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。

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。

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。

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。

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。

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。

膨胀土具有强胀缩性，吸水极易膨胀软化，失水急剧收缩硬裂，这种胀缩性给工程结构造成很大危害。采用稻壳灰（rice husk ash，RHA）和高炉矿渣（ground granulated blast-furnace slag，GGBS）作为固化剂对膨胀土进行稳定化，通过击实试验、无侧限抗压强度试验、直剪试验、加州承载比（California bearing ratio，CBR）试验、膨胀试验、扫描电镜试验和X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）试验，研究了固化后膨胀土的力学强度、膨胀特性变化规律及微观机制。试验结果表明：在不同配比和掺量的固化土中，稻壳灰−矿渣为6:4配比和10%掺量固化土无侧限抗压强度最大；稻壳灰−矿渣（RHA-GGBS，RG）可降低膨胀土轴向变形，提高抗剪强度，随着固化剂掺量增加，固化土黏聚力先增大后减小，内摩擦角逐渐增大；与未处理的膨胀土相比，掺稻壳灰−矿渣固化土CBR值最高可提高至7.9倍，路基土的力学强度得到了显著改善。稻壳灰−矿渣可明显改善膨胀土的膨胀率，减小膨胀力，无荷膨胀率最多可从11.4%下降到0.5%，有荷膨胀率最多可从1.1%趋于0%，膨胀力降幅介于12.1%～62.8%之间。稻壳灰−矿渣可以促进团聚体、无定型水化产物和极少量钙矾石（AFt）的形成，分布在土体表面并填充孔隙，同时可明显减少土中蒙脱石和伊利石亲水矿物成分，增强颗粒之间的胶结作用，从而提高路基土的力学强度，降低固化土膨胀性能。

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。

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。

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。

为进一步揭示多因素耦合作用下服役期路基土体性能劣化机制，在前期工作基础上，采用CT扫描技术对经历不同干湿循环、动荷载条件的压实粉质黏土试样细观结构特征开展研究，分析干湿循环−动荷载贯序耦合作用对试样孔隙三维空间分布、孔隙体积统计分布、图像灰度统计指标的影响规律，分析试样宏观性能与细观结构特征的关系。试验结果表明：干湿循环作用会导致试样产生更多大孔隙和贯通裂隙，动荷载作用可以使因干湿循环产生的部分孔隙或裂隙闭合；随着干湿循环和动荷载的贯序耦合作用，试样中的小孔隙数量呈增多趋势；干湿循环作用均会导致孔隙总体积增加，动荷载作用则会使孔隙总体积减小；试样细观结构特征参数可以用于解释试样宏观性能演化规律。

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。

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。

非饱和土的抗剪强度指标随饱和度变化的规律错综复杂，为了用数学模型描述这些规律，对现有文献中非饱和土的黏聚力、内摩擦角、剪胀角随饱和度变化的规律进行分析。分析结果表明：（1）当土体饱和度降低，土体从毛细作用主导逐步过渡到吸附作用主导时，土体内摩擦角会增大，其变化规律存在一个转折点，可以定义为临界饱和度S_rc。当饱和度S_r大于临界饱和度S_rc时，内摩擦角可视为常数；当饱和度S_r小于临界饱和度S_rc时，内摩擦角随着饱和度的减小线性增加，传统扩展摩尔−库仑准则等模型不再适用。（2）黏聚力随饱和度的变化过程存在山峰效应，即黏聚力先随饱和度S_r的降低呈指数函数关系增加，当饱和度S_r达到非饱和土强度极值对应的饱和度S_rv时达到最大，随后有所降低，这也是导致非饱和土强度存在山峰效应的主要原因。（3）剪胀角随饱和度的降低和垂直压力的降低而增大，可采用线性模型描述。基于以上规律，提出了一个宽饱和度范围内的非饱和抗剪强度演化模型。通过与文献中的试验数据及现有强度模型拟合结果进行对比发现，新模型在描述宽饱和度范围内的土体强度时具有更好的适用性。

