自然界的土体通常具有各向异性的特点，而传统的破坏准则大多只适用于各向同性的土体。结合应力张量和反映材料各向异性状态的组构张量，定义了修正偏应力及其不变量，提出了适用于各向异性土体材料的破坏准则。给出了共轴条件下正交各向异性和横向各向异性材料在一般应力空间的破坏曲线以及不同应力区中主应力系数b与摩擦角的关系曲线，并分析了它们的特性以及与各向同性材料相应曲线的区别。通过与真三轴试验数据的比较，表明该准则能很好地描述各向异性土体材料的强度特点。

通过模型试验和理论分析，对特厚表土层双层钢板高强混凝土复合井壁的竖向受力特性进行了研究。首先，根据相似理论，进行了双层钢板高强混凝土复合井壁结构的模型设计和试件加工；然后，通过加载试验，得到了井壁结构在竖向荷载和侧压共同作用下的竖向应力、变形和强度特性。结果表明：由于内、外钢板筒的约束作用，井壁结构中的混凝土完全处于三向受压应力状态下，其抗压强度提高了1.73～1.92倍，且井壁破坏时混凝土的竖向极限压应变达到-3.9×10-3，表现出较好的延性特性。通过钢板与混凝土的相互约束，改善了各自的力学特性，使井壁竖向承载力显著提高，远比钢板筒和中间混凝土层的竖向极限承载力之和大，并根据理论分析和试验结果推导出了井壁竖向承载力的计算公式，对理论研究和工程应用具有一定的参考价值。

针对现代土力学中土的微结构定量分析的困难，考虑到电阻率法在土的微结构研究中的突出优点，引入电阻率法进行黄土湿陷过程中的微结构变化规律定量分析，探讨土电阻率法在土的微结构定量研究中的应用。以典型的非饱和黄土为研究对象，通过同步测定黄土湿陷过程中土样的竖向与横向电阻率大小，计算出土电阻率结构性参数指标，包括土的竖向与横向结构因子、平均结构因子、各向异性系数与平均形状因子的大小，分析了黄土湿陷过程中土电阻率结构性参数的变化规律，建立了定量描述黄土微结构变化规律的电阻率评价方法。试验研究表明，土的电阻率法具有连续、快捷与测试方便等诸多优点，通过土的电阻率结构性参数指标的研究，可有效进行土的微结构变化定量分析。

通过饱和软黏土室内不排水动三轴试验，研究了循环周次和动应力幅值对土体动力特性的影响。结果表明，在循环荷载作用下，随着循环周次的增加，土体均存在不同程度的刚度软化现象。根据动应力幅值大小的不同，循环荷载作用下饱和软黏土的动应变发展形态可分为3种类型：稳定型、破坏型和临界型。根据动应力-应变关系曲线特点，提出了含动应力幅值、固结围压和循环周次等影响因素的动骨干曲线模型。该模型所得的拟合值与试验值比较吻合。与传统骨干曲线模型相比，该模型能够体现土体在循环荷载作用下的刚度软化特性，更加切合实际。

在季节冻土环境中使用人工冻结法时，由于季节冻土层与人工冻土共同存在，在前者影响下人工冻土墙的水平位移和制冷能量消耗与无季节冻土层时有显著不同。在改装的试验台上，通过使用水平冻结管形成季节冻土，用竖向冻结管形成冻土墙，施加水平荷载，模拟了6种季节冻土层温度条件下冻土墙的形成与开挖过程，以研究季节冻土层对冻土墙耗能、受力和变形性能的影响。结果显示，与无季节冻土层的情况相比，季节冻土层温度为-12 ℃时可减小冻土墙水平位移达8.79 mm，约占墙体总位移的52%，耗能量可减小40.4%。试验结果证明季节冻土层对冻土墙的影响不容忽视，在工程中应充分考虑季节冻土层的节能效应和变形约束能力。

针对华南地区广为分布的“红层”软岩遇水软化问题，选择粉砂质泥岩、泥质粉砂岩等典型软岩为研究对象，在软岩饱水软化试验的基础上，采用“自组织临界性”理论深入分析了软化试验中的临界现象，结合软岩物理力学性质、微观结构以及水溶液离子浓度变化的试验结果，得出：在饱水3个月和6个月时，对应于所研究软岩软化的临界时间点，其物理、力学性质与水溶液离子浓度的变化在前3个月内变化幅度较大，3个月后较为平缓，并可能出现波动，6个月后开始趋于稳定；而其微观结构变化满足1～3个月变化较小，3～6个月自行调整而趋于有序，6个月之后结构类型完全改变。在此基础上，分析了软岩系统自组织临界现象中最显著的两个特征：自组织性和临界特性，并从系统演化的角度探讨了饱水软岩系统中一种具有一定稳定性的非平衡自组织有序结构的产生过程，给出了水作用下软岩工程特性变异达到稳定的临界时刻。

已有研究表明，土石坝内堆石料在坝体填筑过程的应力路径可近似为等应力比的路径（q/p=常数），水库蓄水时应力路径将发生转折，呈复杂的应力路径形态（dq/dp=常数）。在大型三轴仪上进行了两种应力路径的排水试验，即等应力比路径下的偏压试验和复杂应力路径下的剪切试验。根据试验结果提出了一个堆石料应力路径增量非线性弹性模型，模型采用三模量形式除可以描述堆石料等应力比路径的应力-应变特征外，通过转折后的路径特征构造合适的柔度矩阵，能够表达转折应力路径下的本构关系。对试验曲线进行拟合表明，应力路径模型能够较好地反映堆石料在复杂应力路径下的应力与变形特性。

