为了降低海底隧道施工风险，确保隧道施工顺利穿越海底几处风化深槽和风化囊区域，解决难以获得隧道围岩力学参数的技术难题，采用位移反分析方法建立了动态反演预测模型；作为比较，还简单介绍了弹塑性反演的一种全局优化方法。根据隧道典型断面实际监控量测的围岩拱顶沉降量和周边收敛位移量，结合先行服务隧道揭露的水文地质情况，进行优化反演分析，得到该类围岩初期支护后的等效弹性模量和等效侧压力系数。在相应的同类地质条件下，对后续将开挖的左、右主洞围岩采用边界元法进行正演数值计算，使之能为主洞施工方案比选以及支护设计参数调整与修正提供定量依据，做到信息化动态设计与施工。工程实例分析表明，利用正算反演分析法得出的围岩等效力学参数是可靠的，可据此对类似地质条件下主隧道围岩进行正演计算分析，预测主洞围岩的变形破坏模式，判断其围岩稳定性。位移反分析法是隧道施工变形理论预测分析与工程实际相联系的有效平台，为工程设计施工技术决策提供了一种切实有效的途径。

应用突变理论建立了承压水底板关键层在动力扰动下失稳的双尖点突变模型，探讨了动力扰动诱发煤层底板关键层失稳的机制，给出了关键层在动力扰动下失稳的判据，揭示了关键层动力失稳的机理。研究表明，关键层破坏与否，不仅取决于关键层的内因如几何尺寸和岩石的性质等，还取决于外部作用力的大小和方式；承压水等静载荷作用对关键层结构振动频率的变化有一定的影响；对于受承压水等静载荷作用的底板关键层，不同的动压，如扰动的幅度、作用时间和频率的不同组合会对底板关键层结构产生不同的影响，有的是弹性振动，有的是稳定破坏，有的是突然断裂或失稳。

针对传统一维大变形固结理论不能考虑土体次固结变形的缺点，在连续介质力学有限变形理论和土力学固结理论基础上，提出了全新的一维大变形主、次固结耦合模型。该模型采用超静孔压为控制变量，可以分别表述为欧拉坐标、拉格朗日坐标和固相体积坐标等三种形式，其中均可以显式地反映出土体重度变化、固相速度、地表沉降速度、地下水位变化、荷载变化和次固结等6个因素的影响。在不同简化条件下，新模型可以分别退化为以往学者提出的相关模型。当不考虑次固结效应时，新模型与经典的Gibson大变形固结模型完全等价。从便于工程应用的角度而言，新模型中仅考虑次固结和外荷载变化的退化形式更便于求解，可作为一种供参考的实用模型。

采用不同工况的载荷试验、室内常规土工试验和易溶盐试验，分析了碎石土的荷载-沉降曲线特征，探讨了碎石土的湿陷性与湿陷机理。结果表明：碎石土在200 kPa稳定后浸水，再加荷到400 kPa，载荷试验荷载-沉降曲线呈折线型，明显分为三个阶段：压缩变形阶段，湿陷变形阶段，复合变形阶段。场地中4 m厚碎石土具有湿陷性，且湿陷性不均匀。 碎石土湿陷的机理在于其结构是疏松的单粒架空结构。骨架颗粒间存在架空孔隙，且部分架空孔隙由砂质颗粒集合体充填；骨架颗粒间呈点与点接触，或者主要通过黏粒、黏土矿物、易溶盐组成的胶结物而联结在一起；在浸水加荷过程中，黏粒周围薄膜水增厚、粘土矿物自身产生膨胀、易溶盐溶解，导致胶结物的胶结强度丧失，结构失稳，发生湿陷。

提出了用于非饱和原状黄土增湿的蒸汽增湿方法，给出了蒸汽增湿试验步骤，通过对比试验分析确定了适宜的试验参数，从增湿后水分分布是否均匀、土体密度是否改变等方面论证了蒸汽增湿方法的有效性。对含水率的测试结果表明，微波炉法测试结果能满足精度要求，酒精燃烧法在测试较高含水率时误差较大。进一步应用蒸汽增湿法得到的不同含水率原状土样测定了非饱和黄土冻融后的强度指标，揭示出当非饱和原状黄土含水率过低时，冻融作用对黄土的粘聚力值基本没有影响，当含水率较高时，经历冻融循环后黄土粘聚力值较冻融前降低，冻结温度越低以及冻融循环次数越多，降低值越大。经历冻融循环后黄土内摩擦角值较冻融前增加，冻结温度越低，增加值越大。在含水率较低时冻融循环次数几乎不引起内摩擦角值发生变化，在含水率较高时冻融循环次数越多，引起内摩擦角增加值越大。

依据第Ⅰ部分所提出的非连续子母块体理论模型，应用Visual C++语言开发了基于Windows的面向对象的非连续子母块体计算分析模块。通过斜面滑块、两块体相互作用、悬臂梁端部受力等算例验证了所提出的非连续子母块体理论模型及所开发的计算分析模块的可行性与有效性。将开发的计算分析模块应用于石拱桥受极限荷载发生破坏失稳的工程实例中，通过与其他算法的计算结果进行对比讨论，证明了非连续子母块体理论模型在处理材料破坏问题方面的优越性。

