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。

为研究静态加载条件下裂隙几何位置及相互作用机制对煤体力学行为的影响，采用数字图像相关方法作为全场观测手段，以原煤预制不同位置分布下的三裂隙试样为研究对象，利用MTS816岩石伺服试验机进行单轴压缩试验，并结合颗粒流程序研究了裂隙不同位置分布状态下多裂隙煤体的力学特性、裂纹演化规律及破坏特征。与此同时，基于断裂力学理论讨论了T应力对煤体多裂隙尖端的影响形式及适用性。研究结果表明：当裂隙由平行共线分布向平行重叠分布过度时，煤样的宏观强度具有逐渐增强的现象；裂隙的分布形式会影响煤体的承压状态，当裂隙间距离较远时，应力场中应力薄弱区会独立存在，并随着压力增加逐渐扩展融合；而当裂隙趋于重叠分布时，应力集中区和薄弱区都会各自形成统一的受力整体，相互影响。多裂隙共线或偏置分布时，裂隙面以剪应力为主，拉应力为辅的驱动方式导致煤样发生拉剪复合破坏，而当多裂隙趋于重叠分布时，裂隙面上的剪应力转化为岩桥区拉应力，从而形成以拉应力为主导的方式驱动试样发生拉伸破坏。考虑T应力影响时，包含3个T应力分量(T_x，T_y和T_xy)的起裂角理论预测值更适用于压剪应力状态下有限板多裂隙尖端裂纹扩展角度方面研究。

结合大型地下洞室群地震模拟振动台模型试验研究，根据相似原理，利用正交试验和二次细化试验相结合的试验方法，对岩体相似材料进行配比试验。选用铁精粉、重晶石粉和石英砂作为骨料，石膏为胶凝材料，甘油为调节剂。正交试验以相似材料的密度、抗压强度和变形模量为控制指标，通过极差分析得到各影响因素的重要程度，并在此基础上进行二次细化试验，二次细化试验增加测试相似材料的抗拉强度。这种组合试验方法可通过较少的试验次数得到符合相似指标要求的材料配比，大大提高了配比试验的效率。试验得出的相似材料配比与物理力学指标的变化规律及运用组合试验高效确定具体配比的方法，对类似工程动静力模型试验相似材料模拟具有一定的参考意义。

岩石的动力学性质是影响岩质边坡地震动力稳定性的关键内因。地震产生的循环往复作用会造成岩石损伤和破坏，劣化岩石性能，降低岩质边坡的稳定性。为了深入研究岩石在动力荷载下的损伤特征，以某岩质斜坡出露的二叠系灰岩为研究对象，联合单轴循环加卸载试验和微细观试验，从微细观角度研究了岩样在循环加卸载过程中的损伤特征和损伤演化规律，分析了不同加载条件对微细观损伤的影响，开展了宏观和微细观参数的关联分析。研究结果表明：岩样内部的损伤是一个渐进性过程，在破坏前，随着应力幅值和循环周次的增加，表现为以小孔隙的生成、扩展和贯通为主，大孔隙的数量轻微增加且数量相对少得多；与变上限应力加载相比，变下限应力加载更有利于小孔隙的连通和大孔隙的形成，导致岩样内部微裂隙面积更大，在宏观上表现为平均弹性模量的降低；在变上限应力时，低应力幅值的循环荷载对岩石内部结构劣化效应比单轴压缩条件下的大，而高应力幅值的循环荷载反而可能对岩石内部孔隙有一定压密作用，导致孔隙度相对较小，劣化效应相对减弱；综合多种微细观损伤变量演化趋势，可判断岩样在循环加卸载下经历了一段裂纹稳定扩展的阶段，对应的上限应力和下限应力范围分别为（0.4～0.6）σ_f（σ_f为静态峰值强度）和（0.3～0.5）σ_f。研究成果有助于从微细观层次更好地理解岩石的动力学特性，为岩质斜坡在地震作用下的动力响应行为和灾害孕育及启动过程提供理论解释。

拉脱法可用于对预应力锚索的工作应力进行检测，它是通过对张拉荷载-锚索伸长量曲线中拐点的判断或对锚具与锚垫板脱开时刻的判断获得预应力锚索工作应力的一种微损检测方法。本文对拉脱法检测预应力锚索工作应力的机制进行力学分析，并对其误差进行理论分析，包括岩土体和锚具回弹、工作锚夹片缩进以及千斤顶滑移等对检测结果的影响。通过对拉脱法的机制分析和检测精度研究，验证了理论分析的正确性，并表明：可通过张拉荷载-位移曲线转折区段的上、下限平均值获得预应力锚索工作应力。当工作荷载为极限荷载的75%时，检测误差约为2%，满足工程检测要求。研究结果为拉脱法在锚索工作应力检测的工程应用推广提供了理论和试验基础。

