首先，介绍了笔者对我国岩土工程数值分析现状的调查结果及分析，然后，分析了采用连续介质力学分析岩土工程问题的关键，并讨论分析了岩土本构理论发展现状，提出对岩土本构理论发展方向的思考，最后对数值分析在岩土工程分析中的地位作了分析。分析表明，岩土工程数值分析结果是岩土工程师在岩土工程分析过程中进行综合判断的重要依据之一；采用连续介质力学模型求解岩土工程问题的关键是如何建立岩土的工程实用本构方程；建立多个工程实用本构方程结合积累大量工程经验才能促使数值方法在岩土工程中由用于定性分析转变到定量分析。

以运动学理论为基础对矿石在溜井中的运动规律进行理论推导，结合相似材料模拟试验对结果进行对比分析。研究结果表明，（1）初始冲击时法向冲击力较大，随着冲击次数的增加法向冲击力逐渐减弱切向冲击力逐渐增强，对井壁造成的破坏由以法向破坏为主转变为剪切破坏为主；（2）冲击点的间隔越来越大，冲击角度逐渐减小，矿石经过2～3次冲击井壁之后垂直落入井中；（3）理论推导得到形成的2个冲击带位于井口下2.0～5.6 m及26.4～38.2 m处，试验得出的破坏范围为井口下1.95～10.2 m及19.4～40.2 m处，试验所得的冲击带范围较理论推导结果略大；（4）处于冲击区域的压力盒数据变化最大，处于矿石磨损区域的压力盒数值变化较小且变化趋势缓和。

以裂隙岩体高放射性核废物地下处置库性能评估为目标，提出了分布热源作用下单裂隙岩体渗流-传热的简化概念模型、控制微分方程和拉氏变换-格林函数半解析法，为进一步采用半解析法计算分布热源作用下多裂隙岩体的渗流-传热问题奠定了基础。针对单裂隙岩体的渗流-传热问题，建立考虑岩石内热源和二维热传导的控制微分方程，利用拉氏变换域微分方程的基本解建立格林函数积分方程，采用解析法处理其中的奇点，通过数值积分和拉氏数值逆变换求解，计算任意时刻裂隙水和岩石的温度分布。通过算例，与基于岩石一维热传导假定的解析解进行了对比，并计算分析了分布热源作用下单裂隙岩体的渗流-传热特征及其对裂隙开度、岩石热传导系数和热流集度的敏感度。算例表明，（1）就裂隙水温度而言，由于考虑了岩石的二维热传导，拉氏变换-格林函数半解析解小于基于岩石一维热传导假定的解析解；（2）裂隙水温度和岩石温度对裂隙开度和热流集度的敏感度较大，对岩石热传导系数的敏感度较小。

建立围岩-支护相互作用流变变形机制的数学力学模型是解决岩石地下工程支护问题的有效途径，其关键问题是，在围岩产生流变变形的过程中支护是如何对围岩进行作用的。根据基于Levy-Mises本构关系及D-P屈服准则的轴对称圆巷的理想弹塑性解、一维蠕变曲线的等时曲线相似的假设以及三维流变试验结果，推导出了原岩应力和被动支护反力均为恒载，且巷道围岩为三维应力状态下的蠕变方程及轴对称圆巷围岩的非线性黏弹塑性流变变形计算公式。与前人的工作相比，文中推导的公式中含有对围岩流变变形起决定作用的2个参数，即原岩应力 和岩石材料的单轴塑性屈服应力 ，因此公式推导的理论基础更加完备、可信度更高。

选择新疆交河故城原状生土试样和重塑土试样进行了干湿循环试验，之后进行了风洞试验和强度试验，研究土建筑的干湿耐久性。试验结果表明，在试样原始含水率比较低的情况下，试样首先经历了一个质量增大的过程，3个干湿循环后，试样的质量变化进入一个相对稳定的范围。随着增湿与脱湿过程中伴随的水分质量的变化，试样质量的整体趋势是减小的。随干湿循环次数增大，原状试样的强度减小，风蚀量增大，即耐久性持续变差。相反，随干湿循环次数增大，重塑样的强度反而增大，风蚀量减小，即耐久性有所提高。重塑样由于重塑过程中其微观结构受到破坏，强度弱化。干湿循环在某种意义上对重塑土起到“陈化作用”，愈合损伤的微结构。初期重塑土强度随干湿循环次数的增加逐渐增强，而后强度逐渐衰减抗风蚀能力减弱。

井底压差是影响钻井机械钻速的重要因素之一。实践证明欠平衡钻井与常规钻井相比机械钻速有显著提高，不同钻井条件下的井底应力场需要深入地研究。在分析井底岩石所受载荷的基础上，建立了轴对称条件下井底岩石流固耦合模型，并利用有限元方法进行求解，通过对不同井底压差下的井底岩石应力场进行数值模拟计算，针对井壁岩石的理论解和数值模拟结果进行对比验证模型的合理性，并对井底待破碎岩石进行了力学分析。结果表明，数值模拟结果与理论结果相符，验证了模型的正确性；井底待破碎岩石按照应力状态分为3个区域，分别为3向拉伸区、2向压缩区和3向压缩区。井底压差对井底应力场的影响研究为快速高效破岩提供理论基础。

