存在临界状态是颗粒材料的一个重要特性。基于孔隙胞元的颗粒离散元方法对二维颗粒体进行双轴加载数值试验，在详细分析数值模拟结果的基础上，从微观几何组构的角度揭示了临界状态的存在机制。基于剪胀性原理，提出了以接触价键表征的微观临界状态理论模型，得到了接触价键与塑性剪切应变的关系表达式，理论模型的结果和二维离散元数值模拟得到的结果吻合较好。通过比较不同情况下数值结果和理论模型中的参数，得到以下结论：表征微观临界状态的参数（临界接触价键和达到临界状态所需要的塑性剪切应变）依赖于颗粒体的微观特性，如颗粒形状、表面摩擦性质、颗粒体的围压和初始孔隙比。

由于地下水位的升降等原因，岩体经常处于干湿交替状态，这对岩体工程的长期稳定性不利。以红砂岩为研究对象，进行了干燥－饱水干湿交替作用后的常规单轴和三轴压缩试验研究，获得了砂岩应力-应变曲线，分析了其变形破坏特征。相对于没有经过干湿交替作用的干燥试件，经过不同次数的干燥－饱水交替作用后，砂岩的弹性模量、单轴和三轴抗压强度、黏聚力、内摩擦角等都有不同程度的降低。各力学指标的总体变化趋势是在第1次饱水之后均有较大幅度的下降，此后，随着干湿交替作用次数增加其降低的幅度逐渐减小，干湿交替作用使岩石的延性增强。在围压作用下，砂岩的峰值强度均随着围压的增大而增大，干燥试件强度的围压效应要比多次干湿交替作用后的试件显著。

为了研究孔隙对白云岩力学特性的影响，从四川某地露头和深度大于5 000 m的深部白云岩地层进行了取样, 系统地研究了孔隙对白云岩的力学特性的影响。孔隙度是石油或天然气白云岩储层的重要特征之一。白云岩的试样孔隙度变化范围在6%～12%之间。在实验室对白云岩进行了单轴抗压强度试验、巴西劈裂法抗拉强度试验、直剪试验和三轴抗压强度试验。单轴抗压强度试验结果表明，岩石中孔隙度越高，岩石强度就越低。在不同围压作用下的多轴试验结果表明，在某一围压作用下，岩石的强度随着孔隙度的增加而减少；在相同孔隙度的岩石，应力偏量（三轴峰值应力）随着围压的增加而增加。介绍了孔隙岩石的MSDPu屈服本构模型，结果显示该模型能够较好地描述孔隙岩石的屈服特性。

选择废轮胎颗粒以0～50%的掺量与黄土混合，研究了混合土的压实特性，并采用专门设计的环刀击实设备，对环刀击实和标准击实进行了对比分析。试验结果表明，掺量小于20%时混合土的压实特性类似黄土，掺量大于40%时的压实特性类似无黏性土；不同掺量的混合土最大干密度与最优含水率存在幂函数关系，击实能对10%～30%掺量的混合物有效最大干密度影响较小；不同击实能下掺量与最优含水率存在函数关系；混合土存在最佳压实掺量，轻、重型击实能下分别为30%和40%左右。根据室内试验结果，给出了不同掺量混合土击实指标建议值供设计参考。

土-水特征关系是基质吸力和含水率之间关系。在反复干湿循环路径下土-水特征曲线呈现出毛细滞回特性。基于毛细滞回内变量理论和传统的土-水特征关系经验模型，提出了能模拟在任意干湿循环路径下土-水特征关系的修正模型。该模型比原模型增加了一个可逆参数，考虑了含水率的可逆变化，使扫描线在靠近边界线的时候斜率不会无限大，同时保留了原模型精度。通过与文献中的试验结果进行比较，修正模型可以更好地模拟非饱和土的土-水特征关系的循环滞回特性，并讨论了可逆参数的确定方法。

静止土压力系数K0是岩土工程分析计算中的重要力学参数之一。实际工程中墙后填土由于碾压都具有不同程度的各向异性。制备了不同沉积方向的砂土试样，通过三轴排水剪切试验研究了砂土的各向异性。在研制应变路径试验设备的基础上给出了静止土压力系数的测量方法，研究了不同沉积方向对于K0的影响，并将试验测得的静止土压力系数与Jaky公式以及土压力离心模型试验结果进行了对比，离心模型试验结果与材料单元试验结果一致，证明了测量方法的有效性及结果的正确性。研究结果表明，各向异性条件下的K0值比各向同性时明显偏大。

开展了近场和远场地震动作用下3跨3层地铁车站结构地基液化效应的振动台模型试验，测试了地铁车站结构的加速度、应变、水平位移反应和地基土孔隙水压力、加速度、震陷及其作用于模型结构侧墙的动土压力反应。分析和总结了地铁车站结构地基液化效应特征，结果表明：模型结构对其周围地基土孔隙水压力场的分布有明显影响，结构两侧和底部地基土中的孔压峰值小于相同深度离结构较远地基土中的孔压峰值；地基土中孔压的消散速度自下而上呈逐渐减慢的趋势；地震动作用过程中，模型结构产生向上的相对运动，强地震动作用时模型结构上浮现象明显；模型结构侧墙受到的动土压力随深度增大而减小，输入地震动特性对动土压力的大小有显著影响。