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）。

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。

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。

为探究裂隙砂岩注浆前后渗流特性及注浆后力学特性变化规律，利用Rock Top多场耦合试验仪在不同围压下以0.02 mm/min的恒定速率对砂岩进行三轴压缩试验得到裂隙砂岩并进行渗流试验，进而采用自主研制的注浆加固系统对裂隙砂岩进行注浆加固，再利用Rock Top多场耦合试验仪对注浆后的裂隙砂岩在不同围压下进行三轴压缩渗流试验。结果表明：（1）裂隙砂岩注浆后的渗透率相对于注浆前显著降低，下降幅度在24.26%～96.55%之间，但均大于原岩渗透率；（2）裂隙砂岩注浆前、后的渗透率随静水压等梯度增加呈现出不同的阶段性变化规律，并且当静水压达40 MPa及以上时，5 MPa以内的渗透压差对渗透率影响较小，渗透率曲线趋于水平；（3）裂隙砂岩注浆后仅在10 MPa围压下表现出同原岩类似的脆性破坏特征，在20～60 MPa围压下则失去了原岩的脆性破坏特征，表现出很强的延性破坏，并在峰后出现塑性流动现象；（4）裂隙砂岩注浆后的峰值强度、峰值应变皆随围压的增大而增大，并呈现出满足二次函数关系的非线性变化特征，其峰值强度介于原岩峰值强度的44%～59%之间；（5）裂隙砂岩注浆后的破坏形式以滑移剪切破坏为主，低围压下会伴随有新破坏形式产生，随着围压增大，破坏程度减弱；（6）岩-浆界面电镜扫描试验表明，钙矾石与C-S-H（水化硅酸钙）凝胶相互搭接形成了稳定的水化产物，从而提升了岩石承载力。

在地下工程中，注浆技术是修复裂隙岩体和封堵地下水的重要手段。了解浆液在岩石裂隙中的流动行为对优化注浆方案有重要意义。通过可视化试验研究了粗糙裂隙中浆液性质对注浆过程的影响规律，提出了驱替模式试验相图，并阐明了其细观机制。试验结果表明，浆液的驱替行为与传统牛顿流体不同，注浆速度和浆液质量分数显著影响粗糙裂隙中浆液的驱替模式；在浆液的驱替过程中，浆液流变性质和裂隙开度变异性的共同作用及其相互反馈影响引起的黏度变化是形成不同驱替模式的重要原因；注浆流速越小，浆液质量分数越大，两相界面越稳定，浆液最终填充率越高；驱替过程中浆液难以完全填充裂隙的较小开度区域，且随着注浆流量的增加，浆液最终填充率呈现明显的非单调性；浆液最终填充率受驱替形态的影响显著，基于界面稳定分析理论，推导了浆液在粗糙裂隙中驱替形态转变的临界条件。该研究成果揭示了粗糙裂隙中浆液扩散的机制，可为评价与控制岩体注浆效果提供参考依据与技术思路。

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。

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。

通过开展侧限条件下完整试样及不吻合节理试样法向荷载压缩试验，研究了节理花岗岩法向应力及法向闭合的变化特征，揭示了不同化学溶液酸碱值pH（1、3、7、12）和不同腐蚀时间t（10、30、100 d）条件下含不同初始开度b的节理试样法向刚度演变规律。试验结果表明：不吻合节理试样的应力随应变变化特征不同于完整试样及吻合节理试样，由于节理表面微凸体的崩解，在应力−应变曲线整体增长过程中产生了局部应力降现象。不吻合节理法向闭合曲线呈现非线性的特点，法向位移增加速率随法向应力先增大后减小；相同法向应力下，试样法向位移及节理闭合速率随初始开度的增大而变大。通过引入经典节理闭合模型，分析得出节理试样法向刚度同时受初始开度、pH值及腐蚀天数的影响，其中受初始开度的大小影响最为明显。当pH = 1、t = 10 d时，法向位移从1～3 mm，b = 1.65 mm的试样法向应力较b = 3.4 mm的试样提高46.26%～149.46%；节理法向应力及刚度随着酸性溶液pH值的减小而减小；随腐蚀时间增加，不同化学溶液下的部分节理法向刚度先减小后增大。

