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。

粉质黏土通常为絮状结构, 难以使用肉眼直接判别出颗粒的形状和大小。将现场拍摄得到的粉质黏土彩色图像转化为灰度图像，得到了灰度图像灰度直方图的6个纹理特征参数（均值、方差、平滑度、3阶矩、能量、熵）。在建立灰度共生矩阵的基础上，得到了像素平面分布关系的5个纹理特征参数（角2阶矩、对比度、相关度、逆差矩、熵）。对这些纹理特征参数与粉质黏土传统工程性质指标进行了多元线性回归分析，得到了相应回归方程。结果表明，粉质黏土图像的纹理特征参数与传统工程性质具有较好的对应关系，可以用于快速确定粉质黏土的工程性质指标，对软土地区岩土工程设计具有一定的参考价值。

针对含结构面岩石的脆性破坏现象，探讨了三向应力条件下岩体破坏的单结构面控制效应。利用真三轴试验进行验证，系统研究了单结构面岩石试样在模拟工程岩体开挖卸荷与支护应力路径下的力学行为、结构控制规律及声发射（AE）特征等。研究表明，(1) 三向应力下单结构面控制效应能够较好地描述工程岩体的结构控制规律和卸荷、支护作用，真三轴试验结果与理论分析较为吻合；(2) 开挖卸荷与支护应力路径下，含结构面岩体的破坏模式、卸荷的影响和支护效果等均与应力状态、支护强度及结构面参数有关，可依据结构控制规律，从工程方位布置、提供合理支护等方面采取措施避免岩体发生结构控制破坏；(3) 试样的AE活动和能量释放规律与完整试样相似，但结构面的存在降低了试样储能能力，且95 %以上的应变能在破坏阶段突然释放。试验研究和结构面控制效应的探讨对地下工程岩体开挖支护有一定的指导意义。

根据相似原理，建立了两种支承形式的大比例尺桥梁模型，并在桥面板的上下表面分别布设应变片，通过人工模拟地裂缝的活动，采集了在地裂缝活动下桥面板上产生的应力和应变数据。对试验数据详细分析发现，简支桥由地裂缝引起的附加应力较小，地裂缝活动时主要破坏型式为落梁或落板破坏，因而地裂缝活动时，主要加强对桥梁梁、板位移量的监测，防止出现此类现象发生；固接桥作为一种超静定结构，在地裂缝的影响下产生较大的附加拉、压、剪等应力及扭矩，有可能导致结构性破坏。因此，笔者建议在地裂缝影响带范围内，桥梁以采用简支结构为宜。

通过全面考虑土-结构动力相互作用体系中上部结构阻尼、地基土黏滞材料阻尼以及地基基础平动与转动时的辐射阻尼，推导了土-结构相互作用体系的耦合阻尼比公式。结合国内外关于阻尼调整系数的研究成果，提出了基于加速度反应谱的阻尼影响因子概念，建立阻尼影响因子 与《规范》中地震影响系数 的关系式。通过耦合阻尼比公式以及提出的 与 的关系式，对土-结构相互作用体系地震作用加以研究。结果表明考虑土与上部结构的相互作用后能够增大体系的阻尼性能，并大大降低上部结构的地震作用，提高体系的整体抗震性能。其成果为未来抗震防灾研究与工程的抗震设计提供了理论依据。

利用MTS岩石力学试验系统和PAC声发射信号采集系统，研究了单轴循环加卸载作用下矽卡岩强度变化及声发射特征。在矽卡岩循环加卸载过程中，若加载过程中岩样没有明显局部破坏，则随着循环次数的增加，弹性模量逐渐增大，岩样强度略有提高；若加载过程中岩样内部已经出现明显的局部破坏，产生了不可恢复的宏观裂纹，则循环加卸载会促进宏观裂纹层面间的滑移，从而加速岩样失稳破坏。矽卡岩在单轴压缩作用下声发射曲线大体可分为压密、弹性、塑性、峰后屈服4个阶段，并伴随有不同的声发射情况。此外，矽卡岩在循环加卸载作用下具有反凯塞效应，并且随着加卸载循环次数的增加，费拉西蒂比逐渐变小；岩样卸载阶段仍然有大量声发射产生。

针对土坝黏土铺盖裂缝的淤填固结问题，在充分考虑固相、液相连续性条件和平衡条件的情况下，建立了以孔隙比为控制变量的微分方程。选用两种黏性土进行渗透诱发固结试验，确定各自的孔隙比、渗透系数、有效应力之间的关系。采用软件Matlab的内置函数求解微分方程，得到孔隙比的时空分布曲线。通过试验对数值计算结果进行了验证，结果表明，数值计算得到的孔隙比分布曲线与实测的孔隙比分布曲线基本吻合，具有相同的分布规律，为研究土坝铺盖裂缝处淤填土的固结问题提供了科学依据。