在隧道施工过程中，围岩的应力条件非常复杂，研究复杂应力路径下围岩渗透性能的变化规律对在高水压地区修建隧道具有重要意义。以锦屏水电枢纽二级电站交通辅助洞大理岩为研究对象，进行了常规三轴渗透试验与控制轴向应变（简称应变 ）、围压先升后降的三轴渗透试验，探讨了轴压与围压之差的绝对值 （简称应力差）与渗透率的关系。试验结果表明: (1)常规渗透试验大理岩渗透率的变化过程有3个重要的特征点：渗透率最低点、渗透率峰值点以及渗透率稳定点；(2)大理岩的渗透率随着应力差的增大而减小，两者呈负指数关系；(3)对某一固定的应力差，升围压阶段测得的渗透率大于降围压阶段测得的渗透率；(4)对任何试验岩样总存在一阈值，当应力差小于该值时，应力差的改变对渗透率有显著影响；(5)应力差减小过程中岩样渗透率的“恢复能力”随着岩样轴向应变的增大而逐渐减弱。

对某级配粗粒料采用混合法、剔除法、等量替代法和相似级配法等4种不同缩尺方法进行缩尺。缩尺后替代级配料的最大粒径分别为10、20、40和60 mm。对各替代级配料进行了相对密度试验。同时，为完善试验成果，又人工随意配置了3种级配料用于试验。最大、最小干密度试验分别采用振动台法和松填法。研究同一原型级配料不同方法缩尺后各级配土石料在同一压实功能情况下的最大、最小干密度与土料级配参数、最大粒径之间的关系。提出了一种将干密度与级配之间关系归一化的方法，并拟合了干密度与Cu、Cc及最大粒径之间的关系，据此可推求原型级配料的最大干密度。

在地质环境下，岩石表现出众多复杂的工程特性和现象，且都与其内部微细结构的形态和变化有关。定量给出岩石细观结构特征参数并研究其与宏观力学作用之间的关系，能够进一步了解岩石的力学变形特性。对某水电站引水隧洞围岩大理岩试样破坏断裂断口采用电镜扫描，得到断口处的SEM大量信息，然后利用计算机图像处理分析技术，借助模式识别理论，以微细结构要素的信息提取和量化为主要的研究内容，探讨了岩石微细结构与宏观力学行为的关系。通过定量的岩石细观结构试验研究，从细观尺度了解岩石破坏机制具有重要意义，对分析和评价岩石的工程性质及其对工程建设的适应性也有着明显的现实性。

衬砌与围岩是水工隧洞的主要组成部分，内水压力是其承担的主要荷载之一。采用轴对称计算模型，以衬砌与围岩间接触应力状态为判断标准，研究了衬砌混凝土开裂前后围岩渗透系数、变形模量等材料参数对衬砌与围岩联合承载特性的影响，详细地介绍了透水衬砌的设计方法和计算过程，以混凝土最大裂缝宽度为控制标准，编制了透水衬砌结构计算与配筋设计程序，并给出了算例验证。计算结果表明，围岩渗透系数是隧洞结构设计的关键，与围岩变形模量具有同等重要作用；围岩透水性越差或变形模量越低，衬砌与围岩越容易脱开；与混凝土开裂前相比，混凝土开裂后，衬砌与围岩更容易脱开；与钢板衬砌方案相比，钢筋混凝土衬砌方案可以很大程度地减小钢材用量；建议高压钢筋混凝土衬砌隧洞设计、施工时，应尽可能地保持围岩的完整性，并进行细致周密的固结灌浆，以增强围岩抗渗能力。

试验研究了岩石应力-应变全过程的声发射特征，得到岩石试件在初始压密和弹性阶段撞击数少、能量低、振幅小、无事件数产生；应变硬化阶段撞击数骤增、能量高、振幅大、有大量事件数产生；应变软化阶段撞击数骤减、能量低、振幅小、有事件产生。因岩石每个变形阶段产生的声发射特征不同，则可以用声发射方法研究岩石的微观损伤演化和预测现场工程岩体的宏观断裂失稳过程。根据岩石声发射损伤三维定位的试验研究结果，其损伤的发展具有分形特征和统计自相似性，且岩石声发射事件数的演化过程可以用触发—生长—触发的链式生长模型来描述，通过事件数可以观察岩石微裂纹的演化过程，且岩石微裂纹的演化可用Logistic方程来描述，因而岩石的损伤演化具有分叉和混沌特征。

运用最新研制的80 t三维多功能土工试验机对粗粒土与结构接触面在3种典型法向边界条件下的三维力学特性进行了试验研究。结果表明，接触面法向边界条件对其力学特性有重要影响，不同法向边界条件下接触面表现出了一些相似和不同的力学响应：(1)接触面总体上剪缩或有剪缩趋势，但数值不同；(2)除常应力条件外，接触面切向应力-切向位移关系曲线同一循环内一般不闭合，不同循环也不重合；(3)3种法向边界条件下接触面应力比-切向位移关系曲线同一循环内基本闭合，不同循环也基本重合，且形状较为相似，均呈椭圆形；(4)接触面静、动抗剪强度指标随法向边界条件变化不大，但动抗剪强度则差别很大。

大量研究表明，岩石经历塑性变形时其弹性参数会发生变化，即存在弹塑性耦合现象。为了研究岩石的弹塑性耦合特性，进行了两种大理岩的循环加、卸载试验。试验结果表明：与常规试验对比，循环加、卸载试验对岩石的变形、强度及破坏形态影响较小；弹性参数随塑性变形的变化显著，考虑弹塑性耦合时，弹性参数取体积模量和剪切模量更为合适；基于Mohr-Coulomb屈服准则，计算得到了强度参数，即黏聚力和内摩擦角随塑性内变量的演化规律。所得结论将为岩石弹塑性耦合本构模型的建立提供基本的试验支持。

