氢能是来源广泛且低碳清洁的能源，大力发展氢能产业是实现双碳目标和应对全球能源转型的重要举措。在氢能“制备―储存―运输―应用”全产业链中，储氢难问题长期制约着氢能产业高质量发展。盐穴储氢具有成本低、规模大、安全性高和储氢纯度高等突出优势，是未来氢能大规模储备的重要发展方向，也是我国能源低碳转型的重大战略需求。综合调研了我国制氢产业和氢能消费现状，分析了我国盐穴储氢的需求。调研了国外利用盐穴储存天然气和氢气的技术及工程现状，总结了我国盐穴储气库发展和建设历程。对比了利用盐穴储存天然气、氦气、压缩空气和氢气的异同点，提出我国盐穴储氢面临三大科技挑战：层状盐岩氢气渗透与生化反应、盐穴储氢库井筒完整性管控、储氢库群灾变孕育与防控。研究成果明确了我国氢气储备需求的快速增长趋势和大规模盐穴储氢的重点攻关方向。

为探究脲酶诱导碳酸钙沉淀（enzyme induced carbonate precipitation，EICP）技术修复重金属污染土的环境耐久性，分别对EICP修复后的锌、铅污染土进行酸液浸泡、冻融试验和雨淋试验，探讨了EICP修复锌、铅污染土在不同环境条件下的耐久性及其影响规律。结果表明，在不同浓度、不同类型酸液条件下，EICP修复后的锌、铅污染土中可交换态和碳酸盐结合态的重金属离子浸出量随pH值降低，碳酸盐结合态含量降低，可交换态含量逐渐增加，且硫酸环境下的稳定性大于硝酸环境下的稳定性；随着冻融循环次数的增加，EICP修复后的锌、铅污染土中可交换态离子浸出量增加，碳酸盐结合态含量减少；在大雨条件下，Zn²⁺、Pb²⁺主要在前20 min内进行释放，并由上往下迁移；经EICP修复重金属污染土在酸液、冻融循环和雨淋条件下具有良好的耐久性。

现行规范计算基坑抗突涌稳定性采用压力平衡法，该方法未考虑上方土体强度和基坑尺寸的影响，对接近临界承压水压力情况的评价偏于保守。针对上述问题，首先根据强度折减原理定义安全系数，采用有效应力分析并考虑基坑被动区的存在，改进了已有的考虑土体四周抗剪强度抗突涌计算方法，并基于弹性板理论提出了新的基坑抗突涌计算方法；随后在平面应变条件下利用强度折减有限元计算结果进行了讨论，并进一步分析了基坑长宽比的影响；最后对工程实例进行了计算分析。分析表明，改进后和新提出的方法相较于现有方法能更好地说明基坑抗突涌稳定性随承压水压力的变化情况，在保证工程安全的前提下提高经济性。

岩体裂隙粗糙程度对裂隙渗流特性的影响显著。利用三维光学扫描系统获取岩体裂隙面点云数据，结合SURFER和GEOMAGIC STUDIO等软件计算裂隙面节理粗糙度系数JRC和表面粗糙比率Rs，建立JRC与R_s的定量关系，开展应力、渗流和化学耦合作用下石灰岩裂隙渗流试验，研究JRC和R_s对粗糙裂隙渗流特性的影响。结果表明：JRC与R_s呈对数函数关系，其平方根R²为0.912 8，该表征公式与裂隙渗流试验结果最大相对误差MRE、平均绝对误差MAE和均方根误差RMSE分别为6.93%、0.34和0.27。JRC与渗流量、稳定期渗透率分别呈二次函数和对数函数关系，R_s和各参数的拟合关系与JRC相同。JRC值越大，渗流量和渗透率越小，且三场耦合作用下裂隙面JRC和R_s值均有所增大。该表征方法可用于岩体裂隙面粗糙度估算，由裂隙面JRC值可预测该裂隙渗流量和稳定时刻渗透率。

隧道拱顶塌方是一个渐进性破坏的过程，为研究深埋隧道软弱围岩拱顶渐进性塌落特征，基于极限分析上限定理和非线性Hoek-Brown破坏准则，建立了深埋隧道三维渐进性塌落机制，推导了考虑孔隙水压力作用下的塌方全过程塌落体曲面解析解，绘制了拱顶渐进性塌落形态三维曲面图，分析了相关参数单一变化时塌落体形态特征以及不同孔隙水压力作用下各参数对塌落体重力和隧道支护力的影响规律。结果表明：表征岩体特征的无量纲参数、重度、孔隙水压力和岩体抗拉强度对渐进性塌方塌落体形态、重力和支护力有显著影响；深埋隧道围岩物理力学参数在渐进性塌方过程中逐渐减弱，主要体现为岩体强度随变形的发展逐渐衰减直至一个残余值，围岩强度的衰减情况和残余强度大小对塌落体重力和隧道支护力有一定影响。理论计算得到的隧道拱顶塌落形态与实际隧道工程F₃断层破碎带隧道拱顶塌方范围基本吻合，验证了理论计算结果对预测隧道拱顶渐进性塌方塌落体范围的适用性，研究成果可为软弱围岩深埋隧道施工设计及安全防护提供理论依据。

混凝土防渗墙是深厚覆盖层地基上修建土石坝的主要坝基防渗结构，是保证大坝安全的关键防线，因此，精细模拟防渗墙的受力状态，对于合理评价深厚覆盖层上土石坝工程具有重要意义。联合增量迭代法和有限元−比例边界有限元耦合方法，实现了土石坝应力变形的跨尺度精细化分析，克服了中点增量法求解局部强非线性问题时精度低的缺陷；发现了防渗墙−心墙接头附近和防渗墙底部土体剪切带的局部大应变特性，阐明了传统方法无法描述土体局部大应变而高估防渗墙应力的机制；提出了设置薄层单元来模拟应变局部效应的高效计算方法，实现了超深覆盖层上高沥青心墙坝防渗墙受力状态的三维精细化分析。本研究发展的有限元−比例边界元−增量迭代法−预设薄层单元的跨尺度非线性分析方法可为深厚覆盖层上土石坝防渗墙的安全评价和设计优化提供理论和技术支持。