岩盐力学模型是进行能源岩盐储存工程稳定性分析的基础，而损伤和塑性机制并存且相互耦合是岩盐力学行为的基本特点。采用云应岩盐，进行了多组围压条件下的三轴压缩试验，分析了不同围压下岩盐的变形特征。在试验分析的基础上，提出了一种能够描述岩盐特性的弹塑性损伤耦合的模型，该模型描述了岩盐损伤的演化和塑性变形的耦合关系，并引入了一种非关联的塑性流动法则来描述岩盐从塑性体积压缩到膨胀的转化。采用该模型对在三轴压缩下的岩盐应力-应变关系进行了模拟分析，并与试验数据进行了对比，结果表明该模型能够较好地描述岩盐的主要力学和变形特性。

为了保证施工的正常进行、实现信息化施工，必须对基坑实际监测数据进行分析与预测。现有的趋势时间序列分析方法很难满足实际施工中高度非线性问题的拟合，预测误差较大。基于这点考虑，以天津某工程基坑施工地表沉降观测序列为例，在对原始数据进行分析的基础上，提出既可以考虑趋势时间序列，又具有高度非线性拟合性能的时序-投影寻踪回归模型。首先，通过比较分析几种时间序列方法的逼近误差和预测误差，寻求出一种逼近较好的时间序列预测方法。然后，将预测得到的时间序列和观测数据相结合，采用投影寻踪回归方法拟合。应用结果表明，该模型逼近性能良好，预测误差小，可为深基坑位移沉降的动态预测提供一条较好的途径，对基坑动态设计与信息化施工等方面具有重要的参考价值。

针对饱和重塑黄土进行了一系列等向固结和偏压固结下的排水与不排水动三轴试验，分析了饱和重塑黄土的动力性质、骨干曲线模型及其影响因素。基于动三轴试验结果，探讨了在考虑累积塑性应变影响下，修正Hardin-Drnevich模型的适用性。结果表明，考虑累积塑性应变时，修正Hardin-Drnevich模型能够较好地模拟饱和重塑黄土的骨干曲线试验结果。进而分析了等向固结和偏压固结、固结围压、波形和排水条件等因素对饱和重塑黄土骨干曲线的影响，得到偏压固结和固结围压的增大使骨干曲线上移，土体强度增加，而波形对骨干曲线的影响较小；排水条件下的骨干曲线较不排水条件下的有所上移，土体强度增加。所得结论可供工程设计人员参考。

开展了不同水化学溶液侵蚀条件下砂岩的抗剪强度试验，分析了水化学作用对砂岩微细观结构的影响效应，探讨了砂岩的水化学损伤机制。在此基础上，分析了水化学作用对砂岩抗剪强度的影响规律。通过引入岩石水化学损伤度，定量表达了砂岩抗剪强度参数随水化学损伤的演化过程，并采用化学动力学方法，模拟在给定水化学环境条件下重庆砂岩损伤度随时间演化过程，进而预测其抗剪强度参数演化规律。所得结果为定量化研究水化学作用对岩石物理力学特性的影响效应及预测与水化学作用相关的岩土工程的安全性和稳定性提供了良好的借鉴作用。

重大水利水电工程地震动输入参数必须根据专门的地震危险性分析结果来确定。目前由地震危险性分析得到的一致概率反应谱具有包络的意义，不能反映实际地震的频谱特性，输入“一致概率反应谱”可能导致地震作用偏大；拟合设计反应谱人工生成地震动加速度时程的频率非平稳性也没有得到很好解决。为了解决这些问题，得到与坝址地震危险性一致、具体地震的输入参数，结合沙牌大坝提出了一套适用于重大水利水电工程基岩场地地震动输入参数确定方法：通过以有效峰值加速度为参数的概率地震危险性计算分析，确定坝址不同超越概率下的有效峰值加速度及对坝址贡献最大的潜在震源区；在最大贡献潜在震源内利用震级空间联合分布概率最大法确定坝址设定地震，依据加速度反应谱衰减关系确定与坝址设定地震对应的设计反应谱；根据设定地震结果和时变功率谱模型参数衰减关系确定时变功率谱，将时变功率谱和最小相位谱按三角级数叠加法进行强度和频率非平稳地震加速度时程合成。在对沙牌坝址区域的地震活动性及地震构造环境分析评价的基础上，采用上述方法，得到了坝址基岩场地不同超越概率下的有效峰值加速度、设计反应谱、强度和频率非平稳地震加速度时程等地震动输入参数。

进行了黄土的击实试验，提出了击实率的概念，拓展了CART（classification and regression trees）决策树算法的功能。将其用于相关性挖掘，进行了原状黄土湿陷性与击实率等指标的相关性挖掘，结果表明，击实率与湿陷系数具有相关性，击实率与最优含水率状态的击实率呈显著负相关性。根据试验及分析结果提出黄土在击实过程中的变形特性可反映黄土的湿陷性，黄土的击实效果同其湿陷性具相关性。这一研究为黄土湿陷性的评价提出了一条新的思路，同时成果具有实用性。

