热性质是岩土体基本的物理性质之一，用以评价热量在其中的保持、传导和分布状况，以导热系数、比热容和热扩散系数最为常见，这些参数也是地热能管理与开发、工程冷冻开挖、寒区工程设计与施工的重要参数。已有研究表明，土壤热参数与土质、来源、含水率、密度等因素有关。通过广东湛江某工地粉质黏土和黏土的热参数测试结果分析发现：随含水率的增大，粉质黏土导热系数和热扩散系数的变化趋势是先增加至最大值，然后减小，而比热容基本呈线性增大。干密度对粉质黏土导热系数的影响与含水率大小有关，当含水率不超过20.0%时，其随干密度的增加而增大，而当含水率超过27.5%后，其随干密度的增加有减小趋势；当含水率在24.5%（液限）左右时，基本没有规律可循。干密度对粉质黏土热扩散系数影响规律不明显。黏土的导热系数和比热容都随含水率和干密度的增加而增大；热扩散系数随含水率的升高整体表现为非线性增加至稳定，在低含水率下干密度的影响不明显，在较高含水率下随干密度的增加热扩散系数先增大后减小。较大颗粒的存在导致粉质黏土的导热性较黏土复杂。

未来人类的地外天体勘探、太空资源开发、地外基地建设等活动都离不开岩土工程技术的发展。目前，人类获得太空岩石样本仅有太空飞行器取样和收集陨石两种途径。由于陨石存量稀少、价格昂贵、尺寸小并且形状任意，因此难以加工成传统力学试验与模拟（mechanical testing & simulation，简称MTS）材料试验机等宏观岩石力学试验所需要的高质量标准岩样。基于微观岩石力学试验和统计分布模型，发展了适用于小尺寸陨石的力学参数测量新技术。首先，应用矿物自动定量分析系统（TESCAN integrated mineral analyzer，简称TIMA）获得NWA13618陨石成岩矿物组成、含量和分布。然后，利用网格纳米压痕技术进行大量压痕试验获得多点弹性模量；之后，利用高斯混合模型，统计求解NWA13618陨石中4种主要矿物的力学参数。橄榄石、辉石、铁镍金属、长石的弹性模量分别为116.73、101.77、87.24、70.74 GPa；最后，基于岩石力学试验结果，采用Mori-Tanaka均质化方法获得NWA13618陨石宏观cm尺度弹性模量为90.48 GPa。提出的微观岩石力学试验技术和尺度升级方法为预测L4型陨石母星小行星的力学性质提供了理论基础和技术手段。

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。

土石混合体−基岩界面的抗剪强度是控制坡体稳定性的重要参数之一，是工程设计的重要参数。为探究块石尺寸对土石混合体−基岩界面剪切力学特性的影响，开展了含不同块石尺寸的土石混合体−基岩界面室内大型剪切试验。结果表明：接触界面的破坏模式受块石尺寸和法向压力的影响不显著，均表现为应变硬化特征；法向压力会削弱块石尺寸效应的影响；随块石尺寸增加，抗剪强度和抗剪强度指标（φ、c ）先增加后减少，既存在着正尺寸效应，又存在着负尺寸效应，尺寸效应对内摩擦角φ 的影响有限，整体在29º波动，而对表观黏聚力c 影响较大；不同块石尺寸试样在不同法向压力作用下均表现出了明显的剪缩行为，法向压力能够增强土石混合体的剪缩特性；土石混合体−基岩界面为薄弱的潜在滑移面，随着块石尺寸系数的增加，薄弱破坏面有向土石混合体内部转化的趋势。

我国软岩工程涉及能源开采、水利、交通、国防等重要工程领域。随着我国能源开采逐渐向深部延伸以及交通、水利、隧洞等工程的发展，大量隧道、巷道需穿越软岩地层，高地应力、围岩破碎软弱等问题突出，软岩大变形灾害频频发生，造成重大安全隐患和经济损失。对我国现阶段软岩支护的研究进展做了系统的总结，从4个方面概括分析了软岩大变形灾害控制技术与方法的研究现状，包括：（1）以改进型刚性或可缩性支架、复合型衬砌为代表的被动支护方法；（2）以高强预应力锚杆、锚索为代表的增强型主动支护技术；（3）以注浆改性为主导思想的软岩改性技术；（4）让压技术；（5）多重改进方法联合支护技术。阐述了不同支护技术和方法的发展现状，分析了不同支护手段的适用条件、技术优势与不足。采用单一支护手段的改进通常难以满足软岩大变形控制的需求，如何实现不同支护措施之间的高效协同控制，以及实现对围岩变形应力场的实时精准监测等问题是目前我国软岩大变形灾害防控亟待解决的难题。最后，基于上述研究成果，分析了我国软岩大变形灾害控制技术的发展趋势并提出了建议。