海底沉积物中气体通常以不连续的气相存在于海床土体中，既有理论研究较少考虑含气海床环境，波浪动压力引起的渗透力导致隧道衬砌附加变形也较少见之于文献。首先，通过Biot固结方程获得了气−水混合流控制方程，结合适用于浅水区的Stokes二阶非线性波浪理论获得了隧道衬砌周围的孔隙水压响应；其次，采用叠加法分别考虑了由波浪引起的海床土体内振荡孔压和累积孔压，并以衬砌周围可能出现的最大孔隙水压及渗透力作为最不利荷载工况，结合指数衰减模型描述衬砌劣化效应，获得了考虑波浪渗透力作用下隧道衬砌服役期间位移变化规律；最后，通过试验监测数据及数值模拟验证了本研究理论解析的准确性，通过对波浪周期、水深，海床剪切模量、海床含气量，隧道半径、埋深、衬砌劣化系数进行分析。结果表明：海床含气量增大能降低波浪压力向海床内部传播，并减弱超静孔压的累积效应；随着海床含气量逐渐增大，隧道衬砌周围孔压极值不断减小且出现相位滞后，隧道外渗透力、衬砌径向位移均随着海床含气量增加而明显降低；波浪周期增大、海水深度降低均能明显使海床表面的波浪压力增大，诱发隧道衬砌周围产生较大的渗透力，从而发生较大径向位移，小半径、浅埋深能够有效降低累积孔压造成的渗透力影响；当衬砌劣化系数相同时，含气量越低的海床内波浪引起的超静孔隙水压影响越显著，衬砌产生较大径向位移，不利于隧道的正常服役。

南水北调工程中大量膨胀土边坡因其内部的长大缓倾裂隙而发生滑动，其抢险与加固工程中微型桩取得了较好的应用效果。研究微型桩加固长大缓倾裂隙土边坡的加固机制及其参数影响，对此类工程的微型桩加固设计具有重要意义。以微型桩加固膨胀土边坡的实际工程为背景，采取对边坡滑体沿裂隙面平行方向施加推力的方式，开展了不同缓倾裂隙面角度的未加桩边坡推移破坏试验，并以桩长、排间距和桩位为影响参数，进行了微型桩加固长大缓倾裂隙土边坡的参数影响模型试验，对边坡的位移特征以及微型桩的受力特性与加固效应进行了分析。结果表明：微型桩对于缓倾裂隙边坡具有较好的抗滑加固效果，能够将抗滑阻力维持在较高的水平。微型桩能提供的抗滑阻力随桩长（锚固比）增加而增加，但提升效率随桩长增加而减小。建议布置在边坡上1/3处的微型桩锚固比取值为0.5，布置在边坡下1/3处的微型桩锚固比取值不小于0.65。桩身弯矩与剪力均呈反S形分布，最大值均位于裂隙面附近。双排桩使得边坡抵抗破坏的韧性增强，当排距为200 mm（10倍桩径）时，前后排桩协调较好，均能较为充分地发挥抗滑作用，对边坡抗滑推力提升较大。

为了探究真三轴主应力循环加卸载对砂岩能量积聚与耗散的影响，利用自主研发的真三轴扰动卸荷岩石测试系统进行了3个主应力循环加卸载试验。基于真三轴循环加卸载应力−应变演化规律与加卸载特征，划分了主应力循环加卸载试验中加载、卸载的种类；通过对三向主应力循环加卸载过后岩体表面裂纹对比分析，发现最小主应循环对岩体产生损伤最大，中间主应力次之，最大主应产生损伤最小；利用图形面积积分法与叠加法分别计算了真三轴循环加卸载的弹性能密度、耗散能密度与输入能密度，分析了三者随主应力次数增加的演化规律与加卸载过程中的能量分配；利用真三轴同时加卸载试验，验证了上述提出的能量分析方法的合理性与准确性，对其3个主应力方向卸载释放弹性能密度分析，发现循环加卸载产生的损伤对岩体储存弹性能密度影响较小。对比了3个主应力卸载对砂岩损伤与能量耗散的影响，对巷道掘进方向进行了进一步讨论。

中原地区处于季冻区，周期性冻结与融化对遗址土体结构有显著影响。为探究石灰偏高岭土（L-MK）在抗冻融循环方面替代天然水硬性石灰（NHL）用于土遗址修复工作的可行性，以石灰、偏高岭土和遗址土为主要原料，对经历不同冻融循环次数的L-MK改良土试样分别进行质量损失测试、无侧限抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验，系统研究其强度特性的冻融循环效应；并取部分试样进行X射线衍射（XRD）、热重（TG）、电镜扫描（SEM）等微观试验，揭示L-MK改良土强度劣化规律的内在机制。结果表明：试验配合比下，L-MK改良土的抗冻性能优于NHL改良土，偏高岭土掺量的增加有助于提高L-MK改良土强度；随着冻融循环次数的增加，L-MK改良土应力−应变曲线的应变软化特征呈减弱趋势，无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度单调衰减，但经历30次冻融循环后L-MK改良土无侧限抗压强度和劈裂抗拉强度分别高于NHL改良土3.79倍和1.16倍以上。这与L-MK及NHL 改良土生成的水化产物（CSH和C₄AH13等）受冻融循环的影响规律基本一致。

