为研究干湿循环作用下裂隙炭质页岩能量演化及破坏特征，分别制作完整和裂隙倾角为30°、45°和60°的炭质页岩，利用MTS815岩石力学试验系统进行不同干湿循环作用下的三轴压缩试验，研究了干湿循环对单裂隙炭质页岩强度、破坏模式及能量演化的影响。结果表明：起裂应力、损伤应力和峰值应力处弹性能和耗散能与干湿循环呈指数函数关系；起裂应力处弹性能、耗散能和损伤应力处耗散能对干湿循环的敏感程度较低，损伤应力处弹性能和峰值应力处弹性能、耗散能对干湿循环的敏感程度较高。炭质页岩破坏模式受控于干湿循环和裂隙倾角，干湿循环为主控因素，裂隙倾角为次控因素；裂隙倾角为30°的干燥岩样为拉剪破坏，裂隙倾角为45°和60°的干燥岩样为剪切破坏；随着干湿循环次数的增加，宏观主裂纹长度增大，次要裂纹增加，破坏模式整体上向剪拉破坏发展。随着干湿循环次数的增加，起裂应力处储能水平K_ci和损伤应力处储能水平K_cd逐渐增大，起裂和损伤应力处储能水平越高，岩石起裂和损伤更容易；K_cd可作为岩石破坏的预警指标，K_cd越大，岩石越易发生破坏

基于COMSOL Multiphysics软件对非饱和裂隙土降雨入渗特性进行数值模拟研究。通过将裂隙和基质分别离散成有限单元，建立了能充分模拟土中裂隙流、基质流以及裂隙-基质流量交换的离散裂隙-孔隙介质模型。结合“空气单元”的概念，对裂隙土的上边界进行模拟。该方法不仅能描述降雨初期雨水沿裂隙优先入渗的现象，还能描述当降雨量大于裂隙土入渗量时雨水沿地表流走的现象。通过对地表以下2 m深度内低渗含裂隙土体进行模拟，分析了裂隙的几何特征、基质的水力特性、前期水分条件以及降雨强度对非饱和裂隙土降雨入渗过程的影响。结果表明，在非饱和裂隙土中，存在两个主要的渗流过程：一是水沿裂隙优先流动；二是水不断从裂隙吸入基质中，基质吸收水的作用抑制了裂隙中优势流的发展。与裂隙的几何特征相比，基质的水力特性对非饱和裂隙土渗流的影响较大。增大基质的饱和渗透系数可能使由裂隙流主导的渗流过程转变为由基质流主导的渗流过程，而基质的非饱和特性与裂隙土的初始含水率改变了土体的储水能力，从而加速或延缓了降雨入渗至某一深度的时间。降雨强度对土体入渗速率和入渗量均有影响，当超过裂隙土的入渗能力时，多余积水沿地表流走，断面入渗率随时间趋于稳定值。

为了从剪切磨损角度探索剪切强度各向异性的机制，定量分析了粗糙节理在不同法向应力下的强度特征与破坏特征。研究发现，节理的剪切强度和破坏体积表现出与形貌特征相似的各向异性特征，且两者的各向异性特征随着法向应力的增加而逐渐削弱。另外，调查了锯齿节理的倾角特征和高度特征对剪切行为的影响。分析表明：两者都与剪切强度存在正相关的关系，且倾角特征还决定了剪切过程中节理接触区域的局部性。粗糙节理的表面由很多微凸体组成，不同剪切方向上表面接触区域的不同以及该区域内微凸体高度特征和倾角特征的差异是造成剪切强度各向异性的本质原因。而随着法向应力的增加，节理表面越来越多的微凸体的破坏由滑移磨损演化为剪断破坏，在不同剪切方向上破坏体积的差异也逐渐减小，进而导致剪切所需的能量逐渐趋于一致，这是剪切强度各向异性特征被法向应力削弱的主要原因。