为了完善平台巴西劈裂试验测定岩石抗拉强度的理论基础，基于二维弹性理论，建立对弦载荷下的平台巴西劈裂力学模型，采用应力场叠加法求得圆盘内的应力近似解析解。该应力理论解与有限元数值解一致，证明理论求解的合理性。在此基础上，对比研究了平台加载角对圆盘内应力大小及应力集中程度的影响，其结果表明：平台加载角越大，圆盘加载处的应力集中程度和压拉应力比都急剧降低，而圆盘内的拉应力值和拉伸区却只有一定程度减小；过大或过小的平台加载角都不利于平台巴西试样发生中心拉伸劈裂破坏，其最优平台加载角在20°~30°之间。最后，依据Griffith强度破坏准则，推得岩石抗拉强度的理论计算公式，其结果与已有抗拉强度经验公式及试验所得抗拉强度相符较好。

由于围岩特性曲线中只有圆形坑道才有解析解，对马蹄形坑道只能近似地将其转换成圆形[1]，加上其它因素，如围岩原始数据、原始应力场、初始位移等的确定问题，使得特征曲线法在一般衬砌设计，特别是衬砌标准图设计中难以应用。笔者采用弹塑性有限元方法绘制了不同埋深、各种围岩级别下的铁路标准设计单、双线毛洞的围岩特征曲线，得出不同围岩级别、不同埋深、不同洞形和尺寸下围岩特性曲线的变化规律。对特性曲线法在隧道衬砌设计中的应用有实际意义。

膨胀土由于其骨架带有较多的固定负电荷，层间存在与负电荷平衡的可交换阳离子，使得土体呈现较强的胀缩性。研究结果表明，膨胀土的胀缩性会受到孔隙溶液化学成分的影响。选用广西地区的强膨胀土作为研究对象，开展了不同浓度的NaCl溶液对膨胀土土−水特征曲线和收缩曲线影响的试验研究，引入了粒间应力的概念对收缩曲线进行描述，该粒间应力考虑了渗透、毛细和吸附的影响。结果表明：孔隙盐溶液是通过渗透吸力对土−水特征曲线产生影响，对基质吸力的影响较小。土样在脱湿过程中的收缩变形是由粒间应力来控制的，类似于加压固结现象。大部分的收缩都发生在毛细阶段，为弹塑性变形；吸附阶段的收缩较少，为弹性变形。通过识别压缩曲线上的弹塑性分界点可以得出毛细和吸附作用的分界点，该分界点与独立测量的不同密实度下的持水曲线结果一致。结果表明，粒间应力能够更好地描述膨胀土的化学−力学行为，特别是在低含水率条件下。

Cam-clay模型是在等向加载试验基础上建立起来的且能够描述正常固结土在常规三轴试验条件下应力-应变关系的最简单弹塑性模型，是建立各种土的弹塑性本构模型的基础。文中分别按加载方式的不同和土组构的不同，对描述与应力状态、应力历史、应力路径、持荷时间等因素有关的加载方式下土应力应变特性的弹塑性本构模型进行了归纳。对反映不同组构所形成的结构性、各向异性和颗粒破碎等特性的弹塑性本构模型进行了综述，并着重介绍了描述应力状态的三维化方法、反映应力历史影响的超固结土模型和模拟渐近状态路径的渐近状态模型等典型研究成果。

以不同风化程度的砂岩试件为研究对象，对其单轴、三轴力学强度进行了试验研究。结果表明，随着风化程度的增加，砂岩的力学强度逐渐降低；三轴曲线的主应力差 对砂岩强度的影响基本呈线性；不同风化程度的砂岩试件的内摩擦角随着风化程度的增加，摩擦角逐渐增大；而凝聚力则随着风化程度的增加而减小。建立了岩石三轴受力的抛物曲线-线弹性-Duncan双曲线-塑性软化-残余理想塑性5段式模型，模型能够正确反映砂岩三轴受力变形特点。

砂卵石土是物理力学性质既不同于砂土也不同于完整岩体的离散体，将其简化为砂土为基体，卵石为椭球形夹杂的两相复合材料。在小变形条件下，考虑卵石的含量和分布，采用Eshelby张量和Mori-Tanaka等效方法，运用替换迭代方式，从理论上推导出等效柔度张量一般性计算方程；重点研究卵石为球形时（椭球的一种特殊情况）砂卵石土等效弹性模量，通过编写程序求得其数值解，并与相关数值试验和理论进行对比。结果表明，此理论计算方法精度较以前的理论计算方法精度有大幅提高，当卵石体积分数小于50%时，理论计算结果与数值试验结果吻合较好，其结果可用于判断砂卵石土宏观力学特性，有利于地下工程应用；当体积分数大于50%时，理论计算结果和数值试验结果有一定误差。