自行研制了离心场降雨模拟设备，进行了降雨条件下边坡的离心模型试验。试验模型在离心机中加载到50g，然后开始降雨。采用非接触位移测量系统测量了试验过程中边坡的位移场变化，通过T5张力计测量边坡中典型点的吸力变化。试验结果表明，边坡的位移随降雨量的增大逐渐发展，发生明显变形的区域也逐渐变大，主要集中在边坡表面。边坡某处应变迅速变化的时刻与土体含水率迅速增大的时刻相一致。边坡某点的应变随降雨量的增加不断增大，并存在2个拐点，形成湿润锋和稳定锋2个锋面，并把边坡分成3个区域，通过锋面的变化反映降雨条件下边坡的变形过程。

利用汶川地震主震在龙门山震区的强震资料，建立了利用地震动参数估计斜坡位移的Newmark累积位移模型。借助于模糊数学中的隶属函数方法，实现了对模型估计累积位移的隶属度定量计算，进而用以判定滑坡危险性分级。为使计算结果定量化，进一步利用模糊转换方法，将定性的滑坡危险性判定结果转换为定量的概率表达，使滑坡判定结果可以继续应用于其他环节的计算分析。以汶川地震在龙门山震区的滑坡分布为例，对模型的计算结果及其定量转换结果与实际情况进行了分析，表明模型结果与实际情况非常吻合。分析认为，以概率方式可以使滑坡灾害的空间分布描述更为准确，文中的方法使之得以实现。

利用配备有局部高精度位移传感器STDTTS+UNSAT型号的高级应力路径三轴测试系统，对小应变条件下的土体进行了试验。采用三维数值分析方法和应用小应变模型及摩尔-库仑模型，分别对隧道施工引起横向沉降槽的影响展开了研究。结果表明，在小应变条件下土体表现出高模量以及模量随应变增加而衰减的特性，且当剪切应变应用对数坐标（lg）表示时，剪切模量随剪切应变增加而衰减的规律可以表示为带有2个拐点的反S型曲线，同时，利用式（1）对其进行很好地模拟；两类模型计算结果的规律性是相似的，采用小应变模型所得到的最大下沉位移符合工程实际，且横向沉降槽的宽度也能符合现场实测，即能够适当地解决采用一般模型所得到的最大下沉位移合理，而横向沉降槽的宽度过宽，或者横向沉降槽宽度合理，而最大下沉位移过小，两者间存在对立的问题。通过计算结果对比进一步验证了考虑小应变条件下土体特性的必要性以及二次开发所得到的模型的合理性与可适用性。

利用自行研制的高温岩石膨胀特性试验装置，对石灰岩和砂岩试件300～700 ℃高温过程中的膨胀特性进行试验研究。试验结果表明，升温过程中，石灰岩和砂岩的膨胀应力随温度的增加而增大，且砂岩膨胀速率比石灰岩大，刚到700 ℃时砂岩膨胀应力是石灰岩的2.45倍。升温过程中膨胀应力与温度曲线的拟合函数为2次抛物线，相关系数达0.94以上。恒温过程中，随时间延长2种岩石的膨胀应力缓慢增加，最后逐渐趋于稳定的数值。600 ℃高温后2种岩石膨胀均达到极限，但具体表现不同，700 ℃恒温结束时砂岩稳态膨胀应力是石灰岩的3.14倍。岩石热膨胀应力变化与其岩性、内部矿物分解、孔隙率变化、声速变化等有显著关系。

筋土之间的相互作用机制复杂，是土工合成材料加筋加固应用中的核心问题。通过室内拉拔试验，研究了土工格栅与砂土相互作用机制和格栅几何特征对拉拔阻力的影响。初步揭示了格栅横肋和纵肋在拉拔模式下的作用机制和格栅网格刚度对拉拔阻力的影响。结果表明，在拉拔位移较小时，纵肋摩阻力和横肋被动阻力几乎同步增长；在拉拔位移较大时，纵肋摩阻力逐步达到峰值，拉拔力的增量大部分来源于被动阻力的进一步增长。土工格栅拉伸模量和网格刚度是影响筋土界面力学特性的重要因素。

利用改进的? 2.5 mm×5 m的模拟爆炸装置进行了一系列爆炸波与结构相互作用的实验，得出了爆炸波作用下结构上的表面压力、动量、应变的实测波形。实验结果表明，由于结构刚度较小，在相同爆心距离条件下结构的荷载与自由场的压力值相差不大；荷载在顶板的分布较为均匀，结构在爆炸载荷作用下发生整体变形，可以用中心荷载代替整体荷载；结构对爆炸波的反射，无论是弹性波还是冲击波，反射规律基本一致。随着饱和度的增大，结构上的反射系数和爆炸冲击波波速也随之增大。

边坡开挖引起的变形及应力调整规律是边坡安全监控的科学依据，模型试验是揭示公路高切坡变形与应力变化规律的重要途径，针对巫山至巫溪公路k88段岩体高边坡，通过相似模型试验探讨边坡开挖过程中坡内位移和应力变化规律。通过相似材料试验获得了模型试验相似材料，配合比“硼砂:水:砂:水泥:石膏”为0.01:1:7.705:0.384:0.900，构建了几何相似比1:30的物理试验模型，提出了与实际工程一致的边坡3次开挖工况。试验结果表明，开挖过程中高切坡位移峰值突增现象显著，达到稳定状态的时间4 d左右，而应力则成波动衰减状态，10 d以后仍然存在衰减趋势；基于开挖过程中边坡变形和应力的不一致性及应力调整的持续性变化规律，提出了岩质边坡以三维应力监测为主、位移监测为辅的边坡监测优化方案。