采用击实试验、液塑限联合测定界限含水率试验、蜡封法测定干密度试验、二氧化碳气量法、交换性钠离子百分比试验等方法，结合黏土矿物组成与结构特点，研究了水泥基土壤固化剂固化土的物理化学作用。试验结果表明：随着固化剂剂量的增加，混合料的最大干密度增大，最优含水率降低；固化土混合料经过养护后，塑性指数降低，干密度增大，碳酸盐含量增加，交换性钠离子百分比升高；黏土矿物在强碱性和钙离子作用下被激活，形成各种水化硅酸盐和铝酸盐。研究认为：在土-固化剂-水-气系统中通过液相和气相向固相的转变以及各类水化产物的填充、挤密、胶结等作用，混合料逐渐形成较致密的整体；离子交换反应对土体的加固作用在后期起负效应；铝硅酸盐黏土矿物在强碱性和钙离子存在条件下被分解，参与水化硅酸盐和铝酸盐的反应。

为了探讨非饱和黏土质砂的渗气规律，对常规三轴仪进行了改造，使其能够进行非饱和土渗气性量测，改进后的渗气装置具有构造简单、制样方便、试样均匀性好、加载系统稳定、可用量测的气压力梯度范围较大、提高了量测精度等优点，并解决了量测空气体积困难的问题和渗气试验气体从刚性壁和试样边缘流出的问题。使用该套仪器研究了不同干密度和不同含水率条件下气体流速与渗透系数随压力梯度变化的规律，分析了气体流速、渗气系数同含水率和干密度之间的依存关系，建立了渗气系数与含水率和干密度之间的函数关系。研究结果表明：试样在所研究的含水率、干密度范围，非饱和黏土质砂中气体流动可用达西定律描述。

基于简化的颗粒单元体模型，分析总结了颗粒单元体的基本特点，针对中主应力对砂土强度的影响，重点分析了颗粒单元体之间的相互影响特点。对以往的真三轴试验结果进行了总结，得到了中主应力对砂土强度影响的规律，结合颗粒单元体的两种基本状态及其特点、大孔隙与颗粒单元体结构孔隙的特点以及颗粒单元体间相互影响的特点，揭示了中主应力对砂土强度影响规律的细观物理机制。这些规律包括：松砂的强度随着中主应力的增大是逐渐提高的；密砂随中主应力的增大，强度先提高，当中主应力接近大主应力时，却引起强度的降低；砂土越密实，强度平台段越长；在中主应力接近小主应力阶段，强度随中主应力的增大而提高的快慢与砂土的密实程度有关。

冻土未冻水含量不但是评价冻土中水分迁移特性的重要指标，而且也是冻土热工计算中常用的参数。采用未冻水测量方法中的经典量热法对采自中俄石油管道工程大庆－漠河段沿线大兴安岭多年冻土带的6类典型土样（共76个）进行了-0.5、-2、-5、-10℃左右负温下的未冻水含量测试。分析了负温温度t、土质类型和初始含水率wo对未冻水含量wu的影响及其变化规律。通过统计分析，给出了6类土在上述4个给定温度下的未冻水含量代表值及其幂函数wu=at-b方程中的参数值。将黏土、粉质黏土、粉土和泥炭质土各给定温度下的未冻水含量对塑限wp归一化，得到各土类各温度下未冻水量系数值。对其进行幂函数拟合得到wu-wp-t经验计算公式。将温度、土质条件和初始含水率3影响因素进行综合分析，得到各类土在给定温度下的wu-wo-wp关系的二元一次线性回归经验方程式，为实际工程应用提供参考。

针对振动台试验中无限地基难以模拟和数值分析中流-固耦合作用难以计算两个难题，将最近发展的实时耦联动力试验方法引入土-结构-流体动力相互作用问题的研究。以一个渡槽结构为例，其中渡槽-水体作为物理子结构，采用振动台进行物理试验，而无限地基作为数值子结构，采用集总参数模型进行数值模拟。两个子结构之间实时交换数据，联合评估整个耦合体系的动力响应。试验结果和有限元数值模拟结果吻合良好，表明该试验方法具有较高精度。对不同特性地基土进行的试验对比分析结果表明：对于软土地基，考虑土-结构相互作用(SSI)的结构反应幅值明显减小，周期延长；随着地基土变硬，SSI效应逐渐变弱，结构反应最终收敛至刚性地基解。

提出了一种高效的混凝土细观力学预处理方法，其中包括基于背景网格的骨料投放与细观三组分的识别；建立了颗粒离散元的混凝土细观力学模型。利用该模型对不同应变率下混凝土的劈拉试验进行了数值仿真，仿真结果显示出的混凝土动力强度提高的规律以及不同应变率下混凝土的破坏模式与试验结果吻合较好。研究表明，随着应变率的提高，混凝土破坏时产生更多弥散状分布的裂纹，同时有些裂纹穿过强度较高的骨料，导致混凝土在高应变率破坏过程中消耗更多的能量，是混凝土的动力强度提高的重要原因。此外，在高应变率下，力链产生更多的分叉，空间分布的不均匀性和随机性增加，因此，在高应变率下混凝土动力强度表现出更大的离散性。