通过现场试验研究了岩质边坡中压力型锚索的受力和破坏机理。试验锚索采用130 mm孔径，6束标准钢绞线，符合实际工程的常用锚索规格。严格控制锚固段与非锚固段尺寸，设置了不同的锚固段长度用以研究锚索的抗拔力学性能。试验获得了岩质条件下足尺压力型锚索的荷载位移全曲线。用应变砖测试了锚固段注浆体在受力过程中的应变规律，测试结果与理论计算的结果吻合。对试验结果进行分析发现，在较软岩条件下，试验锚索的最佳锚固长度在2 m左右。压力型锚索的位移延性性能非常优秀，在锚索整体位移较大时还能维持较高的承载力，可以提供良好的破坏预警。根据实测的轴向应变发现，随着锚固长度的增加，应力传递长度也略有增加。提出压力型锚索的破坏要经历局部塑性，整体塑性两个阶段。

岩体是岩石块体和分割这些块体的边界的组合体。沿边界面(结构面)的局部剪切变形使得位移场产生间断，对岩体的力学性能产生巨大的影响。采用光滑函数组合来描述滑移面上的间断，得到反映岩体沿着边界局部剪切的数学模型。利用此局部剪切模型得出了应力–滑移关系具有强化阶段时圆形坑道围岩自身承载能力的解析表达式，研究了岩体滑移面对坑道围岩自身承载能力的影响。通过分析得到，自承能力在深部坑道围岩的稳定中发挥了重要作用，应力–滑移关系的强化段对围岩承载力有着很大的影响；围岩压力与坑道的埋深、坑道的尺寸以及围岩的物理力学性质等具有直接关系；围岩出现不稳定的动力现象(岩爆)与此岩体参数m关系极大，而岩体参数与接触面的软化程度、能量转移、耗散结构的几何尺寸以及弹性模量有关。

为研究季节冻土地区冻融作用对道路边坡土体抗剪性能的影响规律，在不同冻结和融化温度、不同冻融循环次数、开放和封闭体系条件下对冻融饱和原状粉黏土试样进行了不固结、不排水剪切试验。试验结果表明：饱和原状粉质黏土冻融后，黏聚力降低，内摩擦角增大，冻结温度越低，冻融作用对黏聚力和内摩擦角的影响越小，随着冻融循环次数的增加，5～7次冻结循环后二者的变化逐渐趋于稳定。水分补给会强化冻融作用对试验土抗剪性能的影响；融化温度对试验土的抗剪性能影响很小。

针对土石混合体填筑路堤工后沉降的非线性蠕变特性，提出了一种能考虑材料非线性黏弹性变形的蠕变模型。基于目前对土石混合体蠕变机理研究，将路堤工后的蠕变沉降部分考虑为非线性的衰减蠕变过程，建立了修正的Kelvin模型、广义修正模型，且得到了模型参数的识别方法；通过对修正模型分析表明，非线性常数取值对蠕变曲线变化有较大影响，修正模型的蠕变长期应变值比Kelvin模型要小；结合相关文献中对土石体填料的蠕变试验研究资料，用修正Kelvin模型对试验结果进行拟合，并对参数进行了反演，反演效果良好。修正模型的建立可为编制非线性黏弹性数值计算软件提供理论基础。

对兰州、洛川、杨凌地区黄土在不同含水率与不同应力状态下进行动扭剪三轴试验，测定了黄土的动剪应力-应变关系曲线；同时，依据Hardin-Drnevich双曲线模型，改进了基于动剪应力考虑的土结构性定量化参数，并应用该参数对三地区非饱和黄土的动力结构性进行了分析。结果表明，三地区非饱和黄土的动力结构性参数随动剪应变的增大先降低，而后保持在一个稳定的水平；含水率与固结应力对黄土的动力结构性影响显著，在相同的固结应力条件下，含水率越低，黄土的动力结构性参数越大，在相同的含水率条件下，固结应力越小，黄土的动力结构性参数越大；在相同的条件下，杨凌地区黄土的动力结构性最强，洛川地区黄土次之，兰州地区黄土最弱，即黄土的动力结构性在地理空间分布上存在从西北向东南方向增强的规律。

与山岭隧道所不同，采用矿山法修建水底隧道，二次衬砌将承受很大外水压力，特别是穿越饱水破碎地层时，具有很大的施工风险。以厦门翔安海底隧道为工程背景，针对F4风化深槽地层，研究不同水位条件下，衬砌荷载与排放流量及排放方式之间相关关系。研究得出：当控制排放量为全排条件流量1/3左右时，可卸掉80%外水压力；从环境和经济角度考虑，可将出现拐点折减系数0.2作为水底隧道限量排放的设计基准值；从支护结构体系组成考虑，对于F4强风化深槽破碎围岩，必须施作注浆圈，才可以保证在水压、土压共同作用下衬砌结构安全，结果显示施作注浆圈能够减少衬砌作用荷载30%～40%，提高安全系数几乎一倍；从主体结构受力特征看，水底隧道最不利受力位置在墙脚和仰拱，因此，无论是防水型还是排水型隧道，均应对仰拱形式及支护参数加强设计。