通过室外爆破试验，利用预埋研制的PVDF压力传感器对耦合及水不耦合延长药包装药爆破时爆炸应力波的中远场压力进行测量，拟合实测结果，得到4种不耦合系数下爆炸应力波峰值随传播距离衰减的指数关系式。分析试验结果可知： ①在试验所涉及的范围内，不耦合装药时爆破应力波峰值衰减幅度小于耦合装药（即K =1）时爆破应力波峰值衰减幅度，验证了水介质作为炸药爆轰产物与岩体间的弹性缓冲层作用，减少了粉碎孔壁岩体造成的能量耗散，增加了能量传递，加大了爆炸的作用范围；②当不耦合系数K = 3.29时，应力波峰值衰减指数表现出大于K =1.79及大于K =2.57时应力波峰值衰减指数的趋势，表明过大的不耦合系数造成了不耦合介质——水过多的能量耗散（在高温高压下水并不完全是弹性的），削弱了不耦合装药爆破的优势；③在不耦合装药爆破中，存在最佳的不耦合系数，此时爆炸应力波峰值衰减最慢，爆炸能得到充分利用，达到最优的爆破效果。研究结果对不耦合装药爆破的设计及工程应用有一定的指导意义。

目前砂土材料连续力学方程建模有两种途径，一种是源自于论证Navier-Stokes方程时所用的方法，称为流体动力学方法，主要针对普通固体、普通流体、超流、液晶、高聚物、颗粒物质等材料，它的基本做法是先给出守恒变量（如能量、动量、熵等）和对称破缺变量（如弹性应变、量子相位等）的一般运动方程，再用与具体材料有关的热力学函数和迁移系数来封闭它们；另一种方法是本构模型法，针对有塑性固体、非牛顿流体、砂土材料等材料，该做法特点是直接构建应力、应变、应力率、应变率、速度、密度、温度等变量之间的函数关系，并以此来封闭连续和牛顿方程。近年来采用这两种方法建立的砂土方程在文献上都有报道，因此，有必要对两者的特色、科学基础、适用范围，包括概念上的和具体方程等，进行比较，作为颗粒物理与土力学之间跨学科交流的一种尝试和沟通。通过比较得出，两种建模途径对表征砂土状态的完备变量集、屈服面、与塑性有关的耗散等使用了很不一样的思路和方程。

对典型上海软土重塑样进行了围压不变和平均主应力不变的三轴排水剪切试验，得到重塑上海软土在不同初始超固结比和围压条件下的应力-应变关系，弄清了超固结比、围压以及应力路径对重塑上海软土的变形和强度特性的影响；根据土体的应力-应变曲线得到重塑上海软土的临界状态应力比及内摩擦角。采用姚仰平等建议的基于伏斯列夫面的超固结土本构模型，并根据等向压缩及三轴排水剪切试验确定其模型参数，对保持围压和平均主应力不变的三轴压缩试验进行了模型预测。预测结果表明，此超固结土本构模型能较好地反映重塑超固结上海软土的变形和强度特性。

为了研究高温-高含冰量冻土这种极不稳定土体的动力学特性，开展了固结围压为0.3、0.5、1.0、3.0、5.0 MPa，控制温度为-0.5、-1.0、-2.0、-4.0 ℃、初始含水率为50%的高含冰量青藏线重塑冻土的动三轴试验。根据试验结果，提出了用广义的双曲线模型来描述动应力-应变关系，并且给出了模型参数预报关系式；基于动弹性模量和轴向应变之间的非线性关系，提出?3 =0.5 MPa为临界围压。当围压大于0.5 MPa时，动弹性模量随着动应变的增大呈减小的趋势；当围压小于0.5 MPa时，动弹性模量随着动应变先增大后又减小；此外，动阻尼比随应变幅值和围压的增大而增大，随着温度的降低，动阻尼比变小。

采用MTS815液压伺服试验系统及9310型微孔结构分析仪对花岗岩在温度作用下（常温～1 300 ℃）的宏观力学性质及微孔隙结构特征进行了较为系统的研究。结果表明：①在800 ℃之前，岩样力学性质变化规律不明显；超过800 ℃，岩样强度迅速劣化；达到1 200 ℃，岩样基本失去了承载能力。②岩样孔隙率随温度升高而增大，孔隙率的阀值温度在800 ℃左右，与岩样在该温度点强度突然降低相一致。③岩样孔隙率较小，但连通性好，在阶段进汞曲线上显示为不同宽度微裂隙并存的特征，累计进汞曲线呈台阶状，温度超过800 ℃，超微孔逐渐向微孔隙转化，岩样连通性增强。④岩样孔隙分布分形维数随温度的升高反而降低。在高温作用下，岩样中的热损伤由初始非规则的裂隙结构逐渐向均匀化的孔穴结构转化，非均匀性弱化是导致岩样孔隙分布分形维数降低的根本原因。

以三门峡地区黄土状粉质黏土为研究对象，通过控制重塑土样的干密度及含水率制备不同状态下的试样，在改进的三轴仪上采用不排水试验法，分别对试样进行非饱和土三轴试验。试验结果表明，黄土状粉质黏土的基质吸力变化规律与土的基本状态有着密切关系，尤其是在相同含水率、相同围压、不同干密度的状态下基质吸力会随着饱和度的增加，出现先增后减的变化规律。通过单元土体中土颗粒组成的结构体参数，分析了这种变化规律。