厦门海底隧道工程是我国建设的第一条海底公路隧道。隧道在建设过程中穿越F1～F4 四条断层破碎带，破碎带处洞体围岩软弱、破碎，岩石主要为风化破碎类花岗岩，该类岩石尤其是强风化花岗岩强度低，压缩性高，自稳和自承能力差，给隧道衬砌结构的设计和施工工艺的选择带来一系列特殊的问题。通过对风化破碎类花岗岩（主要包括微风化花岗岩和强风化花岗岩）试样进行一系列的室内试验，重点研究风化槽花岗岩的力学行为。强风化花岗岩三轴压缩试验及流变试验表明：强风化花岗岩强度低、变形大、弹性模量低，在达到峰值后，有明显的塑性流动，通过Mohr-Coulomb准则得到强风化花岗岩的摩擦角 约为31°，黏聚力约为0.1 MPa，且该岩石具有明显的流变特征。在流变试验的基础上，建立适合风化槽围岩特点的流变力学模型。其研究成果为海底隧道风化槽隧道围岩注浆加固和衬砌设计提供可靠依据和技术支撑。

分别对含筋层数为1、2、4层的尾矿中砂和细砂进行三轴压缩试验，给出了不同增强层数下尾细中砂的邓肯-张模型参数。2层以下加筋时，土工织物对尾矿砂的横向变形约束作用较小，尾中细砂均表现为剪切破坏特征；在2～4层增强时，尾中细砂均表现为拉应力破坏特征；拉破坏条件下和剪切滑移破坏条件下，均发现加筋后的尾矿，凝聚力随加筋层数非线性增大，而内摩擦角基本不变。定义了增强效果系数，层数与该系数呈非线性关系。轴向应变小于5%～8%时，尾矿砂处于弹性变形阶段；轴向应变大于8%时，出现弹塑性耦合变形。

斜率是描述本构关系曲线特征的重要参数。弹塑性应力-应变关系曲线中涉及到应力-应变曲线的切线、卸载曲线以及塑性-弹性应变曲线的3个重要斜率，这些斜率在塑性和损伤本构理论以及弹塑性变形相互关系的研究中均有重要应用。从理论上找到了这3个斜率之间关系的微分型和差分型两类恒等式，并用煤岩较高应力下的加卸载应力-应变数据对其进行了验证。结果表明，这两类恒等式均是完全成立的。最后给出了斜率恒等式在弹塑性变形相互关系研究中的一个应用，即证明了李铀提出的弹性-塑性应变曲线在 - 空间的平移关系等价于塑性应变相等点的斜率比值应相等。

为了考察路堤荷载作用下桩网结构路基桩土间的荷载分担与传递、垫层筋带拉力的组成与分布，选择某新建铁路桩网结构路基试验工点进行了现场试验，测试了地基变形、路堤基底压力、孔隙水压力、桩身轴力和格栅拉力等数据。测试数据表明：①地基沉降以压密下沉为主，路基结构稳定，软土较厚一侧地基变形较大；②当桩、土间沉降差与桩间净距的比值为5.93%时，土拱效应完全发挥，之后增加的路堤荷载完全由桩承担；③桩间土竖向附加应力在加固区内沿深度呈K型分布；④筋带拉力沿路基横向呈M型分布，软土较厚一侧拉力较大；⑤筋带拉力由路堤荷载作用下的桩间筋带张力与路堤横向滑移引起的筋带拉力两部分组成，设计筋带时二者均需考虑。

为研究强震区路堤的震害模式及动力特性，对汶川地震近场区路堤震害进行了调查，发现路堤震害以边坡上部拉裂、下部鼓张变形破坏模式为主，路堤震害严重程度与地震烈度、护坡措施和路堤本体加固措施关系密切，与路堤高度和地面横坡坡度关系不明显。利用振动台模型试验及数值模拟发现：加速度和动剪应力在路堤中上部增量最大、数值最大，且其最大值所在部位与拉裂缝出现部位基本一致；动土压力和位移在护坡道上方达到最大值，最大值部位与鼓张裂缝出现部位基本一致；张拉裂缝、鼓张裂缝均出现在距坡面3 m深度范围内，表明路堤损害是一种浅表层震害模式。通过动力数值计算，发现不同高度的路堤地面峰值加速度（PGA）放大系数形态呈现3种类型：沿程单调递增形态（h <10 m）、随高程增加而增加→衰减→增加的“三段形态”（h >20 m）以及介于前二者之间的过渡形态（10 m< h <20 m）。利用地震波传播理论对高路堤加速度反应机制进行了解释。

河口入海泥沙沉积固结过程中抗侵蚀性的变化直接决定着沉积物的再悬浮和二次迁移，对河口岸滩的稳定具有重要决定作用。在现代黄河三角洲潮滩模拟入海泥沙快速沉积，现场测试不同固结时间沉积物的抗侵蚀性和物理力学指标的变化。研究发现，黄河入海泥沙沉积物的抗侵蚀性随固结时间增长迅速提高，当沉积固结时间达8 h时，其临界侵蚀切应力就超过了原状潮滩表层沉积物；新沉积泥沙的临界侵蚀切应力与其重度、贯入阻力、剪切强度呈良好的正相关关系，与含水率呈良好的负相关关系。黄河入海泥沙临界侵蚀流速的试验值随固结时间的增长速率要高于各泥沙起动公式计算值的增长速率，前者是后者的1.5～4.1倍。