在土体极限平衡定理的基础上，利用有限元数值分析软件ABAQUS对复合加载模式下地基失效机制进行了详细地研究。结果表明，竖向荷载V控制着地基破坏滑裂面的深浅程度，水平荷载H和力矩荷载M造成了地基破坏模式的非对称性；文中提出的前倾勺形破坏模式和后仰勺形破坏模式，合理地解释了H-M荷载空间中破坏包络面的非对称性，并给出了H-M荷载空间中不同的地基失效模式与荷载分量间的关系和地基土体中出现极限力矩荷载时的经验判断公式。

从煤层气单相流动的吸附平衡质量守恒、声场作用下的热平衡及应力平衡等方面入手，建立了声场作用下煤层气流动的应力-温度-渗流压力场流固动态耦合数学模型。利用数值模拟，分析了声场促进煤层中甲烷解吸-扩散-渗流的机制。分析得出，声场作用可明显地提高煤-气系统的温度，提高煤层的孔隙度，增大煤层气流动的渗透率，降低煤层骨架的应力；超声在煤层中衰减形成热效应和超声振动，超声振动影响范围与超声衰减距离一致，超声热效应向煤层纵深传播，转化为煤-气层系统的热能，提高系统的温度。

崩落矿岩散粒体的流动性能对于降低损失贫化具有重要的意义。分析了影响散粒体流动性能的因素，采用标志颗粒法进行了崩落矿岩散粒体流动性能试验，主要考虑的因素有放矿口大小、散体颗粒的粒径以及不同的散体材料。试验内容有放矿口大小与散体移动带试验；不同散体粒径与散体移动带试验、不同散体材料与散体移动带试验；平面和立体模型时放矿口尺寸对放出量影响试验；散体堆积高度与散体移动带试验。研究结果表明，（1）移动边界与散体的材料、颗粒的尺寸大小、放矿口大小等因素有关，而散体堆积高度对其影响不大；（2）散体的流动速度与散体颗粒的大小和放矿口尺寸有关。根据所得试验结果，提出了采矿设计参数的确定方法。

结合某公路隧道工程，以现场地质调查和监测资料为基础，在结构面发育且可能发生大规模塌方的围岩洞段，根据现场实际统计的优势结构面产状，采用关键块体理论、非连续变形方法（DDA）首先确定围岩主要的失稳破坏模式，然后运用连续介质分析程序FLAC，在DDA方法确定的围岩实际变形破坏塌方形态的基础上进行计算分析，评价围岩的整体稳定性及加固措施的有效性。分析表明，围岩破坏的主要模式为受结构面控制的局部块体的失稳，工程开挖后围岩不会发生大变形，这与实际情况基本一致，为安全施工提供了保证。采用非连续变形方法和连续介质计算相结合的分析方法对隧道工程塌方稳定性进行研究，取得了较好的效果，研究方法和经验可为类似工程参考并借鉴。

渗透性测试试验一般采用直接测渗流量的方法，难以对低渗透岩有效测定流量。利用新开发的高压渗透仪，采用“体变量法”进行渗透性测试，该法是通过精确计量渗透出水端水体积的变化量（最小有效测试精度可达0.03 mL）度量岩石（体）渗流量的大小。保持渗透水压差不变，当出水端水体积变化与时间呈线性关系时，即该时段渗透速度保持不变，则该时段试样渗透特性符合达西定律，可利用达西公式对试样渗透性指标进行分析计算。采用这种方式，即使是针对超低渗透性岩石（渗透系数小于10-9 cm/s），在整个渗透端面形成以后，某一条件下渗透性测试仅需十几分钟甚至几分钟，大大缩短了测试时间，提高了测试精度。试验证明该方法是一种有效的测试方法。

根据高速公路路基的实际情况，建立了三维分层地基模型，分别考虑了刚性路面和柔性路面的情况，利用传递矩阵法获得了置于刚性基岩上的层状地基和分层半无限地基的刚度矩阵，将车辆荷载简化为矩形均布移动荷载，利用Fourier变换方法得到了层状地基系统在交通荷载作用下的三维振动解，并用快速傅立叶逆变换方法得到了数值结果，与模型试验结果进行了比较，显示出了较好的一致性，同时分析了荷载大小、土层性状对响应结果的影响，得出了一些有意义的结论。研究结果可为路面施工设计及路基动力响应分析提供参考。

将道路桥梁水平受力多排桩计算的结构力学方法引入到双排抗滑结构的计算中。与其不同的是，滑动面以上存在滑坡体，而桥梁的最大冲刷线以上没有考虑这种土体的存在对滑动面以下m法的影响。提出了滑动面以下考虑滑坡体存在的两种新的m法，还对滑动面以上排桩间土体作用在前后排桩的土压力进行了试验和理论分析，给出了计算公式。同时，用有限杆单元法，对双排桩的连梁刚度和用文中提出的方法以桩梁连接方式进行了试验和理论分析得出如下结论：在满足不相互影响排桩间距的情况下，桩顶连梁与桩的刚度比不小于0.48是合适的，此时再增加连梁刚度无意义；桩梁连接为铰结时双排桩受力变形性质最差，刚结时受力变形性质最好；不论是单排桩还是双排桩，桩前（单排桩）和前排桩桩前（双排桩）土体需要开挖时应慎重，因为这种开挖对支护结构影响很大，造价增加很多；双排桩省钱，而且抵抗变形的能力强，值得在工程中研究和广泛应用