通过自行设计的可视化模型箱，进行了单桩静载室内模型试验，考虑了不同桩径、不同土体密实度等影响因素，研究了单桩的沉降模式、桩侧摩阻力和桩端阻力的发挥性状及随沉降的发展模式，并通过拍摄跟踪和图像处理技术，研究了桩端和桩周土体的孔隙率的变化规律；对二维颗粒流程序进行开发，模拟了单桩静载过程中桩端阻力和桩周土体孔隙率的变化情况。结果表明，颗粒流数值模拟能够较好地模拟单桩静载过程，研究成果进一步揭示了单桩静载过程的宏细观机制。

通过反复荷载三轴剪切试验研究了EPS颗粒混合轻质土在反复荷载下的变形和阻尼特性，分析了不同围压、不同水泥掺入比及不同土质条件下轴向累积应变、回弹模量及阻尼比随轴向总应变的变化规律。结果表明：轴向累积应变与轴向总应变呈线性关系，与轴向总应变的比值较大，且在不同条件下基本不变；回弹模量随围压和水泥掺入比的增大而增大。在一定的围压和水泥掺入比下，当应变小于8%时，砂土EPS颗粒混合轻质土的回弹模量大于淤泥质土EPS颗粒混合轻质土的回弹模量；当应变大于8%时，情况相反。回弹模量与轴向总应变的关系曲线可用递减的幂函数来拟合；EPS颗粒混合轻质土的阻尼比随轴向总应变的增大而增大，随围压和水泥掺入比的增大而减小，砂土EPS颗粒混合轻质土的阻尼比小于淤泥质土EPS颗粒混合轻质土的阻尼比，但以上变化和差别都非常小，阻尼比基本保持为一常数。

采用伺服刚性试验机对硬石膏进行了不同围压下的常规三轴试验，研究了硬石膏的强度和变形特性。结果表明，在低围压下硬石膏破坏方式为剪切破坏；在围压超过10 MPa时，硬石膏表现出明显的塑性流动特性。观察试验后试样发现，在围压为18 MPa时，硬石膏已经没有明显的破坏面，而是表现出明显的膨胀现象。硬石膏的峰值强度与围压近似成正比例关系。分析了峰值应变、弹性模量随围压的变化规律，其结果表明：随着围压的升高，硬石膏的的峰值应变与弹性模量均逐渐增加。根据三轴试验结果绘制了摩尔包络线，采用回归分析得到了强度准则和抗剪强度参数c、? 值，其研究结果可为地下工程提供参考与借鉴。

土体变形监测是岩土工程监测中的一项重要工作，具有规模大、工程环境差异性大、实时动态监测等特点，因此，常规的一些点式监测手段已不能满足要求。布里渊散射光时域反射测量技术（BOTDR）是一项新型光电传感监测技术，它利用布里渊散射光的光谱和光时域测量技术，可对沿光纤的轴向应变进行分布式监测。应用这一技术对土体干缩变形进行了监测，并对土体干缩变形规律进行了分析，验证了该技术应用于土体变形监测中的可行性。

南水北调中线工程建设中，交通桥和生产桥的支承结构大部分坐落在两侧渠坡上；运行期间的荷载（特别是水平荷载）通过桥墩和承台传到置于渠坡的桩基础上，在一定的深度范围内将产生桩、土分离及不均匀沉降，拉裂基础与渠坡结构层的结合，影响渠道的防渗效果。为了采取有效的防治措施，需要掌握渠坡斜面上基桩的变形机制。作为研究环节之一，通过物理模型试验研究了渠坡上基桩的水平承载机制，结果表明：基桩处在渠坡上的抗变形能力要比处在水平地基上的抗变形能力弱，水平承载能力比基桩处在水平地基上的要小。

针对某高速公路黏性填土路基浸水湿化的情况，进行了大量室内试验研究。为了研究土在实际应力路径下的湿化变形规律，分别在常规三轴应力路径、常规三轴K0固结应力路径、K0固结+常规三轴压缩应力路径以及使用真三轴仪的平面应变下K0固结 + 平面应变剪切应力路径和平面应变等应力比路径下进行了黏性土的湿化试验。通过对试验数据的分析，得到了湿化附加轴向应变与湿化时应力水平的幂函数关系。通过总结研究不同应力路径下应力-应变曲线的规律，提出了不同应力路径下的应力-应变关系的公式。

使用非标准击实仪进行单层击样，获取非标准击实状态下单层击实样的密度与击实功及含水率之间的关系，并进一步以得到的击实样获得其抗剪强度。发现当击实功小到一定程度时，击实密度随含水率的增大而不断增大，两者近似线性变化，无峰值出现。密度峰值对应的含水率与抗剪强度峰值对应的含水率有一个差值，其值在3.4%～5.7%之间。内摩擦角随含水率增大而减小的规律仅适合于一定的击实功。内摩擦角在较小的击实功下有峰值出现，但随着击实功的增大，内摩擦角的变化呈线性而非曲线形式。另外，针对土工室内模型试验的重塑土样制备问题，结合试验数据，给出了试验最优制样参数，并初步提供了评价指标?。

针对CFG桩复合地基褥垫层效应问题，通过12根桩的单桩复合地基载荷试验，研究了不同厚度、不同材料的褥垫层对桩土应力比的影响。试验结果表明，褥垫层的厚度和刚度对CFG桩复合地基的桩土应力比均有影响，褥垫层过薄及过厚将使桩的承载力得不到有效发挥。利用有限元软件包ANSYS，建立了单桩复合地基有限元模型，分析了褥垫层厚度和变形模量对桩土应力比的影响，经与试验数据进行分析比较，得出了与试验结果相一致的结论。通过有限元分析结果与试验结果的对比分析，确定了CFG桩复合地基褥垫层的选用原则，从而为复合地基设计中褥垫层的设计提供了依据。