通过理论分析和有限元技术，建立了综合考虑河流冲刷力、渗透力、自重应力耦合力系下的堤岸（水上、水下）与河床的整体分析模型，直接分析河流冲刷作用对堤岸渗流和变形的影响，并结合强度折减有限元法分析河流冲刷对堤岸边坡整体稳定性的影响。结果表明，渗透流速的最大值出现在堤脚，冲刷作用使堤岸的渗透流速有所提高，并使堤岸坡脚沿外江方向的水平位移明显增加，愈靠近坡脚，外江方向水平位移增加的幅度愈大，在不同水位下堤脚都是最易受到渗流和冲刷影响的地方；河流冲刷进一步加大了堤岸和河床塑性区范围，堤岸的安全系数降低；河流冲刷对堤岸渗流和变形产生的影响随着河水位的上升而加剧，河水位越高，冲刷作用使堤岸稳定性降低的幅度越大。

为解决因滨海盐渍土的盐胀和溶陷而引起土的强度降低问题，可采用麦秸秆加筋的方法处理盐渍土，以提高土的强度和抗变形能力。将盐渍土与一定长度和数量的防腐麦秸秆均匀拌和在一起，按照一定的碾压功将其碾压密实，此时土的含水率、麦秸秆的质量加筋率和加筋长度是影响加筋土重型击实效果的3个因素。试验结果揭示，（1）加筋土的最大干密度均小于盐渍土的，最优含水率变化不大。（2）与盐渍土一样，随着含水率的增加，加筋土的干密度先升后降。（3）随质量加筋率和加筋长度的增加，加筋土的最优含水率变化不明显，最大干密度持续下降，但降幅较小。（4）0.2%质量加筋率加筋土的干密度最大，0.3%质量加筋率的最小。（5）30 mm加筋长度加筋土的干密度最大，70 mm加筋长度的最小。建议按0.2%质量加筋率和30 mm加筋长度的防腐麦秸秆制备三轴压缩试样，以研究麦秸秆加筋滨海盐渍土的抗剪强度和应力-应变特性。

基于水力学和河流动力学的基本原理，利用坡面糙率和拦污栅模型分别模拟三维土工网垫和坡面植被作用，建立了三维土工网垫和坡面植被引起的坡面沿程水头损失和径流局部水头损失计算式，并建立三维土工网垫植草护坡时坡面径流速度计算表达式，将颗粒启动速度引入分析坡面土颗粒流失初始的启动流速，进而通过坡脚流速和坡面土颗粒启动流速的对比分析和通过分析坡角、植株密度、网垫和植被类型对坡脚流速的影响来研究三维土工网垫植草护坡的防径流冲刷特性。结果表明，坡脚流速随坡角增大而增大；网垫类型对坡脚流速影响不明显，但同无护坡时相比网垫能显著降低坡脚流速；坡脚流速随植株和叶部倾角增加而变小，且随植株密度增大而减少，并在考虑不同边坡土质的颗粒启动速度与坡脚流速相等时计算得到护坡所需的植株最小密度。

针对150 m以上高烟囱在爆破拆除过程中频繁发生空中折断的现象，按照国内烟囱设计规范[1]，选定相应烟囱结构设计参数，通过建立高耸钢筋混凝土烟囱在爆破拆除定向倾倒过程中的力学模型，推导了任一时刻烟囱任一截面的内力分布表达式和极限承载能力表达式，分析了其破坏机制。根据所受的荷载和承载能力对烟囱倾倒过程中是否会发生空中断裂进行了判断，结果表明，高度超过150 m的钢筋混凝土烟囱在倾倒角度超过40°～60°后，均可能在离顶部约1/3烟囱高度处发生断裂。

采用柔性真三轴仪对上海粉细砂进行了一系列不同中主应力系数条件下的真三轴试验，针对中主应力对粉细砂强度特性的影响进行了系统分析。基于真三轴试验结果对Mohr-Coulomb强度准则的形状函数进行了改进，并采用试验结果对强度准则进行验证。结果表明，建立在真三轴试验基础上的强度准则能更准确地反映砂土三维应力状态下的强度特性。

由总应力强度指标计算的 ，并不是试样破坏时的真实破裂角，而仅是一个假想的破裂角，与之对应的平面是一个假想的剪切破坏面。试验结果表明，试样破坏时的真实破裂角，是用有效应力强度指标 计算的 。分析论证了在关于土的抗剪强度计算的相关公式中，有效应力强度指标与总应力强度指标不可混用，且公式中有效应力强度指标应与有效应力相对应、总应力强度指标应与总应力相对应。