颗粒形貌是颗粒最为重要的特征之一，其与力学性质间的相关性已经受到了越来越多的关注。为了更深入系统地梳理颗粒形貌对集合体力学性质的影响规律，对颗粒形貌的物理表征、数值模拟及室内试验等方面的研究成果进行了综述分析。研究结果表明：基于3个尺度（形状、棱角度及表面纹理参量）上对颗粒形貌的定义方法是最为理想的表述颗粒形貌特征的方法；数值方法可以模拟单个凸形颗粒的形貌及其集合体的排列结构，但对于凹形颗粒的刻画精度不理想；颗粒形貌与孔隙结构、天然休止角、界限孔隙比和粒径大小间存在着相关性；在相同级配和孔隙率下集合体的渗透系数较大程度上受控于颗粒的形貌特征；由于颗粒间咬合作用及接触点数量的不同，在均一粒径中颗粒形貌不仅会对集合体小应变强度、峰值强度及残余强度产生影响，同时还会影响其剪胀性。最后对颗粒形貌研究中存在的问题进行了讨论并对未来的研究工作进行了展望。

为探究锚杆对裂隙岩体的锚固效应及其对裂纹扩展的影响，分别制作裂隙倾角为15o、30o、45o、60o、75o以及90o的无锚和加锚类岩石试块，利用MTS816岩石伺服试验机进行单轴压缩试验，并采用声发射和数字照相技术对裂纹扩展过程进行同步监测和记录。此外，使用颗粒流软件PFC3D进一步研究不同锚固角对裂纹扩展的影响。结果表明：锚固体的峰值强度、弹性模量以及起裂应力较无锚试块均有提高。锚杆的存在降低了拉伸裂纹萌生和扩展时的应力强度因子，能够有效限制拉伸裂纹的萌生和扩展，并且抑制剪切裂纹的出现。拉伸裂纹的萌生和扩展过程可分为初始阶段和加速阶段，加锚试块预制裂隙两端特征点的位移明显小于无锚试块。根据PFC3D模拟结果，锚固角? = 45o时，锚杆锚固作用最明显，随着锚固角度?的增加，拉伸翼裂纹发育程度先增高后降低，预制裂隙试块破坏模式由剪切破坏转为拉剪复合破坏，再转变为剪切破坏。该研究结果可为分析岩体工程的稳定性提供一定的参考。

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。

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。

为了合理解决岩石类脆性材料损伤状态的描述及其演化问题，探讨了基于应变等效假设的弹性模量法各参数物理含义及其模型应用的局限性，进行了灰岩三轴循环加卸载试验过程中模量变化研究，讨论了卸荷模量替代法以及统计损伤演化模型在损伤演化分析中存在的缺陷。研究结果表明，现有弹性模量法仅能够用于反映单轴压缩条件下岩石损伤演化过程，卸荷模量替代法无法正确描述岩石损伤状态及其演化规律，统计损伤本构模型仅可视为统计损伤演化模型数值[0，1]范围下的理论自洽解决办法。根据上述研究，提出了考虑损伤应变阈值影响的岩石损伤表征变量及其演化模型，建立了损伤应变阈值前本构模型以及损伤应变阈值后损伤本构模型，进行了模型参数敏感性分析。研究结果表明，新模型和方法不仅能够合理阐释三轴压缩条件下岩石损伤破坏机制，也能够准确模拟岩石全应力?应变过程，具有较好的合理性与可行性。