压实黄土非饱和渗透特性具有重要的工程意义。对不同干密度的压实黄土试样，采用非饱和导水率测定系统进行非饱和渗透系数量测，得到不同干密度压实黄土的渗透系数与吸力的关系。试验结果表明：渗透系数随吸力的增大而成非线性减小，随干密度的减小而增大；在低吸力时，干密度对渗透系数的影响较大；在较高吸力时，干密度对渗透系数的影响较小。进一步给出了压实黄土的渗透系数模型并进行回归分析，得到各Wind幂函数模型参数与干密度的关系，建立了基于干密度的压实黄土渗透系数的确定方法。

为了研究可回收式锚杆的锚固机制，结合实际边坡加固工程进行了不同长度锚杆的现场抗拔试验研究，得到可回收式锚杆的p-s曲线。分析结果表明：可回收式锚杆属于压力型锚杆，能较好地发挥锚固体材料的力学性能，承载力较高，防腐性能好，回收方便；该锚杆存在着一个临界长度，当锚固长度超过其临界长度时，再增加锚固长度对锚杆抗拔力的提高作用不大；该锚杆杆体在回收后不造成地下空间的污染，尤其适用于临时性和短期工程加固。试验验证了该锚杆设计的合理性和安全性，对该锚杆今后的工程应用具有参考价值。

为获取加载过程中结构-冻土界面温度场的时空分布规律，采用红外热辐射成像技术对模型桩-冻土界面上红外辐射温度场的产生、发展及其演变过程进行了试验研究。结果表明：模型桩在加载直至滑移过程中，桩-冻土界面处存在红外辐射温升现象；桩-冻土界面发生滑移前，红外热图上低温区域在密度和范围上均逐渐减小，距离冻土试样表面不同深度D处温升幅度?T和影响宽度W随时间而逐渐增加，但相同时刻?T和W随深度D的增加而减小；桩-冻土界面发生滑移后，红外热图上的高温区成带状分布，并趋于贯通，最大温升幅度?Tmax和温升影响的最大宽度Wmax随深度D的增加呈线性减小规律。研究结果可为红外热辐射成像技术应用于冻土地区结构-冻土界面温度场测试提供参考。

提出了黏弹性边界单元有限元模型，用以研究行车荷载在道路中的有效传播深度。通过与Lamb问题的解析解及连盐高速公路实测结果对比分析，验证了数值模型用于研究车辆荷载在道路中引起的动响应具有很好的精度。应用该方法探讨了行车速度、道路各结构层的回弹模量对动响应沿道路深度变化的影响。研究表明，用附加动应力大小作为行车荷载有效传播深度的控制标准不足以反映车辆荷载对道路沉降的影响。尤其对建于软土地基上的道路，建议以竖向动应变作为界定车辆荷载影响深度的控制标准为宜。分析表明，软土地基中行车荷载引起的动响应的影响深度一般在6～10 m范围内，这对地基的设计处理和道路工后沉降的控制具有重要参考意义。

在Bjerrum等时 曲线图的基础上，利用殷建华和Graham的一维EVP模型，在考虑土体次固结沉降的情况下，依据运行期限和运行期允许的沉降量等参数获得等载预压卸载时的临界孔隙比，进而求得控制超载预压和欠载预压卸载时的临界孔隙比，由此可计算出控制堆载预压卸载时机的临界沉降量，克服传统堆载预压依据主固结理论无法反映堆载预压降低次固结变形的缺陷。根据欠载预压的临界孔隙比公式，可计算出最小预压荷载。在推导欠载预压临界孔隙比的过程中，提出新假说A理论，证明了新假说A与假说B近似等价的充分条件。算例表明，由于考虑了软土预压期的次固结变形，堆载预压地基的总沉降量和卸载时的临界沉降量要比有效应力面积比法的大。

通过引入土体的e-lgσ和e-lgk对数模型，考虑了土体固结过程中压缩模量非线性增长和渗透系数非线性减小的特征，给出了一种碎石桩复合地基非线性固结解析解，并对复合地基的非线性固结性状进行了分析。结果表明，按应力和按变形定义的两种固结度不相等，按变形定义的固结度一般大于按应力定义的固结度；当压缩指数小于渗透指数时，不考虑土体的非线性特征会低估地基的固结度，而当压缩指数大于渗透指数时，不考虑土体的非线性则会高估地基的固结度；对于按应力定义的固结度来说，当压缩指数小于渗透指数时，随着附加应力的增大，地基固结速度加快，而当压缩指数大于渗透指数时，附加应力增大，地基固结减慢；对于按变形定义的固结度来说，不论压缩指数大于还是小于渗透指数，附加应力增大，地基固结速度总是加快。

晋城矿区15#煤直接顶K2石灰岩厚8～12 m，结构致密坚硬，为坚硬难垮落顶板。针对厚层石灰岩顶板可能面临的大面积断裂和垮落，从而导致冲击地压等问题，通过岩石力学性质试验获得相关岩层力学参数，并运用关键层理论、数值模拟和相似材料模型试验，研究了厚层脆韧性石灰岩顶板的变形与垮落特性，得到了顶板初次来压步距20～25 m和周期来压步距10～15 m及垮落规律，并提出了顶板控制的技术途径，即初期中深孔爆破结合顶板关键层缓慢下沉综合控制技术。实践表明，厚层石灰岩顶板的垮落形态和垮落步距与理论和试验研究结果基本一致。该项成果为晋城矿区厚层脆韧性石灰岩顶板控制提供了有效途径。