为了提高我国南海钙质砂地基的抗液化性能，提出利用微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术联合纤维加筋技术对钙质砂进行改性处理。通过开展动三轴试验，对比分析了改性前后钙质砂试样的动应变、动孔压、应力−应变滞回曲线以及动弹性模量的发展规律和演化特征，并结合扫描电镜（SEM）试验探究了MICP和纤维加筋技术对钙质砂的联合改性机制。研究结果表明：（1）MICP技术可以明显改善钙质砂试样的抗变形与抗液化性能，相比于未胶结处理试样，仅MICP处理试样的动应变和动孔压分别降低了95.74% 和 92.46%；（2）纤维的掺入进一步提升了MICP的改性效果，相比于仅MICP处理试样，MICP和纤维加筋联合处理试样的动应变和动孔压分别降低了 74.32%和 74.18%；（3）MICP 和纤维加筋技术通过减轻试样在循环荷载作用下的循环活动强度和能量耗散、提高试样的动弹性模量和减小动弹性模量的衰减速率，从而实现试样抗变形与抗液化性能的显著提高；（4）SEM 试验分析结果表明，MICP 与纤维对钙质砂动力特性的改善具有协同作用。纤维的掺入为细菌提供了更多的附着场所，促进了碳酸钙晶体的生成量，该部分碳酸钙不仅增加了颗粒间的胶结强度，同时也将纤维固定在砂颗粒上增强了纤维网的约束作用。

定向钻技术起源于石油钻井工业，经多年发展已拓展至隧道工程地质勘察及灾害处置、煤矿底板含水层改造、蓄能电站抽水通道施工、市政管道铺设等多个领域。地面注浆技术结合定向钻长距离精准穿越的优势，可实现地下工程不良地质高效预加固与灾害安全处置，具有广阔的应用前景。系统综述了定向钻注装备技术的发展历程、研究现状和待突破关键技术。首先，介绍了定向钻与地面注浆技术的发展历程；其次从重大科研项目、学术论文、授权专利以及工程实践等方面进行了分析与总结。结果表明：我国现阶段定向钻注技术总体已达到自主化、实用化的国际先进水平，但在千米级长距离快速钻进、复杂地质条件精准导向、地下工程精准注浆处置等核心技术方面仍存在“卡脖子”难题。面向战略性重大工程建设需求，提出了超长距离定向钻注一体化装备“预报、钻进、注浆、检测”四大功能模块，围绕随钻感知预报、快速钻进与卡钻预测、精准导向技术、远距离凝胶可控注浆材料、稳压控制分段注浆工艺、随钻检测系统六方面，开展了分析与讨论，可为我国定向钻注一体化装备技术发展和地下工程灾害防控提供参考。 关 键 词：地下工程；定向钻；地面注浆；钻注一体化装备；注浆技术

基于连续介质模型并考虑桩-土运动相互作用，将单桩视为一维线弹性梁，研究了竖向入射S波作用下的单桩水平地震响应问题。将竖向入射S波模拟为基岩水平位移，基于平面应变模型建立的土体控制方程，推导出地震作用下土体水平动力阻抗函数表达式。将土体阻抗代入单桩控制方程并联立桩-土接触条件及桩顶和桩底的边界条件，得出了竖向入射S波作用下单桩的地震响应解析解。通过将所得解与已有文献理论解和有限元结果进行对比，验证了该方法的合理性。基于所得理论解进行参数分析得出：桩-土模量比的增加可以明显降低桩-土运动相互作用因子的最小值，而较大桩身长径比以及土体滞回阻尼对桩-土运动相互作用因子的影响较小；对于桩顶水平地震放大因子来说，桩-土模量比的增加仅在高共振频率处抑制其幅值，较大桩身长径比对其影响较小，而滞回阻尼比的增加会显著抑制共振频率处的幅值；桩身地震响应仅在较小桩径比时受桩-土模量比的影响明显，并随桩-土模量比的增加而降低。

为综合评估炭质页岩的路用性能，充分认识炭质页岩的颗粒破碎行为，测试了炭质页岩块在循环压实过程中各粒组含量的演化规律，结合室内击实试验阐述了颗粒破碎对炭质页岩击实性能的影响，确定了最佳填筑级配，并依据最佳级配进行三轴湿化变形试验，从颗粒破碎角度分析了炭质页岩填料湿化变形的变化规律，最后对炭质页岩现场填筑效果进行了验证。结果表明：炭质页岩压实过程经历结构调整、颗粒破碎、压缩变形3个阶段，形成的相对稳定级配结构为其用作路堤填料提供了基础；填料最大干密度形成机制受颗粒破碎过程中粒径为20～40 mm与粒径小于2 mm颗粒含量变化的影响较大，随粗料含量增加，试样相对破碎率线性增大，最大干密度呈先增大后减小变化，最优粗料含量约为70%；湿化变形是混合料颗粒破碎的外在表现，浸水湿化后混合料强度降低约40%，可采用相对破碎率 B_r 预估混合料遇水产生的湿化变形量，并建立了相对破碎率与围压、应力水平间的数学关系式；现场填筑过程中路堤压实度检测与沉降观测表明，炭质页岩路堤的最佳铺松厚度约为40 cm。

