提出了动应力集中因子代表值的概念，以合理反映地震荷载作用下地下洞室围岩的动应力集中程度，并将动应力集中因子代表值，作为洞室地震响应的关键特征来衡量洞室地震响应的大小。应用显示有限差分法，讨论了地震动加速度幅值、洞室埋深、围岩岩体级别、衬砌混凝土厚度、衬砌混凝土强度等级与动应力集中因子代表值的相关关系。研究表明，动应力集中因子代表值与这5个因素均近似呈线性关系。在此基础上给出了有（无）衬砌支护结构两种情况的地震安全评价公式，提出了岩体地下洞室的地震安全评价方法。应用提出的评价方法，分别对唐山余震地震作用下溪洛渡水电站超大型地下洞室群的地震安全性进行了评价，所得结果与Dowding-Rozen及Sharma-Judd的评价方法结果一致。分析还表明，文中提出的岩体地下工程的地震安全评价方法的评价结果是偏于安全的。

以交河故城土遗址为原型，通过现场调查、取样和室内试验，研究了土建筑表面结皮的物理化学性质，提出了土质墙体表面结皮的形成与剥离机制。粒度分析、粉晶X射线衍射分析、易溶盐离子色谱分析表明，与下伏母墙相比，结皮层粒度偏细，易溶盐含量偏低；红外摄像测温显示，结皮层升温、降温幅度更大。研究认为，土建筑遗址结皮层的形成是墙面土体局部饱和崩解、泥浆蠕移干燥的结果，其形成初期对抵抗土遗址风化起到一定的保护作用，但随后在剧烈的热胀冷缩作用及风蚀作用影响下发生剥离和脱落，反而加速土遗址的劣化进程。

依据所分析的无临空面深层岩体爆破增渗的特点，在模型试验相似理论基础上进行无临空面深层岩体爆破增渗模型试验相似律研究。结合内蒙某低渗透砂岩型铀矿工程地质及水文地质实际情况，根据所推导的模型试验相似准则，通过理论分析及试验研究，实现了模型试验的几何条件、边界条件、爆炸荷载及材料的相似，为实施爆破增渗模型试验打下基础。

黏性土中土体颗粒（矿物颗粒）带有负电荷，周围存在电场。在静电引力与布朗运动（热运动）作用下，紧邻土体颗粒表面处静电引力最强，水化离子和极性分子牢牢地被吸附在颗粒表面附近形成固定层。由固定层向外，静电引力逐渐减小，水化离子和极性分子的活动性逐渐增大，形成扩散层。固定层和扩散层中的阳离子（反离子层）与土粒表面负电荷共同构成双电层。根据双电层理论，当给定两个黏土片层之间的距离时，渗透压力可以由两个片层中轴线处的离子浓度来求取。同样，对于给定的渗透压力和中轴线处的离子浓度，便可以确定两个片层之间的距离。采用渗析法吸力控制技术与压汞仪法（MIP）微观结构试验手段，研究了低吸力范围内、自由膨胀条件下高压实高庙子膨润土的土水特性与体变特征，同时采用双电层理论估算了高庙子膨润土水化过程中的自由膨胀量，并将估算值与试验实测值进行了对比分析。在使用孔率计法试验结果求取试样孔隙比时考虑了压汞仪出力能力影响，采用线性延伸方法估算了残余孔隙量。研究结果显示，低吸力范围内，由双电层理论，估算的高压实高庙子膨润土的自由体积膨胀量与试验数据吻合较好，但随着吸力的进一步减小，两者之间的误差有增大的趋势，文中对出现这一偏差的原因进行了分析探讨。

为了克服Gibson大变形固结理论的一维局限性，提出了一个新的连续介质力学模型，其中，采用第2类Piola- Kirchhoff应力和Green应变分别替代Lagrange应力和孔隙比。该模型可以考虑土体压缩性和渗透性的非线性变化以及几何非线性，并具有易于推广到多维模型的优势。结合试验资料，探讨了新模型的固结系数和对流系数的变化规律，结果表明，对流系数随着应变增加而减小，反映了大变形固结过程中土体自重效应在不断减弱。

对岩石蠕变变形分别进行了流变模型法和试验法的混沌特性研究，分析了其混沌行为的演化过程、进入混沌的通道以及混沌发生的条件，讨论了两种方法的现场工程应用问题以及相关参数的理论和实践意义。研究表明，岩石蠕变变形的发展过程是一种从有序－混沌（无序）－有序的过程。最后，根据岩石蠕变变形的孕育过程具有混沌特征的这一特性，提出控制岩石蠕变系统的应力水平是避免其混沌发生的主要途径。

采用改进的直剪蠕变仪，研究结合水对软土流变性质的影响。在相同试验条件下分别完成了含高岭土、膨润土不同重量百分比2组烘干试样和1组砂土的流变性质测试。测试结果与近期已取得的试验成果对比分析表明，结合水是产生土样流变性质的重要因素；烘干试样的黏滞系数均比与其矿物成分相同的湿土试样的黏滞系数大，砂土试样的黏滞系数比湿黏土的黏滞系数大，即烘干土样与砂土土样流变变形阻力相对湿黏土的大，流变现象相对不明显。在试验基础上，探索了控制软土流变特性的物质基础，提出了“流变物质”概念，“流变物质”与软土的流变性质互相对应，是软土产生流变的主要物质基础，并给出了与其力学性质相适应的流变机制的软土流变特性的物理描述。