针对地下工程中相邻洞室和隧道群的中隔墙稳定性问题，提出一种基于虚拟应力系数原理的多洞结构中隔墙安全度定量计算方法。该方法通过迭代搜索一个虚拟应力系数K，使得在K倍初始地应力下洞群中隔墙正好出现贯通性的等效塑性应变带，并由此确定中隔墙安全度的下限值。同时，分析不同虚拟应力作用下中隔墙等效塑性应变带两侧特征点的相对变形特征曲线，以相对变形曲线出现突变拐点时对应的虚拟应力系数作为中隔墙安全度的上限值，从而获得中隔墙的安全度区间。通过对一物理模型试验结果的验证分析和西南一大型水电地下洞群中隔墙安全度的计算表明，该方法可以合理地给出中隔墙的安全区间，可为地下多洞室或隧道群中隔墙的安全性定量评价和支护设计提供科学依据。

为准确反映非饱和土体中吸力对抗剪强度的影响规律，提出了吸力强度修正对数模型。与国内外试验结果相此，发现该模型在低吸力范围内与以往的模型有很好的同一性，而在高吸力范围内有着更大的优越性。该模型中各参数物理意义更为明确，与土-水特征曲线的特征值的关系更为紧密，通过引入参数b能更好地模拟具有不同特征残余值的土体。把该修正对数模型引入到地基承载力的分析中，发现饱和度对地基承载力的影响显著，吸力的存在能大大地提高承载力，并且饱和度越低，递增的速率也越大。

管棚超前预支护在隧道上部形成纵向拱效应，从而保证隧道的安全开挖。然而由于模型边界条件的复杂性，目前多局限于从管棚对控制围岩变形和开挖面稳定的整体效果进行研究，无法分析管棚真实的力学行为。对管棚的Winkler弹性地基梁模型进行了改进，并考虑了初期支护的延滞效应，基于Pasternak弹性地基梁理论，推导了管棚的挠度方程和内力计算公式，并提出求解方法。以一隧道开挖为例，通过Pasternak模型和Winkler模型的计算结果与管棚的现场测试数据的对比分析，说明Pasternak模型较Winkler模型与现场测试曲线吻合更好，说明Pasternak模型改进了Winkler模型中地基变形不连续的缺陷，更符合实际受力情况，能较好地反映管棚在隧道开挖过程中的真实力学行为。计算结果表明：管棚起着杠杆作用，能够有效地将开挖面附近的上部荷载向未开挖区传递，从而控制隧道变形，保证开挖面的稳定。

运用数据挖掘技术进行了黄土湿陷性的预测挖掘，挖掘模型采用最小二乘支持向量机。建模过程中用主成份分析法进行数据的预处理，以剔除指标间的相关性，消除多指标信息冗余对挖掘模型的影响，并引入粒子群优化算法进行模型反演分析，确定最优参数。针对实际工程数据进行的预测挖掘表明：黄土的电阻率、剪切波速与土的结构特性、含水率、密度等指标密切相关，可较为全面地反映影响黄土湿陷性的因素；以电阻率、剪切波速及土层埋深作为模型的预测变量就可定量预测黄土的湿陷性；用所建模型和预测变量来预测黄土的湿陷性是可行的。

基于统一强度理论和非饱和土双应力状态变量抗剪强度，合理考虑中间主应力效应，建立了非饱和土双应力状态变量抗剪强度统一解，并与文献试验结果进行比较，验证了公式的正确性；进而考虑基质吸力的不同分布，得到非饱和土主动土压力和被动土压力统一解，克服了朗肯土压力的不足，并得出中间主应力和基质吸力对土压力的影响特性。研究结果表明，主动土压力随着统一强度理论参数和基质吸力的增大而不断减小，被动土压力则相反；当基质吸力沿深度线性减小时，主动土压力和被动土压力都不像基质吸力沿深度为常数时变化得那么快。该结果为非饱和土抗剪强度和土压力分析提供了理论依据，对工程设计有一定的参考价值。

针对岩土体变形行为预测中观测数据的有限性以及信息的不完备性，提出以分段插值或Boostrap重采样对有限观测数据再生以增强数据细节信息，以坐标变换或状态空间重构改变时序数据的表示形式，并重写原有不显著的规律的研究方法。在深入分析方法中重采样、混沌辨识、相空间重构的嵌入维数和延迟时间等关键技术的基础上，分别采用支持向量机、径向基函数前向型神经网络（RBF）以及反馈型神经网络（Elman），对3组不同特征工程算例的岩土体变形时序在数据再生和空间重构前后进行预测对比研究。结果表明，变形时序的数据再生与重构能够极大地扩充数据细部特征信息和凸显岩土体变形演化的本质规律，以此数据建立的SVM预测模型，其可靠性和准确性优于以原始数据SVM、RBF和Elman建模预测效果。

现场调查表明：5.12汶川大地震共造成21条高速公路和16条国道、省道干线上总延长达20 417 m的24座隧道结构受损，严重影响了灾区救援和灾后重建。可见，传统的隧道抗震技术已不能保证高烈度地震区隧道结构的安全。为此，在分析隧道震害特点及原因的基础上，建立了隧道支护体系内设置减震层的减震模型，根据这一减震模型，研究了减震层刚度、地震波输入频率和减震层阻尼等参数对隧道减震效果的影响。通过三维数值模拟和室内模型试验，验证了该减震模型的减震效果。研究成果可为高烈度地震区隧道结构减震设计提供参考。