中国具有广大的季节冻土和多年冻土区，在冻土地区进行工程建设，就必须深入研究冻土的力学特性，以确保冻土地基上工程建筑物的稳定性。本文首先，简要介绍了我国冻土的分布状况和冻土区别于融土的基本特性，广义的冻土力学可分为冻融作用和已冻土力学性质两方面，冻胀、融沉和冻融循环引起的土力学性质的变化属于冻融作用的范畴。对于冻胀的研究较为深入，人们先后提出了多个理论来解释冻胀产生的机制，有的应用于计算分析中。对融沉的研究尽管具有较长的历史，但是多数停留在经验方法上，融化固结理论目前还有较大的局限性，因此提出一方面可以用人工神经网络法提高经验方法的精度和适用范围，另一方面应当发展融化固结大变形理论；冻融循环可以改变土的力学性质，介绍了作者的最近研究进展。针对已冻土的力学特性，从3方面进行了分析。冻土的强度主要沿用融土的强度理论，很难反映高应力下的压融现象；冻土动力学特性主要针对温度对动力学参数的影响，近年来冻土层对场地动力响应的影响越来越受到重视；冻土的本构关系多集中在蠕变研究，以经验公式法为主。最后，分析了多年冻土地区工程变形所涉及的物理力学过程。

城市回填区地层多以松散土石混合体形式存在，自身结构孔隙率大、强度低、工程性能较差，对隧道施工扰动和地铁列车运行等动载作用十分敏感。滞回曲线可反映土体在动荷载作用下的变形、刚度及能量耗散等特征，研究土石混合体滞回曲线对回填区地铁的施工和运营安全具有重要意义。利用KTLDYN伺服电机控制式动三轴试验系统，采用分级加载的方式对回填区土石混合体试样进行了循环荷载试验，研究了含石量P、含水率 ω 、固结应力比k_c 和加载频率f 对滞回曲线的形态特征（包括中心间距d、长轴斜率k、滞回曲线包围面积S 和不闭合程度ε_p）和骨干曲线的影响。研究结果表明：土石混合体的典型滞回曲线整体呈长梭形，两端呈尖叶状。d、S、ε_p随着振级的增加呈非线性增大，k随着振级的增加呈对数关系衰减。同一振级下，d 和ε_p随着P、k_c 和f 的增大而减小，随着ω 的增大先减小后增大；k 随着P、k_c 和f 的增大而增大，随着ω  的增大先增大后减小；S与P呈正相关，随着ω 的增大先增大后减小，随着k_c 和f 的增大而减小。当动应变相同时，动应力和骨干曲线斜率均随P、k_c和f的增大而不断增大；随ω 的增大先增大后减小。

在自然界和工程实践中遇到的土大多数是非饱和土，研究吸力对非饱和土抗剪强度的作用，对于工程实践具有重要的意义。通过压力板仪和直剪仪组合试验，探讨了击实土抗剪强度和基质吸力的关系。试验结果表明：凝聚力在饱和度为40 % ~ 60 %时最大，而内摩擦角则随饱和度增加而有所减少。进一步对比土-水特征曲线与抗剪强度的关系，并整合前人研究成果，指出了非饱和土中吸力对其抗剪强度影响的规律。对于无黏性土，在边界效应区不产生假凝聚力，且内摩擦角不变；在过渡区与非饱和残余区，假凝聚力和基质吸力的关系存在峰值且变化较大，内摩擦角则随吸力增加而增加。对于黏性土，残余体积含水率所对应的最小吸力可能是影响抗剪强度的界限值，小于此吸力值， 可近似为常数。但在非饱和残余区，凝聚力将随土状态路径的不同而变化。对于重塑土，凝聚力降低；而对于原状土，则凝聚力可能不变或增加。

应变软化是指应力-应变曲线中轴向应力随应变的增加而减小的现象，许多种类的岩土介质在工程扰动的作用下呈现应变软化的行为。在分析应变软化问题时，其应力-应变关系式中的切线刚度矩阵是非正定的，由此导致计算求解的困难。将岩体应变软化过程简化为一系列脆塑性过程，于是应变软化问题的求解归结为一系列脆塑性过程的分析。基于经典弹塑性力学理论，提出了应变软化过程模拟方法及其相应的有限元求解过程，编制了计算程序，研究了应变软化本构模型中不同强度弱化速率对圆形洞室围岩塑形区分布的影响，进一步分析了应变软化模型对应的隧道径向变形沿洞轴方向的分布特征，并与已有监测数据得到的分布规律进行了对比。初步的研究结果表明，应变软化模型得到的计算结果是比较合理的