在地震边坡稳定性分析当中，往往采用单点地震动输入，但实际地震动是随着时间和空间变化的。为了研究边坡在多点、多向地震作用下的稳定性，地震动输入采用考虑地震动的空间时间变化特性的人工合成多点、多向地震动，并将之转化为作用于边坡上的多点、多向地震荷载，在陈祖煜院士所提出的通用条分法的基础之上，推导了适用于任意形状滑面、即满足力的平衡又满足力矩平衡的多点、多向地震作用下边坡稳定通用条分法的极限平衡微分方程，并给出了求解动力安全系数的方法，通过两个算例验证了方法的可行性。

水平液化场地地表往返位移的求解是基础和地下工程抗震设计的迫切需求。利用双层模型模拟实际水平场地，提出了可考虑液化层存在下的土表位移简化计算方法并给出频域理论解答，同时采用逐循环累计方法给出水平场地任意荷载下土表位移时域解答。采用适于水平场地孔压增量模型，并逐循环修正土层模量，模拟液化引起的土层的非线性过程。振动台试验结果和提出棋型的计算结果吻合，验证了所提方法能够反映土体液化对土表位移影响的基本过程。提出的方法和解答物理意义明确，可代表土体液化对土表位移影响的基本形态，并可用于频域及时域的无量纲分析。

根据大跨度空间壳体力学原理，研究聚丙烯网壳锚喷支护新技术。其技术特色是用一种在地面加工成型的特殊三维钢筋支架代替普通的二维钢筋网，大幅度提高了锚网喷结构的支撑能力，不需要使用型钢支架、锚索、围岩注浆等手段进行加固就能有效地支护高地压大变形巷道、跨采动压巷道、冲击地压巷道以及大断面硐室等。依托西山煤电集团大巷破碎段修复工程，完成了聚丙烯纤维混凝土钢筋网壳复合衬砌支护结构的室内模型试验，研究了复合衬砌的变形、破坏形态与发展规律。现场应用表明，在不降低支护的承载能力的情况下，与重型金属支架相比，该支护形式降低了钢材用量和混凝土回弹量，且具有良好的柔性，是软岩巷道一种优良的让压支护结构，具有较好的推广应用前景。

基于强度折减技术和极限分析上限定理，假定机动容许的速度场破坏面，考虑坡顶超载、水平和竖向地震效应影响推导了边坡稳定性安全系数的计算表达式。采用序列二次规划迭代方法（和内点迭代方法）对边坡安全系数目标函数进行能量耗散最小化意义上的优化计算，与多个算例的对比验证了其方法和程序计算的正确性；对影响土质边坡动态稳定性的一些因素进行了参数分析，分析表明：随着边坡倾角?、坡顶超载q、水平和竖向地震效应影响系数的增大，边坡稳定性安全系数显著下降；随着坡顶超载q、水平地震效应影响系数kh的增大、竖向地震效应影响系数kv的减小，边坡的潜在滑动面越来越深，潜在破坏范围越来越大。竖向地震效应对边坡稳定性也有一定影响，强震条件下的设计计算必须考虑竖向地震效应的影响。

在对地下爆炸地表震动特性进行分析的基础上，对地下爆炸地震效应的评价标准进行了分析与探讨，通过解析的方法，建立了地下爆炸地表运动计算模型和震动反应谱。计算结果表明：地下爆炸地表运动存在两组波群，在评价波对于建筑物的作用时应当考虑到第2波群中粒子运动的周期比第1波群的粒子运动周期长1.5～2.0倍；地面建筑物的响应取决于建筑物的固有频率、阻尼和地震的频率、振幅；对于小当量一次性爆破，震动频率高而震动时间短，可以忽略地表震动频率对结构的影响；但是对于大当量爆炸地震安全问题，不应当忽略频率的影响；对于双层建筑物，第2层结构的不稳定运动有大振幅的特点。

地基承载力问题是岩土工程领域最重要的研究课题之一。针对圆形浅基础地基，从空间问题着手，根据极限分析上限分析理论，选择合适的地基破坏模式及机动位移速度场，首次考虑了单元土体所受的侧向土压力对地基极限承载力的影响，同时考虑到土体自重及地面超载等因素的作用，推导出理论上更为合理的三维圆形浅基础地基极限承载力上限解。结合工程实例，用相应Matlab计算程序计算出上限解，并与实测值进行了对比，证明了其方法的合理性与实用性。

轨道交通11号线盾构隧道穿越苏州河将会对防汛墙的安全造成影响。为保证盾构顺利实施，拔高影响盾构穿越的桩基，采用双跨门洞式的结构型式对防汛墙结构加固改造。在保证防汛墙安全的前提下，为隧道穿越预留了足够空间。运用有限元数值模拟方法建立计算模型，对隧道穿越前后防汛墙结构的受力和变形形态进行分析。研究结果表明，隧道穿越前底板呈连续梁变形规律，长桩桩身中部和短桩桩端呈向外侧扩张的趋势，整个结构受力性状符合门洞式刚架结构的特性。隧道穿越后，底板的变形趋势与隧道穿越前变形规律相似，最大变形位于隧道上部跨中部位，而桩基变形形态则完全不同，隧道开挖引起长桩桩身中部和短桩桩端向隧道侧的变形，长桩呈挠曲变形，桩身最大变形位于隧道拱轴线附近，短桩呈刚体变形，最大变形位于桩端。经与实测沉降数据对比，盾构的穿越对防汛墙变形的影响处于可控状态，整体防汛墙计算沉降值与实测值较为接近。