在Fredlund非饱和土的一维固结理论的基础上进行假设，由得出的液相及气相的控制方程、Darcy定律及Fick定律，采用Laplace 变换、逆变换等数学方法得到了大面积均布瞬时加载下表面为透水透气面、底面为不透水和不透气面的非饱和土层一维固结时间域内的超孔隙水压力、超孔隙气压力及土层沉降的解析解；应用典型算例，分析了不同气、水渗透系数比情况下土体超孔隙水压力、超孔隙气压力消散及土层沉降随时间的变化规律以及不同时间超孔隙水压力、超孔隙气压力消散随深度的变化规律。将得出的结果退化成相应的饱和土的解与太沙基饱和土固结理论结果比较，验证了其正确性。

由于受到多种因素的综合作用，因此对围岩稳定性进行准确分类是一个难题。选取影响围岩分类的5个主要因素，根据分类标准，采用在每级标准中随机内插的方法，得到50个标准样本，用于构建分类模型。针对上述复杂优化模型，采用遗传算法进行优化，以获得的最佳投影方向为基础，得到围岩稳定性分类的投影寻踪插值模型。实例分析表明：该模型的分类结果是准确和可靠的，与采用其他几种分类方法所得结论一致。此外，该模型可以得出每个样本的具体得分值，即使对属于同一级的样本也可以排出它们的优劣顺序，因而具有较高的分类精度，是一种更具有应用前景的新方法。

当前普遍采用主TIN模式对层状地质体进行三维结构建模，然而在地质块体的构建方面还有所欠缺。考虑到由于尖灭、出露等现象引起的各地质块体间空间位置关系的复杂性，根据主TIN建模的特点，处理完地层相交与高程调整之后，通过对地层面中某个区域内的三角网与上下地层中对应区域内的三角网的重叠次数的不同，设置子面类型标记，从而分离出一个地层面中不同类型的子面。依据子面的类型可以快速建立地质块体与被引用的各子面之间的对应关系，最终自动分离出地层中的各个地质块体，并保证相邻块体在邻接处有唯一的公共子面，由此可建立各地质块体间的空间拓扑关系。

岩体质量的全面评价是自然崩落法矿山可行性研究和初步设计的重要前提和依据。RMR体系是通常采用的综合性评价方法，以钻孔或坑道的局部RMR评价值来表征整个区域的岩体质量具有片面性。因此，以金川III矿区1554水平以上的岩体质量调查数据为样品，首先对其空间结构性及变异性进行了分析，得出调查区RMR参数指标具有区域化变量特征的结论；其次，建立了评价范围内各类工程和岩性区段的三维表面模型，并对该模型用长方体单元进行了离散；然后，借助区域化变量最优无偏估值方法，对各离散单元块的RMR参数指标进行推估，建立了反映全局变化的矿岩质量三维可视化RMR评价模型；最后以RMR评价模型为基础，根据Laubscher崩落图对矿岩初始和持续崩落的水力半径进行了计算。结果表明：III矿区的RMR均值为39.8，矿岩可崩性属较好到很好。预测金川III矿区平均持续崩落水力半径为20.4 m。

对岩石试件加载及破坏过程进行了声发射试验，根据参数分析法得到Kaiser点。采用FFT研究了Kaiser点信号的频谱特征。运用小波包分析方法，计算了Kaiser点信号的能谱系数。用混沌时序分析方法研究Kaiser点信号，运用关联积分法方法提取关联维数D，综合FNN法和互信息法得到合适的m、? 值重构相空间，计算Kaiser点信号的最大Lyapunov指数，研究声发射信号混沌动力特征。结果表明，Kaiser点信号具有混沌特征。

提出了一种新的复杂地层建模方法。该方法先将离散的钻孔数据点分类，而后将不同类的离散数据点用径向基函数进行拟合；所生成的拟合曲面相交、裁剪得到地层的空间范围；由离散的数据点以及拟合插值点生成地层交界面格网，再经过计算机图形处理生成地层模型的三维图形。利用该方法对复杂地层建模，自动化程度较高、效果较好。

阐述了岩体力学参数研究的重要性，系统地介绍了几种国内外常用的岩体力学参数的确定方法及其原理。以云锡大屯锡矿岩体力学参数研究为例，并以其室内试验得出的岩石物理力学参数和岩体质量评价RMR值为基础，采用这些方法对岩石物理力学参数进行工程折减弱化处理，计算得出其岩体力学参数。其结果对比分析及其推荐值的工程应用结果表明：将最新的Hoek-Brown准则、室内试验、M.Georgi法和费森科法四者相结合来进行分析，得出的岩体力学参数更为合理，提高了工程岩体力学计算精度。

在岩土工程中，有许多类岩体呈现应变软化特性。在应变软化过程中，如果多个材料强度参数分析发生变化，就很难给出软化问题的解析解。已有的文献研究表明，在经典的弹塑性理论框架下，模拟岩土介质的应变软化过程依然值得深入研究。利用应变软化材料强度参数随塑性应变增加而弱化的特点，提出了将应变软化过程简化为一系列的脆性应力跌落与塑性流动过程的思想，应变软化行为的模拟转化为一系列脆塑性过程的分析。将这种模拟应变软化过程的思想方法用于求解均匀初始应力场中应变软化介质内的圆形隧道开挖问题，研究了衬砌对减少岩土开挖扰动的作用以及考虑应变软化对衬砌内力的影响。数值结果表明，对于应变软化岩土材料，忽略其强度软化的行为是偏于危险的。