针对Mohr-Coulomb准则高估岩土体抗拉性能的局限性，建立考虑最大拉应力准则的修正Mohr-Coulomb模型；系统地论述隐式本构积分算法的主要内容，推导相应的一致性刚度矩阵。以ABAQUS软件为平台，采用向后欧拉隐式应力积分算法编制了UMAT本构程序，对单轴拉伸试验和三轴压缩试验进行数值模拟，对比分析ABAQUS自带模型和自编模型的优劣，结果表明编写的修正Mohr-Coulomb模型能够有效地反映岩土介质的抗拉性能，弥补了ABAQUS自带模型的不足。

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。

为研究降雨入渗条件下三维边坡渗流场的变化过程，在全面研究FLAC3D软件渗流分析模块功能及算法的基础上，通过编写FISH函数完善了FLAC3D软件的非饱和渗流计算功能。基于降雨入渗机制的分析，编写了降雨入渗及停雨出渗边界的FISH函数，实现边坡三维降雨入渗过程的模拟。通过降雨条件下算例边坡的饱和非饱和渗流场变化过程的数值计算，研究了降雨入渗引起的边坡暂态饱和区变化过程，并与已有研究成果进行对比分析，从而验证了自编FISH函数实现边坡三维非饱和渗流计算结果的正确性。研究成果表明，文中提出的边坡三维非饱和降雨入渗分析是可行的，同时也为三维边坡非饱和渗流场的研究提供了一条有益的途径。

渗透性是砂土的重要工程性质之一，影响砂土渗透性的因素有很多，比如土体密实程度、土颗粒自身特性、流体性质等，其中孔隙率与颗粒粒径是两个重要影响因素。而以往基于混合粒径的天然砂土的研究很难分别对这两个因素进行独立的研究。基于此，首先开展了单一粒径级砂土的常水头渗透试验，分别研究了同一粒径级砂土渗透系数随孔隙率的变化和同一孔隙率下不同粒径级砂土渗透系数随均值粒径的变化规律。试验结果显示，渗透系数随着孔隙率的增加而线性增加、随均值粒径二次方的增加而线性增加，其中均值粒径的影响较大，其变化能导致渗透系数量级上的差异。在此基础上，开展了多粒径混合砂土的渗透试验，讨论了曲率系数、不均匀系数等级配参数对渗透性的影响，从而将单一粒径级的研究成果推广到天然砂土，最终拟合出渗透系数与相关影响因素的经验公式，以便工程实践参考使用。

针对跨煤岩界面穿层压裂裂缝动态扩展过程，采用相似材料制作煤岩组合体试件，开展三点弯曲试验、真三轴水力压裂物理模拟试验，分别结合数字散斑技术、声发射监测技术，捕捉裂缝的动态扩展特征，分析裂缝扩展形态及影响因素。结果表明：三点弯曲试验中裂缝可从顶板直接进入煤层，裂缝在界面处未转向，增大预制裂缝长度试件断裂所需的峰值应力降低；真三轴水力压裂试验条件下，由于煤层塑性强，顶板内裂缝高度、长度均大于煤层，顶板内声发射事件比例高于煤层；在裂缝穿层扩展的前提下，增大水平井与煤层顶面距离会导致裂缝穿层扩展时间延长，提高压裂液注入排量可增大裂缝进入煤层的穿透深度，但是易导致缝高失控、缝长降低，提出采用变排量压裂施工，初期压裂液大排量注入促使裂缝纵向穿层，随后降排量促进裂缝在顶板和煤层内横向延伸；多裂缝同步起裂时缝间存在竞争扩展现象，部分裂缝可能无法穿层扩展。研究成果可为掌握裂缝跨煤岩界面穿层扩展特点、优化设计压裂施工参数提供理论支撑。

在隧道掘进施工过程中，数字化钻孔过程监测（drilling process monitoring，简称DPM）系统能够实时快速地获取岩石强度参数，及时指导现场开挖和支护作业。为实时获取隧道开挖掌子面前方的围岩强度，基于搭载于气动冲击回转钻机上的数字化DPM系统地开展现场原位数字钻进试验。通过对钻孔全过程的推进压力、回转压力、冲击压力以及钻杆位移等钻进参数进行实时监测、记录和分析，得到了不同钻孔过程的钻进参数特征，据此对各钻孔过程进行识别，并采用DPM时间序列分析方法分离出纯钻进过程钻进参数，结果表明：纯钻进过程的钻进深度随钻进时间呈分段线性变化；钻机工作压力随钻进时间的变化相对恒定，其对不同钻速段的钻速变化影响有限；同时，钻进速度随岩石强度增加而减小，并建立了岩石强度关于钻进速度的指数关系模型，用以指导工程实践。