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。

水泥3D打印技术在土木建造工程和类岩石力学行为模拟中日渐推广，其水泥基3D打印材料方面却一直面临流动性、收缩性、可加工性等质量与成型控制方面的挑战和基础性配方缺乏的不足。首先针对水泥基3D打印实体质量评价的问题，建立了一套考虑成型全过程的6指标评估体系及其质量分级方法，包括流动性、挤出性、凝结时间、可建造性、密实性以及变形率，从打印过程、堆积成型、实体精度三方面实现对3D打印实体模型的质量评价；进而采用不同阈值范围的两阶段正交设计与打印测试进行了水泥基3D打印材料的基础性配合比试验优选，获得了一种综合打印性能较好的基础性配合比；最后对其打印成型水泥基3D实体模型进行单轴压缩试验，并评估了其类岩石力学特性，从而得到一种新型的类岩石水泥基3D打印基础性配合比，可为采用水泥基3D打印材料的工程建造和岩石工程物理模拟试验奠定基础。

采用地聚合物对黄土进行固化处理，通过三轴试验研究了干湿循环下不同掺量地聚合物固化黄土抗剪强度的劣化规律，提出了固化土强度劣化的经验公式。结合X射线衍射（X-ray diffraction，简称XRD）、电镜扫描（scanning electron microscopy，简称SEM）和压汞（mercury intrusion porosimetry，简称MIP）试验，分析了水化产物、固化土微观形貌演化与孔隙分布，探讨了地聚合物固化黄土的劣化机制。三轴试验结果表明：相较于素土，固化土的抗剪强度随地聚合物掺量增加而显著提高，黏聚力及内摩擦角最高提升260%和43%；固化土抗剪强度与孔隙率 对地聚合物体积含量 的比值 呈幂函数关系；地聚合物可有效提高固化土的抗干湿耐久性，在9次干湿循环后10%和15%的地聚合物固化土抗剪强度仍保持初始强度的75%以上，但5%的地聚合物固化土在干湿作用下劣化明显，经历9次干湿循环后其强度接近素土；干湿循环对固化土峰值偏应力与黏聚力影响较大，对内摩擦角影响较小。综合考虑地聚合物掺量、围压及干湿循环次数的影响，提出了地聚合物固化土强度劣化经验公式并验证了其准确性。XRD、SEM和MIP试验结果表明：地聚合物的主要水化产物是水化硅酸钙（calcium silicate hydrate，简称CSH）和水化硅铝酸钙（calcium aluminosilicate hydrate，简称CASH），其胶结和充填作用增强土体黏聚力并使土体形成致密的微观结构，从而提高固化土的强度；干湿循环使得土体孔隙扩张并产生新裂隙，导致土颗粒间的胶结破坏，进而劣化固化土宏观强度。

Terzaghi于1922年提出的有效应力概念是土力学的基石性概念，其历史迄今已有百年。值此百年之际，有必要对有效应力的概念起源、物理意义、方程形式及其力学作用进行总结和分析。可知饱和土Terzaghi有效应力方程已得到了广泛的认同，而非饱和土Bishop型有效应力方程的具体形式尚未统一。有效应力方程中应力变量的物理意义仍未形成共识。通过进一步的分析，认为存在于土骨架上的应力可以分为3类，第1类是由总应力引起的沿土骨架传递的应力，即有效应力；第2类是由孔隙流体压强引起的作用在土颗粒横截面上和土颗粒间接触面上的应力，它们不沿土骨架传递；第3类是由范德华引力、双电层斥力、收缩膜表面张力（对非饱和土而言）和胶结物作用引起的颗粒间局部应力，它们也不沿土骨架传递。因此，这3类应力对土体抗剪强度和体变的贡献应分别考虑。

将降水工程抽取的地下水进行资源性回灌是高渗透性富水地层地下水控制中保护地下水资源的一种有效选择。当回灌场地受限离降水影响区域不够远时，降水与回灌可能存在耦合作用。基于潜水完整降水-回灌井群的浸润线方程，建立了一体化降水回灌井点群系统等流量近似理论解和等效大井近似理论解公式，并进行了误差分析。以北京某基坑工程为例，一体化降水回灌工程的近似理论解、数模分析、流量实测三者结果能互相符合，验证了公式的可靠性。给出了应用公式进行场地受限条件下一体化降水回灌设计问题的求解思路、求解步骤，建立了潜水完整井的一体化降水回灌设计方法。