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。

以EDEM软件的Hertz-Mindlin with bonding（HMB）接触模型为基础，对岩石离散元模型构建方法进行了研究。首先，确保HMB岩石模型的黏结键全部为弱键，即黏结键抗拉强度小于其法向极限应力，然后通过仿真试验，分别建立了岩石模型的弹性模量E、泊松比 和抗拉强度 与颗粒和黏结键参数之间的3个回归关系式。根据上述3个回归关系式，构建了用HMB模型拟合真实岩石E、 、 的数学模型。对HMB岩石模型的抗压强度 ，当黏结键的极限应力比（法向极限应力 /切向极限应力 ） 在1～2范围内时， 受到 、 以及二者比值 的共同影响，特别是 在1.5附近时，单轴压缩仿真试验的破坏形式与试验结果吻合的较好，且 一定时， 与 呈线性关系。综合上述成果，提出了一种拟合真实岩石试样的弹性模量E、泊松比 、抗拉强度 、抗压强度 以及岩石试样破坏形式的HMB岩石模型构建方法，并给出了详细拟合步骤。最后通过实例验证了按照此方法构建的砂岩和花岗岩模型既能够拟合岩石的静态力学特性，也可用于分析岩石的动态力学特性。

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。

传统的宽（全）吸力范围内的土-水特征曲线（SWCC）测量方法动辄耗时数月。为了更好地使非饱和土力学理论指导工程实践，SWCC的快速测定显得尤为关键。为开发宽（全）吸力范围内SWCC的快速测定方法，联合压力板法、并行滤纸法、露点水势仪法进行了两种不同土体的宽吸力范围内SWCC的测定试验。试验结果表明：（1）并行滤纸法与串行滤纸法的试验结果能较好地吻合，故可采用并行滤纸法代替串行滤纸法以缩短测量时间；（2）当测量的试验数据满足SWCC的大致形状时（或满足工程设计需求时），可适当减少试验数量，以提高测定效率，联合测定方法测量一条完整的SWCC仅需要10～12个点即可完成；（3）联合测定方法可将SWCC测量时间由数月缩短至7～10 d。所提出的联合测定方法实现了宽（全）吸力范围内SWCC的快速、精准测定，有望使得SWCC的测量成为常规的土工试验。

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。

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。

针对饱和黏性土地基在相对快速加载亦即不排水条件下的极限承载力问题，指出应采用不固结不排水强度进行计算，如采用固结不排水强度指标直接计算将给出严重偏大的结果。接着给出由中国一般地勘报告中所提供固结不排水强度指标计算不固结不排水强度的公式，由此给出近似随深度线性增大的不固结不排水强度 。进而提出此种地基极限承载力的计算方法，其基本思路是采用滑移面平均深度处的 进行计算，关键技术是构建了确定滑移面最大深度的无量纲参数，通过理论分析与数值计算拟合给出简便实用的计算公式。与有限元极限分析方法的大量计算对比表明了所给无量纲参数及承载力计算方法的正确性和高精度。

作为一种典型的地质结构，软弱夹层与硬脆性岩体共同形成了围岩层状复合结构，进而显著影响着隧洞围岩的稳定。以往对含软弱夹层的复合岩石的研究多集中于单轴、双轴或常规三轴，对隧洞临空面处真三轴应力路径下的复合围岩力学性质和破坏特征缺乏分析讨论。通过制作的含不同厚度的软弱夹层复合岩样，探讨了软弱夹层厚度对隧洞临空面围岩力学响应和破坏特征的影响。研究表明：软弱夹层厚度显著影响着复合岩样峰值应力和应变，随着厚度的增大，软弱夹层上方岩块向临空面方向的滑移变形逐渐增大，软弱夹层压缩变形逐渐减小；复合岩样靠近临空面的岩石单元破坏模式随着软弱夹层厚度的增大逐渐由拉剪混合破坏转变为张拉破坏，且宏观裂隙数量和破坏范围均逐渐减小，而远离临空面的岩石单元则由剪切破坏逐渐转变为基本无损伤断裂；不同厚度的隧洞侧帮复合围岩的破坏区域均集中在软弱夹层及其上方围岩处，软弱夹层下方围岩则基本保持稳定；在应力分布方面，软弱夹层厚度越大，最大压应力越向深部软弱夹层处转移，而拉应力区分布范围越小，但拉应力区深度越大。