根据落石冲击回填土明棚洞过程中的基本力学和运动学规律，采用Laplace变换，从落石冲击半无限土体、落石冲击有限厚度土体、考虑回填土与下部结构相互作用3个方面推导了落石冲击荷载的理论计算公式，通过数值模拟和相关试验数据对理论公式进行了验证，并与目前常见落石冲击荷载计算公式进行了对比研究。研究表明：所提出的公式理论计算结果与数值模拟结果和相关试验结果均有较稳定的规律，理论计算值比数值模拟值大6%～41%，与Pichler现场试验的95%分位值差值仅在6%以内；尽管所提出的公式计算值比目前所有公式计算结果均偏大，但与数值模拟和试验数据更吻合，更能反映出真实的落石冲击荷载；所提出的计算公式可以反映缓冲层厚度和缓冲层性质的影响，缓冲层厚度越小，落石冲击荷载越大，缓冲层厚度影响系数可根据h/r查表确定；缓冲层和结构的动力相互作用导致结构承受冲击荷载相较缓冲层顶部冲击荷载增大，结构动力放大系数与缓冲层厚度相关，缓冲层厚度越大，结构动力放大系数越小。所提出的计算公式可以反映落石大小、落石形状、落石冲击能量、缓冲层厚度、缓冲层性质等因素对冲击荷载的影响，计算荷载值可直接用于明棚洞结构设计。

滨海软土地区人工冻结工程中土体通常在一定围压下受到冻融作用进而力学性能发生改变，因此开展带围压冻融作用下土体力学特性研究具有重要意义。以天津滨海地区典型淤泥质土为研究对象，通过自主改进的温控应力路径仪，对比分析了常规无围压冻融和带围压冻融下淤泥质土力学特性差异，揭示了冻融围压、冷端温度、冻融循环次数对其超孔隙水压力、应力−应变曲线、强度及变形指标的影响，并通过电镜扫描试验揭示了冻融围压对其力学特性的影响机制。在此基础之上，采用指数函数建立了淤泥质土冻融循环作用下抗剪强度和弹性模量折减系数与上述因素的关系。结果表明：冻融围压降低了冻融后土体内孔隙大小和数量，能够在一定程度上减弱冻融对土体结构的破坏，但对其应力−应变曲线模式影响较小；随着冷端温度的降低和冻融循环次数的增加，冻融后土体强度和模量均大幅度降低；超孔隙水压力随冻融围压和冷端温度的升高及冻融次数的降低而降低。

古代夯土这种经过人工取材分选、夯击并且在历史进程中接受环境陈化形成的特殊土体，其结构性及表征研究是西北干旱区夯土遗址保护领域所面临的基础性问题。研究选择分布于3个气候区域、5个朝代的15处典型遗址夯土为研究对象，通过基本物理性质测试、侧限压缩试验及无侧限单轴压缩试验与结构性理论分析，展开了对夯土结构性的初步研究。研究结果表明：15处典型遗址夯土的粒径分布、液性指数、结构屈服压力及抗压强度均随建造时代、赋存环境呈规律性变化，原状、重塑夯土的压缩性、强度及应力−应变特征表现出较大的差异性，其构度与上述的宏观性质指标具有良好的一致性表述，夯土的结构势变化中水敏势占主导作用，且扰动势、水敏势与建造距今年限和干旱指数均存在显著的线性对应关系。

富水砂卵石地区的地铁盾构隧道工程建设中须有效掌握地层力学特性指标，以指导盾构施工参数的动态调整。针对传统地勘无法准确提供地层参数的问题，通过对成都地层分布与土质特征进行大数据统计分析，并结合室内剪切与渗透试验研究，探求富水砂卵石力学特性与细粒含量、含水率、水压力等主要参数间的影响关系。试验结果表明，随着含水率的增加，内摩擦角φ 先降低后提高，咬合力C先提高后降低；当细粒含量从1%增加至6%，C和 φ 均出现不同程度的降低。推导出两个强度指标C值和φ 角与细粒含量和含水率两个参数的变化关系表达式，以及砂卵石土的细粒含量与其饱和含水率两者的变化关系式，并通过拟合情况与实际数据验证了公式的可行性。得出卵石地层管涌型的渗透破坏类型，其渗透性随着土样细粒含量的增加有所减小。然后从开挖土层的性质分析反映出隧道掘进参数动态调整和渣土改良工艺对施工影响的内在机制。研究结果可为成都地区砂卵石土层抗剪强度进行经验公式参数选取、数值模拟取值，掘进关键技术与施工方案制定提供参考依据。

水下双面真空预压既有低位真空比顶部真空更大降低土体内孔隙水压力的特点，又有水下真空预压可以更好利用上覆水荷载的优点。然而双面真空预压目前仅在处理疏浚土时应用，在固结机制和固结行为方面研究尚不深入。为探讨水下双面真空预压的加固特征和加固效果，采用离心模型试验模拟软土在顶部与底部同时受真空联合砂井预压，并利用有限元分析离心模型试验结果，对孔隙水压力和变形进行了比较分析，探讨了水下双面真空预压总水头分布的变化、应力路径的发展，并评价了固结速率。通过试验和分析发现，水下双面真空预压比陆上真空预压有更大的有效预压荷载，砂井能加速土体固结并减少土体最终沉降，加固区中部应力路径基本按K₀发展；同时在重力与真空双重作用下，底部孔隙水压力下降值远大于顶部孔隙水压力下降值，加固后期底部为低水头区。上述发现增强了对水下双面真空预压的认识和开发利用。

在“双碳”目标背景下，土体比热容作为重要的热物理性质参数之一，在能源地下结构、地铁通风计算、地埋管线、核废料处置、冻结法施工、农耕灌溉等众多领域有着重要的意义。对不同初始干密度、初始含水率的黏土试样，在不同温度条件下开展了比热容测试分析，探讨了其变化规律及机制。试验结果表明：黏土比热容随初始干密度、初始含水率的增加而线性增加，且与温度的三次方呈正比。比热容变化机制与黏土三相比例变化、固相晶格振动、水冰相变等因素有关。建立了考虑多因素的黏土比热容预测模型，与反向传播神经网络（BP-ANN）预测模型、简化理论预测模型、其他经验预测模型的交叉验证结果显示，该模型在适用范围、预测性能等方面都具有较优的表现，可为理论计算、数值仿真、工程实践中黏土比热容的取值和计算提供可靠参考。