现行规范在计算箱基沉降时，没有考虑支护结构的作用，使得理论计算与实际沉降之间存在误差。通过物理模拟、理论分析和数值模拟，研究箱基与支护结构结合、分离下，不同墙体材料、不同墙体厚度、不同插入深度比等工况下侧摩阻力对箱型基础沉降的影响，试验结果显示，摩擦力在箱基沉降中的作用很明显，它与墙体与土体之间的摩擦系数、墙体与土体的接触面积密切相关。在此，提出了一种计算箱基沉降的新方法，该法将箱基沉降分为3部分：箱型基础底上段回弹再压缩变形带来的地基变形、箱型基础底上段压缩变形、箱型基础的下段土体变形。以青岛中银大厦为实例，应用FLAC3D对基础沉降进行了数值分析。数值分析中按文中方法以及按前人方法的计算结果与实测数据进行了对比，结果表明文中的方法具有更好的可行性，对修订规范具有借鉴意义。

在一定前提下可导出与Mohr-Coulomb（M-C）屈服准则相匹配的Drucker-Prager （D-P）系列准则。首先解释了基于M-C准则与D-P系列准则匹配关系的能量含义，在此基础上重点研究了 平面内，在Lode角相同的情况下进入M-C屈服面与D-P屈服面所需形状改变比能的差值，并应用最小二乘法，推导了在所有可能的加载方式下到达屈服面所需形状改变比能差值平方和最小时M-C准则与D-P准则的参数匹配关系。结果表明，在此能量偏差极小意义下的匹配与等面积匹配等价，由此给出了等面积匹配的力学意义。

在3种不同围压下进行了一系列重塑粉质黏土的静三轴和动-静三轴不排水剪切试验，得到了不同动应力水平条件下粉质黏土的孔压、动应变和不排水剪切强度值。通过对土样的不排水强度、孔压和动应变的无量纲化处理，确定了周期荷载作用后粉质黏土的不排水强度比与动载引起的孔压比和动应变比之间的相关关系。试验结果表明：粉质黏土在周期荷载作用后的不排水强度衰减程度取决于动载引起的动应变比值和孔压比值。当周期荷载引起的动应变比值小于0.1时，孔压比增长较快，土样的不排水强度几乎没有衰减；当动应变比大于0.1时，孔压比增长变慢，土样的不排水强度明显衰减；当动应变比值接近1时，孔压比值达到0.9，土样的不排水强度衰减程度约达到55 %

循环荷载作用下饱和黄土的不排水抗剪强度会出现退化。退化主要由两方面的原因引起：一是超孔隙水压力的产生而导致有效应力的降低；二是塑性残余变形的累积导致土体内部结构发生了改变。首先基于静三轴不排水剪切试验结果，提出了饱和黄土不排水强度比随超固结比以及初始剪切变形变化规律的拟合公式。在此基础上，引入似超固结比的概念来考虑超孔隙水压力的影响，应用拟合公式来考虑剪切变形的影响，最终推导出了饱和黄土不排水强度的退化公式，与试验结果的对比证明了理论公式预测结果的合理性。

针对采用水泥和膨润土为固化材料处理的污水厂污泥为研究对象，采用干湿循环试验测量了在水分强烈变化下固化体的质量、体积、含水率及强度等参数的变化情况，进而评价固化污泥的干湿耐久性。结果表明，水泥的掺入是提高固化体干湿耐久性的主要因素，但要达到一定的掺入量才能发挥作用。膨润土对固化体的干湿耐久性影响呈现两面性，适当地掺入膨润土有利于干湿耐久性的形成，而过多地掺入膨润土反而不利于干湿耐久性的形成。在水泥掺入质量比小于或等于0.4时，干湿循环后固化体相对控制样强度明显提高，但体积显著减小，而水泥掺入质量比大于0.4时，干湿循环后固化体相对控制样强度有所下降而体积基本不变。

对饱和软黏土地基中的静压管桩进行隔时复压试验发现，复压起动压桩力在沉桩25 d后的增长幅度达2.5倍以上，且前期增长较快而后期较慢。理论分析及试验对比证明，利用隔时复压起动压力作为静压桩极限承载力是合理的，而且可以观察到承载力短期内的变化，是进行承载力时效性研究的有效试验途径，分析后认为承载力的增长主要是由于桩侧黏土抗剪强度的提高所致。通过修正得到黏土层桩侧单位面积侧阻力的增长曲线，回归分析得出3种不同的预测公式，对比发现基于对数函数的预测表达式更接近实际情况。