倾斜试验法是获取岩石基本摩擦角的常用方法，但是现有倾斜测试技术未形成公认的规范，导致同种岩石材料测试结果差异较大。在现有试验仪结构及测试机制的基础上，研制出可通过倾斜或推拉方法获取岩石基本摩擦角的测试仪。它可测试尺寸长为50～150 mm、高为25～75 mm的系列多尺度试样，通过伺服电机和高速比减速器实现了角速度范围为6～60(°)/min的高精度匀速转动控制，并可实时监控并记录试样滑移距离、倾斜转角等试验参数。提出了测试基本摩擦角的操作流程，分析了试样尺寸及粒度、旋转角速度、滑移距离设置、结构面干燥度等影响测试结果的主要因素，给出了花岗岩、辉绿岩等11种结构面尺寸为100 mm×100 mm的试样基本摩擦角，为完善基本摩擦角测试仪的试验规范提供参考。

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

我国东南沿海地区台风暴雨多发，而台风暴雨条件下雨水的入渗是东南丘陵山地滑坡的一个重要诱因。有必要深入研究不同地质地形斜坡环境条件下雨水入渗湿润锋的迁移规律。通过滑坡原位监测试验场的监测数据，分析了降雨入渗时空变化规律，建立了综合考虑土体初始含水率分布不均匀性和斜坡环境的降雨入渗模型，并利用现场试验结果及前人经典模型计算结果对该模型进行了对比分析。结果表明：（1）降雨入渗初期，不同深度含水率增长斜率较陡，随着时间的推移，斜率逐渐减缓。当累计降雨量达到44.4 mm以上时，含水率剖面图由Z型变为反S型，随着降雨量的减少，雨水入渗过程由积水入渗转变为非积水入渗。入渗后期，不同深度含水率增长率趋于一个常数，而达到稳定入渗阶段。（2）湿润锋迁移速度随降雨量增大而增加，降雨初期，雨水入渗率大，湿润锋迁移速率快，且迁移速度随土层埋深的增大而减少。（3）改进的降雨入渗模型计算的湿润锋深度随时间的变化结果与现场监测试验结果较为吻合，考虑斜坡倾角和初始含水率分布的不均匀性可提高Green-Ampt模型计算精度。该研究结果对于建立有效的台风暴雨型滑坡的预警模型具有一定的指导意义。

在盾构曲线掘进或纠偏时，盾尾非对称推力会在隧道端部产生一附加弯矩，该附加弯矩会引起隧道纵向变形、环间错台等施工病害。基于弹性地基梁理论，将盾构隧道简化为Winkler地基中的Timoshenko梁，建立了非对称推力作用下盾构隧道附加响应的解析计算模型，推导了隧道纵向变形和内力的解析解。采用有限元方法对解析解的正确性和适用性进行了验证，探明了解析模型关键参数的敏感性，进一步讨论了附加弯矩的影响范围和盾构推力的二阶效应。研究结果表明：所建立的解析模型是可靠的，对非对称推力作用下盾构隧道的附加响应分析具有良好的适用性；地基刚度和隧道刚度对隧道纵向变形的影响较对内力的影响更为显著；附加弯矩影响范围对地基刚度的变化更为敏感，两者之间呈指数型衰减关系；盾构推力提升了隧道的纵向抗弯刚度，而其产生的二阶效应的影响较低，在较低的隧道抗弯刚度和地基刚度条件下，轴力的二阶效应有所增强。