风化花岗岩物理力学性质的弱化给工程稳定性带来很大影响，因此，研究不同风化程度花岗岩的破坏特性具有重要意义。利用河南五岳抽水蓄能电站库区采集的风化花岗岩，结合现场岩芯特征的定性描述及波速比定量评价指标，划分出了微、弱、强3种不同风化程度的花岗岩；对单轴压缩破坏后产生的碎屑进行质量和尺度的特征分析，在此基础上建立了碎屑分形维数值与波速比之间的对应关系，并利用MATLAB对花岗岩破坏后主破裂表面裂缝进行分形维数计算。结果表明：风化试样产生的碎屑以粗粒组为主，且随风化程度增强，粗粒组碎屑质量占比逐渐增大；强风化岩石碎屑长厚比分布范围小，块状碎屑占比低，破坏动力学特性不明显，其形状更单一，主要以板状为主；随着风化程度的降低，块状碎屑含量增多，岩石动力学破坏特征增强，碎屑分形维数随着表征风化程度波速比的增大而呈增大趋势；相较于碎屑质量、宽度和厚度，碎屑数量和长度是影响碎屑分形维数的主控因素，是反映不同风化程度花岗岩破碎分形特征的主要参量；强风化类组花岗岩表面裂缝分形随波速比变化不明显，而弱风化、微风化花岗岩的裂缝分形维数随波速比增大而呈显著增大趋势，说明其自相似程度更高，形状更复杂，而在裂缝形成过程中所需要的能量也更多。

岩体灾害发生的本质是能量驱动下的一种失稳现象，受开挖卸荷扰动影响导致的岩体结构破裂失稳是诱发采场突水等动力灾害的主要原因之一。为探究开挖卸荷过程对岩体结构破裂的影响，明晰围岩劣化损伤规律及突水等动力灾害孕育机制，针对应力-渗流耦合因素影响下岩石损伤特性及能量演化规律研究较少的特点，采用Rock Top多场耦合试验仪，在应力-渗流耦合作用下对砂岩开展了常规三轴（C组）、不同初始损伤程度常规卸围压（W组）及循环加卸围压（X组）3种应力路径下的岩石损伤特性及能量演化规律试验研究。试验结果表明：岩石能量演化规律与应力-应变曲线具有明显相关性，基于岩石弹性应变能演化特征，将常规三轴压缩（C组）下岩石应力-应变曲线分为5个阶段，并对每个阶段U₁、U₃、U_e、U_d及渗透率变化特点进行了详细阐释（U_e为弹性应变能，U_d为耗散能，U₁为轴向应力对岩石做正功转化的岩石应变能，U₃为做负功所释放的应变能）；常规卸围压过程中，U₁、U₃演化规律与C组岩石基本一致，但U₃负增长更为显著，岩石输入能逐渐从以U_e为主导转变为以U_d为主导，初始损伤程度对该规律无明显影响，卸围压过程中渗透率呈波动上升趋势，围压与渗透率呈负相关；循环加卸围压过程中，各能量演化规律与W组岩石基本一致，仅因时间效应而导致能量积累量存有差异。整体来看，无论何种应力路径，峰前阶段岩石均以U_e为主导，以能量存储为主，峰后阶段则以能量释放及耗散为主，轴向应力加载是U_e得以快速积累的主要影响因素，围压改变不足以引起U_e发生较大变化，轴向载荷作用为工程致灾的主要影响因素。此外，岩石损伤变量与围压存在明显负相关，围压越大，岩石U_e释放比例越小，岩石损伤越小，围压束缚作用可有效提高岩石储能能力并抑制岩石能量的耗散与释放。

为揭示土体在冲击荷载作用下的动态响应特征，运用自主研发的附加激发力式平板动力载荷试验系统（flat dynamic load test，简称FDLT试验）对广州大学城区内两种典型土体（砂土和黏土）进行了不同荷载大小和加载速率的FDLT试验，获取了土体在冲击荷载下的荷载−时程曲线、位移−时程曲线、荷载−位移曲线的3种关系曲线。建立了动态变形模量与加载速率的经验公式，对比分析了两种土体在冲击荷载作用下的加载速率效应。研究表明：（1）砂土的FDLT试验存在一个充电量临界值，在该充电量冲击试验过程中，加载速率对砂土的动态强度及变形有较大的影响，而对黏土在本次试验条件下未有明显影响。（2）加载速率对黏土与砂土的位移响应的相同之处在于，最大荷载和最大位移均随加载速率的增大而提高；不同之处在于，黏土达到位移峰值时间会随加载速率增大而延长，而砂土达到位移峰值时间随加载速率增大呈现先增加后减小的规律。（3）土体的动态变形模量与加载速率曲线呈对数变化关系。本研究成果可为土体动力特性研究、土的动静参数换算和工程设计提供依据。

室内土工格栅拉拔试验物理模型边界及加载装置通常是刚性的，但土工格栅工程应用的边界条件往往不能与室内拉拔试验物理模型边界相对应。为了研究边界条件对拉拔试验结果的影响，在室内三轴和拉拔试验的基础上，运用三维离散元方法，对土工格栅加筋风积沙的拉拔试验展开数值模拟，研究加载顶面刚、柔性加载方式和模型前壁刚、柔性边界4种组合条件即刚性顶面刚性前壁（R_TR_P）、柔性顶面刚性前壁（F_TR_P）、刚性顶面柔性前壁（R_TF_P）、柔性顶面柔性前壁（F_TF_P）对筋土界面宏细观特性的影响。分析了不同组合条件下拉拔力与拉拔位移的关系、界面剪切强度、试样内部应力链、孔隙率分布和颗粒旋转规律，分析了刚性加载板和柔性边界颗粒位移、F_TF_P组合下土工格栅的变形以及拉拔过程中剪切带的演化规律。研究表明，模型前壁的刚、柔性边界对拉拔力和拉拔位移曲线模式以及界面摩擦角的影响很大。刚性前壁边界条件下，拉拔力和拉拔位移曲线呈加工软化型；柔性前壁边界条件下，拉拔力和拉拔位移曲线近似呈双折线型。当模型前壁由刚性变为柔性时，界面摩擦角减小了7º～8º。当法向应力小于90 kPa时，建议F_TR_P组合、R_TF_P组合和F_TF_P组合的拉拔力峰值折减系数分别取0.9、0.6和0.7。4种组合在拉拔试验过程中试样体积增加，呈剪胀特性。R_TR_P和F_TR_P组合剪切带厚度分布为颗粒平均粒径的5.38倍和10.79倍；R_TF_P与F_TF_P组合剪切带的分布范围更广。该研究成果有助于深入揭示刚、柔加载方式以及刚、柔前壁边界下土工合成材料和风积沙的相互作用机制