土工格栅蠕变特性是影响土工格栅加筋结构长期工作性能的重要因素。通过室内蠕变试验，对土工格栅的低温蠕变特性进行了试验研究，结果表明，塑料土工格栅在低温下蠕变特性与常温下明显不同，20 ℃常温状态下1 000 h后，当伸长率接近14 %时且60 % Pmax（Pmax为断裂强度）下，变形仍没有稳定迹象，而在同等荷载下-20 ℃低温状态时，仅100余小时，变形就趋于稳定，且伸长率不足2.5 %。结果表明塑料土工格栅蠕变性能受温度影响很大，并且温度越低蠕变值越小。

详细分析了白鹤滩坝址河谷边坡柱状节理玄武岩岩体地质条件和特征，建立了合适河谷边坡演化离散元的计算模型，考虑坝址关键地层P2?3可能的岩体质量范围进行了多种工况河谷演化模拟计算。在此基础上深入研究了各工况河谷现今阶段边坡应力分布、变形情况、屈服区及稳定系数等基本规律，并与目前河谷实际的地质条件及现状进行了全面对比。最后采用拟似度信息量评分法对P2?3岩层工程级别进行了初步评定，认为白鹤滩水电站可行性研究阶段坝址P2?3岩层按III1类质量岩体来评估其工程性状和确定相应岩体力学参数较适合。同时，坝址河谷边坡岩体的工程特性可参考相应工况的模拟结果评价。

地质条件是矿山开采岩层移动的基础，复杂的地质条件常使得地表移动角、沉陷角预测不准，导致灾难性后果。以典型复杂地质矿山程潮铁矿东区为例，以多年地表变形监测结果为依据，对在其特殊地质条件下地表变形和岩层移动的机制进行了分析研究。结果表明，地下采矿是矿区岩体破坏的直接诱因，地下水产生的静水压力和动水压力强化了岩体的变形与破坏；矿区岩体中断层、节理等特殊地质结构是岩体破坏的基础；构造应力场的存在是围岩向采空区产生较大移动变形的主要影响因素；在采矿之初，地表塌陷主要是由地下水疏干引起的；地表大规模塌陷形成以后，地下采空区的扩大是引起地表塌陷的主要原因，但矿区特殊的地质条件对地表塌陷范围的扩展速度有重要影响。

库岸边坡中的地下水对其稳定性有重大影响，目前还没有统一的公式用来计算岸坡中的浸润线。为此，建立隔水底板呈缓倾角的均质岸坡模型，采用稳定渗流情况下的浸润线作为非稳定渗流的初始值，推导出库水位升降联合降雨作用下该模型中浸润线的近似解析解。利用Geo-Slope中的SEEP/W程序，对浸润线的近似解析解进行验证分析，结果表明，在不同库水位升降和降雨的组合条件下，由近似解析解确定的浸润线与数值模拟结果基本一致。对库水位升降联合降雨作用下赵树岭滑坡中的浸润线进行研究，利用实测浸润线验证了近似解析解的正确性，并预测了赵树岭滑坡在快速蓄水、快速蓄水＋暴雨、快速泄水及快速泄水＋暴雨4种工况下（库水位波动范围为145～175 m）浸润线的变化情况。最后，从解析解的适用条件出发剖析了近似解析解误差产生的原因，为应用浸润线解析解解决实际问题提供依据。

为了反映岩溶对公路建设影响的区域性特点，选择贵州省开展公路工程岩溶环境区划工作，提出了岩溶地区公路工程岩溶环境区划的原则和指标体系、建立了评价模型。运用层次分析法和GIS技术，绘出了岩溶对公路影响程度分区图。将贵州省划分为4个影响区，即西部以高～中影响为主的地区、东北部以中～高影响为主的地区、中部以中等影响为主的地区和低影响区。通过对贵州省公路路网和评价结果的综合分析，在12 462 km省道以上公路中，大约有6 265 km公路处于高影响区，而在1 587 km已建和在建高速公路中，有567 km处于高影响区，将对贵州公路规划、建设、养护与管理起到很好的指导作用。

将Python语言作为粘合剂，用wxPython做界面，实现了对Python自带一些计算模块的调用，同时也实现了通过Swig对C以及C++模块的调用。结合VTK以及PyOpenGL两个开源图形库，对复合三维可视化建模系统的建立进行了深入地研究，并且以Quad-Edge数据结构为原型，实现了拓扑结构更加紧凑、查询效率更高的一种数据结构模型。然后以此为基础，通过对投影面的设置，实现了空间离散点任意投影面的Delaunay三角剖分，并且充分利用此种数据结构的拓扑特性，实现了一种高效地检索任意约束影响域中的三角形、边、以及顶点的算法，最终实现了三角网任意约束的插入。到目前为止，系统已经初步实现了从DXF、Excel、TXT等文件以及Access和SQL Server数据库中读取相应模型几何数据、信息以及其他数据库相关操作的功能，还实现了空间点的距离反比、Kriging以及3次样条插值、离散点集的Delaunay三角剖分，任意形状约束的插入、两个TIN之间的互相切割等许多三维可视化建模的通用功能。