为探究极软煤岩的长期蠕变力学特性，利用自主开发的长期三轴岩石蠕变试验系统，开展单级荷载下极软煤岩单轴和三轴蠕变特性试验。结果表明：（1）单轴蠕变下极软煤岩历时232 h发生了衰减蠕变、稳态蠕变和加速蠕变，累积蠕变量高达3.45%，是瞬时变形量的10.5倍；稳态蠕变速率高达8×10–5～10×10–5/h且长时保持不变；加速蠕变阶段最大速率高达0.043/h；蠕变全程速率变化呈现出典型的U形曲线分布特征。（2）相同轴压下，随着围压由0增大至0.6 MPa，极软煤岩抵抗长期变形的能力不断增强，表现为蠕变量显著减小、稳态蠕变速率呈数量级式大幅减小、蠕变破坏前的持续时间显著增长、蠕变与瞬时应变量的比值明显降低、加速蠕变破坏的强烈程度显著减弱。蠕变速度和蠕变量尤其对0～0.2 MPa范围内的围压变化更加敏感。（3）极软煤岩的加速蠕变阶段表现为渐进式加速变形失稳，具有显著的时间过程，与普通岩石加速蠕变阶段突变式加速破裂失稳的特征不同。（4）引入关于加速蠕变启动时间的新型非线性黏塑性元件，与Burgers模型串联，建立了能描述单级荷载下极软煤岩衰减蠕变、稳态蠕变和加速蠕变全程的非线性黏弹塑性蠕变模型；基于Levenberg- Marquardt优化算法对试验曲线进行了非线性拟合，辨识了模型参数，试验曲线与拟合曲线吻合度极高，验证了模型的正确性。该研究成果可为极软岩长期非线性大变形理论分析和支护设计提供参考。

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。

土体含水率监测的线热源法对加热功率要求较高，当热源强度不稳定时，监测结果容易受到影响。为了解决线热源法的不足，提出了土体含水率监测的移动点热源（point heat source，PHS）法。该方法利用土体热物性与含水率之间的相关性，通过监测土体中PHS的降温规律间接识别含水率。通过数值模拟研究了点热源在含水率均匀分布的土体中的传热规律，根据热源降温曲线的特征，定义了含水率判别指标η，进而建立了含水率与判别指标的拟合关系，并对监测灵敏度的影响因素进行了参数分析。在含水率非均匀分布的土体中开展了点热源降温规律的数值模拟，根据测点降温时程曲线计算含水率判别指标，并利用含水率与判别指标的拟合公式反演含水率分布。结果表明，点热源法反演得到的含水率分布与实际值吻合较好，验证了该方法的理论可行性。通过模型试验进一步验证了该方法的可行性。

随着国家山区高速公路与高速铁路建设的快速发展，新建隧道开挖诱发滑坡的地质灾害时有发生，同时既有隧道在滑坡作用下产生的病害也越来越严重，对隧道的施工和运营均造成了较大危害。为了促进高速公路与高速铁路隧道-滑坡体系研究的发展，归纳总结了国内外隧道-滑坡工程领域的学术研究现状、存在问题及发展前景。对隧道-滑坡相对位置关系及变形特征进行系统梳理；从地质调查分析、理论解析、模型试验、数值模拟和监测分析5个方面详尽剖析了隧道-滑坡相互作用影响的研究现状；从滑坡体加固、隧道加固和监控预测技术3个方面对隧道-滑坡相互作用影响的控制防护技术研究进行了全面阐述；指出现有研究中存在的不足和尚需讨论的方面，建议深入开展滑坡土体塑性、非线性接触、地震与降雨多因素耦合作用、离心模型试验的开发与利用、本构模型的适用性及隧道精细化建模等方面的研究，积极优化和创新防护控制措施技术，建立隧道-滑坡之间联动共享的新型监控成套技术体系，以期为隧道-滑坡体系工程领域的学术研究提供新的视角和基础资料。

为揭示层理岩石在动静组合加载条件下的力学特性及破坏模式机制，采用分离式霍普金森压杆装置对层状黄砂岩试样施加一维动静组合载荷，结合数字图像相关技术，实时监测试样的动态破裂过程，并分析不同倾角下岩石的破裂演化过程及能耗特性。研究结果表明：动静组合荷载作用下，随层理倾角的增大，含孔洞层状黄砂岩试样的动态强度总体上呈现出先增大后减小的变化规律；不同层理倾角含孔砂岩试样的破坏模式存在明显差异并可被归纳为4类；层理角度为45°时，岩石强度最高，吸收能占比最大。在深部地层的冲击破岩中，合理布置冲击荷载与层理方向间夹角以及破岩位置，可有效提高破岩效率，减小动力扰动对围岩带来的不利影响，提高深部岩石工程的稳定性。