为探究冲击荷载下含瓦斯煤体动态响应差异，利用可视化含瓦斯煤分离式霍普金森压杆试验系统，对不同初始瓦斯压力下的煤体进行动态冲击试验，分析了不同瓦斯赋存状态下煤体能量耗散规律，并借助超高速摄像机和数字图像相关（digital image correlation，简称DIC）技术阐述冲击过程含瓦斯煤表面裂纹演化特征，结合分形理论获得了瓦斯压力对破碎煤体分形特征的影响，揭示了瓦斯赋存状态与破碎煤体特征尺寸的内在联系。结果表明：冲击荷载下，含瓦斯煤体应力−应变曲线基于能量耗散规律大致可分为4个阶段，瓦斯对煤体劣化作用显著，破碎耗能与破碎耗能密度随初始瓦斯压力增加均呈指数函数减小；受瓦斯气楔效应影响，冲击荷载下含瓦斯煤体应变场演化更为复杂，煤体破坏逐步从横向层裂破坏演变为横向层裂−纵向劈裂的复合型破坏；瓦斯压力作用下，煤体内部损伤加剧，破坏失稳后，破碎煤体平均粒径及破碎块度尺寸随初始瓦斯压力增加而逐渐减小，但分形维数呈指数函数增加，煤体破碎程度更加剧烈；构建了基于煤体破碎过程中能量消耗守恒的多维动态含瓦斯煤破碎模型，结合试验数据验证了模型的合理性，可较好地描述受瓦斯影响下的破碎煤样特征尺寸。研究成果对矿井煤岩瓦斯动力灾害防治具有重要的理论意义和一定的应用前景。

随着我国输电线路工程逐步进入西部山区，越来越多的输电塔基础需要修建在陡峭的山坡上。然而，斜坡桩基在强风、雪等极端气候的抗拔承载变形特性研究不足，现行规范也尚无完善说明。基于此，开展了平地与斜坡上嵌岩抗拔桩的室内模型试验，对比分析了荷载−位移曲线、地面变形及裂缝扩展、破坏模式、桩身轴力、桩侧摩阻力及桩−岩相对位移。使用试验结果与ABAQUS数值模拟结果相比较，在验证模型可靠性的基础上，进一步研究了斜坡坡度对嵌岩抗拔桩承载变形特性的影响。结果表明，平地与斜坡下的荷载−位移曲线变化规律一致，均呈陡变型。斜坡对嵌岩抗拔桩的承载变形特性具有不利影响，当斜坡坡度在0º～30º范围内变化时，斜坡坡度对极限承载力的削弱影响呈近似线性增加（0%～12.8%）。随着斜坡坡度增加到45º时，斜坡对嵌岩抗拔桩极限承载力的削弱影响急剧凸显（25.9%）。斜坡上的基岩破坏面主要发生在下坡3.2d（d为桩径）、角度为120º的扇形范围内，逆坡破坏范围约为1d，不同于平地呈对称、复合形的破坏。值得注意的是，当桩顶荷载达到约80%的极限承载力时，平地地表或斜坡下坡出现了可见的裂缝。该研究成果为斜坡上输电塔桩基抗拔优化设计及规范完善提供了科学依据。

为探究下伏空洞桥梁群桩桩端岩层的承载机制和破坏模式，进行了单桩及不同桩数群桩的室内模型试验研究，得到了不同桩数群桩桩端岩层的极限承载力和破坏模式。根据下伏空洞桥梁群桩桩端岩层破坏模式的特点将破坏面分为两个部分，结合极限分析法提出了下伏空洞桥梁群桩桩端岩层极限承载力计算方法，理论计算值与室内试验值吻合良好，验证了计算方法的合理性。同时分析了桩端岩层极限承载力随桩数增加的变化规律，可为岩溶区桥梁桩基工程建设提供参考。试验及理论计算结果表明：1）下伏空洞群桩桩端岩层发生整体冲切破坏时，破坏体整体可视为与单桩破坏体等效的大型墩基；（2）当桩间距较小时，群桩桩端岩层极限承载力随外围基桩外包络线长度增大而增加，当外包络线长度相同时，内部基桩布置方式对群桩桩端岩层极限承载力无影响；（3）群桩效应系数随桩间距的增大而增加，临界桩间距为5d～6d（d为桩径）。

针对我国南方地区高液限红黏土低路堤存在工后沉降变形的问题，采用自主设计可测试低应力条件下岩土体湿化变形的试验装置，研究了不同围压、轴压与围压之比和压实度条件下高液限红黏土竖向湿化应变、侧向湿化应变的变化规律，建立了可以考虑围压、轴压与围压之比、压实度影响的高液限红黏土竖向湿化应变峰值预估模型，并对预估模型进行了验证。研究得到的主要结论为：渗流与应力耦合作用下，高液限红黏土侧向湿化应变与竖向变形均先增大、后趋于稳定，高液限红黏土试样在湿化变形稳定后呈现上部大、下部小的特点；高液限红黏土侧向湿化应变开始响应至达到峰值所需时间、侧向湿化应变峰值、竖向变形量峰值与围压、轴压与围压之比呈正相关；高液限红黏土侧向湿化应变峰值、竖向变形量峰值与压实度呈负相关，侧向湿化应变开始响应至达到峰值所需时间与压实度呈正相关；高液限红黏土侧向湿化应变可以分成由增湿引起的侧向湿化应变和由膨胀性矿物吸水引起的侧向湿化应变两部分；不同因素对高液限红黏土竖向湿化应变峰值的影响程度为：压实度＞轴压与围压之比＞围压；本研究对高液限红黏土低路堤工后沉降变形预测与控制具有重要的工程意义。