对溪洛渡水电站左岸出线竖井开挖爆破的振动速度进行了现场测试。运用萨道夫斯基公式对测试数据进行回归分析，得到了竖井爆破掘进中地震波传播衰减公式。利用该式预测距离井底高程差为18.2～24.5 m处范围内测点的振动速度，并与实测数据进行对比。结果显示，竖井爆破振动的传播存在高程放大效应，水平振速放大系数约为1.49～2.24，垂直振速放大系数约为1.78～2.73；通过考虑高程效应对萨道夫斯基公式进行了修正，得到考虑高程因子的衰减公式，线性关系显著，对存在高程放大效应的爆破振动预测具有借鉴意义。运用动力有限元分析方法对竖井结构在爆炸冲击波荷载作用下的结构响应进行数值模拟，数值模拟结果与现场测试结果的对比表明，当相对高差不大时，两者整体趋势比较吻合，距离井底0～15 m，振动速度快速衰减，振动速度峰值衰减幅度超过总体幅度的60%；距离井底超过30 m，衰减不超过总幅度的10%。采用岩石-混凝土强度破坏准则对竖井构筑物在爆炸冲击荷载作用下的稳定性进行了强度校核，为竖井后续施工安全提供了参考。

双排桩作为一种新型的深基坑支护结构，目前尚无简单而有效的设计方法。首先，借助Winkler地基梁基本思想，在忽略桩土竖向摩擦效应及空间效应的前提下，对双排桩支护结构力学机制进行分析，建立了考虑桩土效应的双排桩平面杆系有限元模型。接着围绕双排桩平面杆系有限元模型的关键参数土压力分布及弹性抗力系数展开了研究，针对连梁拉力将使传统的坑后土体滑移面临界距离增加特征，利用滑动比例系数法获得了土压力分配规律；针对弹性抗力系数正分析取值不确定性，提出了采用位移反分析优化方法获得弹性抗力参数的取值。最后，根据杆系有限元及反分析中位移最优准则函数的求解步骤，分别编制了doublerowpile及doublerowpileparameter计算程序，并进行了相应的工程计算，工程计算结果表明，计算位移与监测位移趋势一致，计算内力符合规范要求，且能较准确获得弹性抗力系数取值。

在大型圆形煤场中采用桩-网复合地基是火电厂地基方案设计的新思路，该方案不仅要考虑地基土层的强度满足上部荷载的要求，还需要考虑堆载区内土体的变形对环基的影响。通过对圆形煤场中桩-网复合地基原体试验研究，介绍了在大面积堆载下如何进行桩、土及垫层中应力与应变的测试，设计了2套堆载与测试方案，在试验1区铺设了2层土工格栅，而在试验2区未铺设土工格栅。根据在2个试验区所获得的测试成果，研究了大面积堆载对堆载区内外土体变形的影响深度与范围，对比分析了不同高程处垫层与土体的竖向及侧向应力随深度的变化规律，结合堆载区中桩与边桩的桩身轴力变化，计算出上部桩侧土体对桩所产生的负摩阻力，并依据承台顶面附近测得的垫层与土层的应力，计算出桩土分担荷载的比例，以及桩土应力比的大小与变化规律。在此基础上得到土工格栅对大面积堆载区内外土体应变与应力的影响程度，从而可以为大型圆形煤场桩-网复合地基方案的设计与施工提供客观的技术参数与建议。

以不同土压力状态与静止土压力状态时的压力差值计算分布力，基于Mindlin应变解建立了任意土压力变化下的土体侧向位移计算模型，计算得到土体达到主动极限状态下土体位移和达到被动极限状态下的土体位移。通过编制的程序研究了不同计算参数对土体达到主（被）动极限状态下土体位移的影响规律，包括土的内摩擦角、黏聚力、计算深度、计算宽度等，研究了土体主动极限位移和达到被动极限位移相关性规律。通过模型试验的实测资料验证了土压力位移计算模型的有效性和合理性。利用计算模型可以得到不同位移限值要求下的侧向土压力，从而为不同工程中土压力的合理取值提供了理论依据。

扩底楔形桩是基于结合常规扩底桩和楔形桩的优点而开发的一种新桩型，能同时提高桩侧正摩阻力和桩端阻力，并能有效降低土体沉降引起的负摩阻力对基桩的影响。简要介绍了扩底楔形桩的受力机制和施工方法；基于FLAC3D有限差分软件，通过针对实际工程的数值模拟验证数值模拟的可靠性，对该新桩型在竖向抗压和负摩阻力特性方面的力学特性进行了初步探讨，并与等体积混凝土的常规扩底桩、楔形桩和等截面桩进行了对比分析；进而研究了桩端土体与桩周土体模量比、楔形角、扩大头直径以及桩体模量等因素对扩底楔形桩力学特性的影响。研究结果表明，同等级地面堆载作用下，扩底楔形桩中桩侧负摩阻力引起的桩顶下拽位移最小、桩身下拽力值介于常规楔形桩和扩底桩两者之间。

针对采用随机全局优化技术进行岩土工程位移反分析存在数值计算量大、效率低的问题，将粒子群优化算法与高斯过程机器学习技术相结合，提出了位移反分析的粒子群优化-高斯过程协同优化方法。该方法利用全局寻优性能优异的粒子群优化算法进行寻优的基础上，采用高斯过程机器学习模型不断地总结历史经验，预测包含全局最优解的最有前景区域，通过提高粒子群搜索效率并降低适应度评价次数，进而有效地降低位移反分析过程中的数值计算工作量。多种测试函数的数学验证和工程算例的研究结果表明该方法是可行的，与传统方法相比较，可显著地降低位移反分析的计算耗时。