利用自主研发的水分迁移和冻胀试验装备，研究了不同初始含水率、冷端温度、干密度对砂土水分迁移规律的影响，分析了三因素作用下砂土水平冻胀力和冻胀量的变化规律，确定了冻结锋面位置。研究表明：初始含水率和冷端温度对砂土的水分迁移和冻胀效果影响明显；初始含水率从0%增加至10%，试样含水率峰值增大了5.00倍，水平冻胀力和冻胀量不断增大，冻结锋面位置上移至2.5 cm高度处。冷端温度从?5 ℃降低至?15 ℃，试样含水率峰值增大了4.38倍，水平冻胀力和冻胀量不断增大，冻结锋面位置上移至2.6 cm高度处。干密度对试样水分迁移和冻胀特性影响相对不明显，整体呈现出在较小干密度下，试样含水率、水平冻胀力和冻胀量增幅稍大的趋势，冻结锋面集中在2.2～2.5 cm高度处。针对不同影响因素提出了水平冻胀力和冻胀量预测公式，为认识水汽补给下砂土水分迁移规律及合理预防冻胀提供参考。

降雨诱发滑坡是世界上最普遍的地质灾害，而关于降雨入渗对边坡的可靠度分析，优势入渗的影响被长期忽视。使用Comsol Multiphysics对降雨条件下优势入渗做数值求解，利用无限边坡模型计算边坡安全系数；并应用改进Cholesky分解法生成空间相关随机场，使用蒙特卡洛方法分析降雨过程中边坡的可靠度。结合确定性与可靠度计算对比均质入渗与优势入渗在降雨过程中边坡安全性变化：（1）降雨强度较低时，优势入渗安全性较好，而降雨强度较高时，均质入渗更稳定；（2）均质入渗中参数空间变异性是边坡失稳破坏的关键因素，而优势入渗的边坡失稳则由湿润峰快速推进所导致；（3）针对优势入渗模型研究，发现基质域与优势域水力交换强度较大时边坡有更大概率失稳，而较小的水力交换强度可能影响边坡底部的失稳破坏。

岩石破裂是裂纹萌生、扩展演化直至贯通的过程，为了研究受载岩石发生变形破坏时其内部裂纹动态扩展演化过程，利用工业CT对岩石破裂过程进行阶段性观测扫描，通过CT图像堆栈矢量化处理构建岩石三维裂隙模型，并对裂纹结构特征参数进行统计分析，定量化表征岩石破裂过程中裂纹扩展情况。在此基础上，提取裂纹扩展路径上的局部破坏形态特征，结合岩矿鉴定试验进行细观尺度分析研究。研究结果表明：利用裂隙体积V、表面积S及分形维数D等参数可以将三维裂隙扩展过程量化，且参量呈现基本不变—小幅增大—大幅激增的变化规律；CT切片图像中裂纹面积可以表征岩石局部裂纹扩展特征，且与同阶段三维裂隙的扩展演化特征相对应；岩石细观结构对裂隙扩展影响较大，裂隙扩展遇到砾石将形成绕砾扩展、穿砾扩展及分叉扩展3种方式。该研究成果将为岩石失稳破坏、工程岩体致灾预警工作提供研究基础。

在边坡稳定可靠度分析中，通常采用确定性分析方法计算安全系数从而衡量边坡的稳定性，但传统的确定性分析方法无法充分考虑以及描述岩体天然存在的空间变异性，而导致对边坡的失效概率计算不够准确。基于Hoek-Brown准则和随机有限差分法（RFDM），将单轴抗压强度 和完整岩石材料常数 视为随机场变量，地质强度指标GSI视为随机变量，开展考虑岩体参数空间变异性的抗滑桩加固前后边坡可靠度分析和桩体随机响应研究。结果表明，岩体参数的空间变异性对边坡的失效概率及抗滑桩响应有显著影响，忽略岩体参数的空间变异性将高估边坡的失效概率和抗滑桩体的最大弯矩均值，同时将低估桩顶位移均值。研究结果可为抗滑桩加固边坡工程的可靠度分析与优化设计提供技术参考。