管棚支护是隧道工程在复杂地质环境中常用的辅助施工手段，其主要依靠管间微拱效应发挥支护作用，而微拱的形成和破坏与管棚间距密切相关。综合考虑侧向土压力及微拱截面应力的非均匀分布特征，确定了考虑侧向土压力作用的微拱合理拱轴线形状，并推导了其标准方程，结合微拱的破坏条件提出了管棚合理间距的计算方法。对所提出的方法进行工程算例分析，并与已有关于管棚间距的计算方法进行了对比，验证了该方法的合理性。在此基础上，对影响管棚间距的主要参数进行分析，研究结果表明：管棚间距与拱顶荷载呈负相关关系，与管棚直径、土体黏聚力呈线性正相关关系，与土体内摩擦角呈非线性正相关关系，且土体内摩擦角的增大对管棚间距增大的影响也随之增大。随荷载的增大，上述参数对管棚间距的影响均减弱。

采用蒸汽平衡法测定了4种温度（T=5、25、40、60 ℃）条件下Whatman No.42滤纸的率定曲线，建立了考虑温度影响的双线性率定曲线方程，发现滤纸的持水性能随温度升高而降低，且温度对率定曲线高吸力段滤纸持水性能的影响要弱于低吸力段。在此基础上，以南宁膨胀土为研究对象，使用滤纸法测定了不同温度作用下膨胀土试样的土-水特征曲线。试验结果表明，随着温度的升高，膨胀土持水性能下降，但温度的影响幅度会随着吸力的增大而减弱，当基质吸力达到40 MPa时，不同温度下试样的体积含水率并没有明显变化，即此时温度对膨胀土的持水性能变化几乎无影响。为解释上述宏观现象，选取部分试样进行了压汞试验和吸附结合水试验，并根据试验结果从土体中各相及各相界面相互耦合作用的物理机制角度阐述了南宁膨胀土持水性能的温度效应及微观机制。

红层泥岩的膨胀性和水敏性对地区公路、高铁的建设和工后变形控制构成了长期潜在威胁。为此，依托甘肃兰州一红层泥岩路堑段，开展了微膨胀泥岩地基原位水分入渗响应特征试验，分析泥岩地基膨胀变形量、膨胀力和体积含水率时空演化规律，并讨论了室内试验和原位试验的差异性。研究结果表明：红层泥岩地基水分入渗形式包括裂隙流和孔隙流，水分场具有明显的时空分布不均匀性，岩体裂隙对渗流、膨胀具有促进作用。入渗过程中泥岩吸水膨胀具有显著的时效性，原位地基膨胀量和膨胀力均经历骤增、减速增长和缓慢增长阶段，并未能达到收敛，浸润峰后泥岩表面逐渐软化甚至泥化，会导致地基承载力下降。室内试验对原位泥岩的水分入渗响应特征反映有限。

墙后膨胀性填土在吸水膨胀后，将对挡墙产生较大的侧向压力，严重时可能引起挡墙失稳。在墙背与膨胀性填土之间铺设可发性聚苯乙烯土工泡沫（expanded polystyrene geofoam，简称EPS）缓冲层，利用EPS的高压缩特性，为填土的侧向变形提供空间，可有效减小作用于挡墙的侧向压力。为了探明墙后铺设EPS的膨胀土挡墙在膨胀土浸润至饱和状态时，侧向压力沿墙高的分布规律及影响因素，开展了EPS减压膨胀土挡墙模型试验和相应的理论分析。结果表明：（1）当膨胀土浸润至饱和时，铺设密度为12 kg/m³的EPS可减小膨胀土挡墙约50%的总侧向压力；（2）无EPS的膨胀土挡墙的侧向压力沿墙深逐渐增大，而含EPS的膨胀土挡墙的侧向压力沿墙深基本相同；（3）EPS厚度越大，密度越小，对挡墙侧向压力的减压效果越好。

构造了抗拔桩上限分析机构，对饱和黏土中闭口桩与开口管桩抗拔承载力进行了上限计算，通过与弹塑性有限元、下限法及API方法进行对比说明了其合理性，并与实测资料对比验证了此方法的可靠性。研究了长径比、桩壁粗糙程度、土体强度非均匀性和土塞高度对抗拔承载力的影响，拟合出了闭口桩的抗拔净承载力预测公式。主要结果表明：对于闭口桩，归一化的抗拔净承载系数和单桩长径比之间近似呈线性关系。对于开口管桩，开口管桩抗拔净承载力系数与闭口桩抗拔净承载力系数的比值随长径比的增大有增大的趋势；管桩抗拔净承载力系数随着土塞高度的增加而增加，土塞对管桩的抗拔承载力有不可忽略的影响。

现行规范中动力触探锤击数修正系数的确定需考虑实测锤击数影响，而业内对此少有研究。在一次人工做功击打时，动力触探落锤和探杆通过碰撞传递机械能，基于一维碰撞理论，若恢复系数不为0，则二者碰撞后速度不等，在重力和土阻力作用下会继续碰撞。推导了仅计算首次碰撞后探杆能量、计算首次碰撞后落锤与探杆能量之和及计算首次碰撞后有限次碰撞3种计算方案下的杆长修正系数计算方法。研究结果表明：在碰撞过程中和在一次人工做功击打的两次碰撞间是否考虑土体阻力作用，对杆长修正系数的计算都有影响。使用计算首次碰撞后落锤与探杆能量和的计算函数对现行规范中杆长修正系数拟合，得到重型和超重型决定系数分别为0.993 5、0.975 1。仅考虑两次碰撞间土体对探杆阻力的影响，使用计算首次碰撞后有限次碰撞的计算方法，当恢复系数≤0.3时，计算得到的杆长修正系数随锤击数增大而减小。