采用基于地层损失比的位移控制有限单元法（displacement controlled method），对两种不同的给定位移边界条件下的隧道开挖引起的地层损失对群桩带来的影响进行了分析。首先，用隧道开挖引起的洞周位移场的变化来模拟实际的隧道开挖过程，然后，将土体自由位移场施加于2×2群桩来分析桩基的位移和内力，最后得到隧道开挖对群桩的影响，并与已有文献的分析结果进行了对比，得到了较好的一致性。

在宏观分析滑坡地质特征的基础上，结合室内及现场试验对黄土坡滑坡Ⅰ号临江崩滑堆积体滑带土岩性、颗粒成分、矿物成分、微观结构、物理力学特征与崩滑体在水库回水条件下的变形进行分析研究。结果表明，滑带土中黏粒及粉粒含量较高，有明显的深层蠕变磨光面和擦痕，且含有亲水的黏土矿物成分和呈片状结构特征是滑带土在回水作用下易饱水软化的重要条件；滑带土饱水后力学强度降低是导致崩滑体蠕动变形的重要原因。

泥石流形成的因素众多，不仅与地形地貌、降雨特征、地震、人类活动等外部因素有关，还与泥石流岩土体自身的黏土矿物成分、颗粒级配、化学成分、土体分散性、地下水环境等内部因素密切相关。在室内对蒋家沟泥石流源区土体进行黏土矿物分析、颗粒分析、化学成分定量分析、分散度和ESP值测试、地下水分析，初步探讨了蒋家沟泥石流形成的内在原因，得到：蒋家沟泥石流体的黏土矿物成分以伊利石为主，占30 %，其化学成分也与伊利石接近；ESP值、分散度平均值分别达到24.6 %、59.1 %，属于高分散性土，且土壤贫瘠；地下水矿化度高，硬度大，破坏了岩土体自身的结构和稳定性，形成大量松散物质，为泥石流的形成提供丰富的物源。

对于边坡的风险评价，目前研究领域主要涉及的是边坡系统在自身岩土体材料力学参数为随机变量情况下的风险性，而对于综合考虑外界多种自然因素随机性的影响却研究甚少。只有少数学者对随机水位与随机水平地震力共同作用下的边坡结构风险进行了初探，但进行水文分析时，仅考虑了随机水位情况下由静水压力所引起的边坡失效风险，而忽略了渗流因素对坝坡破坏风险的影响。针对这种不足，在以往研究的基础上，考虑了渗流因素的作用，对多种外界随机荷载综合作用下的坝坡风险进行了评价，并以沟后水库大坝下游坝坡为实例，将渗透变形与地震力作用滑坡风险进行了耦合，从而对多因素共同作用下的边坡风险进行了评价。

采用不同的复平面间的保角映射法，对无限饱和土中任意形状的多孔衬砌结构对弹性压缩波的散射问题进行了研究。首先，通过引入位移势函数将饱和土和衬砌两种介质的Biot波动方程解耦成6个Helmholtz方程，并求出复平面极坐标下相应势函数的通解；之后，利用两个复平面间的极角变换关系，得到位移、应力和孔压在映像平面上势函数表达式。在此基础上，将原像平面中任意形状的衬砌内外边界处的边界条件代入到映像平面中圆环势函数的关系式中，从而求出饱和土中衬砌介质在弹性稳态体波作用下产生的动态响应。最后通过具体算例，变换不同的入射角及介质参数得出相应数值解及规律。

针对大岗山水电站坝区V型河谷地形地貌特征，根据地应力实测资料及地质构造条件，考虑边坡浅表全风化、强风化地层以及断层破碎带对坝区初始地应力场的影响，建立了坝区初始地应力场三维回归计算分析模型。通过多元回归三维数值计算，求得地应力最优回归系数，较为准确地反演了大岗山坝区的初始地应力场。计算结果表明，大岗山坝区初始地应力场是一个在浅部以构造应力为主、在深部以自重应力为主、由构造应力和自重应力联合组成的中等偏高的地应力场，研究结果为坝区边坡开挖及长期稳定性分析提供了重要依据。

在软土地基桥台台后高路堤填土会引起下卧软土层产生水平塑流，对桥台桩基产生可观的侧压力。如何计算因软土塑性流动对桩产生的侧压力，是软土地基高桥台桩基设计中尚未解决的难点问题之一。通过分析对比研究，提出应用极限土压力法求解流塑区桥台桩基侧土压力，建立了可以考虑地基土成层特性、桩-土体系参数、侧压力沿深度任意变化的桥台-桩基系统分析力学模型，推导了求解桥台和桩基内力、位移值的新方法，该方法运算过程采用矩阵相乘，适于编程计算，比较一般理论方法和复杂的有限元法，其计算简单，需要的计算参数较少，实用价值更好。结合工程实例，采用MATLAB语言，编写了桥台桩基内力位移计算程序，验证了方法的准确性和可靠性，可供软土地基高桥台桩基设计计算时参考。