隔堤填筑路堤或沿原河堤加宽是高等级公路经常采用的改扩建方式，路堤填筑后对原河堤的稳定性将产生怎样的影响，路堤自身的稳定性及变形破坏具有何特征，是目前沿河公路扩建工程中亟需解决的问题。结合依托工程的现场勘察和室内外试验结果，建立有限元模型，对路堤填筑前后及不同水位渗流条件下原河堤及路堤的稳定性进行了模拟计算和分析。计算结果表明：路堤填筑有利于提高原河堤的稳定性，稳定安全系数可提高约26%；隔堤填筑的路堤受多因素共同作用，容易产生较大的差异沉降，且工后固结时间长、沉降量大，工后沉降达总沉降的35%左右；隔堤填筑的路堤一般仅在远离原河堤一侧边坡发生剪切失稳破坏，渗流对路堤稳定性的影响较小，且不会改变路堤的破坏模式。数值模拟计算可以在工程实施前揭示隔堤填筑路堤的稳定性及变形破坏模式，从而为后一步的工程对策设计提供依据和参考。

结合大量土质隧道围岩破坏调研资料和室内模型试验，研究土质围岩破坏的位置和形态，以破坏位置和特点探讨了土质围岩的破坏模式，并对各破坏模式进行了定义。研究表明，土质围岩破坏模式有未支护段破坏模式、掌子面破坏模式、未支护段和掌子面同时破坏模式及不发生破坏4种；未支护段破坏模式可分为自稳破坏、进尺破坏和不破坏；未支护段自稳破坏模式主要受洞形跨度和跨高、围岩条件控制，而进尺破坏模式主要受进尺和围岩条件控制；掌子面破坏模式的破坏面可近似为对数螺旋曲面或斜平面，未支护段破坏模式的破坏面可近似为抛物线曲面，未支护段和掌子面同时破坏模式的破坏面近似为数螺旋曲面或斜平面和抛物线曲面相交。

利用可靠度分析方法代替传统的安全系数法来分析基坑围护结构的整体稳定性，考虑岩土参数的不确定性和空间变异性，对土性参数进行空间折减可显著提高可靠度分析的精度。结合工程实例，分析了参数均值和变异系数对基坑整体稳定性可靠度指标的影响。分析表明，可靠度指标β对土体黏聚力c、内摩擦角φ、地面超载q及支护桩嵌固深度hd的均值变化的敏感性较安全系数K对上述参数的敏感性强；c、φ及hd值的变异性对β值影响较大，地面超载较大时，其变异性对β影响较为显著；采用可靠度指标β评价基坑整体稳定性较安全系数K更加合理。

通过对桩板墙挡土板的受力变形特征分析，指出桩间采用柔性挡土板时，作用于挡土板上的土压力相对较小。在对比分析拟化简仓法与卸荷拱法的基础上，针对当前挡土板土压力计算中存在的问题，对柔性板桩板墙加固斜坡填方地基展开试验研究，并重点研究桩前、桩后施工挡土板时墙后土压力的分布规律。通过对布置在挡土板上的位移计及预埋的土压力计进行监测，结果表明，挡土板布置在桩前时其挠曲变形及承受的土压力值较小，且桩间土拱效应更易得到发挥。挡土板上土压力自上而下多呈抛物线型分布，而作用于桩背侧的土压力分布相对复杂。通过对桩后布置挡土板的土压力分布规律进行为期21 d的监测，研究了土压力变化的时间效应。

随着西部山区的基础设施建设进入迅速发展的阶段，越来越多的高填方工程正在或将要兴建，而对填料力学性质的认识也就成为决定这些高填方工程安全性的重要因素。通过一系列大型三轴试验，对分布于云南等地的陡坡寺中微风化料的剪切力学特性进行了研究。结果表明，陡坡寺中微风化料与典型堆石料的力学特性有很大不同，其强度较低，并且应力-应变关系、强度和刚度等特征都比较接近于细粒土。另外，水对陡坡寺中微风化料的力学特性有着显著的影响，其遇水后强度大为降低，因此,在设计和施工中必须予以充分考虑。对试验数据的拟合表明，邓肯-张模型能较好地模拟陡坡寺中微风化料在不同围压下的应力-应变关系。

巴东新城区巴东组第3段(T2b3)内广泛分布软弱带，通过钻孔岩芯分析、地表调查、X射线衍射、电镜扫描和物理力学性质试验，研究软弱带的特征。白土坡和西壤坡库岸深300余米的监测孔显示，库岸斜坡巴东组第3段内发育有13层贯通的软弱带，表现为富含黏土质的软弱夹层、碎裂岩软弱带、溶蚀改造软弱带和软岩软弱带。软弱带的矿物成分以绿泥石、伊利石、石英和方解石为主，黏土矿物含量变化较大，多者可达70%。软弱带经历了层间剪切变形，并牵引周围岩体形成较宽的破劈理或碎裂岩带，其微观结构显示的擦痕及矿物定向排列线理，揭示了软弱带经历了顺层剪切滑动，并伴有重力蠕滑特征。软弱带物理力学试验显示；在反复剪切和地下水长期作用下，其剪切强度将大幅下降。这些特征说明，三峡水库全面蓄水后，软弱带在地下水长期作用下必将加剧库岸斜坡的深部形变，进而发生沿软弱带的深部蠕滑。

