相比于现场贯入度指数FPI，SE_TBM有效消除了TBM掘进参数和技术指标差异化带来的影响，可作为准确评估岩体可掘性的新可靠指标。依据4种岩体分类标准或系统获取的岩体单轴抗压强度经验关系均表现较好（决定系数R²>0.84），其中基于岩体完整性指数K_v的预测模型性能最佳。利用上下限方程修正后的岩体单轴抗压强度预测新模型的平均相对误差为11.37%，总体预测精度较高。利用海量的TBM掘进参数可以为现场岩体单轴抗压强度的快速估算提供一种新的思路。

为解决岩土动力学分析中的外行波吸收问题，提出了一种基于中心差分法的显式混合有限元时域完美匹配层（perfectly matched layer，简称PML）。推导了适用于显式积分的二维及三维有限元半离散方程，并构建了二维应力-位移场混合单元Q4/4和三维应力-位移场混合单元HEX8/8进行空间离散，提出了一种适用于三阶动力方程的扩展中心差分法显式积分格式，并将其应用于求解三维时域完美匹配层方程。基于ABAQUS/Explicit进行了程序实现，开展数值试验分析了该人工边界在不同地层类型、波动类型、波动频率及边界厚度等条件下的吸收性能。结果表明：各计算工况下完美匹配层均能有条件的收敛；当完美匹配层厚度大于10层单元时，各工况截断模型响应与扩大模型响应的归一化均方根偏差均小于2%。所提出的积分格式及数值实现方案具有良好的稳定性和计算精度，不同地层条件下完美匹配层对不同类型及不同频率的外行波均表现出良好的吸收性能。研究成果在岩土动力学分析领域具有广泛的应用前景。

土石混合体是一种由强度较高的块石和强度较低的土体基质组成的非均质材料，荷载作用下其细观组分具有复杂的相互作用。结合土石混合体的细观结构特征，将土体与块石界面以及土体基质内部视为材料的薄弱位置，基于内聚力模型描述该薄弱位置的裂缝萌生、扩展及断裂，编制内聚力单元插入程序，进而结合材料直剪试验结果，分别给出土体基质内部内聚力单元与土石界面内聚力单元的材料参数确定方法，发展了基于内聚力模型的土石混合体细观数值方法。在此基础上，开展不同细观结构的土石混合体双轴压缩数值试验，结合内聚力单元失效状态，明确不同细观因素对材料宏细观力学特性的影响规律。结果表明：内聚力单元剪切方向最大允许名义应力可由直剪试验荷载位移曲线峰值剪切应力确定，最大有效位移可由最大剪切位移的1/5进行确定，切向摩擦系数可由残余剪切应力与法向应力的比值确定。建立的基于内聚力单元的土石混合体细观数值方法，可较好地描述材料的力学特性和变形规律，特别是能反映出低围压下的材料应变软化行为。

为了研究降雨作用对花岗岩残积土边坡稳定性的影响，进行了3种降雨强度（30、60、90 mm/h）、2种降雨时长（3、12 h）下的室内模型箱试验，监测了湿润锋、竖向位移等变化规律，使用PFC离散元软件对花岗岩残积土直剪试验进行模拟，标定不同含水率下花岗岩残积土的细观参数，并以此参数建立离散元边坡模型试验模型，分析位移场、转动场、失稳指标、力链、组构各向异性等细观变形和力学机制，揭示模型箱试验中边坡失稳的细观机制。结果表明：当降雨强度达到60 mm/h或以上时，边坡的滑移和扰动范围大幅扩大，滑移体沿着临坡面呈现圆弧形；边坡滑移损失率随降雨时间呈现先减小后增加的趋势，短时间的低强度降雨可以加固边坡，但持续降雨会导致滑移损失率显著上升；边坡中土体颗粒的位移和旋转角在9 h后显著增加，形成明显的圆弧形滑移破坏面；在降雨时长达到9 h后，边坡内力链分布和接触力各向异性显著变化，边坡的滑移面上的力链断裂，稳定区域内力链密集。

为了解决岩石声发射定位到时拾取困难、方程组无解导致其精度不高甚至无法定位的问题，提出一种基于向量自回归赤池信息准则（vector auto regressive -Akaike information criterion，简称VAR-AIC）到时拾取并结合智能优化算法求解的新型定位算法。利用改进的VAR-AIC方法对信号到时进行精确拾取，通过牛顿-拉夫森思想将非线性定位方程组转化为目标函数，最终借助智能优化算法迭代求解进行定位。断铅试验结果表明：基于VAR-AIC法通过瞬时频率确定到时范围、选择特征函数精准确定到时大幅度提升了声发射到时拾取精度。通过对比原子轨道搜索、灰狼算法、自适应粒子群算法性能，发现原子轨道搜索算法在保证定位精度的同时迭代速度更快。在此基础上，提出了基于VAR-AIC精确到时拾取和原子轨道搜索算法（improve vector auto regression -Akaike information criterion- atomic orbital search，简称IVA-AOS）相结合的岩石声发射定位方法。与传统的互相关+Geiger算法、牛顿迭代算法以及PCI-Express8机器自带算法相比，IVA-AOS定位算法定位误差更小、精度更高，有效地解决了传统定位算法容易出现无解的问题，为岩石声发射定位提供了一种新的思路与方法。