近源地震中，地震波入射角对岩质边坡的放大效应影响显著。基于黏弹性人工边界理论和等效节点力原理，结合有限单元法建立了可以考虑地震SV波和P波斜入射的地震动输入方法，研究了岩质边坡的坡角、地震波入射角以及入射波类型对边坡放大效应的影响规律。边坡峰值地面加速度（peak ground acceleration，简称PGA）放大系数结果表明，若仅考虑地震波垂直入射的情况，边坡的动力放大效应可能会被严重低估。此外，边坡坡角的变化和入射波类型的改变也对边坡的放大效应有显著的影响。将计算得到的PGA放大系数与相关规范中建议的放大系数对比发现，规范建议值在一些情况下低估了放大效应。边坡坡顶的加速度频谱结果显示，地震波入射角对坡顶加速度傅里叶谱的主频影响较小，但对其傅里叶谱的幅值影响较大。随着SV波入射角的增大，坡顶水平加速度傅里叶谱幅值整体上变化不显著，而竖向加速度傅里叶谱幅值逐渐增大；随着P波入射角的增大，坡顶竖向加速度傅里叶谱幅值逐渐减小而水平向幅值逐渐增大。引入谱比曲线定量评估了不同入射条件下边坡坡顶的谱放大效应，获得了坡顶谱比峰值的变化规律。

微生物诱导碳酸钙沉积技术（microbially induced calcite precipitation，MICP）在土体加固中应用广泛，但在岩体封堵领域的研究成果还不多见。为了研究岩石节理MICP封堵机制，以透明树脂模拟粗糙岩石节理试件为研究对象，考虑MICP反应影响因素，开展了6种不同工况下的岩石节理MICP封堵室内试验，得到了MICP封堵过程中岩石节理导水系数和水力隙宽变化规律以及相应的碳酸钙时空分布图像。试验结果表明：MICP封堵过程中岩石节理水力隙宽随灌注轮次大致呈线性减小趋势，且水力隙宽减小速率与岩石节理中碳酸钙分布情况密切相关，而MICP反应过程中碳酸钙分布又受灌注速率、固定液、菌液和反应液灌注时长、静置时长等因素影响；6种工况中灌注速率较大、先灌注菌液和固定液静置一段时间再灌注菌液和反应液、灌注和静置时间最长的工况4封堵效率和效果最佳，在仅灌注2轮的情况下可将岩石节理导水系数由40.51×10^–6 m²/s减小至0.52×10^–6 m²/s，降幅达98.72%，对应的水力隙宽值由0.367 mm减小至0.086 mm，降幅达76.6%；通过观测岩石节理试件上、下表面的碳酸钙沉积情况，发现岩石节理中MICP反应产生的碳酸钙在较短时间内就可以形成一定胶结强度，在封堵岩石节理减小其渗透性的同时，还有改善其力学性能的潜力。

岩体工程中岩石常因动载作用产生断裂，研究岩石在冲击荷载下I型裂纹的响应规律，采用分离式霍普金森压杆试验系统开展了侧开单裂纹三角形（single cleavage triangle，简称SCT）花岗岩试样的动态冲击断裂试验。采用Hough变换方法实现了表面裂纹形态长度及角度分布的定量描述，分析了表面裂纹形态与试样吸收能量的关系；并利用三维表面形貌仪获取了断面的三维点云数据，提出了基于拟合曲面阈值检测的断面重构方法，有效解决了断面三维点云数据误差点出现导致的误差问题；讨论了断面粗糙度与试件吸收能量间的关系。结果表明：随着吸收能量的增大，裂纹长度的指数分布值有增大的趋势；裂纹角度的分布较为平均，水平方向上的裂纹相对较少，试件能量耗散较低时，裂纹具有明显的方向性，能量耗散较高时，裂纹的弯曲程度更高且贯通性较好；断面重构方法在x、y方向点数的0.03～0.08，阈值为0.25时能够较好的完成断面处理，试件A、B断面的粗糙度统计参数随能量耗散的增大呈下降趋势。

富含裂隙是膨胀土的重要特性之一，原生裂隙以及受力过程中的裂隙扩展对土的力学行为影响显著。为了调查裂隙对膨胀土的变形规律与破坏模式的影响，借助改进型真三轴仪，对不同原生裂隙主方向角的原状膨胀土（I型裂隙试样长轴垂直优势裂隙方向、II型裂隙试样长轴45º斜交优势裂隙方向、III型裂隙试样长轴平行优势裂隙方向），开展固结排水平面应变剪切试验，并利用数字图像相关（digital image correlation，简称DIC）技术分析变形规律，重点研究裂隙影响的变形局部化特征。结果表明：同一围压作用时，II型裂隙试样的峰值应力最小，应力−应变曲线呈应变软化型，其破坏类型为滑动破坏；I型裂隙试样峰值应力最大，且I型裂隙试样与III型裂隙试样的应力−应变曲线呈应变硬化型。I型裂隙试样的破坏类型为压缩剪切破坏，III型裂隙试样的破坏类型随围压不同而存在差异。同一围压作用下，I型裂隙试样产生的剪切带倾角较其他裂隙类型样品小，且基本不随围压变化。II型裂隙试样的剪切带沿原生裂隙面发育形成，其倾角大小随围压变化并无明显规律，围压影响II型裂隙土试样剪切带发育的数量。对于III型裂隙试样，围压影响剪切带发育类型，且随着围压增大，主剪切带倾角减小。利用Roscoe理论得到不同裂隙方向土样的剪切带倾角大小与试样实际破坏时剪切带的倾角较为符合。该试验为研究裂隙性膨胀土力学特征各向异性奠定了基础。