膨胀土的胀缩等级评判是进行膨胀土处治的首要任务，开展膨胀土的判别与分类方法探讨具有重要意义。对现有膨胀土判别与分类方法进行了评价，对反映和表征膨胀土胀缩机理和特性的指标进行了深入探讨，提出了以能充分反映和表征膨胀土胀缩机理和特性的液限、塑性指数、自由膨胀率、小于0.005 mm颗粒含量、胀缩总率等5个指标作为膨胀土的判别指标，建立了一种新的膨胀土判别与分类方法，并通过试验进行了验证。新的膨胀土判别与分类方法具有准确度高、易操作的优点。

从力学和物理学角度分析，人们一般采用油基钻井液、饱和盐水钻井液或欠饱和盐水钻井液钻盐膏层，但油基钻井液因为自身缺陷无法大规模使用，而且井下经常出现事故或复杂情况。在成本可接受的情况下，采用适当密度的不饱和有机盐钻井液，可使钻井液在满足地层盐岩适当溶解的同时又具有较强的抑制性，从而达到盐膏层井眼稳定的目的。在室内进行了以密度为1.30 g/cm3和1.36 g/cm3有机盐水溶液为基液配制而成的两套钻井液常规性能、抗污染性能和盐溶量实验，认为两套钻井液都能够满足盐膏层的钻井需要，且在Y5-2井也进行了现场试验，表明与同构造上的其它完成井相比，无事故或复杂情况，综合成本低。

如何判断巷道开挖后在无支护反力条件下的围岩弹塑性变形及围岩应力重新分布的力学行为一直是人们研究的重点问题。卡斯特纳方程(Kastner equation)的求解存在以下不足和缺陷：(1) 对支护反力的力学处理存在缺陷，不具有工程实际意义；(2) 塑性区应力求解，没有使用到假设的理想弹塑性材料的塑性本构关系；(3) 塑性区应力求解，没有考虑沿巷道轴向方向的应力的影响。基于增量型本构关系即Levy-Mises关系及D-P屈服准则，对轴对称圆巷进行了理想弹塑性条件的求解。公式计算结果与卡斯特纳方程计算结果和数值模拟计算结果分别进行了对比分析。由于该求解弥补了卡斯特纳方程求解中忽略的3个问题，因此，其结果更具有理论意义和实践价值。

利用智能声波仪对红砂岩、大理岩和花岗岩试样在干燥及饱和条件下进行了声波纵波透射试验，研究声波在岩石中传播的速度特征，同时利用傅里叶变换及小波变换研究声波在岩石中传播的波形、波幅衰减规律、波谱特征。结果表明： （1）红砂岩、大理岩和花岗岩在饱和状态下的纵波波速比其在干燥状态下略高。（2）岩石纵波速度受到岩石的致密程度、孔隙度、密度及硬度的影响。（3）在同样的激发信号下，饱水的砂岩、大理岩、花岗岩岩样声波信号能量集中在低频部分较多，而干燥岩样声波信号能量集中在高频部分较多。（4）饱水的3种岩样声波信号能量衰减较快，尾波不发育；干燥的3种岩样声波信号能量衰减较慢，尾波较发育。（5）穿过岩石的声波信号的波速、波形的时域特征、频域特征及时-频域特征能在一定程度上反映出岩石内部的孔隙及微裂隙的发育情况和岩石含水情况等特征。

二维与三维边坡稳定性分析得到的安全系数存在着差异，讨论这种差异与滑体几何尺寸及土体强度参数间的变化规律及其形成机制，可为合理地评价边坡稳定性分析提供理论依据。针对均质三维边坡，利用基于滑面正应力修正模式的极限平衡法分析程序，定性地讨论滑体形态、长高比、坡比、土体强度参数等指标对二维与三维安全系数计算结果差异(以F3/F2表示)的影响，总结F3/F2与影响指标间的变化规律，分析变化规律形成的内在机制。从工程应用的角度，给出需要考虑该差异影响的分界标准。研究表明，F3/F2随着长高比L/H、内摩擦角?及坡比m的增大逐渐减小，随着黏聚力c的增大逐渐增大；对于满足下列条件之一的边坡，宜采用三维安全系数来评价其稳定性，(1) L/H ≤ 5的滑坡体；(2) 5< L/H ≤ 10且 c > 25 kPa(或? < 15°，或m < 1.0) 的滑坡体。研究成果可为合理评价边坡稳定性分析方法提供参考。