目前边坡可靠度中常用的简化分析方法，不考虑边坡土体的空间变异性，每次计算整个边坡都取用相同的强度参数，由离散点试样试验得到的土体参数统计特性只能反映点特性，而边坡的稳定性受滑面上平均抗剪强度特性控制，因此，需要考虑空间范围内的平均特性。描述空间变异性的随机场理论对变异性较高的土体，实际上高估了其空间变异性。把随机场理论和地质统计中的区域化变量理论结合起来，建立约束随机场，并在此基础上进行Monte-Carlo随机有限元分析。计算实例表明，在高变异性条件下约束随机场能有效降低完全随机场的模拟方差，得到更低的破坏概率。对比了随机有限元和简化法的计算结果表明，简化法在土体强度变异性很高时其结果并非偏于保守。另外也指出了可靠度分析中存在的边坡尺度效应和简化法的适用条件。

含导水构造和岩溶裂隙水的探查是亟需研究和解决的关键问题。直流电阻率法以其对低阻体反映敏感、分辨率高等优点被引入到隧道掌子面前方含水构造的预报工作中。首先，推导出了无限全空间中球体含水构造直流电法超前探测的解析解公式，并在利用有限元数值方法进行正演分析的基础上，借助“比较法”将含隧道腔体的三维空间中超前探测视电阻率数据转换为无限全空间中的数据，并探讨了由MN电极附近电阻率不均匀所造成的干扰以及识别和去除这种干扰的方法。然后，设计了基于全空间球体含水构造超前探测解析公式的阻尼最小二乘反演方法，对隧道中多组球体含水构造模型进行了较为成功的反演。另外，探讨了其他形状的有限体积的含水构造超前探测异常规律，提出了“等效球体”的概念，亦在全空间球体含水构造超前探测解析公式的基础上设计了快速反演方法。最后，利用物理模型试验验证了有限元数值正演方法和阻尼最小二乘反演技术的可行性和有效性，为实际工程中含水构造的直流电法超前预报奠定了基础。

针对已知滑动面的三维边坡稳定分析问题，在塑性力学上限定理的基础上，提出了求解安全系数的三维有限元弹塑性迭代解法。对于滑动面的非线性特性，采用常规的矩形（平面）或立方体（空间）单元来描述，应力则符合相关联流动法则的Mohr-Coulomb强度准则。通过对弹塑性增量理论中流动法则的分析，证明了当结构达到极限状态时，滑动面内切向应力的方向与滑体的主滑方向一致，说明最终以滑动面内的切向应力作为滑体滑动力的有效性。通过迭代的方式，逐步降低滑动面材料的抗剪参数，使边坡达到极限状态，不仅快速求得了滑动面的安全系数，且能够得到边坡在接近临界失稳状态时滑动面内切向应力的分布情况和边坡的变形规律，为边坡采取加固措施提供了参考依据。最后，以椭球面滑动和楔形滑动2个经典算例和工程实例，验证了该方法的有效性和正确性。

采用JHC混凝土损伤演化模型，模拟计算了不同空气间隔装药结构情况下炮孔近区岩石损伤破坏机制，分析了空气层比例以及起爆方式对爆破效果的影响。计算表明，不同空气层位置及比例会产生不同的爆破效果，并能运用于不同的爆破目的。空气层比例与炮孔粉碎区大小成反比，空气比较小时可以用于梯段爆破，而空气比较大时可用于预裂或光面爆破。对于梯段爆破、反向起爆（空气层位于上部）和中间起爆（空气层位于中间）的效果要好；起爆方式对梯段爆破效果的影响要比预裂和光面爆破效果明显。

基于显式有限差分程序FLAC3D，针对层状岩体建立了可以考虑其横观各向同性变形特性的遍布节理模型。通过FLAC3D程序的预留接口导入程序，将该改进的遍布节理模型中植入FLAC3D动态链接库。在此基础上进行了层状岩体变形与强度各向异性特性的研究，最后将该模型应用于龙滩水电站巨型地下硐室群的层状岩体围岩变形及破裂特征分析。研究表明，围岩变形主要表现为岩层同性面内的变形，其左右边墙变形不对称性主要受断层切割控制；围岩破坏型式以剪切破坏为主，其中岩体整体破坏受断层控制，表现为中低应力条件下的拉剪或压剪破坏；而开挖引起的岩层破坏受制于陡倾角层状岩体结构，表现为层间错动引起的剪切破坏。

为探讨路基裂隙在降雨作用下渗流特征及其对路基含水率影响作用，分析了路基裂隙产生的原因及土质裂隙特征，研究了土质裂隙渗流特点。根据降雨IEM及FDEM模型，推导了降雨作用下路基裂隙渗流公式。利用Hydrus渗流软件，分别模拟了路基中的裂隙及路堑边坡裂隙渗流下含水率分布状况特征。模拟结果表明，降雨过程中路基裂隙渗流能够较显著的改变局部路基含水率，在工程中值得重视。