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。

为实现土的非饱和优先流迁移可视化，设计立柱装置进行非饱和渗流试验，采用透明土与数字图像处理技术，建立归一化像素强度与透明土饱和度的关系，在此基础上，通过室内模型试验，研究优先流路径连通性与相邻优先流路径旋转角对非饱和土优先流迁移的影响。试验结果表明：基于图像灰度像素强度表征非饱和透明土饱和度方法是可行的；全连通优先流（O-O型）与上连通优先流（O-C型）剖面呈现T型，中心轴剖面饱和度与边缘差异明显，下连通优先流路径（C-O型）中土体油压与基质势不足以使流体进入优先流路径形成优先流，入渗趋势与均匀流一致，O-C型优先流的稳定入渗率和湿润锋推移速度分别为C-O型的1.5倍和1.4倍；相邻O-C型优先流之间区域形成新的优先流，土体达到较高饱和度，增长速率随旋转角的增加而减小，优先流转角为90?、60?、30?时稳定入渗速率分别为均匀流的1.5、1.3、1.2倍；流体受重力影响，转角小的优先流仅沿路径一侧水平渗透，但湿润锋推移速度分别为均匀流的1.3、1.4、1.5倍，相邻优先流相互作用减弱，难以形成新的优先流。

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。

针对地堑构造区域发生冲击地压的灾害问题，基于地堑结构的特殊性及覆岩赋存特征，采用现场调研、理论分析和数值模拟等手段，分析了地堑构造区域覆岩运动特征及煤岩体应力演化规律并建立了相应的力学模型，研究了地堑构造区域冲击地压发生机制。同时，分析了冲击地压前后微震能量、频次的演化特征，得到了地堑构造区域冲击地压微震前兆信息时序规律。研究结果表明：楔形体的滑移下沉与采空区宽度密切相关，地堑构造区内采空区的存在会打破楔形体的稳定状态，FD6和FD8断层的局部滑移错动导致楔形体滑移下沉，而地堑构造区的悬顶结构也对未开采煤体有相应挤压作用，两者的共同作用为冲击地压发生提供了高静应力条件，悬顶结构的破断为冲击地压的发生提供了动载扰动条件，静荷载和动荷载的共同作用导致地堑结构内部的上平巷和三联巷发生冲击显现；在冲击前的一定时间内微震能量和频次期间呈现明显的偏差，且微震日平均能量具有明显的突降和突升现象。基于分析结果结合现场实际，提出了“断链增耗”的防冲技术，为地堑构造区工作面冲击地压防控提供一定的理论参考。

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。

为探究含瓦斯煤的强度劣化机制，利用自主研制的含瓦斯煤气?固耦合试验系统进行不同初始瓦斯压力下煤体单轴压缩试验，借助SEM、高压压汞、低温液氮吸附法及微焦点CT扫描系统表征含瓦斯煤的孔、裂隙等结构，分别阐述不同瓦斯赋存状态对孔、裂隙的力学和非力学效应，揭示了含瓦斯煤孔、裂隙破坏与宏观强度损失的内在联系。结果表明：煤体平均单轴抗压强度的劣化程度随初始瓦斯压力的升高而升高；多手段联合表征煤体孔隙结构及孔径分布，发现含瓦斯煤裂隙结构发育不明显，孤立孔隙占比较大，两者连通性差，不利于瓦斯渗流；联合表征煤体孔隙结构及孔径分布的方法，可校正微孔及过渡孔或因样品尺寸导致大孔存在“屏蔽效应”和高压阶段煤基质“压缩效应”或孔裂隙破坏带来的误差；吸附态瓦斯分别通过非力学作用和膨胀应力的力学作用，以及游离态瓦斯对煤体的气楔效应致使微元体破裂与失效；构建了基于微细观角度的含瓦斯煤力学性质劣化与宏观强度损失的数学模型，由模型可得，瓦斯作用导致摩尔应力圆圆心向左偏移，摩尔-库仑强度包络线向右偏移，内聚力变小，最终导致煤体宏观强度的损失。