以青藏高原金沙江流域下归洼滑坡为原型，开展了含软弱夹层的顺层岩质斜坡振动台模型试验，基于斜坡峰值加速度PGA的放大系数和Hibert-Huang变换（Hibert-Huang transform，简称HHT）时频特征分析地震作用下含软弱夹层顺层岩质斜坡动力响应规律。试验结果表明：斜坡在地震作用下表现出明显“高程效应”和“趋表效应”，PGA在坡表距离坡底1/4高度处、坡顶、软弱夹层处较大。随着输入地震动强度的增加，斜坡刚度逐渐降低，自振频率逐渐减小。当输入波幅值达到0.7g之后，斜坡发生开裂和结构变形。输入波幅值相同的情况下，PGA放大系数与高程呈正相关，同一测点随着输入波幅值增加，放大系数逐渐下降，不同输入波的类型和时间压缩比对斜坡动力响应影响差异较大。Hilbert谱显示，高程和软弱夹层对地震波能量有放大作用，高频部分的能量放大尤其明显。Hilbert边际谱表明，软夹层作用下高频部分的累积能量放大明显，在坡表距离坡底1/4高度处的测点能量突然增大，与加速度放大效应部分的结论类似；Hilbert边际谱显示，随着输入地震波幅值增加，高频部分和代表斜坡自振频率部分的累积能量逐渐降低，输入地震波主频部分的累积能量逐渐占据主导地位，表明斜坡逐渐损伤破坏，斜坡的模态特性逐渐消失。

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。

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。

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。

基于理想流体波动理论和Biot饱和多孔介质波动理论，考虑工程实际中海底隧道与周围海底土体的滑移接触关系，建立了含滑移界面海底隧道模型，该模型还考虑了海水−海床土−海底隧道的动力相互作用。采用Hankel函数积分变换法和波函数展开法，推导了平面P₁波入射下海底隧道与周围海底土体滑移接触界面效应的解析解。在解析解的基础上，通过数值计算分析了滑移接触条件对海底隧道地震动力响应的影响。计算结果表明：滑移接触条件对海底隧道的位移响应和应力响应影响明显；考虑隧道−海床土界面滑移接触条件下海底隧道的位移响应和应力响应显著高于界面无滑移条件时的位移响应和应力响应。

地震等随机循环荷载作用时，常需定义较为复杂的加卸载准则（如扩展Masing准则）来描述土体应力-应变滞回曲线，导致求解过程中需预留大量的状态变量，不便于编程实现；同时，现有Masing模型及其改进模型大多仅对动剪切模量曲线进行拟合，还鲜有考虑对阻尼比曲线的拟合。针对以上两个问题，构建了基于修正阻尼的不规则加卸载准则。该准则克服了上大圈准则需要记忆所有转向点的问题，只需要记忆当前转向点和历史最值，记忆量大大减小；同时该准则能同时考虑动剪切模量和阻尼比曲线，达到了修正阻尼比的目的。基于Matasovic骨架曲线，结合提出的加卸载准则，提出了土体非线性模型并将其开发于Abaqus软件中，通过求解Mississippi湾场地地震反应，并与Deepsoil软件和Davidenkov-Chen-Zhao（DCZ）模型计算得到的场地地震反应结果进行对比分析，验证了所提不规则加卸载准则的正确性。同时，对日本KiK-net强震台网的KSRH10场地进行了地震反应分析，并与加速度时程记录及其谱加速度进行比较，验证了所提模型的适用性。

目前关于抗滑桩力学响应研究还较少考虑间歇性强降雨环境所带来的影响，不能体现多次降雨入渗与太阳辐射蒸发环节，尤其是降雨环境中抗滑桩的非线性力学解析机制研究还十分少见。基于改进的间歇性强降雨Green-Ampt模型，引入非线性Pasternak地基模型，研究间歇性强降雨诱发滑坡对抗滑桩的力学响应。首先，考虑干湿循环和水分蒸发理论，提出改进的间歇性降雨Green-Ampt入渗模型，将湿润锋作为潜在滑动面，并假设滑坡土体均质，获取降雨诱发的滑坡推力大小；其次，基于非线性Pasternak地基模型探讨桩−土相互作用，采用Newton迭代差分法求得间歇性强降雨诱发滑坡对抗滑桩的力学响应解；最后，通过与既有工程案例对比，获得较好的一致性。此外，进一步揭示了间歇性降雨总次数、间歇时长、平均温度、边坡倾角及降雨强度等降雨敏感参数对湿润锋特性和抗滑桩力学响应规律。结果表明：当降雨强度从6 mm/h提高到20 mm/h时，抗滑桩位移增幅为116.82%；当温度从10 ℃上升到40 ℃时，抗滑桩位移增幅为43.15%；间歇性降雨下湿润锋深度发展呈现“阶梯”上升趋势，存在“欠饱和层→饱和层”；随着间歇性降雨次数的增加，边坡土体湿润锋不断向下推进，当到达一定位置时将诱发滑坡，滑动区厚度和滑坡推力同时增加，抗滑桩变形和弯矩也随之越来越大，其发展趋势呈现出逐渐减小后逐渐收敛至某一特定值；间歇时长和间歇性降雨总次数与抗滑桩变形和弯矩呈现负相关关系；而平均温度、边坡倾角和降雨强度与抗滑桩变形和弯矩呈现正相关关系。