预测隧道工程中TBM掘进速度，主要有完全经验的、半理论半经验的模型和人工智能等方法，所用参数均为确定性的，未考虑参数存在的随机性，故导致预测结果的不准确性。基于此，提出了Monte Carlo-BP神经网络TBM掘进速度预测模型，着重考虑了一些重要输入参数的随机性, 其中输入参数重要性的大小通过粗糙集进行计算排序。采用Monte Carlo产生随机数时，由于参量的样本数据的有限，分布函数均采用阶梯形经验分布函数。如果采用的数据是来自不同类型的 TBM，则应当考虑机器性能参数，并重新对参数重要性进行排序。实例计算表明，Monte Carlo-BP神经网络模型预测结果和实测值总体趋势和均值比较一致。

利用间接边界元方法，在频域内求解了层状场地中局部不均体对平面P波的散射。利用精确的土层动力刚度矩阵进行自由场反应分析，求得位移和应力响应。通过计算虚拟分布荷载的格林影响函数，求得相应位移和应力；根据边界条件确定虚拟分布荷载，最终得到问题的解答。研究了入射P波时，不均体宽度、埋深、厚度、入射角、入射频率度等参数对地表位移幅值的影响，并与相应自由场的结果进行了比较。不均体对P波散射有重要影响，在工程场地地震安全性评价中，应合理考虑局部不均体对场地设计地震动参数确定的影响。

基于混凝土面板堆石坝面板施工的实际情况，指出了通常混凝土面板堆石数值计算在模拟面板施工算法上的缺陷。提出了面板堆石坝竣工期上游坝坡修整力学问题，建立了一种适合平面问题和三维问题的统一坝坡修整算法，对任何采用接触模型模拟垫层料和混凝土面板受力特性的有限元计算模型，都具有普遍意义，并在有限元软件ABAQUS中实现了该算法。算例分析表明：该算法简洁和有效，能够保持良好的网格形态，使接触非线性计算收敛速度极大改善，并使蓄水状态下混凝土面板和坝体计算结果更趋于真实。同时，对考虑堆石料流变特性，研究施工阶段或蓄水后混凝土面板与垫层之间是否会发生“脱空”现象提供必要基础。

水布垭水电站混凝土面板堆石坝高达233 m，垫层料的良好性能对于大坝的变形和渗流控制极为重要。文中介绍了基于混凝土面板堆石坝工程建设经验以及水布垭水电站可行性研究阶段试验成果确定的垫层功能要求和垫层料具体设计要求，垫层料的渗透性和渗透变形特性在设计要求中占有重要的位置，详细介绍了施工设计阶段针对垫层料进一步开展的系列渗透变形试验。水平试验取得的渗透系数、临界比降、破坏比降均有大于垂直试验值的趋势，水平试验模型更接近垫层实际填筑情况及其中的水流流态，所以水平试验成果更反映垫层的工程特性；随着垫层料级配和密度的变化，其渗透系数变化范围较大，总体上满足10-4～10-2 cm/s渗透系数的要求。但是，粗级配和低密度试样的渗透系数超越设计要求的上限值；临界比降和破坏比降随着垫层料级配和密度的变化没有呈现明显的规律变化，试样内部结构欠稳定。研究成果进一步说明，垫层料级配和填筑密度控制非常重要，垫层的渗透稳定性有赖于过渡区提供有效的反滤保护作用。

根据努美罗夫的理论解，附加渗径 与上游水深H成正比，与单宽流量与渗透系数的比值q/k成反比。按该理论解的浸润线方程，应用数值积分法求出比例系数 和 ，并提出了有足够精度的拟合式。边坡有压流的附加渗径 仅与透水层厚度T成正比，而和H、q/k无关， 。根据计算结果， 。对于 反比于q/k，文中作了分析和解释。该计算方法还可推广应用于上游坡下有一定厚度覆盖层的附加渗径计算，并且对附加渗径的各计算式作了比较和分析，并以实例说明了如何应用附加渗径计算堤坝的渗流。

堤坝地基的渗透变形过程实际上是“土中水”转变为“水中土”的过程。在渗透变形发生的集中管涌通道区域，采用常规渗流分析理论，单纯增大管涌通道渗透系数的方法是不太合适的。在未发生渗透变形的区域，用常规渗流理论计算；在管涌通道区域，用管流理论，公共边界上两者之间水头相等、流量大小相等且方向相反，能够较好符合渗透变形的发展规律。为了适应计算过程中内部边界条件不断变化的特点，采用无网格法伽辽金法（element free Galerkin method，EFG）对渗流场进行计算。算例计算表明，这种渗流-管流耦合的方法能够模拟管涌通道绕过防渗墙等复杂的发展过程。

在南水北调穿黄隧洞衬砌混凝土浇筑施工中有可能对衬砌垫层渗透性造成影响的因素主要有压力、混凝土塌落度、浇筑时间、振捣方式等。通过模型模拟试验方法，对衬砌施工工况下上述各因素的影响进行研究。结果表明，法向压力可使垫层土工织物渗透性降低并趋近于某一特定值；混凝土塌落度、浇筑时间对渗透性有一定影响，但不同塌落度、浇筑时间影响差别不明显，而不同振捣方式可使土工织物渗透性降低1～2个数量级。为克服以上因素的影响，推荐三维结构的排水土工网作为穿黄隧洞衬砌垫层材料。