利用FLAC模拟了水平及垂直方向围压不同（非静水压力）条件下的圆形巷道的岩爆过程。为了模拟巷道开挖，利用编写的FISH函数删除巷道内部的单元。岩石服从摩尔-库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则，破坏之后呈现应变软化-理想塑性行为。模拟分为3步：首先，将两个方向压力施加在模型上，直到达到静力平衡状态；然后，利用FISH函数开挖巷道；最后，计算重新开始，直到达到静力平衡状态或者塑性流动状态。模拟结果表明，当水平与垂直方向压力差较小时（或侧压系数较小时），围岩中出现了“狗耳”形的V型坑，岩爆之后围岩能保持稳定。当侧压系数适中时，可以相继观察到V型坑和U型坑（或“平底锅”形坑），岩爆之后围岩仍然是稳定的；当侧压系数较大时，围岩中先产生V型坑，然后是U型坑，之后由于剪切带相互贯通，形成了“鱼鳞”形的破坏区域，它们位于巷道顶部之上和底部之下，这将造成围岩的失稳。然而，在巷道两侧未观察到破坏现象。

渗流对岩石的流变特性有显著的影响，但限于试验条件，相关的试验成果较少。而数值计算技术已成为进行岩石力学研究的重要方法，因此，采用数值模拟方法对渗流场中岩石的流变特性进行了研究。对已有的岩石室内流变试验进行模拟来验证数值方法的有效性，在压缩流变试验的数值模拟中对试件分别施加单向、三向渗流场来模拟不同渗流条件对岩石流变特性的影响。模拟结果表明，在渗流方向上渗流产生的动水压力会导致试件的流变变形增大。此外，不同渗流场对流变的影响也有所差异，三向渗流场中试件受到的轴向渗透力小于单向渗流场，而侧向渗透力则大于单向渗流情况，这也导致三向渗流场中试件的轴向应变小于单向渗流场，而侧向应变大于单向渗流场。

依托上海轨道交通M10线双圆盾构区间隧道工程，对自由场下双圆盾构隧道施工力学行为进行三维有限差分数值模拟，分析了盾构施工地表沉降及超孔隙水压力的特征、量值与范围，并与监测结果进行对比，以得到能够反映施工技术水平的模拟施工参数。将该模拟施工参数应用于下立交下双圆盾构的推进，用以预测盾构掘进对下立交底板的影响。研究结果表明，在三面封闭的条件下，盾构施工引起的正超孔压很难向外界消散、负超孔压也很难得到外界水位的补给；在开挖面前方，底板受到挤压力，且挤压力主要由超孔隙水压力组成；沿横向方向，作用在下立交底板下的超孔隙水压力分布较均匀，而土体颗粒的挤压力则主要分布在其中线附近；下立交结构的刚性位移是引起底板沉降的主要原因，底板变形引起的沉降较小，变形最大值在盾尾脱离时取得。

岩石的流变变形对于岩质边坡和地下结构产生重要影响，其时效特性越来越引起人们的关注。然而通用分析软件所提供的岩石流变本构模型均有其特定的使用范围，往往不能满足工程数值分析的需要。考虑到岩体中参数劣化造成的影响，采用了一个变参数的改进Burgers蠕变损伤模型，该模型认为岩体的蠕变参数是随时间因子逐渐弱化的，这弥补了FLAC3D自身流变模型的不足，并利用FLAC3D（Version 2.1）提供的二次开发程序接口，分析了蠕变损伤模型二次开发程序运行的基本原理，给出了该模型具体的程序框图和代码编写中应该注意的关键问题。介绍了该模型的几种退化形式，通过算例分别验证了该模型黏弹性、塑性和损伤的力学性质，分析了损伤参数对蠕变曲线的影响，并由此介绍了验证流变模型二次开发程序正确性的一般步骤。由于采用了面向对象的编程技术，FLAC3D二次开发接口简单实用，研究思路可为其他流变本构模型的二次开发提供参考。

水压致裂是改变岩体结构的一种天然行为和人为手段。采用F－RFPA2D软件，对水压致裂过程、裂缝扩展形态及注水孔形状和大小、应力条件和岩样强度等影响因素进行了研究。将开始出现声发射的水压称为微裂压力，将声发射急剧增多、裂缝非稳定扩展直至岩样破坏的水压称为破裂压力。岩样尺寸一定时，微裂压力和破裂压力随内孔面积增加而降低，方形孔岩样的微裂压力和破裂压力均小于同面积的圆形孔。微裂压力和破裂压力随围压或岩样强度增加而增加，且其差值随岩样强度增加而增加，理论破裂压力与模拟值趋势基本一致。方形孔的宏观裂纹起裂位置多在角点附近，而圆形孔比较随机。无围压时，宏观裂纹的延伸方向随机；有围压时，宏观裂纹扩展方向大致与主应力方向一致，且沿较大主应力方向的宏观裂纹扩展至岩样破坏，较小主应力方向宏观裂纹不完全发育。研究结果对水压致裂试验和工程实践有一定参考意义。

矢量和法物理力学意义明确，计算简单，且能根据边坡当前的应力分布状态合理地评价其整体稳定性状态。其中边坡的应力状态通常是采用有限元法来求解。由于边界元法具有研究问题降阶、离散化带来的误差值仅产生在边界以及计算量小等优点，在工程中得到了广泛应用；对于平面问题，以源点作为原点，以所积分单元的切向和法向为坐标轴建立局部坐标系，对于线性单元可以得到所有积分的解析解。因此，可以得到计算区域内部任意点的场变量的解析解，这就保证了位于边界附近区域场变量的精度。利用边界元法得到二维边坡体内连续的应力分布状态，使用矢量和法对该边坡进行稳定性分析，并且与基于有限元的矢量和法、极限平衡法进行对比分析。边坡圆弧滑面和折线滑面的计算结果表明，基于边界元法得到的矢量和安全系数和基于有限元的矢量和法、极限平衡法基本一致；边界元法对应的矢量和安全系数对边界单元尺寸不敏感。