为了研究橡胶混合黏土（混合土）的动变形特性，对不同橡胶掺量、橡胶粒径和围压的混合土开展共振柱试验，分析动剪切模量G 和阻尼比λ  的发展规律，并基于二元介质模型，提出了表达混合土接触状态的骨架孔隙比e_sk计算方法，进一步依托骨架孔隙比e_sk对混合土的最大动剪切模量G_max进行评价。结果表明：掺入橡胶颗粒后，混合土的G减小，λ 增大，且橡胶掺量增大时，混合土的G减小、λ 增大；围压增大时，混合土的G增大、λ减小；橡胶粒径增大时，混合土的G增大、λ减小。随着橡胶掺量增大，骨架孔隙比e_sk增大，G_max降低；在相同橡胶掺量时，随着橡胶粒径的增大，e_sk增大，G_max升高。在Hardin公式的基础上，基于骨架孔隙比e_sk提出了考虑橡胶掺量和橡胶粒径的G_max表征模型，该模型具有较好的准确性，可为评价橡胶混合黏土G_max提供依据。

无中导连拱隧道由于后行洞衬砌搭接于先行洞衬砌拱腰之上，围岩与衬砌受力情况复杂，开展相应的围岩与衬砌应力和位移分析具有重要的工程意义。基于复变函数理论和Schwarz交替法，提出了深埋条件下考虑衬砌的无中导连拱隧道围岩与衬砌应力和变形的计算方法。针对无中导连拱隧道两洞具有共用边界的特点，在利用柯西积分法进行求解时，将单洞衬砌与围岩接触的边界积分条件转化为仅存在单洞时的完整边界积分与共用边界积分之差，对于Schwarz交替法中求解“附加面力”的过程亦进行类似处理。给出共用边界应力与位移的计算方法。通过算例，将上述解析结果和数值仿真结果进行对比，证明了方法的可行性和准确性。

选用环氧树脂和纯水泥浆作为注浆材料，对含不同角度和不同注浆材料裂隙试样进行单轴压缩试验。试验结果表明，注浆材料和裂纹缺陷角度对类岩石试件单轴抗压强度及破坏模式具有重要影响；环氧树脂加固效果优于纯水泥浆，环氧树脂可以有效地消除预制裂纹尖端的应力集中；在裂纹缺陷角度很小( <30°)和角度很大( =90°)的情况下无论裂隙是注环氧树脂还是纯水泥浆，注浆效果都不明显，当 =60°时两种注浆材料的加固效果都很好。提出滑动裂纹模型，对注浆裂隙进行力学分析发现，含注浆裂隙试样的抗压强度随着注浆材料和完整材料胶结面摩擦系数和黏聚力的增大而增大，不同注浆材料和完整材料胶结面的摩擦系数和黏聚力不同，解释了为什么不同的注浆材料对注浆试样强度提升作用不同。研究成果为分析工程中注浆材料和裂纹缺陷角度对岩体强度的影响提供了一定的理论基础。

岩溶地质灾害是粤港澳大湾区引擎城市广州和深圳城市建设与地下空间开发利用面临的主要挑战之一。岩溶勘探一般综合钻探与物探信息进行溶洞识别与评估。跨孔CT物探方法因操作简便，地层信息获取能力较强，近年来在大湾区岩溶勘探中广泛应用。然而，该方法识别溶洞的精度尚待定量评估。鉴于此，收集了大量的岩溶钻探与勘探对比数据，采用模型因子法对跨孔CT岩溶识别精度进行了统计分析。结果表明：该方法能够准确地探测出溶洞顶板埋深、底板埋深与洞高，平均误差不超过5%；对顶板与底板埋深的预测精度离散性非常低，仅为5%，但洞高预测精度离散性中等，超过35%。跨孔CT岩溶识别方法的精度稳定性较好，不受CT方法类型、溶洞充填情况、发射和接收点距、钻孔类型、溶洞顶板厚度、钻孔间距、验证孔距离等因素的影响。对现行跨孔CT方法进行了简单校正，使得在不增加计算复杂性的前提下，模型平均精度提高4%，离散性降低3%。最后，分析证实洞高预测模型因子服从韦布尔分布。研究成果可为岩溶区溶洞勘探与风险评估提供理论支撑。