西安轨道交通工程是目前首例在我国黄土地区修建的地铁隧道，一号线枣园北路站至汉城路站K12+792.744～K12+889.899区间隧道为同时满足双线正常行车和右线停车线扩大断面的功能需要，选取了左线小断面隧道为盾构法与右线大断面隧道为CRD法相结合的施工方案。针对该地铁隧道的施工过程，进行了三维动态数值模拟和施工力学分析，通过分析施工引起的地表变形、中间土体应力和围岩塑性区的特征和规律，从而研究得出CRD法与盾构法隧道先后施工相互影响的规律性成果：先行大断面隧道采取CRD法施工对后行小断面盾构隧道上方地表沉降的影响较后者对前者的影响大；后行隧道的贯通使得先行隧道开挖形成的地表变形轴线向后行隧道侧偏移了约0.5倍净距，并且地表变形的横向影响范围和地表沉降量均有增大，主要表现在靠后行隧道一侧；先行大断面隧道的开挖较后者对中间土体应力影响大，对相邻洞土体的影响在同掌子面处最为显著。结合西安地铁隧道工程实践开展的数值模拟分析研究，可为今后在黄土地区修建地铁隧道提供具有指导意义的研究成果和宝贵的工程实践经验。

土体具有黏弹性性质，为了更好地考虑饱和土体固相土骨架的黏弹性性质，在分数导数理论和多孔介质理论的基础上，将土体视为液固饱和两相介质，并利用分数导数模型来描述饱和土固相土骨架的应力-应变关系，建立分数导数模型描述的饱和土的控制方程。在三维轴对称情况下，利用势函数和分离变量法研究了分数导数模型描述的饱和土中桩的振动问题。分析了模型参数对饱和土中桩的竖向振动的影响。研究表明，分数导数模型描述的饱和土的控制方程应用范围更广，模型参数对桩的竖向振动有较大的影响。

利用弹性薄板理论和关键层理论，对采空区上覆岩层的下沉进行定量描述，研究采动影响下覆岩裂隙的分布特征，得到了基于相对下沉量的覆岩规则移动带空隙率的近似公式。研究表明，覆岩裂隙场内，裂隙数量分布以两边为多，中部较少，在关键层下部的岩层往往产生较大的离层空间；随着岩层深度减小，空隙率逐渐变小，覆岩底部，空隙率曲线沿走向呈现马鞍状，在关键层或者硬岩起作用的区域形态发生改变，曲线形态逐渐变成拱状。其结论可应用于岩体渗流研究及瓦斯综合治理。

结合南山下隧洞下穿温福客运专线钱仓山隧道工程，实时监测近距离交叉隧洞爆破施工对既有隧道的振动影响。实测结果表明，（1）迎爆面位置影响既有隧道断面的爆破振动速度分布；震源距离测点大于30 m时，距离是爆破振动的主要影响因素；震源距离测点小于30 m时，主要影响因素则为装药量与距离。（2）岩体越坚硬完整，爆破振动波传播衰减越慢。采用导洞先行预留光面爆破、导洞爆破掏槽眼和周边眼及底板眼分开起爆、控制最大段装药量等措施，可有效地降低爆破振动影响，控制其对钱仓山隧道的影响，对类似工程有借鉴作用。

在前人研究基础上，对四川、重庆及云南等西南地区221个红层软岩边坡现场调查研究，通过统计分析建立基于岩体质量评价方法的软岩边坡坡度设计公式，分析了不同软岩边坡坡度设计公式之间的差异。将建立的坡度设计公式运用在工程实例，结果表明，其建立的坡度公式是合理可行的，可供红层软岩边坡设计参用。

针对混凝土大坝坝体和岩基参数的区间不确定性，构造具有区间分析功能的RNN（粗糙神经网络）模型，并运用该模型反演坝体和岩基区间参数值。应用区间有限元对结构进行正分析，根据区间参数反演的需要选取相应的区间学习样本，利用RNN模型对样本进行模式学习直至网络收敛，最后通过网络回想和反归一法得到坝体和岩基力学参数的区间值。研究结果表明，该方法可用于反演混凝土坝坝体和岩基区间力学参数，反演得到的区间参数值是合理的。此外，基于RNN模型的区间参数反演方法经过一定的拓展和改进，理论上可应用于反演其他类型的区间参数。

建立了考虑指数形式渗流以及变荷载条件下的一维固结微分方程，采用相对稳定的Crank-Nicolson差分格式获得控制方程的差分解答并验证了计算程序的可靠性。结果表明，当指数大于1时，较小时间因子下固结速率比达西渗流快，较大时间因子下固结速率比达西渗流慢；而当指数小于1时，较小时间因子下固结速率比达西渗流慢，较大的时间因子下固结速率比达西渗流快。在土层厚度相同的情况下，指数大于1时作用于土层的荷载越小，固结速率越慢；基于指数形式渗流，传统一维固结理论中室内土样固结与实际地基土层固结之间的相似关系不再成立；加荷速率越快，则土层的固结速率越快。