针对变截面群桩基础高墩的几何特性，将桥墩与群桩基础简化为空间整体，在考虑桥墩变截面特性及桩土相互作用的基础上，提出群桩基础变截面桥墩分析模型；将分析模型分解成群桩基础的刚体变形与桥墩的弹性变形两个部分，分别基于能量法与有限单元法求解相应的自振频率，并采用Southwell频率合成法，将整体计算模型表示成两个部分的合成，从而导出变截面桥墩的自振频率，通过算例证明该方法的实用性，并分析了桥墩参数对自振频率的影响，获及了一些定性的结论。结果表明，变截面高墩自振频率的计算分析中，桩-土相互作用的影响不容忽视，考虑桩土相互作用和桥墩本身的非线性更符合工程实际。

以齿坎式挡土结构物现场抗滑试验为研究对象，运用强度折减的有限元方法，研究了齿坎长度分别为0、0.7、1.0 m的挡土结构物的极限抗滑力和齿坎式挡土结构物的滑动破坏模式，以及位于软弱地基中齿坎在挡土结构物中的抗滑机理，提出了齿坎式挡土结构物的综合稳定性安全系数的概念。研究表明：理论研究结果能很好地表征现场试验成果；随着齿长的增加，齿坎式结构物由滑移破坏转变为倾覆破坏；强度折减的有限元方法进行挡土结构物的极限设计是完全合理的，该方法可应用于齿坎式挡土结构物的工程设计中。

利用疏浚土有机质含量高、吸附能力强和低渗透性等特点，探讨将其作为填埋场黏土衬垫改性材料的可能性。针对粘土垫层所关心渗透性及强度两个基本问题，比较了粉质黏土、改良土（粉质黏土添加疏浚土）吸附离子前后的变化。吸附K+、Cu2+后粉质黏土、改良土的渗透系数随着土中离子含量的增加而增大,但对改良土渗透系数的影响要小于粉质黏土；吸附离子后，粉质黏土摩擦角增幅不大，黏聚力有较大增长，而改良土的黏聚力增长较少，摩擦角增长较快。总体而言，添加一定量的疏浚土能改善吸附离子对黏土垫层的影响。采用SEM电镜试验拍摄了离子吸附前后土体微观结构的变化，并从扩散双电层理论出发，解释了吸附离子对粉质黏土及改良土的影响。

沉桩会对码头边坡稳定产生不利影响，一是引起桩周土体超孔隙水压力的急剧上升，导致土体有效应力降低；二是沉桩的振动加速度会产生对边坡稳定不利的瞬时惯性力。对于灵敏度低的土质岸坡来说，前者是影响其稳定性的主要因素。考虑沉桩时初始超孔隙水压力的分布，根据Biot固结方程超孔隙水压力消散解的一般表达式，建立了沉桩引起的超孔隙水压力随时间消散的解析式，在条分法的基础上考虑沉桩产生的超孔隙水压力的不利影响，建立了沉桩时边坡稳定安全系数的计算公式。根据沉桩顺序对某码头进行边坡稳定分析，结果表明：考虑打桩作用的岸坡稳定安全系数明显降低，沉桩产生的超孔隙水压力逐渐消散，边坡稳定安全系数随沉桩工序历时变化，施工中期由于超孔隙水压力叠加，岸坡最危险，沉桩结束3个月以后，超孔隙水压力基本消散，边坡稳定安全系数接近不考虑沉桩时的值。工程中要根据打桩计划进行边坡稳定计算。

结合十漫高速公路云岭隧道建设，分析了隧道底鼓的形式和发展过程，研究了影响隧道底鼓的多个因素，在分析隧道仰拱稳定性的基础上，推导了隧道底鼓的表达式，并通过现场监测对其进行了验证。通过对隧道底鼓机制进行分析，正确认识了围岩的变形破坏机制，提出了隧道底鼓的治理措施。其研究结果不仅为优化隧道的支护体系提供了依据，同时对指导隧道现场施工，确保施工安全具有重要意义。

在幂律型浆液平板窄缝流动模型的基础上，推导出了桩端后注浆浆液上返高度的计算公式。并对上返高度随注浆压力、桩埋深、桩径、泥皮厚度的变化情况进行计算分析，分析结果表明，在其他条件一定时，变形模量越大的土层，浆液上返高度越小；注浆压力越大，浆液上返高度越大；桩埋深越大，浆液的上返高度越小；桩侧泥皮越厚，浆液的上返高度越大。通过工程实例验证了本文计算结论的适用性。

介绍了一种提高单孔法剪切波速测量精度的新方法-多重互相关函数法。考虑到判断场地剪切波到时差的困难，提出了用多重互相关函数来求得两剪切波的到时差。互相关分析可求取两相似信号的到时差，但当两信号相似性比较差时，所求得到时差的误差较大；自相关函数本身可进行多重自相关分析，互相关函数结合多重自相关函数后，也可以进行多重互相关分析来求取两相似信号的到时差。试验表明：相比互相关函数，多重互相关函数可改善触发信号和井中三分向探头输出信号的相似性及更好地抑制噪声，因此能更精确地计算出触发信号和井中三分向探头输出信号的的到时差。基于此原理设计了剪切波波速的测试系统,此系统能自动分析出测点的剪切波速和形成完整的报告。

基于盾构隧道衬砌结构接头的构造特征，建立了接头的力学模型，将接头位置管片间的相互作用离散为一系列由剪切弹簧和法向弹簧组成的组合弹簧，根据得到的节点弹簧应力或法向位移在计算过程中动态调整弹簧刚度参数，将接头模型应用到衬砌结构计算中。该方法可以综合考虑衬砌结构的横向和纵向结构性能，计算管片和接头的内力与变形以及接缝的张开量。采用上海长江隧道衬砌结构整环试验结果对计算模型进行了验证，结果表明该模型能比较合理地模拟衬砌结构的变形特性。