松砂极易液化，微小的应力状态变化也会影响其液化特性。基于多向循环单剪试验，采用松砂作为试验材料，开展不同静剪应力大小、方向和复杂剪切路径下的循环单剪试验，研究复杂初始应力状态下松砂循环单剪特性，得到以下主要结论：（1）随静剪应力比增大，试样剪应力峰值增大，第1个循环内孔隙水压力增量变大，试样更易液化；初始静剪应力大小对孔隙水压力的影响在剪切初期更显著。（2）随初始静剪应力和动剪应力主轴之间夹角增大，试样在X方向的剪应力峰值减小，试样孔隙水压力加速增长，在第1个循环以及最后1个循环内孔隙水压力增量变大，循环间差值增大，试样更易发生瞬时液化。（3）8字形剪切路径试样的应力−应变滞回圈面积最大，每个循环消耗能量最多，圆形剪切路径次之，直线剪切路径最小。复杂剪切路径会在剪切开始时诱发孔隙水压力的突然增加，加大各循环中孔隙水压力的增量，试样更易液化。（4）影响松砂液化因素的排序为：初始静剪应力与动剪应力夹角、剪切路径、初始静剪应力大小。

在深厚软土地区，有大量的基坑工程符合下列特征：（1）围护墙插入比为1:2.0～1:2.2；（2）开挖过程顺利；（3）抗隆起安全系数不满足现行相关标准要求。为减少理论与实践之间的不符，基于既有地基承载力模式的计算公式，通过引入假想基础宽度，建立了可考虑土体应力状态和抗剪能力的基坑抗隆起稳定性分析方法。定义了抗隆起安全系数在数学上为最小值的假想基础宽度为临界宽度。除临界宽度外，假想基础宽度的选取还应考虑基坑宽度、软土层厚度等因素。结合已完成工程实例，对比了现有不同稳定分析方法的抗隆起安全系数，分析了软土地层结构、土体内摩擦角等对稳定性的影响。分析结果与实际情况更加接近，且表明土体抗剪能力的影响在采用临界宽度作为假想基础宽度时有限。

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。

为准确评估软土地区基坑施工安全以及对周围环境的影响，开挖过程中的时间和空间影响因素不可忽视。以长江漫滩软土地区某深基坑开挖工程为依托，首先建立考虑顺逆结合施工过程的有限元模型，将地连墙水平位移的计算值与实测值进行对比，验证有限元计算的可靠性；基于理论分析、数值计算和实测数据，采用坑角效应影响系数和等效水平抗力系数来衡量时空效应对支护变形的影响，提出考虑时空效应的地连墙变形计算方法；通过工程实例验证了在软土地区基坑设计计算中考虑时空效应的必要性以及所提计算方法的合理性。该研究成果可为软土地区深基坑变形计算提供有益借鉴。

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。

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。

针对围岩地层中盾尾管片易发生大上浮的问题，基于自主研发的浆液浮力测试系统，得到浆液浮力的非线性变化规律，并基于等效连续梁理论建立能综合考虑浆液时变性、浆液上浮力的非线性分布特征、施工步累加效应的精细化盾尾管片纵向上浮模型，最后结合广州某地综合管廊盾构施工上浮实测结果，验证了该模型的可靠性。研究结果表明：随着浆液所受压差与所处地层渗透性的增大，浆液浮力消散速度呈现增大趋势，盾尾管片上浮量呈现减小趋势；盾构在强风化含砾砂岩地层中掘进时，上浮特征曲线满足先增大后减小，最后趋于稳定的规律，并且在20 kPa压差作用下，最大上浮量达151.74 mm，该位置距离盾尾39.2 m，最后在距离盾尾70 m附近上浮达到稳定，此时上浮量为145.2 mm；建立的盾尾管片纵向上浮模型进一步地揭示了浆液固结规律对其上浮特征的影响机制，与实测结果基本一致。该研究成果可用于盾尾管片上浮变形预测，为相似工程提供设计理论基础。