基于整体分析法和潘家铮最大值原理，建立了求解给定滑面安全系数的非线性优化模型。该模型将安全系数和滑面法向应力视为独立变量，目标函数就是安全系数本身，约束条件包括平衡方程、滑面法向应力和条间推力不负，以及推力线位于滑体之内。由于目标函数又仅是线性函数，且约束函数至多是二次多项式函数，所以该模型的非线性程度较低，具有良好的收敛性，可利用经典的优化算法进行求解。

何考虑煤的力学参数之间的关联性是非均质煤储层模拟的关键。通过试验获得了阜新五龙矿某工作面102组煤样的弹性模量、单轴抗压和抗拉强度，定义了弹性模量无量纲因数、单轴抗压强度无量纲因数和抗拉强度无量纲因数及拉弹因数比、压弹因数比5个物理参数，并对试验数据进行统计分析，结果表明，（1）煤的弹性模量、单轴抗压强度和抗拉强度均具有统计分布特征，可以用Weibull分布描述；（2）弹性模量因数、单轴抗压强度因数和抗拉强度因数三者之间存在关联性;（3）拉弹因数比和压弹因数比都符合Weibull分布。以弹性模量为基准，建立了考虑参数关联的非均质煤随机概率模型，开发了相应的虚拟煤体生成程序。研究了2个数值算例，算例1分别按考虑力学参数关联和不考虑力学参数关联两种方法生成煤的力学参数，并与试验数据进行对比，结果表明，前者获得的结果与试验数据更接近；算例2对比了2种方法赋值的平面应变煤样单轴压缩下的宏观应力-应变曲线和煤样破坏过程，结果表明，考虑力学参数关联比不考虑力学参数关联得到的模拟结果更合理，利用文中模型能更好地模拟煤的非均质力学特性。

提出了边坡可靠度分析的一种新的全局优化方法——认知聚类分区方法。该方法主要包括5个步骤：分区、随机抽样、计算极径L、回代、计算可靠指标及验算点。给出了相应的计算流程图，并编写了基于C语言的计算程序KCPREL。最后，以岩质边坡稳定可靠度问题为例证明了所提方法的有效性。结果表明，认知聚类分区方法能同时计算出可靠指标和验算点，并能获得全局最优解。该方法的计算精度和蒙特卡洛模拟方法相当，计算效率远远高于传统的蒙特卡洛模拟方法。此外，该方法在分析含有复杂的隐式及非线性功能函数的边坡稳定可靠度问题方面体现出明显的优越性。等步长认知聚类分区方法能全面且均匀地搜索角度，从而得到更准确的验算点。为了保证足够的计算精度及减小计算量，建议步长取10º以内。

以模糊随机变量理论为指导，视模糊随机变量的均值为模糊数，基于小样本理论推导了均值模糊数模糊变化范围与样本数的关系式。采用截集敏感性分析法进行了边坡稳定的模糊随机有限元可靠度分析，得到了边坡的模糊随机可靠指标及模糊滑面的位置，研究了样本数与边坡模糊随机可靠指标的关系。分析表明，基于模糊随机变量理论的模糊随机可靠度分析方法是随机可靠度分析方法的自然推广；模糊随机可靠指标与样本数有关，随着样本数的改变，模糊随机可靠指标的中值也会发生微小变化，不是定值；在相同的置信度情况下，模糊随机可靠指标的变化范围随着样本数的增加而减小，可通过增加样本数的方式来减小模糊随机可靠指标的模糊性。

试样颗粒初始架构是粗粒土室内三轴试验中一个难以人为控制的因素。基于元胞自动机方法，结合粗粒土的室内三轴试验开发了能制备不同颗粒初始架构粗粒土试样的HHC-CA模型，该模型制备的粗粒土试样表征了粗粒土各粒组分布的不均匀性和随机性，再借助FLAC3D进行粗粒土三轴数值模拟试验，并探讨了试样剪切带内的砾石含量和试样砾石含量对内摩擦角的影响。数值模拟结果表明，同一粒径级配下，粗粒土的内摩擦角值与剪切带内的砾石含量呈增函数关系；试样砾石含量的增加可能会出现内摩擦角减小的现象，但同一粒径级配下的内摩擦角均值随试样砾石含量的增加而明显增大。

基于有限差分分析（FLAC）的软质岩石地基承载力数值计算模型，分析中将软质岩石地基视为均质、各向同性的连续介质，采用理想线性弹塑性本构关系模拟和Hoek-Brown非线性破坏准则及非关联流动法则。为便于数值模拟，采用切线法，把Hoek-Brown非线性破坏准则转换成Mohr-Coulomb线性破坏准则，并依据等量原则推导了瞬时内摩擦角和瞬时黏聚力的计算公式，编制了基于FLAC内置FISH语言的子程序。通过施加竖向速度向量，分别获得了圆形基础下考虑和忽略岩体自重的极限承载力。与理论值和现场载荷板承载力试验结果进行的对比分析表明，Hoek-Brown解结果比Bell解结果更接近实测值，但都偏于保守，而数值计算结果与实测值非常接近，特别是在考虑自重的情况下，误差仅为2%。说明对于软质岩石地基的极限承载力，采用基于Hoek-Brown非线性破坏准则的FLAC数值模型进行分析是合适的。