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。

为了研究挡墙后有限土体的主动土压力，以墙后无黏性土体为研究对象，假定破裂面为通过墙踵的平面，且在挡墙平动模式下，墙后土体形成圆弧形小主应力拱。采用沿小主应力迹线分层的方法，将挡墙后土体划分为若干个圆弧形曲线薄层单元，考虑了单元体上下表面应力分布的不均匀性，提出了一种有限土体挡墙主动土压力计算方法，给出了主动土压力合力及其作用点高度的表达式，并验证了该方法的正确性。研究结果表明：采用曲线薄层单元法可以准确考虑单元体复杂的受力情况，能更好地反映挡墙后有限土体主动土压力的变化规律；有限填土时主动土压力沿墙高 呈非线性分布，土压力先随着土体深度增加呈单调递增趋势，然后在接近墙底位置处呈单调递减趋势。分析参数敏感性时取不同土体宽高比与墙背粗糙程度对挡墙主动土压力分布及合力作用点高度进行分析，结果表明：随着土体宽高比n的增大，主动土压力值逐渐增大，土压力分布曲线非线性越来越明显，合力作用点高度逐渐降低且恒大于 。当 0.71时，均趋于稳定。可将 0.71作为有限土体与半无限土体的临界宽高比。随着摩擦角 的增大，主动土压力值逐渐减小，土压力分布曲线非线性越来越明显，合力作用点高度逐渐增大且恒大于 。

渗流侵蚀会导致土体中土颗粒的随水流流失，改变土体力学和水力特性，工程中常引起土石坝的变形甚至破坏。利用流体力学-离散元耦合方法（CFD-DEM），针对广泛存在于坝基、土石坝滤芯以及油气井反滤层中的间断级配砂土，对其级配进行合理简化后研究其在水力作用下的渗流侵蚀特性。通过8组模拟向上渗流试验研究了水力梯度、试样所受围压以及细粒含量对间断级配砂土渗流侵蚀过程的影响。试验中监测了细粒流失质量、细粒流失率、土表位移、微观组构变化等宏微观现象，并与既往室内试验进行了对照验证。同时，对渗流前后土体进行了排水剪切试验，研究渗流侵蚀对土体抗剪强度的影响。试验结果表明，在数值模拟试验条件下初始细粒含量变化对于细粒流失质量、峰值细粒流失率、土表位移及渗流前后的力学特性影响较试验中围压与水力梯度的影响更为显著。通过对微观组构的分析，发现不同细粒含量的试样在渗流过程中接触网络的构成与变动差异较大，细粒含量在35%的阈值附近，会发生土体力链传递结构的转换。三轴结果表明，细粒流失还会导致土体峰值强度降低、50%强度处的割线模量E50减小。

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。

开展某洞库花岗岩真三轴加载破坏试验和卸载破坏试验，分析花岗岩的特征应力、破坏形式和能量演化特征。试验结果表明：真三轴加、卸荷应力路径下，花岗岩的破坏方式均为张剪复合破坏，表现出高损伤应力特征和明显的脆性特征；利用体积应变曲线提出新的脆性指数评价岩石脆性，发现卸荷条件下花岗岩的脆性指数更高；真三轴加荷试验中，总能量-轴向应变曲线经历缓慢增大、快速增大、稳定增大3个阶段；真三轴卸荷试验中，卸荷瞬间耗散能迅速增加，在能量分配中所占的比例迅速提高，成为消耗能量的主体；加荷试验中花岗岩破坏时的耗散能量值明显大于卸荷试验，表明加荷路径下需要消耗更多的能量才能发生破坏，且卸荷路径下可释放弹性应变能多，相较于加荷路径更加危险。