巷道底板水平应力是导致底板冲击矿压发生的主要因素，根据巷道底板冲击矿压的特点，建立了底板冲击矿压发生条件与影响因素的力学模型，初步确定了底板冲击矿压危险性系数的表达式。当底板岩层泊松比一定时，底板冲击矿压危险性系数与巷道埋深、巷道宽度的平方、水平构造应力、巨厚坚硬老顶影响系数成正比，与弹性模量、巷道底板软弱层厚度的平方成反比。通过数值模拟，发现巷道开挖后底板煤层的水平应力升高和垂直应力降低的规律，底板应力极易达到煤层破坏极限，在支护不当和外界扰动下容易发生底板冲击矿压。最后确定了底板强度弱化减冲原理，在跃进煤矿25110工作面下巷采取底板爆破卸压措施后取得了良好效果。研究成果为解决类似条件底板冲击矿压防治问题提供了理论依据和借鉴。

采用有限元分析了不同土体的弹性本构关系和不同堆煤荷载施加方式对筒仓基础的影响；在此基础上分析了煤压力、桩土之间的接触压力、桩的内力与变形、土体沉降等变化规律。从计算结果可知，考虑土体的弹性模量随土层的压实而提高，并考虑煤与筒仓、基础土体之间的相互作用，使得筒仓基础的受力状态与实际情况更接近，从而得到优化的筒仓基础设计。

板式基础托换法是应用在既有建筑物地下空间开发中的一种方法。它先施工拟建地下室的部分顶板，依靠板下土体支撑既有建筑物的荷载，同时开挖其余部分的土方。土方开挖后，再施工该区域的柱或墙等竖向构件以及底板；然后，依靠这部分底板支撑上部荷载，完成剩余的土方开挖和顶板、底板的施工。利用ANSYS建立三维有限元模型，分5个工况对托换施工过程进行分析，得到各部位柱脚的沉降规律：在土方开挖之前，中间部位柱脚的沉降大于周边部位的柱脚；土方开挖后，由于“卸载”作用中间部位柱脚出现明显的回弹，使得中间部位柱脚的沉降小于周边部位的柱脚。不均匀沉降值的大小和地基土的弹性模量以及上部结构是否加载有关。不均匀沉降产生的上部结构的附加弯矩可以通过建立二维有限元模型求出。

混凝土温度应力超过相应龄期的抗拉强度一半时，混凝土的徐变变形不再与应力呈线性关系。采用一个混凝土非线性徐变模型来进行混凝土的温度应力计算，并给出了相应的算法。同时，吸取无网格方法在裂缝扩展模拟方面的优势，采用无网格方法对混凝土的温度裂缝过程进行了仿真计算。数值算例计算结果表明，所编制的无网格法程序具有较好的收敛性和可靠性，能够有效地模拟混凝土块在温度应力作用下的开裂发展过程，考虑混凝土非线性徐变效应后，在开裂时刻混凝土急剧增加的非线性徐变变形缓和了缝端的温度拉应力，使得相同龄期混凝土的裂缝深度和扩展速率要比只考虑混凝土线性徐变要小一些。

在实际应用中，即使是建立较为简单的不规则准三维模型，FLAC3D也存在一定难度，因此，提出了一种快速建立FLAC3D准三维模型的方法，即基于数字图像像素单元的位置属性建立FLAC3D准三维模型，并根据像素单元的颜色属性对所建立模型进行分组，以便实现对模型单元赋予不同属性材料或者建立不同功能模块（如开挖、回填）。借助上述思想，采用Visual Basic语言编写了IMAGE-FLAC3D接口程序，实现了FLAC3D软件建模的直观、快速和自动化。通过建立土石混合体有限差分模型和库岸滑坡有限差分模型，检验了该方法及程序的有效性和可行性。在此基础上，借助强度折减法对所建立库岸滑坡模型进行稳定性分析，分析结果与极限平衡法所得结果相近，说明了所建模型的可计算性。该方法可作为数字图像服务于岩土工程的典型范例。

基于有限元方法，以水平软弱地基为参考，对比分析了倾斜软弱地基上路堤分阶段填筑过程中的水平位移、竖向沉降、稳定性等参量的变化规律。分析表明：当地基倾斜时，水平位移沿倾斜面向下发展，并在下坡脚处取得最大值，这明显不同于地基水平情况下水平位移基本按中心轴对称分布的规律。倾斜软弱地基的破坏模式为沿地基倾斜方向向下滑裂破坏，其稳定性明显低于水平软弱地基。计算还表明，抗滑桩使地基体内水平位移增量大大减小，抗滑桩后方的水平位移增量急剧降低。抗滑桩约束了倾斜地基体内水平位移的发展，阻碍了路堤沿地基倾斜方向向下滑裂破坏的趋势，提高了路堤的稳定性，是一种加固倾斜软弱地基的有效方法。

软土地基在交通荷载作用下的长期沉降是决定软土地区交通设施耐久性的关键因素。为合理地预测该部分沉降，提出了一个适用于交通荷载长期作用下的饱和软土累积变形（残余体变和残余剪切变形）计算的经验公式。该模型采用一个反映排水条件的参数描述不同的排水条件对残余体变发展过程的影响。通过采用体变硬化模式，考虑部分排水条件对残余体积变形和残余剪切变形发展过程的影响。基于该经验模型，发展了有限元实用计算方法，编制了相应的程序ROAD2D。通过对实际边值问题的计算，验证了该模型和计算方法的合理性和有效性。分析结果表明，与部分排水路段相比，排水不畅的路段在交通荷载长期作用下将出现更大的地基沉降和侧向挤出，其变形模式更不利于路面的正常使用。