岩体在风化过程中，其物理力学性质会随着风化程度的不同有所差异。结合均质岩体中压力型锚索受力特点，以及内部对称荷载作用下横观各向同性弹性体内的剪应力分布特点，推导出了压力型锚索在横观各向同性弹性岩体内的剪应力分布方程。假定风化岩体为横观各向同性弹性体，其弹性模量及剪切模量均按指数函数变化，分析结果表明：①由于风化岩体的弹性模量随着深度的变化，锚索锚固段的剪应力也随着岩体的弹性模量的增加（减小）而增加（减小）；②在承压板附近，锚索锚固段的剪应力随锚索孔半径的增加而减小，由于风化岩体剪切模量的变化，因而导致剪应力的变化量很大；③在承压板附近，锚索锚固段接触面上的剪应力随着垂直于岩体横向等向面的剪切模量的改变而相应的改变。研究成果可为实际工程中压力型锚索设计提供参考。

采用极限平衡理论对基坑坑底稳定性进行分析的方法是根据“确定性”的土体性质、滑动方式计算其抗隆起稳定系数，将运动单元法理论应用于极限平衡理论，并考虑强度折减原理，建立了适应不同类型滑裂面形式的坑底稳定性分析的“确定性”模型，在此基础上，考虑到坑底土力学性能的随机性及其强度参数不能满足约束条件的随机性，建立了机会约束的可靠性分析方法。针对圆弧滑动面和普-瑞法滑裂面进行计算比较，分析了不同滑动面圆心位置、坑底荷载、支撑荷载对支护结构插入比的影响，以及随机约束函数的置信水平对插入比的控制作用。以一工程实例实现了上述分析思想与方法。

Geddes应力法虽然实现了桩与桩之间的相互作用，但由于没有考虑筏板的刚度，无法实现桩与筏板的共同作用。对Geddes模型进行了改进，以实现桩与筏板的共同作用。通过一工程实例，验证了此改进模型的正确性，并利用此模型，阐述了通过调整桩的疏密布置进行设计的概念和方法，达到减小差异沉降、防止结构产生次应力和节约工程造价的目的。

盐胀是硫酸盐渍土的主要危害，硫酸盐渍土机场地基处理的关键在于减少盐胀。通过不同荷载作用下的盐胀试验，研究了荷载对不同压实度、不同含盐量的硫酸盐渍土盐胀的抑制效果，拟合了盐胀经验公式，探讨了换填覆重法硫酸盐渍土机场地基处理。压实度不宜太高，在满足道面承载力的条件下建议在90%～95%之间取值；道面2 m以下可以填弱盐渍土，建议含盐量不要超过0.5%；水分危险点危害最大，必须重视排水设计。给出了确定换填覆重法最小荷载及最小厚度的方法。计算表明，覆重荷载50 kPa基本能抑制含盐量小于0.5%的硫酸盐渍土的盐胀，采用砂砾石材料最小覆重层厚度约2 m。换填覆重法在西北地区硫酸盐渍土机场地基处理中具有较好的应用前景。

隧道变形失稳过程与破坏判据研究是地下工程的热点与难点之一。运用协同学与混沌动力学，分析了隧道变形失稳过程的非线性动力学演化特征，并将其划分为平衡、非平衡线性、非平衡非线性等3个演化阶段；从系统分析的角度，研究了整个隧道系统的涨落关联机制，建立了隧道变形失稳的动力学演化模型。在此基础上，分别给出了大数据量（≥3 000）与小数据量（ 3 000）条件下稳定性演化过程的动力学判别准则。结合隧道变形失稳的阶段性特征，建立了其破坏的混沌动力学判据。将以上研究应用于广州地铁某立体交叉隧道的稳定性分析中，验证了该动力学演化模型与判据的合理可靠性，对隧道稳定性状态的判别具有一定指导意义。

针对苏州轻轨1号线成层非均质土地基，选用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型，建立三维有限元数值模型，研究非均质土中盾构隧道施工对邻近承载桩基工作性状的影响规律。数值计算结果表明，随着成层非均质土中各土层软硬程度差异的增大，隧道开挖会在邻近承载单桩引起明显反弯点，且桩体沉降亦随之增大；位于上软下硬成层土中的承载单桩桩身正弯矩更大，且该正弯矩出现在桩身中上部的反弯点部位，而上硬下软成层土中的承载单桩下部出现更大的负弯矩；与均质土中同位置承载单桩相比，位于上软下硬成层土中承载单桩桩顶及桩端轴力均更大，而位于上硬下软成层土中承载单桩桩顶轴力则更小。不同竖向集中荷载作用下，非均质土中盾构隧道开挖引起的承载群桩中前桩水平位移沿桩身分布与同位置承载单桩重合，后桩挠曲程度小于承载单桩；盾构隧道施工对承载群桩内力的影响明显高于对变形的影响。

基于有限差分数值模拟，在合理选择地震动力分析阻尼参数的条件下，开展白鹤滩水电工程13#机组剖面地下洞群围岩地震响应研究，并结合小波包变换方法从加速度峰值及振动能量角度评价了地震波在岩体中的传播规律及洞室群不同区域地震响应的频谱特征。结果表明：地震波传播过程中强度随高程增加而增加，层间错动带有一定减震作用；小波包分解可以较全面地给出地震响应成分的频率分布；地震波的高频分量在岩体传播过程中逐渐衰减；在地下洞室群附近，岩体地震响应的加速度峰值和振动能量频谱特征以1～3 Hz频段为主，其他频段对岩体地震响应影响较小。