微型桩组合抗滑结构是指把若干根以一定间距排列的微型桩在顶部用板体连接起来，以抵抗滑坡推力的一种新型支挡加固结构。因其具有桩径小、施工快捷、施工人员安全保障高、经济性好等优点，可用于中小型边（滑）坡的治理工程中，尤其是快速抢险工程。根据此种结构的一般受力特征，在计算桩体内力时，提出把该结构在滑面以上的部分视为在滑坡推力作用下的刚架结构，等效分解后对各桩按弹性地基梁利用m法进行解析，其间考虑了受荷段桩间岩土体对桩的推力作用，各桩体在滑面以下的部分视为弹性桩利用k法进一步计算，于是按照先分析上半部分再计算下半部分的方法可确定出该结构内力。分析结果表明，各微型桩承受轴力、弯矩和剪力，其中轴力作用更为主要。以该类结构在四川省广巴高速公路路堑边坡工程中实际应用为例，通过试验说明了所提算法的合理性。

近10多年来，二灰改良土以其造价低、有利于环保、后期强度高等特点，已普遍用做路面的底基层和基层。通过对素土和不同比例的二灰土改良土进行动强度，动弹模试验，研究二灰含量对动力参数的影响，并列出了几种配比的试验结果供比较和参考。试验结果表明，二灰含量不宜大于40%，否则意义不大，且不经济。

在CFG、PHC等刚性桩桩顶加设50 cm厚筏型钢筋混凝土形成板桩板结构控制深厚软土路基沉降，是高速铁路建设中提出的新型地基处理形式，以满足高标准铁路路基变形要求。通过对群桩处理的深厚软土路基在有无钢筋混凝土板时路基沉降的离心模拟，重点研究了钢筋混凝土板对路基沉降的控制作用以及桩、板与土体之间的相对变形。试验结果表明，在群桩处理地基上部铺设一定厚度的钢筋混凝土板，可以使路基整体沉降减小12 %，并使路基整体沉降更加均匀；桩端平面上部1/3桩长范围内土体由软塑状态转变为硬塑状态，密度和含水率变化显著；加载作用对路基变形影响深度大于40 m。

由于泥质岩富含黏土矿物，尤其是成岩程度较低的中新生代泥质岩常具有显著的膨胀性，而成为膨胀岩的主要类型。在对现有膨胀岩判别指标进行全面分析后，提出以蒙脱石含量、胶结系数和比表面积作为泥质岩膨胀性判别与分级的三大指标。基于投影寻踪模型方法，以新疆大坂隧洞工程中采集的20个泥质岩样为样本进行了分析。根据20个样本最优投影值的移动平均趋势线，该处泥质岩的膨胀性可分为非膨胀、微膨胀、弱膨胀和强膨胀4个等级。与较为常用的岩块干燥饱和吸水率指标判别结果基本一致，结果表明，所选指标和方法是可靠的。

在满足承载力控制和沉降量控制要求的基础上，采用数值模拟的方法分析最优桩长和桩间距，完成了深层搅拌桩复合地基的优化设计，以达到满足建设需求的同时最大限度地节省建设费用的目的。根据深层搅拌桩复合地基的特点，讨论了复合地基承载力特征值的计算方法，分析了沉降量的构成，对沉降计算方法进行了探讨，并选用单位元法和分层总和法来评价复合地基加固区和下卧层的压缩性。结合深层搅拌桩复合地基的设计要素、承载力、荷载压力、沉降量等指标和具体数值参数，通过设置最优桩长和桩间距来求取满足承载力要求的最小总桩长，并通过编程实现了优化过程。通过程序计算，得到了一组满足地基承载力要求的桩长、基础底面积、置换率的最优数据组合，实现了对深层搅拌桩复合地基的优化设计。

为了描述岩土颗粒介质在应力波作用下的接触力与变形关系，运用接触力学和刚体动力学等理论方法，考虑颗粒体之间的局部非线性相互作用，通过引入恢复系数，导出了适用于低速冲击情况下的颗粒介质弹塑性接触模型，通过几种算例的比较分析，说明了该计算方法的合理性。结果表明：本文给出的接触力与变形关系，避开了复杂的增量形式和非线性动态接触问题，且反映了颗粒体的冲击速度、物理力学性质、几何特征以及表面物理条件等因素对接触过程的影响，便于工程推广应用。

围岩的稳定性评价是一个复杂的不确定系统问题。采用粒子群算法优化投影寻踪方法，并结合属性区间识别理论，建立了围岩稳定性评价的投影寻踪权重-属性区间识别模型。选取5个围岩稳定性影响因子作为评价指标，通过构造属性测度区间函数计算单指标属性测度区间，利用基于粒子群优化的投影寻踪确定各评价指标的权重以计算综合属性测度区间，应用置信度准则和评分准则对围岩的稳定性进行属性识别。实例研究表明，该模型能有效的解决围岩稳定性评价问题，且评价结果科学可靠；评价模型采用投影寻踪确定权重，避免了权重确定中的主观性和随意性，保证了评价工作的客观性和准确性。