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。

高压水射流的破岩效果对高压水射流辅助掘进机破岩技术至关重要。为提升隧道掘进机工况下高压水射流辅助破岩的效率，开展大线速度下超高压水射流破岩试验，分析喷嘴移动线速度、射流压力和喷嘴直径对破岩效果的影响规律，并探究加磨料和射流形式对破岩效果的影响。试验结果表明，随喷嘴移动线速度增加，高压水射流的切割深度和切割宽度均近似线性减小；随射流压力增加，切割深度近似线性增大，压力从200 MPa提高到280 MPa，切割深度增加了72%～82%；喷嘴直径从0.35 mm增大到0.60 mm，切割深度增加了60%～85%。大线速度下加磨料后射流变发散，加磨料的切割深度小于纯水的切割深度，加磨料的切割宽度大于纯水的切割宽度。砂管束流射流模式的能量利用率更高，砂管束流的切割深度比长线射流的切割深度大35%～42%，砂管束流的切割宽度比长线射流的切割宽度大78%～85%。基于Crow切割岩石理论，通过试验数据回归分析，得到大线速度下超高压水射流切割深度半理论半经验预测模型，可为高压水射流辅助掘进机破岩技术中射流切割参数优化提供参考依据。研究成果对提升隧道掘进机工况下超高压水射流辅助破岩的效率是很有意义的。

近几年隧道工程向长大深、多场多相耦合方向发展，隧道在施工和运营时极易诱发结构失稳病害。针对山岭隧道、水下隧道和城市地铁隧道阐述隧道工程结构模型试验系统设计的研究现状，并指出目前存在的相关问题。结果表明：山岭隧道模型试验考虑了隧道穿越不良地质体，承受高地应力、高岩溶水压力和高地震动等荷载条件，但受装置尺寸限制，无法模拟围岩高地应力水平。山岭隧道模型试验以平面应变模型为主，缺乏大型真三维应力条件下多种错动形式的活化错动断层的模拟。水下隧道模型试验已实现稳定的高水压力加载，但仍无法实现应力场与渗流场耦合的真三维水下环境模拟且试验箱可视性较差，仅能通过洞口涌水量表征隧道的渗透水状态，无法得到围岩内部变形规律。城市地铁隧道运营时一般受列车动荷载、路面荷载、邻近施工扰动的共同影响，目前模型试验通常考虑单一荷载下隧道的振动响应，且往往忽视了管片接缝和裂隙等结构特征，需要设计新颖、高效的局部加载装置，得到管片薄弱环节的极限变形特征，保障地铁运营安全。最后，总结隧道工程模型试验遇到的瓶颈问题，提出需要研制透明相似材料改善模型内部可视化功能，针对高地应力条件下不良地质条件研制尺寸可拓展的三维静动耦合加载模型试验系统，并结合微型低功耗无线监测传感元件与三维可视化结果展示平台，建立适用于复杂环境中的隧道工程结构模型试验系统。

对Weibull模型公式进行变形和演化，得到一个用于定量表示连续级配分布的级配方程，该级配方程可以表示双曲线、近似直线、反S形曲线3种典型级配分布形态。对粉土、黏土、砂土、粗粒土的级配分布进行拟合，拟合结果均良好。从粒径的分布范围考虑，用理论推导的方法，对级配参数的取值范围进行了详细的研究。将实际拟合结果和理论推导结果相结合，得到最终的级配参数范围：c为0.001～1.5，n为0.065～4.8。将新级配方程与Talbot分形级配方程、吴二鲁单参数级配方程进行对比分析，发现Talbot分形级配方程不能反映反S形级配分布，单参数级配方程不能反映颗粒均匀的窄级配分布，而新级配方程对以上不同级配分布均拟合良好，因此新级配方程具有更广泛的适用性。另外，对级配参数在剔除法、相似级配法、等量替代法、混合法下的演变进行了推导，实现了对缩尺前后级配分布的定量表示。

底鼓是深埋高应力软岩隧道常遇灾害，现有底鼓力学机制忽略了隧道开挖导致的围岩应力释放、应力转移和应力集中现象，仅对初始地应力状态进行了分析。因此，鉴于有限元-离散元耦合数值方法（finite-discrete element method，简称FDEM）在模拟岩体材料弹塑性连续变形和断裂失效非连续变形以及破碎块体接触方面的优越性，采用FDEM数值模拟方法研究了隧道底板渐进破裂碎胀大变形演化机制，并研究了地应力侧压系数、围岩体抗拉强度和底板位置对底鼓机制的影响。结果表明：（1）隧道底板底鼓力学机制为围岩的破裂碎胀性大变形，可简述为隧道开挖导致径向应力降低、切向应力升高，当升高的切向应力超过岩体强度时便产生共轭剪切破裂并伴随拉伸断裂，最大切向应力不断向深处完整围岩演化直至与岩体强度达到极限平衡状态，剪切裂隙也随之不断向深处扩展，深部块体推挤浅部块体向隧道空间移动并产生大量空隙，发生体积膨胀现象，造成底鼓灾害；（2）根据地应力侧压系数和围岩体抗拉强度的不同，可归纳出5类不同的底板破坏模式，但都可归结为由于最大切向集中应力造成的破裂碎胀性大变形。修正了原有底鼓力学机制未考虑应力释放、转移和集中等应力演化现象的不足，提出了一种新的基于渐进破裂碎胀性大变形的底鼓力学机制，为隧道底鼓机制的研究提供了一种新视角。