2003年2月24日新疆巴楚－伽师地区发生的6.8级地震中出现了自1996年唐山大地震以来我国大陆境内最为严重的砂土液化现象。以此地震液化调查为基础，检验包括我国规范液化判别方法、Robertson方法和Olsen方法的国内外现有静力触探试验为指标的液化判别方法的适用性。结果表明，我国规范、Robertson方法、Olsen方法在对巴楚地震液化场地判别中，总体上非液化场地判别成功率高于液化场地判别成功率，非液化场地的判别成功率分别为88%、71%和88%，但对液化场地判别成功率分别为55%、73%和45%，明显偏于危险，原因需要进一步查明，建立适合局部地区的液化判别方法应是未来必须进行的工作。

收集整理了阪神、通海、唐山、集集以及海城地震等5次大地震的液化资料，对比分析了场地特征，剖析了其差别和联系。分析结果表明，几次地震中液化层埋藏深度、液化场地地下水位深度差异明显，液化层和地下水位分布范围从小到大依次为通海地震、唐山地震、阪神地震和集集地震，液化层分别主要集中在0～2、2～6、4～6、2～8 m间，地下水位则分别主要集中在0～1、1～2、1～3、1～3 m间；集集地震液化层埋深和水位均分布最广，液化层埋深分布在0～20 m，地下水位则分布在0～9 m范围；几次地震液化层标准贯入击数集中范围相似，主要在5～15击之间，但范围差异显著，通海地震虽然地下水位和液化层埋藏深度最浅，但标贯击数均值最大，而集集地震标贯击数范围最广，最大超过30击；几次地震液化层剪切波速变化范围差异明显，海城地震在150 m/s以内，阪神地震集中在150～200 m/s，而集集地震集中在150～250 m/s，其均值接近200 m/s，且有波速250 m/s左右液化场地存在，以往认为场地剪切波速210 m/s以上可不考虑场地液化的认识有误。

作为具有大跨度、超浅埋等特点的千年古地下洞室群，龙游石窟吸引着众多前来研究的岩石力学家和工程地质学家。近些年来，龙游石窟的3号洞顶板多处出现了开裂和离层。安装在3-1号岩柱周围起支撑洞室作用钢柱上的应变片数值也发生了变化。据分析，这些现象出现的一个重要原因是3-2号岩柱强度降低引起洞室围岩受力条件的改变。利用FLAC3D数值软件，借鉴强度折减法，对3-2号岩柱强度降低引起上述变化的情况进行了模拟。数值模拟的结果可以较好地解释上述现象。在此基础上，进一步对3号洞顶板和其他岩柱的应力变化等进行了数值分析。结果表明：①3-2号岩柱的强度已有所下降，并有继续降低的趋势；②随着3-2号岩柱强度的降低，顶板的裂缝将不断增长、增多。其结果可为3-2号岩柱强度降低过程中洞室围岩力学行为的科学分析、预测及石窟的保护等提供依据。

在实际工程中发现，在强地震动作用下等效线性化方法低估了地表地震动的峰值加速度反应。通过与场地效应竖向台阵观测记录的对比分析证实了这一现象，其主要原因是等效剪应变水平的取值高于高频段实际剪应变水平，从而抑制了土层地震反应中的高频成份。若干分析表明，动力反应过程中土体的剪应变是随频率而变化的，且试验表明土体的刚度和阻尼是与剪应变相关的，据此假设土体刚度和阻尼是与频率相关的。基于这一假设，对传统等效剪应变的选取如何使得土层对基底地震动输入中的高频成分产生滤波效应的原理进行探讨，且通过频率相关的等效线性化方法对该原理进行证明。将该方法应用于Port Island场地效应竖向台阵的分析，并与实际地震动记录进行了对比，结果表明，较之传统等效线性化方法，能更加合理地考虑地震动输入中的高频成分。

以锦屏二级为工程背景，通过对猫猫滩闸址区域内断层的统计，得到断层数量与尺度的幂律关系，并通过分段线性拟合的方法估算了断层系统的尺度-数量分维发现，当断层迹长 0.1 km时，分维 0.487 5；当断层迹长 0.1 km时，分维 1.496 1。通过该尺度律关系，结合蒙特卡洛法，推演了更小规模的节理的空间分布。运用DDA数值计算程序，分析并模拟了大水沟地下厂房的开挖过程，获得了高度节理化的由开挖引起的应力、位移变化图。

滨海盐渍土可使用水泥、石灰、粉煤灰和高分子材料SH固土剂单独及联合固化，以提高土的强度、抗变形能力和水稳性。为研究各种固化方法固化盐渍土的抗变形能力和偏应力-应变特征，通过三轴UU压缩试验得到盐渍土和6种固化盐渍土的偏应力-应变曲线。曲线显示：水泥＋石灰类固化土呈应变软化型、石灰＋粉煤灰类固化土呈应变软化型、石灰类固化土呈应变硬化型。掺入SH固土剂，提高了固化土的浸水前后的强度，同时也增强了固化土的水稳性。掺入SH固土剂使固化土达到偏应力峰值所需的应变增加，即抗变形能力增强；0.9%SH固土剂+12%石灰+36%粉煤灰固化土具有适中的强度、良好的弹性变形和水稳性的优点，作为轻质路堤填料使用，还可减少滨海地区软土路基的沉降量，这使其成为滨海盐渍土的6种固化方案中的最适宜方案。