为了深入研究深基坑开挖中不平衡堆载作用下支护结构的内力和变形，运用岩土工程有限元软件PLAXIS模拟了不平衡堆载下深基坑开挖全过程。计算结果表明，在不平衡堆载情况下，基坑两侧围护结构内力、位移都存在较大差异，在设计时需要分别考虑支护结构参数。同时，通过大量工况的计算比较，定性地总结出了一些基本规律，为不平衡堆载作用下基坑支护结构的设计提供有益的参考。

对土介质中的全长注浆锚杆进行了固有特性分析，推导了锚杆固有频率和固有振型的计算公式。考虑对永久震动环境中能否设计永久锚杆缺少经验，对所涉及的列车激励场地做了动力测试和频谱分析，以避免使支护构件的自振频率接近该场地中外界激励的优势频率和介质的一阶卓越频率。研究表明锚杆一阶纵向自振频率、场地卓越频率、列车优势频率分布于不同的频带，列车激励不致造成锚杆的共振。通过这一分析，为进一步认识锚杆支护结构在复杂环境下的适用性问题提供了参考。

煤与瓦斯突出是煤岩-瓦斯系统远离平衡状态下的高度非线性行为，是井下开挖引发的最复杂的动力灾害。对混沌理论作了简要回顾，在该理论背景下研究煤与瓦斯突出演化过程的特性，得到煤岩系统在突出前处于嵌套层次较低的混沌态，而短暂时间内雪崩式突出一系列可简化为球壳形式的煤体形成孔洞是处于阵发混沌态有节奏的快速迭代阶段和突出停止后处于状态稳定的平衡态的认识。鉴于描述复杂性问题各类非线性映射所表现出的普适性质，在数学上可用Logistic函数 及其复合函数 为核函数的阵发混沌态迭代运算，来对突出的发生、发展和终止行为进行描述，并给出核函数中相对孔深 和突出参数 的初步形式。该研究可深化和丰富对突出物理本质的认识。

根据数值计算提出了在地下洞室开挖爆破中，确定围岩松动圈的方法。给出了地下洞室开挖爆破的三维弹塑性损伤有限元计算方法。该方法论述了爆破荷载、重力荷载和开挖荷载的计算、施加以及迭代的方法，可以合理反应爆破对围岩稳定的影响和锚固支护施加的效果；结合岩石松动圈的实测方法，推导了判定围岩开始松动的损伤系数阈值公式，可以结合数值计算得到的洞周围岩损伤系数分布，确定在开挖爆破作用下围岩松动圈的范围。对实际工程的分析计算表明，根据数值计算判定的围岩松动范围与实测松动范围的规律基本一致，量值吻合较好，其结果为地下洞室开挖爆破的围岩松动圈的确定提供了有效的方法。

基于塑性力学上限理论的边坡稳定安全系数上限解法是边坡稳定性分析的常用方法之一，其关键在于构造合适的几何容许运动场。基于摩尔-库仑屈服准则和相关流动法则，将滑动体进行条分，提出了一种同时考虑条块平动和转动的容许运动场及相应的稳定安全系数求解方法。该方法不仅具有适用性好、方法简单的特点，数值分析还表明，该方法能给出比基于纯平动运动场更小、非常接近Morgenstern-Price法的稳定安全系数计算结果。

在充分分析国内外多孔介质有效应力研究基础上，针对石油工程中深层岩石复杂结构特征，应用分形几何理论,分别建立了深层多孔介质岩石有效应力的二维和三维分形计算模型。该模型能反应任意孔隙结构下的应力作用关系，是现有相关有效应力模型的补充和完善。为了现场应用方便，进一步给出多孔介质有效应力分形模型的简化式。实例计算表明，应用简化式计算的有效应力值误差在7％以内，可以满足油田现场的要求，并且应用简化式有利于应用测井数据获得连续的有效应力剖面。

结合软土变形的大位移、大应变、渗透固结及依时性特点，采用黏弹塑（西原）模型模拟土骨架，建立了分析软土地基的大应变黏弹塑性有限元列式和迭代求解算法，并采用动态“生”“死”单元模拟路堤的施工过程，建立了软土路基双重非线性渗透固结分析模型，研制了相应的大型实用化有限元分析程序LSVEP。分别采用反分析所得参数和室内试验确定参数对路基地表沉降和地基深层沉降进行预测，并将所得结果和现场实测结果进行对比分析，结果表明：所建立的大应变黏弹塑性有限元分析方法正确；计算参数的准确选择对沉降预测精度影响很大；用反分析所得参数进行沉降预测的精度远高于正分析预测，是提高沉降预测精度的有效途径，可供类似工程借鉴。

浅埋暗挖人行地下通道修建过程中，合理确定开挖进尺的大小至关重要，开挖进尺过小，工期延长，临时支护增加；开挖进尺过大，易引起上覆土层不稳定，甚至塌方。针对开挖进尺难以确定的问题，基于太沙基松散介质理论，推导了均质土中开挖进尺的计算公式，并推广到成层土中。通过对某人行地道进行有限差分模拟，并与文中计算方法进行了对比分析，得出了一些对人行地下通道具有实践指导意义的结论。

通过构造Biot固结理论u-p方程的无网格伽辽金-有限元耦合方法，对砂土液化变形问题进行了数值模拟。对于饱和砂土，采用Oka等提出的弹塑性本构模型，同时采用更新的Lagrange计算格式推导了控制方程。耦合方法能够发挥有限元和无网格各自的优点，既避免了由于单元变形扭曲而引起的计算中断，也可节约计算时间，算例验证了该方法在地震液化问题中的有效性。