ABAQUS作为一种强大的通用有限元分析程序，具有很强的非线性计算功能和前、后处理能力。但标准ABAQUS程序中的土体本构模型，没能反映土体的剪胀、软化与硬化、应力路径对变形的影响等，因此，有必要在ABAQUS中开发出更适合于土体特性的本构模型库。为拓展ABAQUS在岩土工程领域的计算能力，利用二次开发工具UMAT数据接口，开发出更适合于工程应用的土体本构模型库，如邓肯模型、南水模型及状态相关的砂土模型，不仅可以充分利用ABAQUS程序方便、快捷的前后处理和强大的非线性求解平台，而且还可以完成更有针对性、更切合实际土体应力-应变有限元的数值计算，为工程实践提供技术支持。从计算过程、模拟结果与试验结果比较来看，二次开发模型库子程序运行稳定，模拟结果正确、可靠。

基于Biot多孔弹性介质的波动理论，构造了轨道、道碴、枕木及弹性层的横观各向同性饱和地基在列车荷载下的动力计算模型。利用Fourier变换，得到了列车荷载作用下横观各向同性软土地基上弹性层动力响应的解析结果。利用离散Fourier逆变换得到数值计算结果，分析了荷载速度、地基的各向异性参数、弹性层刚度系数及厚度对位移和孔压响应的影响。分析结果表明：弹性层对控制地基振动作用显著，地表振动幅值随荷载速度的增加而增大，软土的横向弹性模量对地表振动及土中孔压有较大影响。

黏土地基中土体强度的非均质和各向异性是比较突出的现象。在已有工作的基础上，根据目前常用的不排水条件下饱和黏土非均质和各向异性强度模型，采用已被证实计算光滑条基极限承载力相当高效的多块体离散模式，编制了考虑强度非均质和各向异性时黏土地基上光滑条基地基承载力计算的多块体上限解计算程序，实现了非均质各向异性黏土地基上光滑条基地基极限承载力的多块体上限解法。为验证多块体上限解法的应用情况，将计算结果与已有的上限解、滑移线解等做了广泛的对比发现，该处计算非均质和各向异性黏土地基上光滑条基极限承载力的上限方法是相当有效的。为方便应用，基于多块体上限方法给出了非均质和各向异性条件下地基承载力系数 的计算曲线。探讨了 随土体强度非均质和各向异性的变化规律。通过分析非均质条件对地基破坏面的影响，揭示了非均质对地基承载力影响的内在原因。

结合上海世博500 kV变电站超深基坑实际工程，采用平面应变及轴对称弹性地基有限元分析模型对基坑围护结构的空间效应进行简化，分析了环形基坑空间效应、内衬墙以及水土压力模式对围护结构受力变形特性的影响，并与实测结果进行比较。结果表明，环形基坑围护结构的空间效应对其受力变形特性影响很大，在计算过程中必须考虑围护结构环向刚度对径向刚度的贡献；内衬墙作用类似于环形支撑，对地下连续墙受力及变形是有利的；地下连续墙水平位移实测值最接近于侧压力系数1.0的轴对称有限元分析结果；地下连续墙环向应力和弯矩实测值位于按规范水土分算与侧压力系数1.0的轴对称有限元计算结果之间。

地质力学模型试验是研究大型地下洞室群围岩稳定性状况的重要方法，但是，许多制约因素使得这类试验难以达到预期效果，其中包括试验过程中物理量的量测问题。以双江口水电站地下洞群稳定性为研究对象，开展了模型试验为准确量测三维应力状态下洞群模型试验中围岩内部的微小位移，设计、制作和安装了高精度微型多点位移计，获得了围岩在开挖全过程中的位移变化规律曲线，同时，还开展了与模型试验相对应的数值模拟。将试验结果与数值模拟结果进行了对比分析。研究结果表明，设计成功的微型多点位移计能够广泛应用在各类岩土工程模型试验之中。

针对混凝土质量检测的特点，采用弯曲射线进行超声层析成像。首先建立波速分布的网格模型，并引入最短路径法进行射线追踪，然后采用联合迭代重建技术（SIRT）反演成像。为使算法适应弯曲射线，对SIRT的计算步骤进行调整，增加外层迭代，以便对修正后的路径进行下一轮反演；为提高反演精度，根据射线传播距离、幅度衰减、频率突变等信息建立和调整信号可信度系数，并依据该系数在求取网格慢度修正值时进行加权平均；为缩短计算时间，动态调整网格节点个数，并进行双向最短路径追踪。经过数值模拟及对混凝土基桩的实测，证明该方法在计算准确性和精度上有明显改进，计算速度也可以满足工程应用的需要。

为了突破由于静力触探机械动力不足而使触探技术无法应用到较硬土层或软岩的限制，对墙体砌块试样用角片式探头在室内旋进式触探仪上进行不同探入速度和旋转速度控制条件下的试验，以模拟较硬地层的旋进式触探试验。测试所得的轴向压力和扭矩值随探入深度的变化可分成3个阶段：初探段、上升段和平稳段。对试验结果进行比较分析，证实了将圆锥探头单纯地压入岩土体的方式，改变为具有切削功能的探头，被旋转压入岩土体的探入方式能在现有机械设备的探入动力条件下实现探头在较硬土层及软岩中探入。从理论和室内试验两方面验证了探入方式的改变是确保探头在坚硬黄土、冻土及软岩地区顺利平衡地探测的有效措施。