依托上海某超深圆形竖井工程，收集了施工期坑底土体隆起的实测数据，总结了坑底土体隆起的竖向分布模式、演变规律和主要影响因素；建立并验证了轴对称数值模型，探讨了开挖卸荷、降水、地下连续墙和土体力学特性对坑底土体隆起的影响规律，探明了坑底土体的隆起机制。土体隆起是开挖卸荷、降水和地下连续墙约束作用下土体力学响应的综合结果，其中开挖卸荷和墙体挤压会引起隆起，降水和墙体的负摩阻力会抑制隆起。开挖卸荷存在主要影响深度，卸荷回弹主导了该深度范围内土体的隆起，而土体剪切变形则控制了该深度范围外的土体隆起。土体流变以及负孔隙水压的消散共同导致了土体隆起的时间依赖性。软土地区小直径超深竖井的坑底隆起沿深度方向减小近似线性，最大值位于开挖面中心处；土体隆起随开挖先缓慢增加后近似线性快速增大，而在非开挖阶段，土体隆起随时间有缓慢增大趋势。

高烈度区挡墙抗震设计的主要荷载是地震主动土压力。首先根据水位、缝深和墙踵的相对位置关系，提出了含裂缝非饱和土挡墙在高、中、低水位下地震主动土压力分析的3种力学模型；继而通过拟动力法计算墙后滑动土体的地震效应，运用非饱和土力学原理与极限平衡法建立了水位变化下倾斜挡墙的地震主动土压力解答，并给出了迭代应用步骤、对比文献理论解答与振动台实测；最后探讨了水位、缝深以及土体非饱和特性对地震主动土压力系数的影响规律。研究结果表明：所得非饱和土挡墙地震主动土压力解答综合考虑了水位、缝深与土体非饱和特性，能退化为经典土压力公式，与文献理论解答、振动台实测吻合良好且应用较便捷，具有重要理论意义和良好的应用前景；地震主动土压力受水位、缝深、基质吸力、吸力分布与吸力角的影响均很显著，需采用工程措施维持基质吸力、吸力分布、低水位、小缝深等稳定存在以优化挡墙抗震设计。

通过脆性岩石试样巴西圆盘试验研究了疲劳效应对脆性岩石断裂韧度KIC的影响，阐释了脆性岩石的疲劳损伤机制，首次展示了脆性岩石破坏前宏观裂纹的张开和闭合行为。巴西圆盘试验结果表明，循环荷载作用下，脆性岩样的KIC降低了35%，巴西劈裂拉伸强度降低了30%。通过高速相机数小时的记录观测到了岩石力学领域从未观测到的过程，即脆性岩样破坏前，疲劳裂纹在正弦荷载作用下弹性张合。扫描电镜和计算机断层扫描结果显示，巴西圆盘和V形切槽巴西圆盘试样的破坏是由断裂过程区（fracture process zone，简称FPZ）引起的，FPZ中包含许多异于循环荷载作用下单条宏观裂纹的微裂纹，切槽裂纹尖端FPZ的形成导致未破坏脆性岩样中可视疲劳裂纹弹性张合。室内试验和数值计算结果表明，切槽裂纹倾角为60º时获得最大FPZ（即FPZ_max），这表明最大FPZ的形成可能与I-II型（拉伸和剪切）组合加载模式有关。

近接荷载作用下基坑阳角区的受力机制复杂，因此，研究支撑位置变化对基坑阳角区的影响具有重要意义。采用现场监测和数值模拟方法研究了支撑位置变化下基坑阳角区的受力特性和变形规律，主要包括内支撑轴力、桩身侧向土压力、支护桩水平位移、近接建筑沉降和支护桩弯矩等。研究结果表明，支撑位置深度太大或太小均对基坑支护系统的受力和协调变形规律不利，最佳支撑位置的深度在基坑深度的0.33～0.50倍之间（支护桩深度的0.10～0.33倍）。

流态固化淤泥可用于基坑肥槽、道路路基等浇筑工程，其流动性是保障施工质量的重要因素，但不同液限新拌固化淤泥流动性缺乏系统研究，开展相关研究具有重要实践意义。通过对6种不同液限（w_L = 27.2%～62.0%）淤泥与固化淤泥开展流动度与黏滞性试验，揭示了固化材料掺量、含水率、液限三因素对淤泥和新拌流态固化淤泥流体流变特性的影响规律，并建立了流动度和黏滞剪切力的计算方法。研究表明：固化材料的掺入使新拌固化淤泥流动性下降明显，但掺入量超过5%后，降低幅度减缓，超过10%后，流动度基本保持不变；初始含水率越大，新拌固化淤泥流动性越好；含水率在w_L附近时，固化淤泥流动度变化较小，超出w_L一定倍数后，其流动度才明显增大，且w_L越小，该数值越大，当含水率超过一定限值后，流动度增速减缓，该限值与土体w_L呈正相关关系。在此基础之上，提出了淤泥和新拌淤泥固化土流动程度与淤泥w_L间的幂函数关系，建立了不同w_L新拌固化淤泥剪切力双曲计算模型。成果可为新拌固化淤泥的设计和施工提供参考。

我国抗震设计规范中基于标准贯入试验（standard penetration test，SPT）锤击数的砂土液化判别公式是我国科学家提出的适于我国国情、具有中国特色且工程应用最广泛、最权威的液化判别公式。该公式的基本原理是采用场地地下水位和饱和砂层埋深修正SPT锤击数基准值得到临界锤击数。该方法中SPT基准锤击数取决于液化数据，而构建规范判别公式所采用的数据库主要来自我国20世纪六七十年代发生的几次地震的震后勘察测试数据及震害经验，但数据一直未得到系统地更新。通过搜集、整理、吸收近期国内地震的液化数据，极大地扩充了我国液化数据库。借鉴我国规范液化判别方法的理论框架，通过数据分析给出不同烈度下SPT锤击数基准值，构建新的液化判别公式。利用新的判别公式对液化数据进行回判检验。结果显示，新公式能够较好地判别液化数据和非液化数据，保持较高、且液化数据和非液化数据均衡的回判成功率。该研究结果可为我国规范液化判别方法的改进提供支撑。