通过分析地基沉降预测模型，指出最小二乘的病态性会导致模型参数求解失败。应用正则化理论，基于矩阵求逆理论，提出了一种沉降预测模型参数的正则化无偏估计算法，说明了新算法的无偏性和方差最小性。在一定条件下，证明了新算法中正则参数的存在性，并给出了正则参数的计算公式。结合文献和工程实例进行的分析表明，新算法降低了矩阵条件数，减轻矩阵病态程度，能有效求得地基沉降预测模型参数。

为有效描述动力灾变过程中挡土墙附近土体的细观特性，并大量减小离散元模拟的颗粒数目，节省计算时间，利用离散-连续耦合动力数值模型，模拟了已有离心机试验中重力式挡土墙的地震响应。靠近挡土墙的土体区域用相互作用的离散颗粒模拟，远离挡土墙的土体采用连续模型模拟，编写结构的动力有限元程序并嵌入离散元软件中来模拟挡土墙。通过离散元软件PFC2D和有限差分软件FLAC2D的交互运算实现耦合过程。耦合方法的核心在于：①在离散-连续土体的交界面保证连续性；②模拟中离散区域土体的宏观性质与连续土体模型一致。为进一步满足以上两点，分别提出了新的边界耦合力提取方法和自振柱模拟方法。研究表明耦合方法可以从细观尺度上有效描述土体与结构的相互作用和关心区域的土体特性。

震害调查表明，当地下结构处于非均匀场地、软土层或在结构侧边存在软土夹层等复杂地质环境条件时，地下结构更易遭到损坏。因此，将对含有软弱饱和土夹层场地中地铁车站的地震响应进行分析。结合已有的单相介质和流体饱和多孔介质动力分析的显式有限元方法，考虑了土层中存在软弱夹层的情况，把软弱夹层模拟为流体饱和多孔介质，建立了适用于含软弱饱和土夹层场地中地铁车站结构地震响应分析的有限元方法；进行建模数值计算，分别给出了3条具有不同频谱特性的实际地震记录以P波形式入射下地铁车站结构关键位置的地震动响应，并分析了软弱夹层的位置、厚度等因素对地铁车站结构地震动响应的影响。分析结果表明，软弱夹层对地铁车站结构地震动响应具有非常不利的放大作用，且当软夹层位于地铁车站中部时，放大作用最不利。

考虑泥岩夹层和盐岩的弹性性质和稳态蠕变性质，通过数值试验方法计算层状复合盐岩体在单轴和低围压三轴荷载作用下蠕变变形过程中力学相互作用和变形时效规律，分析泥岩夹层和盐岩层因蠕变率不匹配对层状盐岩蠕变的影响，初步讨论了层状复合岩体的复合材料研究方法。结果表明，层状盐岩中泥岩夹层与盐岩因弹性参数不匹配产生的初始应力集中在蠕变过程中发生松弛，因泥岩夹层与盐岩层蠕变率不匹配导致两者之间应力重分布，泥岩夹层对盐岩层的蠕变有明显抑制作用。这些分析体现了层状盐岩蠕变过程的非线性性质，为建立层状盐岩体合理本构模型奠定了基础。

基于ABAQUS软件研发的显式有限元并行计算集群平台，建立地铁双层交叉隧道结构的三维精细化有限元分析模型，研究了近场强地震动作用下地铁双层交叉隧道的三维非线性地震反应特性，并与浅埋/深埋单层隧道的地震反应特性进行了比较，结果表明：双层隧道的相互作用效应对上、下层隧道顶、底部之间的相对水平位移差具有放大作用；对上、下层隧道的地震应力反应有减小作用；双层隧道上、下层左侧的地震应力反应大于右侧的地震应力反应，隧道拱肩和拱腰处的应力反应明显大于其他部位，拱肩为隧道结构的最危险部位；双层隧道下层顶、底部的峰值加速度反应大于上层顶、底部的峰值加速度反应；双层隧道相互作用效应对上、下层隧道地震反应的影响与双层隧道的交叉形式和基岩输入的近场强地震动特性有关。

电渗固结是加速软土固结、提高地基承载力的有效技术。传统的电渗固结理论假设土体的物理力学、水力学和电学特性均匀稳定，其理论解答与试验结果差别较大。针对电渗固结处理过程，对土体位移场、渗流场和电场的耦合特征进行了理论分析，根据电荷守恒原理、水流连续原理和Biot固结理论，建立了电渗固结过程的多场耦合控制方程；考虑土体相关特性参数的非线性关系，开发了有限元软件用于分析电渗过程中电场强度、土体位移以及超静孔隙水压力的变化特征。计算结果与理论数据吻合较好，能够反映土体相关特性参数非线性关系对结果的影响。软件能够为电渗固结系统设计提供参考依据。

初始地应力场是地下工程稳定性评价的基础。结合大连地下石油储备库工程，提出一种基于现场地应力实测资料直接反演初始地应力场的新方法。首先，通过现场实测地应力结果的统计分析，建立初始地应力与高程之间的关系；其次，由于主应力的方向与模型坐标轴方向不重合，进行应力变换；最后，基于FLAC3D的FISH语言编写函数，采用Hoek-Brown强度准则，直接反演大连地下石油储备库的初始地应力场。计算结果与实测结果的对比分析表明：直接法反演的初始应力场的拟合度较高，误差较小，可以满足工程的需要。该法是一种切实可行、简单有效的方法。