在大型通用有限元软件ABAQUS平台上，通过二次开发，将软黏土的循环强度与D-P屈服准则相结合，基于拟静力分析建立了波浪循环作用下考虑软土地基弱化效应的大圆筒结构稳定性计算模型。结合某工程，对大圆筒结构的稳定性进行了分析。结果表明，考虑地基循环弱化效应时，大圆筒结构的稳定性安全系数显著降低；打设排水板对地基加固后，结构稳定性安全系数显著提高；在同一圆筒入土深度下，随着地基加固深度的增加，大圆筒结构稳定性安全系数明显增大。考虑地基循环弱化效应时大圆筒结构稳定性安全系数减小程度在30 %左右，建议在实际设计中应考虑软土地基循环弱化效应对大圆筒结构稳定性的影响。同时在地基不满足承载要求时，打设排水板加固软土地基是提高大圆筒结构稳定性的有效途径。

为了充分发挥FLAC3D在数值计算方面的优势，解决在复杂地质体条件下岩体工程开挖存在的计算模型构建难度大、多采用简化模型而影响计算结果可靠性及准确性的问题。提出采用三维表面模型重建方法建立地质体及岩体工程的表面模型，确定岩层、开挖等的封闭空间区域；在此基础上，通过约束德洛内四面体剖分的方法对三维表面模型形成的空间区域进行网格剖分。分析了网格生成器TetGen的输入、输出数据结构，确定表面模型数据至TetGen、TetGen网格划分结果至FLAC3D的对应关系，实现能够准确描述地质体与工程开挖的FLAC3D计算模型的构建。通过某大型深部开采铜矿的多个岩层和首采区3个盘区63个采场的模型构建实例，证明该方法简单、可行、有效并且健壮。

对采用混合可压缩流体方法分析非饱和土一维固结问题的固结方程进行了求解，在得到的解析解的基础上，对影响非饱和土一维固结的因素进行了分析。分析结果表明，在采用混合流体方法计算非饱和土一维固结的孔隙水压力时，所用公式与计算饱和土一维固结的太沙基理论公式基本相同，不同之处在于引入Bishop有效应力系数来体现孔隙气对孔隙水的影响。而在非饱和土孔隙气压的计算公式中除了体现孔隙水对孔隙气的影响参数以外，还有体现孔隙气体的可压缩性对固结影响的参数。在所有影响因素中，影响非饱和土一维固结最重要的因素是孔隙流体的渗流路径。

大体积混凝土的温度裂缝是关系到水电工程中混凝土大坝安全的重要问题，它贯穿混凝土坝的施工期直至运行期。重点探讨了应用无网格法求解大体积混凝土温度裂缝扩展过程的模拟方法。无网格法采用节点来离散求解域，特别适用于裂缝开裂过程的模拟。结合混凝土热传导问题推导了伽辽金无网格方法控制方程和基本算法步骤，编制了混凝土温度场计算和温度裂缝扩展过程模拟的无网格法程序，通过具体的算例验证了所编制的伽辽金无网格程序的正确性。数值算例的计算结果表明，无网格法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，计算结果符合大体积混凝土块在均匀温降和基础强约束条件下的裂缝分布规律。

根据动力分析中应力边界与速度边界之间的关系，将应力边界时程转化为速度边界时程，提出计算土体竖向位移的新方法，并进行了简化和多角度对比性研究。在钱家欢加卸载模型应力和竖向位移计算的基础上，提出将正弦荷载形式和三角形荷载形式分别引入，推导出竖向位移的两种简化计算方法。两种方法概念清楚、物理意义明确，形式简单且相同，区别仅在于系数不同。工程实例表明，两种方法计算出的竖向位移均接近于实测位移，但正弦荷载形式下的位移计算方法更能反映实际情况。

针对在施工过程中，石笼挡土墙墙面位移的发展、墙背填土中土应力的变化的问题，从细观层面，采用基于离散单元法的颗粒流程序，通过多组试件的模拟压缩试验，确定了填土、填石、石笼等材料合理的力学参数值，以工程中的实体石笼挡土墙为原型，建立了墙背阶梯式石笼挡土墙数值模拟模型。通过在填土表面施加均布荷载，研究了挡土墙的力学行为。模拟结果显示：填土中的水平应力随深度的增加对均布荷载的敏感性降低，填土深度越浅，应力值越早得到增加，增加幅度越大，这主要是由于石笼挡土墙上部发生了较大的位移，均布荷载的作用大部分消耗在上层填土中，仅有小部分能量传递到较深填土；石笼挡土墙变形主要发生在填土阶段，应加强石笼挡土墙填土阶段的施工管理；无论是在填土阶段，还是均布荷载作用阶段，石笼挡土墙墙面的位移值均是中上部较大，下部较小。由此可推断，墙背阶梯式石笼挡土墙的破坏形式为倾覆式。

通过基于有效应力的完全耦合动力分析方法，研究了混凝土面板坝在地震作用下的动力响应，详细地讨论了堤坝迎水面斜坡上铺设的防水毯对堤坝地震液化的影响。计算中土体采用Cyclic mobility本构模型，该模型通过在修正剑桥模型上增加应力诱导各向异性、超固结和结构性的概念及其相关发展准则，可以很好地描述可液化土体的动力特性。计算结果表明防水毯的存在可以有效降低坝体的地下水位浸润线，增加坝基的初始有效应力，从而降低坝基地震液化发生的可能性，同时坝体的变形明显减小。