砂土地基发生渗漏时容易引发地基塌陷和工程结构破坏等工程安全问题。利用微生物-膨润土联合矿化的方法开展了大尺寸砂柱的防渗模型试验，研究了砂土的颗粒粒径、浆液的液固比与注浆次数等因素对砂柱的渗透特性、内部侵蚀特性及膨润土与碳酸钙沉淀分布的影响，分析了处理后试样的封堵稳定性和微观结构，进一步评估了微生物-膨润土联合矿化方法的处理效果。结果表明，通过微生物-膨润土联合矿化方法可以有效地提高砂土的防渗效果与封堵稳定性。经过1～3次注浆后，试样的渗透系数最大可以降低4个数量级，并且渗透过程中的侵蚀速率也得到了成倍的降低，最低达到了0.51 g/(s·m²)。针对膨润土与碳酸钙沉淀在砂土封堵中起到的作用，分析了微生物-膨润土联合矿化方法的防渗机制。该研究成果证实了微生物-膨润土联合矿化方法应用于砂土防渗工程的可行性，为微生物注浆技术解决砂土地基渗漏问题提供了重要参考。

为探明库水位周期性升降作用下消落带岩体蠕变损伤机制，基于PFC中的平行黏结模型（parallel bond model, PBM），考虑水-岩作用对黏结的弱化和材料特性随时间的变化，提出水-岩作用下砂岩蠕变的离散元模拟方法，并在室内试验基础上开展水-岩作用下砂岩蠕变模拟。研究结果表明：在破坏应力水平下，试样微裂纹扩展与蠕变应变规律相似，可分为衰减扩展阶段、稳定扩展阶段、加速扩展阶段，且随水-岩作用周期增加，加速扩展阶段的耗时占总耗时的比例增大；试样蠕变破坏时，随水-岩作用周期增加，剪切裂纹占比逐渐增加，微裂纹倾角分布逐渐分散，倾角分布在65°和115°附近的微裂纹逐渐增加，试样的张性破坏减弱，剪性破坏增强；水-岩作用下，试样能储存的最大胶结能不断降低，且储存相同胶结能时对应的应变不断增大，与实际岸坡在水-岩作用下岩体整体承载能力降低、变形增大的规律一致。提出的水-岩作用下砂岩蠕变模拟方法具有较好的可行性，为库岸边坡岩石在库水位升降影响下的模型研究提供理论基础。

锥形聚晶金刚石复合片（polycrystalline diamond compact，PDC）齿是一种具有较强抗冲击性和耐磨性的新型PDC齿，在坚硬、强研磨性和软硬交错地层中取得了非常好的钻井提速效果。为了揭示锥形齿破碎硬岩机制，开展锥形齿破碎花岗岩试验与数值模拟研究，分析了切削深度和前倾角对锥形齿切削力和破岩比能的影响规律，采用高速摄像机和透明K9玻璃观测了锥形齿作用下岩屑形成过程及微裂纹萌生与扩展过程，通过数值模拟分析了破岩过程中岩石应力响应与损伤演化特性，结合对切削槽和大尺寸块体岩屑表面形貌及断口微观特征分析，建立了锥形齿破碎花岗岩机制模型。结果表明，锥形齿破碎花岗岩的过程可以分为挤压成核和块体崩裂两个阶段，前倾角对岩石破碎过程影响较小，切削深度的影响显著；锥形齿周围的裂纹主要由压实核、纵向裂纹和横向裂纹组成，纵向裂纹和横向裂纹扩展的最大深度分别为切削深度的6.69倍和4.53倍；齿尖周围压应力集中，岩石发生压剪破坏，压应力区外围形成弧形条带状拉应力区，并在齿尖及压应力区边界处诱导出拉伸微裂纹；微裂纹向齿前扩展形成弧形拉伸主裂纹，发生块体岩屑崩裂，提高破岩效率，向岩石内部扩展劣化岩石强度，形成底部损伤区，提高后续破岩效率。