通过对河床砂卵石及爆破碎石的无黏性粗粒土直接剪切试验，对比分析了在不同试验状态下两种粗粒土的细粒含量和干密度分别对其抗剪强度参数的影响以及抗剪强度参数变化规律；试验结果表明，两种粗粒土的抗剪强度参数基本是随着干密度的增大而增大，摩擦角在细粒含量较小时稳定在某一特定值，随着细粒含量的增加而迅速减小；而当干密度增加到一定程度后不同试料在不同试验状态下，咬合力各自都将趋于某一稳定值。从两种试料的试验状态来看，非饱和固结抗剪强度参数相应地比饱和固结的大，河床砂卵石的抗剪强度参数比爆破碎石的大；对同一级配的河床砂卵石在不同相对密度下进行的直接剪切试验结果表明，其抗剪强度参数随着干密度的增大而增大，最终有趋于某一稳定值的趋势。

对深基坑支护结构的受力和变形计算提出了一套系统的实用计算方法，较好地解决了基坑支护结构设计、计算的关键问题，并在广州地铁和许多重大基坑工程应用中取得了较好的效果。该方法把支护结构简化为一竖放的弹性地基梁，支撑、锚杆及岩土体用弹簧系统来代替，岩土的弹簧刚度可用岩土的变形模量来计算, 针对基坑工程施工和结构的动态特点，提出了一套系统的计算方法，其中包括考虑施工过程的增量计算法、合理确定支护结构入土深度的计算法、支撑加预应力及支撑拆除的计算方法等，并应用提出的增量法，首次较完整地对国际上著名的支护土压力Terzaghi-Peck表观土压力给出了理论解释，对岩土的变形模量提出采用承载力反算的经验方法，为岩土参数的确定提供了更简便的方法。这一系列的研究成果为深基坑支护结构的设计提供了一套新颖的实用计算方法，较好地解决了基坑支护结构中的一系列设计计算难题，已在工程实践中成功应用。

传统的圆柱孔扩张理论假定初始应力为各向同性的。在城市地下管道的铺设、隧道工程等的水平掘进施工过程中，圆柱孔受到的初始竖向应力不等于初始水平应力，并不满足各向同性初始应力条件。考虑土体的各向异性初始应力条件，假定土体满足Mohr-Coulomb屈服准则，推导了各向异性初始应力状态下的圆柱孔扩张问题弹塑性解答。算例计算结果表明：土性参数一定时，在相同内压力作用下，各向异性初始应力状态下的圆柱孔扩张形成的塑性区半径大于各向同性初始应力状态下的圆柱孔扩张的塑性区半径，但前者的极限扩孔压力小于后者。

Abaqus?是最常用的商业有限元软件之一，但后处理模块Abaqus/CAE的可视化功能较弱，处理海量数据时卡顿十分明显、功能受限且不稳定。为此给出一个解决方案：编写Python程序——ODB2VTK+将Abaqus输出的ODB文件转换为VTK格式，然后利用ParaView进行可视化。ODB2VTK+提供基于空间的剖分算法，将海量数据重新组织成适于并行可视化的形式，实现效果好、数据冗余小；通过并行程序设计提升了处理效率；提供配置文件以方便转换参数设置。利用CT成像重构的三维岩芯精细模型力学模拟输出结果进行测试，ODB2VTK+实现了正确的转换；借助ParaView并行可视化的能力以及体渲染、张量符号等功能，实现高效的可视化后处理；通过VR头盔进行沉浸式的交互，实现自由进出模型内部孔隙观察分析的效果。提出的方案弥补了Abaqus/CAE可视化后处理存在的明显不足，为有限元后处理分析提供了有力帮助，并显示了虚拟现实在后处理中良好的应用前景。此外，ODB2VTK+具有良好的可扩展性，经过简单改写可以适用于更多应用情况，为方便同行使用，将其共享于GitHub（https://github.com/ Liu-Qingbin/ODB2VTKplus）上。

FLAC3D软件中的应变软化本构模型是通过抗剪强度参数劣化来实现的，没有考虑变形模量劣化造成的影响。针对这一问题，采用了变形模量劣化的损伤本构模型，详细推导了劣化损伤本构模型的差分格式，研究该模型在FLAC3D中二次开发的流程，在VC++环境下实现了劣化损伤本构模型在FLAC3D中的二次开发；通过与深埋圆形洞室应变软化数值解算例对比，进一步验证了该模型弹塑性和损伤的力学性质，分析了变形模量劣化对围岩变形特性的影响。由于该模型能够反映围岩的劣化损伤特性和大变形特点，因此在工程应用中有一定的实用价值