表征单元体（REV，或典型单元体）的存在是应用连续介质方法研究岩体问题的前提，因此，裂隙岩体表征单元体研究是岩体力学及岩体水力学中的一个基础问题，表征单元体的存在与否可以从不同物理参数的角度进行分析。从岩体块体化程度的角度对其存在性进行了较系统的分析，把岩体中由裂隙圈闭形成的孤立块体的总体积在岩体中所占体积百分比定义为裂隙岩体的块体化程度。介绍了GeneralBlock软件的基本分析过程，利用软件建立了三维裂隙岩体模型。根据国际岩石力学学会的裂隙分级，针对5个延展性级别、7个间距级别建立了35种岩体结构模型。利用GeneralBlock对这35种岩体进行了块体识别，分别讨论了这35种岩体结构的块体化程度随着模型范围变化的波动情况。由于所建立的岩体结构模型是随机的，对每种结构的每个研究范围进行了5次随机实现。结果表明，对所有的35种岩体，表征单元体的尺寸在4～8倍间距之间，不超过8倍间距。

利用Muki和Sternberg的虚拟桩法，研究了饱和土体地基中排桩对移动荷载引起振动的被动隔振效果。隔振桩作为一维杆，饱和土体满足Biot理论。利用已有的移动荷载作用下的饱和土体的自由波场解及饱和土体内部受竖向圆形分布荷载作用下的基本解，建立了频域内土-桩的第2类Fredholm积分方程。通过Fourier逆变换得到时间域内评价隔振效果的振幅比。与已知文献结果相比较，验证了方法的正确性。数值结果表明，荷载速度对排桩的隔振效果有一定影响，即在相同隔振系统情况下，单排桩对低速荷载引起振动的隔振效果比高速移动荷载效果好。同时，较高速时的最佳桩长比低速时要短。

复杂三维地质可视化和数值模型的构建是采矿、岩土及水利水电工程中常常遇到的关键问题。针对数值模拟软件在复杂矿区地质体模型构建及单元网格划分等前处理问题上存在的不直观、工作量大等缺点，结合矿业软件在复杂三维地质体建模的强大优势，在研究线框模型和块体模型差异的基础上，提出了基于线框模型的复杂矿区三维地质可视化及数值模型构建技术。根据线框模型特点不同，以地表和采空区模型为型，分别阐述了基于Surpac的表面模型和实体模型无缝转换成MIDAS/GTS数值模型的有效方法，并将该技术成功应用于冬瓜山铜矿复杂采空区群围岩稳定性研究中。结果表明，该方法是可行、有效的，从而为矿山开采设计、安全分析及复杂地质体结构的岩土工程数值模拟分析提供了一种新的建模方法。

冲击地压的发生与支承压力的分布有重要关系。为研究C型采场支承压力的动态变化规律，采用FLAC3D软件对孤岛工作面推进过程中煤体垂直应力场进行了数值模拟。通过对工作面推进过程中煤体支承压力的平面分布特征、走向支承压力和倾斜支承压力的动态演化特征进行分析，得到以下结论：① 煤体中垂直应力分布呈“C”形；② 孤岛工作面超前支承压力影响距离为正常工作面的3～5倍；③ 双工作面“见方”时，支承压力峰值达到最大值。工程实例验证了结论的可靠性，其结果可为现场冲击地压预测和防治提供依据。

基于离散单元法颗粒流理论，土体颗粒单元间采用接触黏结模型中来考虑冻土中冰的胶结作用，建立了冻结砂土的颗粒流模型。通过改变计算模型中颗粒单元的参数，模拟了在不同冻结温度以及不同围压下冻结砂土的宏观力学性质，并与冻结砂土的室内试验结果进行了比较，结果表明：颗粒流方法可以较好地模拟冻结砂土的应力-应变关系以及剪切带的发展变化过程，颗粒流细观参数对温度具有显著的依赖性。研究结果对离散单元法在特殊土中的应用具有一定的理论和应用价值。

针对目前岩土工程中锚杆数值模型存在的局限性，受商用软件中锚杆强度模型的启发而提出了一种适用于强度折减有限元法的锚杆强度模型，并建议了考虑锚杆强度折减的强度折减方法，研制了相应程序。该模型应用于岩坡锚固计算，计算结果说明了模型的有效性；应用于土质边坡稳定性评估计算，结果表明模型方便可行。

根据静载荷试验和数值模拟的结果，研究垫层厚度对水泥土搅拌桩复合地基沉降的影响规律。针对珠海地区广泛存在的淤泥质土，进行了天然地基和4种垫层厚度的水泥土搅拌桩复合地基现场静载荷试验。在地基中预埋沉降管和沉降磁环，利用带刻度的探头感应加载过程中沉降磁环位置的变化，获取地基的分层沉降量，据此分析复合地基的沉降规律。在现场试验的基础上，对水泥土搅拌桩4桩复合地基进行了数值分析，将数值计算得到的不同垫层厚度复合地基中桩、土的分层沉降进行比较，结果表明垫层的设置减小了桩的沉降量，但过厚的垫层不能够有效地提高复合地基的承载力，反而会增大沉降。建议对褥垫层厚度的选取，除了要综合承载力和沉降两方面因素之外，还要考虑实际的地质条件。垫层厚度可取20～40 cm，当淤泥层位于桩身中部以下取高值，位于桩身中上部取低值。