极限承载力一直是采矿、岩土等领域关注的难点和热点问题，严重影响着边坡与邻坡建（构）筑物的安全稳定性。基于极限分析上限定理，考虑边坡滑动溢出位置不确定性影响，建立3种模式的非均质成层边坡刚性多滑块破坏机制，推导出边坡极限承载力上限解，并采用序列二次规划算法（SQP）求其最优值。以三岔露天矿北帮为工程背景，通过与数值计算结果对比分析，验证本文方法的有效性，进而开展不同坡角和排土场距坡肩距离影响分析。结果表明：（1）本文方法计算结果与数值计算结果吻合度较好，表明本文方法边坡极限承载力上限解合理有效；（2）边坡极限承载力与坡角大小呈线性负相关，与排土场距坡肩距离呈线性正相关，相比于排土场距坡肩距离而言，坡角对边坡承载力影响更为敏感；（3）坡角变化对边坡失稳模式影响较大，而排土场距坡肩距离的变化对边坡失稳模式影响不明显；（4）坡角和排土场距坡肩距离均对滑裂面起始位置和溢出位置有影响，滑裂面起始位置受排土场距坡肩距离影响较大而受坡角影响较小，滑裂面溢出位置受坡角影响较大而受排土场距坡肩距离影响较小。相关研究成果有望为边坡及邻坡基础设计提供理论支持。

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。

压实黄土的水力特性受微结构控制，而微结构受制样条件影响。为探究制样条件对压实黄土微结构、饱和渗透系数与土−水特征曲线的影响及机制，对不同制样条件下制备的压实黄土试样开展了压汞试验、变水头渗透试验和土−水特征曲线的测定，获得了它们的孔径分布曲线、饱和渗透系数及其随渗透次数的变化和土−水特征曲线。结果表明：（1）制样含水率通过影响集粒尺寸改变试样中的中孔（2 000 nm < d ≤ 12 000 nm）、小孔（150 nm < d ≤ 2 000 nm）密度，制样含水率越大，中孔密度越小，小孔密度越大；而压实度主要影响集粒的排列进而影响试样中的中孔密度，压实度越大，中孔含量越小。（2）压实度和制样含水率影响着试样的初始饱和渗透系数。压实度较小（85%）时，试样的饱和渗透系数受结构坍塌影响随渗透次数的增大而减小；压实度较大（90%和94%）时，饱和渗透系数则受颗粒流失影响随渗透次数的增大而增大。 （3）压实度与制样含水率影响着水-土特征曲线。制样含水率主要影响试样的进气值和过渡段曲线的斜率，制样含水率越大，进气值越小，过渡段曲线的斜率越小，表明试样的持水性能越好；压实度则主要影响试样的进气值和饱和（质量）含水率，压实度越大，进气值越大，饱和（质量）含水率越小。

评估了水泥稳定再生沥青路面（RAP）/边缘红土混合物作为碎石桩骨料替代传统采石场骨料的潜力，研究了混合材料在不同RAP置换率和有效约束压力下的不排水剪切强度变化。RAP置换率分别为10%、30%和50%（按干重计），普通硅酸盐水泥含量分别为1%和3%。很明显，RAP的置换增加了大颗粒，同时减少了细小颗粒，因此增加了压实度。在低于先期固结压力的有效应力下，RAP−土颗粒混合物表现出与孔隙压力降低相关的应变硬化性能。当RAP置换率增加时，水泥稳定的RAP−土颗粒混合物应力−应变曲线的应变软化性能减弱。胶结作用提高了黏聚力，而内摩擦角未产生明显的变化。水泥稳定的RAP−土颗粒混合物的强度和刚度主要取决于胶结强度和RAP置换率。抗剪强度随着非稳定和水泥稳定的RAP−土颗粒混合物的RAP置换率增加而提高，而水泥稳定的RAP−土颗粒混合物的刚度由于沥青黏结剂的高能量吸收而下降。

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。

顺倾层状边坡沿软弱带剪切方式破坏是滑坡的主要类型之一。采用块体砌筑斜坡振动台模型，在多维多参数地震动作用下，考虑斜坡不同工况下力学参数弱化的过程，研究了层状碎裂结构岩质边坡的地震动力响应和失稳破坏模式。结果表明：斜坡地震动特性和斜坡地质结构是决定斜坡地震动力稳定性以及破坏模式的决定因素；斜坡水平动力响应具有明显的高程和坡表放大效应，高程对斜坡的垂直动力响应影响较小，地震动放大效应与结构面力学强度、地震波波形、频谱特性等均有一定的关系，正弦波较天然波对坡体放大效应影响更为显著；坡体裂纹依托优势结构面在最弱部位起裂萌生扩展，并向节理面追踪形成蠕滑段和锁固段，节理面强度参数在外界地质营力作用下发生弱化，使潜在滑带出现由后缘向前端搭接贯通的前进式破坏模式和由前端向后缘的后退式破坏模式的分化，滑体也由高位剪出向溃散破坏演变。