在软基中先施打半刚性水泥土类桩（M桩），水泥未硬凝时再施打劲性桩，形成素混凝土劲性水泥土复合桩（MC桩）。结合工程实例，根据现场静载试验、应力监测及ABAQUS有限元计算结果，研究了素混凝土劲性水泥土复合桩的受力性状，分析总结了素混凝土劲性复合桩的承载机理。通过与常规劲性桩的比较表明：（1）素混凝土劲性水泥土复合桩呈现复合地基性状；（2）素混凝土桩身应力集中显著，沿深度急剧减小，至桩端接近为“0”，通过劲芯传递到侧壁和桩端的水泥土体中，增大了荷载作用于水泥土体的面积，使复合桩全长范围内的侧阻力和端阻力得到充分发挥；（3）素混凝土桩芯比常规劲性桩更能与水泥土协调匹配，不会刺入水泥土外芯的底端。

提出一种基于有限元应力变形计算的边坡稳定分析方法，仍假定滑动面形状为圆弧形，有限元网格由一组同心圆作为纬线，一组竖向线为经线构成。对两相邻圆弧线所夹的弧形带分析滑动力和抗滑力，建立平衡方程，确定安全系数，其中小值安全系数对应的弧形带为可能的滑动带。变化圆心位置用优选方法寻找最小安全系数对应的圆心，从而得出真正的滑动面。算例分析表明，该方法计算所得安全系数与Bishop法接近，是合理的，其突出优点是由有限元计算直接得出滑面上的应力，而不须作近似的插值处理，因而应力更准确。该方法可以考虑土的非线性变形特性，也更符合土的实际情况。此外，用有限元计算得出位移，亦可将稳定分析和变形联系起来，为现场通过位移监测来估计边坡的稳定性提供了可能性，同时也为膨胀土边坡的稳定分析中考虑膨胀性的影响提供了可能性。

通过离心机模型试验，结合离散元数值分析对钙质砂中海底管道竖向贯入机制进行了研究。研究结果显示，钙质砂中管道竖向贯入阻力与埋深基本呈线性关系，其值大致等于管-土接触宽度与静力触探试验（cone penetration test，简称CPT）中相同深度锥尖阻力的乘积。当管道埋深较小时，由于土体变形主要以颗粒重排挤密为主，管道竖向贯入阻力几乎不受颗粒强度影响；当管道埋深较大时，管道竖向贯入阻力随着颗粒强度的降低以及颗粒破碎的加剧而减小。钙质砂中管道竖向贯入机制主要表现为典型的冲剪破坏，土体变形主要集中在管道底部，且水滴状变形区域随着颗粒破碎的加剧逐渐收缩。颗粒破碎从管道底部向远离管道径向发展，大量贴近管道底部的颗粒发生连续破碎，少量远离管道的颗粒发生独立破碎。颗粒破碎导致管道底部土体中的集中应力释放，颗粒破碎越多，应力释放导致管道竖向贯入阻力减小的现象越明显。

利用空心圆柱扭剪（HCA）仪，针对原状海洋粉质黏土，通过循环三轴及循环扭剪试验，得出相应的杨氏模量、剪切模量和动泊松比，探讨了有效固结围压、固结应力比对动泊松比的影响。试验结果表明：土体的动泊松比随着广义剪应变的增大而增大；有效固结围压、固结应力比均对动泊松比有显著的影响，动泊松比随着有效固结围压、固结应力的增大而逐渐减少；且随着广义剪应变的增大，两者对动泊松比的影响减小，当广义剪应变增大到1.8×10-2左右，试验终止，此时土体动泊松比约为0.48。试验中未出现动泊松比大于0.5的现象，说明土体未出现剪胀现象，试验所采用的粉质黏土在循环荷载作用下具有较好的稳定性

岩石内部的细观组成和结构决定了其在外力作用下的应力-应变状态，进而控制了其宏观力学响应和破坏机制。数字图像处理技术作为一种材料细观尺度上的空间结构精确测量和数字表述手段，已广泛应用于土、岩石及混凝土的细观结构定量分析中。应用数字图像处理进行的岩石细观力学研究是对岩石力学研究方法的革新。现阶段主要研究内容包括：岩石裂隙隙宽的非接触测量，数字表述岩石结构的非均匀性，进行岩石细观力学行为分析，将提取的岩石数字特征值与相应的岩石物性结合以实现岩石流-固耦合研究，建立基于数字图像技术的岩石细观力学数值模拟方法。在研究相关文献的基础上，对数字图像技术在岩石细观力学定量研究中的成果进行客观评述，探讨各种方法的优缺点，分析展望数字图像技术在岩石细观研究领域中的应用前景。