渗透系数是进行裂隙岩体渗流模拟的必备参数，变形模量是工程岩体数值模拟的必备参数。大量研究中忽视了渗透系数和变形模量随深度变化这一重要规律，从而影响模拟结果的可靠性。为此，探讨了利用极易获取的RQD（岩石质量指标）资料估算不同深度的渗透系数和变形模量的可行性。通过以某花岗岩体为例，研究发现，RQD均值随深度增大，渗透系数均值随深度减小，其相关性很好。因此，利用RQD估算不同深度的平均渗透系数是可行的。根据RQD随深度的变化，利用经验公式估算了不同深度的变形模量均值和变化范围。估算得到的变形模量与实测结果基本一致。

在汉江遥堤典型堤段对堤后200 m?100 m范围内表层土取样进行渗透性试验，基于试验结果分析了土体渗透系数的随机性和结构性的空间变异特征，结果表明细砂渗透系数在水平方向具有各向同性，空间结构可用指数模型描述。采用转向带法进行渗透系数随机场模拟，从基本统计量、空间结构等方面进行的分析表明，转向带法模拟结果保持了原随机场的统计特性，具有较好的收敛性。

渗流对滑坡稳定性至关重要，在松散堆积层滑坡稳定性评价中如何正确反映渗透力的作用是岩土工程界近年来讨论的热点。目前涉及滑坡防治工程的有关国家规范已经考虑渗流的影响，但在渗透力的重复计算上存在突出的问题，一些重要的概念和原理亟待从源头上进行澄清。文中以流体力学的基本理论为依据，从渗透力概念定义的微观源头上，证明了渗透力是一种等效力。在非压缩流体条件下，无论稳定流还是非稳定渗流，渗透力与浮力的共同作用效果与周边孔隙水压力是完全等效的。针对滑坡渗流模型，从宏观上再次证明了上述等效性原理，且表明在流网比较简单的条件下，采用渗透力计算比较简便，论证了更为严格的条件下条分法的下滑力中应考虑渗透力和浮力的影响。在此基础上，对现有规范的稳定性评价和滑坡推力计算方法进行了修正，定性和定量地评价了现行规范评价方法的偏差对滑坡设计推力和工程造价影响的程度。实际算例表明，现行规范的设计推力偏大5 %以内，主体工程造价偏大幅度基本与此相当，并略低。

探讨了长江堤防减压井由于设计、施工及运行环境等因素对其产生机械淤堵的影响，研究了不同渗流介质的渗透特性以及多种介质不同组合的综合特性。除传统试验外，自行研制了径向渗透试验模型装置，采用几种物理试验方式配合，对包括地层、反滤层、滤网和井管组成的整个减压井系统，以及径向的水流与几何条件进行模拟试验。通过对室内试验与现场测试成果的综合分析，对减压井机械淤堵机制和淤堵判定进行了归纳，针对实际水动力条件和运行模式，提出了减压井反滤系统防止机械淤堵的优化设计理念。

采用波流水槽模型试验的方法，研究了规则波和不规则波作用下砂质海床的孔隙水压力响应问题，其中主要考虑不同深度、波高及周期对孔隙水压力的影响，从而得出孔压变化规律。当周期和波高不变时，由波浪引起的孔隙水压力随水深的增加而逐渐减小。同一水深和波高条件下，由波浪引起的孔隙水压力随周期变大而变大；当水深和周期固定时，由波浪引起的孔隙水压力随波高的增加而增加。

研究运行期高坝坝基渗流特性时，渗流场参数的获取是难点之一。针对二滩工程，利用三维渗流场有限元精细求解技术以及遗传算法等方法和理论，建立坝基渗流场反演模型；选择坝基典型渗压计测点作为实测点，通过特定时刻库水位对应渗流场的反演获得坝基渗透系数，再利用不同时刻点库水位对应的渗流场进行验证。分析结果表明，渗流场的反演结果是合理的，可作为研究运行期高拱坝坝基渗流场真实工作性态的依据。

岩石节理的应力渗流耦合性质对工程结构稳定性的影响普遍存在于各种岩体工程中，而进行岩石节理的室内剪切-渗流耦合试验，是一种有效的研究手段。采用新型数控岩体节理剪切渗流耦合试验台，应用全数字伺服控制系统，实现了对试验进程的平稳控制以及试验数据的多路同步实时采集和处理；通过剪切盒的精细设计，提高了剪切盒可承受的渗透压力值，并保证试验过程密封性能良好的同时实现了柔性边界条件。在恒定渗透压力作用下，分别进行了不同边界条件下的剪切渗流耦合试验，试验结果验证了该试验装置的可靠性和实用性，将能为岩体工程的合理设计提供有效数据依据。该试验台可以应用于地下核废料储存、水利水电地下洞室、水下隧道、采矿等工程有关问题的研究中。