为了研究层状千枚岩的力学特性与各向异性特征，开展了不同层理倾角与不同围压下的千枚岩力学试验。对比分析了千枚岩试样强度、变形、脆性与破坏模式等各向异性特征。结果表明：（1）随着层理倾角β  增加，岩样的强度、变形特征曲线形状呈U型；随围压增加，岩样强度及塑性增强，各向异性度逐渐减弱稳定。（2）采用多种强度准则描述岩样强度各向异性，其中Saeidi准则和改进Ramamurthy准则能很好地预测岩样在不同层理倾角下的抗压强度。（3）基于岩样峰前应力−应变曲线与能量特征提出了综合脆性评价指标，在层理倾角β = 45º QUOTE

运用80 t大型三维多功能土工试验机（3DMAS），进行了不同应力幅值比下粗粒土与结构接触面大型三维循环直剪试验，深入分析了应力控制往返椭圆剪切路径下接触面切向位移、非共轴角和剪切柔度等三维力学特性以及应力幅值比的影响规律。应力控制往返椭圆剪切路径下，接触面产生了明显的x向和y向位移、非共轴角和剪切柔度。x向和y向位移幅值、剪切柔度峰值均随循环剪切的进行逐渐减小而后趋于稳定，表现出演化特性。非共轴角受切向应力幅值及切向应力增量方向共同影响，其最值、稳定值随循环周次基本保持不变；正向剪切时非共轴角最大值（最小值）与反向剪切时最小值（最大值）基本出现在同一位置。接触面剪切柔度与非共轴角随旋转角度的变化趋势相反，剪切柔度的增加会抑制非共轴角的发展，反之亦然，两者对立统一。应力幅值比对接触面切向位移间椭圆关系及其时程变化形式、切向应力位移类椭圆关系等影响较小，主要影响切向位移幅值及其偏移程度、切向位移间椭圆关系的长短轴大小及方向、切向应力位移类椭圆关系的长短轴大小、非共轴角的数值及其随旋转角度的变化形式和最值出现位置、剪切柔度随旋转角度的变化形式和峰值及其产生位置等。应力幅值比越大，切向位移幅值越大、向负向偏移越大，剪切柔度峰值越大，随循环剪切的进行减小的速率越慢。应力幅值比ξ_τ=1和ξ_τ≠1时接触面非共轴角和剪切柔度随旋转角度的发展变化形式差别很大。

在井下采煤工作面回采进程中，及时掌握工作面煤层前方的异常情况，是煤矿安全、高效生产的保障。探地雷达是一种高效、无损伤探测方法，被广泛应用在矿井。针对探地雷达探测异常体响应的图像解译精度与成像精度取得了显著的成果，而如何用探地雷达去圈定地质异常体位置与空间分布范围是研究的热点问题。提出一种多剖面与线性插值融合的采煤工作面内部异常体精准探测新方法。主要研究思路：首先，通过时域有限差分算法（finite-difference time-domain, 简称 FDTD）对构建煤层空洞、断层的三维模型进行正演模拟，通过克希霍夫偏移处理大致圈定异常体的响应范围；其次，获取存在异常体响应的单道波数据的多剖面图，通过线性插值确定异常体的精确位置坐标与具体尺寸，引入面积评价标准来验证探测结果的相似度；最后使用 LTD-2600 型的探地雷达与 900 MHz的屏蔽天线对构建的空洞物理模型进行现场试验，将获得空洞计算剖面与实际空洞尺寸进行对比验证；并在斜沟煤矿 18201工作面开展应用，验证方法的有效性。实践证明，应用此方法对雷达剖面图进行分析，分析结果表明实测空间位置与实际空间位置的误差均在10%以下，可相对准确圈定工作面异常体的具体尺寸与空间分布范围。

分散土遇水分散的特性是造成分散土地区堤坝、渠道边坡、道路边坡被冲蚀和管涌破坏等的重要原因，开展土体分散性判别工作是分散土地区进行工程建设的重要前提。首先通过针孔试验、碎块试验等对分散土进行判别，随后基于扫描电镜、X衍射等试验，研究分散土的分散机制及微观结构，分析土体分散的主次要影响因素。针对标准吸湿含水率与土体矿物成分蒙脱石含量具有较强线性关系的情况，大数据总结典型分散性黏土的蒙脱石含量与pH值分布特点，提出基于标准吸湿含水率+pH值测试的土体分散性的综合判别法，并给出相应的判别指标及判别程序，最后采用工程实例进行了验证。结果表明：具有一定的蒙脱石含量以及较高的pH值赋存环境是土体具备分散性的物质基础和环境保障；若土体中的蒙脱石含量≥10%且pH≥8.5，则可判断为分散土；不在此区间的土料仍需采用土的分散性判别方法及野外调查结果来综合判断土的分散性。

楔形劲芯水泥土复合桩作为一种新型组合桩，为探究其在公路、铁路等长期承受循环荷载下工程应用的工作性状，对4根不同桩芯楔角、静荷载比和循环荷载比的复合桩进行模型试验，研究了静载极限承载力及循环荷载下累计沉降、桩身轴力分布、桩端阻力和侧摩阻力。试验结果表明：静载作用下楔形内芯复合桩的承载能力要优于等截面内芯复合桩；复合桩累计沉降会随着静荷载比和循环荷载比的增大而增大，并在不同动静荷载组合下可分为稳定型、发展型和破坏型3种类型，同时给出满足各类型的荷载取值范围；芯桩与水泥土外桩之间的相互作用并未发生明显弱化现象，楔形芯桩复合桩能充分发挥桩侧上部土体的侧摩阻力，并能有效减弱芯桩端部应力集中现象，因此其抵抗循环荷载的能力要优于等截面芯桩的复合桩。

为探索酸碱污染对天然黄土抗剪强度的影响，首先对原状黄土试样浸泡不同浓度的HCl和NaOH溶液，而后展开三轴强度试验、扫描电镜测试、压汞试验以及土体化学组成和液塑限的测定，研究酸碱污染作用对黄土抗剪强度、微观结构、化学成分和塑性的影响规律。结果表明：酸污染浓度增加，土体应力−应变曲线峰值衰减，抗剪强度劣化，黏聚力近指数趋势折减，内摩擦角相对稳定；碱污染浓度增加，土体应力−应变曲线峰值提升，抗剪强度增大，黏聚力增幅显著，内摩擦角略增；酸污染后，土体颗粒形态破碎，胶结物质溶解，颗粒与孔隙间界限模糊，骨架颗粒间孔隙、黏粒间孔隙含量及尺寸均增大；碱污染后，土体支架孔隙塌落，次生胶结均衡了局部损伤，补强了结构联结度，骨架颗粒间孔隙含量及尺寸均减小，黏粒间孔隙尺寸减小而含量增加；浸泡酸液后，土体内阳离子含量显著增加，碳酸钙含量急剧减少，液塑限均减小；浸泡碱液后，土体内Al³⁺略有增加，其余阳离子平缓减少，碳酸钙含量小幅增加，液塑限均增大。分析试验结果，归纳了酸碱污染黄土抗剪强度演化的微观机制：酸碱污染效应下，土体内矿物溶解、离子交换、颗粒及孔隙结构调整，驱动土体初始结构损伤，新生结构形成，这一综合效应对土体抗剪强度而言是优是劣，取决于初始结构的损伤与新生结构的形成哪个更占优势。

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。

复杂应力状态下泥质砂岩遇水软化，严重降低围岩承载力，导致围岩破坏范围和变形压力增大，严重威胁输水隧洞运行期安全。为此，以兰州水源地输水隧洞泥质砂岩为研究对象，开展了不同浸润时间下的三轴压缩试验研究。试验结果表明，随着浸润时间的延长，泥质砂岩岩样峰值强度和残余强度对围压的敏感程度逐渐降低，水在一定程度上降低了峰值强度和残余强度对围压的敏感程度；浸润前期，残余强度随浸润时间的降低速率明显小于峰值强度随浸润时间的降低速率，水对泥质砂岩岩样峰值强度的软化作用较为明显；泥质砂岩岩样的峰值强度、残余强度和弹性模量均随浸润时间的增长呈负指数关系减小；随着围压的升高，浸润时间对弹性模量的影响程度逐渐减弱，围压升高在一定程度上降低了水对泥质砂岩岩样弹性模量的软化作用。

珊瑚土作为新兴的热带地区岛礁与港口工程的首选土工材料，宽级配是其结构组成的主要特征。由于相关工程面临较高的地震风险，珊瑚土的抗液化能力正逐渐引起重视。为探究含细粒珊瑚土的抗液化能力，以东太平洋某热带港口工程的实际珊瑚土场地为背景，通过大粒径循环三轴液化试验测试了设计相对密实度为0.4～0.8的3组代表性级配试样及剔除细粒的两组试样的饱和不排水动强度。试验结果表明：幂函数可以模拟含细粒珊瑚土的循环应力比与液化所需振次关系；细粒的存在与相对密实度的提高不会显著提高珊瑚土抗液化能力；珊瑚土液化过程的超静孔压发展模式与砂土相近，两参数或三参数的反正弦模型可以较好地模拟含细粒珊瑚土的液化超孔压发展过程。研究表明，含细粒珊瑚土仍然属于可液化土类。以背景工程为例，同类型工程在设计施工及使用阶段都需要考虑对地震液化灾害的设防，该研究为珊瑚土液化防治工作提供了技术支持。

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。

针对传统电渗法治理淤泥质土过程中排水效率低且治理后土体不均匀等问题，从改变软黏土颗粒自身持水特性角度出发，提出采用新型有机高分子材料阴离子型聚丙烯酰胺（APAM）联合电渗法治理淤泥质土的思路。利用自制的一维电渗固结试验装置，探究絮凝−电渗法联合作用机制以及不同絮凝剂掺入比对电渗排水加固效果的影响规律。试验结果表明：与传统电渗法相比较，絮凝剂 APAM 的掺入减少了软黏土颗粒表面的结合水膜厚度，使得淤泥质土的前期电渗排水速率和累计排水量显著提升，从而降低了电渗法的平均能耗系数；同时，絮凝剂高分子长链的“吸附架桥”作用增强了土颗粒的黏结力和絮凝沉积效果，有效缓解了电渗过程中细小黏粒迁移集聚而造成的阴极淤堵问题；治理后淤泥质土的抗剪强度大幅增高，土体的均匀性也得到了明显改善，且当絮凝剂 APAM 掺入比为 0.30% 时，土体的电渗排水固结效果最佳。

为探究矿物定向排列致各向异性岩石的渐进破坏强度特征，以黑云母石英片岩为例，针对含0°、45°、90°3种片理角度的试样开展三轴压缩试验，分析了试样的宏微观破坏特征及渐进破坏力学强度指标，探讨了与其他类型各向异性岩石的差异性。结果表明：岩石的破坏特征与其片理结构密切相关，片理面角度从0°增大到90°，试样的宏微观破裂特征由以张拉为主向剪切为主再向张剪并存为主转变；岩石强度特征值表现出显著的各向异性，随着片理面角度的增大，围压升高所产生的强度特征值增强效应减弱，但强度值变化却呈加速增大趋势；强度特征值比的各向异性变化规律并不明显，在高围压下，强度特征值比的各向异性逐渐减弱乃至消失。矿物定向排列岩石与含层理结构岩石的破坏形式、强度特征值及其比值的表现规律均有所不同，深入了解矿物定向排列岩石的力学特性将有助于指导相关工程实践活动。

水汽补给可诱发砂土填料的冻胀。基于自主研发的水汽迁移和冻胀试验仪，研究了气态水补给下砂土含水率、温度和冻胀量变化规律；利用体视显微镜对冻结过程中砂土微观结构变化特征进行了研究，结合灰色关联理论分析了宏观指标冻胀量与微观参数之间的关联关系。结果表明：在水汽补给下砂土会发生明显冻胀，冻结 7 d 时冻胀量达到 3.45 mm。砂土经历冻胀后，大孔隙面积占比增加、中小微孔隙面积占比降低，孔隙数量占比变化趋势与面积占比相反，孔隙丰度值变化不大，孔隙定向角在各区间分布趋于更加均匀，孔隙定向概率熵整体呈震荡上升趋势，孔隙分形维数呈下降趋势。此外，利用灰色关联理论，建立了宏观参数冻胀量与平均孔径等微观参数之间的关联关系式，进一步揭示了水汽补给下砂土冻胀的微观机制。

寒区岩体在裂隙水冻胀作用的影响下发生损伤劣化，严重威胁寒区工程建设安全。针对孔隙率不同的绿砂岩、红砂岩和花岗岩开展了饱水裂隙岩石的冻融循环试验，分析了不同裂隙长度、裂隙宽度和岩性的岩石在冻融循环过程中随时间和温度变化的变形规律，得到了饱水裂隙岩石冻融变形特征值的变化特征，探究裂隙长度、裂隙宽度及岩性对冻融应变特征值的影响，分析了裂隙岩石冻融变形特性和破坏机制。试验结果表明：（1）不同裂隙几何参数岩石冻融应变变化过程可分为7个阶段：冷缩阶段、冻胀阶段、冻胀趋稳阶段、热胀阶段、融缩阶段、融缩回弹阶段和融缩趋稳阶段；（2）饱水裂隙岩石冻融应变随温度变化的曲线为不能闭合的滞回环，出现“冻融滞回”现象，且随冻融次数增加，滞回环逐渐上移，残余应变逐渐增加；（3）饱水裂隙岩石冻融应变特征值包括最大应变、残余应变、冻胀幅值和融缩幅值，且应变特征值与裂隙长度、裂隙宽度和岩体岩性相关，裂隙岩石冻融破坏是残余应变逐渐累积的过程。

对深中通道沉管隧道段风化岩在天然和泡水两种状态下进行常规三轴不排水剪切试验，揭示了在不同条件下风化岩遇水后的强度变化规律。风化岩遇水后强度会有显著降低，表现出明显的遇水软化特性；在其他条件一定时，采用偏应力固结的试样剪切强度较等向固结时降低更为明显；随着围压、偏应力的增大，风化岩的应变软化现象逐渐减弱，峰值强度与残余强度逐渐趋同；将岩体在峰值强度前的弹性模量看作恒量，以内摩擦角和黏聚力达到残余值时的塑性内变量为变量，给出了黏聚力和内摩擦角与塑性内变量的拟合函数关系表达式，改进了考虑风化岩遇水后应变软化的本构模型；通过回归验证，模型的理论计算和试验结果具有一致性，说明该模型可描述风化岩遇水软化的变形特性。根据此模型得到了风化岩的软化模量，并提出了软化系数作为风化岩遇水后强度和刚度折减的参考，可为深中通道等类似工程设计与施工提供理论依据。