针对大、小变形法地基沉降量结果的差异问题，从大变形应力和应变度量、本构关系以及本构参数等概念的角度进行探讨。在连续介质力学有关原理基础上，先后研究了基于Green应变、Almansi应变和自然应变的地基大变形沉降量计算式。基于欧拉应力——Almansi应变对、欧拉应力——自然应变对的大变形法压缩本构关系整理方法，以及大、小变形法切线体积压缩系数之间的转换方法等。理论分析和算例分析结果表明，遵循该转换关系的条件下，同一问题所得的大、小变形法最终沉降量结果是相同的，忽略该转换关系将导致大变形法沉降量计算结果偏大或偏小于小变形法的结果，这也为合理确定大变形法本构参数提供新的参考。

地基土单元体在波浪荷载的作用下将发生主应力轴连续旋转，这对土的强度和变形特性会产生显著的影响。针对饱和黏土，利用土工静力－动力液压三轴－扭转多功能扭剪仪进行了均等固结下的耦合循环剪切试验，着重研究了不同循环应力路径对应力-应变关系和强度特性的影响。试验结果表明，耦合循环荷载下黏土扭转剪切分量和正向偏差分量的应力-应变关系曲线与应力路径有关，且随着振动次数的增加逐渐疏松，割线模量 和 不断衰减，这与不固结不排水条件下的应力-应变关系曲线的变化规律明显不同；扭转剪切分量大的椭圆应力路径的动强度略小于正向偏差分量大的动强度。饱和黏土在不同应力路径下的力学特性的试验研究可以为建立复杂应力路径下的本构模型提供试验依据。

层状岩体的广泛分布是地下工程无法回避的现实。以渝湘高速公路共和隧道为工程背景，采用自行研制的弹脆性模型相似材料，制作出层状岩体隧道模型。采用大型真三轴岩土工程模型试验机进行加载试验，采用围岩应变监测、洞室内窥摄影、试件破坏形态的研究与分析，从而对缓倾角层理岩体中隧道的二次应力分布特征及破坏机制进行研究。试验中还通过超载系数，提供了一个安全储备的定量评估指标。试验的破坏特征与隧道实际破坏一致，说明了模型试验的正确性，同时也为顺层偏压隧道的加固机制研究及加固设计提供了试验基础。

基于可拓学的物元模型和聚类分析原理，提出了饱和砂土地震液化判别的可拓聚类方法。选取地震烈度、震中距、砂层埋置深度、地下水位、标贯击数、平均粒径、不均匀系数和动剪应力比等8个影响因素，作为饱和砂土地震液化的评价因子，构建了经典域物元和节域物元。应用物元理论和可拓集合中的关联函数，建立预测模型，通过聚类分析得到饱和砂土地震液化的判别结果。实例研究表明，该模型能客观地反映砂土的液化规律，可拓聚类预测方法应用于饱和砂土地震液化判别是有效可行的。

结合铁路提速现状，分析了既有线上运行最高时速200 km/h客车、120 km/h货车时路基的动力响应。首先，采用列车-轨道耦合动力学模型，计算轮轨间相互作用力，然后，通过非线性数值分析，研究不同列车编组和行车速度条件下路基的动力响应，包括路基横断面的动应力、位移和加速度的大小、分布规律、沿路基深度内的衰减，并探讨了路基参数与动力响应的关系，同时与既有线的部分实测结果进行对比分析。研究表明，列车速度提高对路基动力响应的影响有限，但轴重的影响很大；对既有线路基加固时，存在一个最佳的路基刚度值（120 MPa）；道床厚度增加，路基动应力线性减少，但路基动位移和加速度变化不明显。

以生活垃圾为地基的工程事例越来越多，但垃圾土的处理方法还没有形成系统的经验和成熟的设计计算理论。经过统计分析，按一定配比制备了人工垃圾土，分别进行了未降解、降解旺盛期、降解稳定期在水泥掺入量为25 %、35 %、45 % 3种条件下不同养护龄期水泥垃圾土的无侧限抗压试验，得到了硬化的应力-应变关系曲线和水泥垃圾土强度随养护龄期、水泥掺入量、降解阶段变化的规律。试验结果表明，垃圾土中的有机质既对水泥垃圾土有加筋作用，也有减弱水泥垃圾土强度形成的作用；未降解、降解旺盛期、降解稳定期水泥垃圾土的强度变化特性不同，水泥只对降解稳定的垃圾土有较好的处理效果。同时建议水泥的掺入量应大于35 %。

针对目前地层数字连线中处理地层缺失和倒转困难的问题，考虑6种地层缺失和倒转情形，提出了纵、横向结合地层分界线控制点搜索算法。将剖面图绘制视为一个多层地层区域组合叠加的过程，在保持地层连续性的前提下兼顾各地层相互之间的影响，有效处理了地层倒转、缺失问题，在此基础上提出一种增加虚拟点、微调已有点的新算法。结合3次样条插值函数，对绘制出的剖面图进行修正，实现了地层光滑连线，达到了地层无缝、无重叠组合的效果。将提出的复杂地层连线新方法应用于广东梅河高速公路工程数字制图中，构造出的地层分布图像准确性好，比较符合实际，可以为工程的勘察、设计和施工提供参考。

粗粒土的颗粒破碎直接改变了土体本身结构，对粗粒土的剪胀和内摩擦角都会产生影响。在土体剪切过程中，体积应力和剪切应力在体积应变和剪切应变上做功，这部分能量在剪切过程中转化为颗粒的弹性储能、颗粒间的摩擦耗能、颗粒剪胀时对外做功和颗粒破碎耗能4部分。准确计算剪切过程中粗粒土破碎耗能的目的是：从能量角度分析颗粒破碎对土体本构关系的影响，为建立考虑颗粒破碎的粗粒土本构关系创造条件。通过分析粗粒土的常规三轴试验数据，计算得到了剪切过程中的粗粒土破碎耗能。计算结果表明，常规三轴试验条件下粗粒土破碎耗能主要受固结应力、土体摩擦系数M等因素的影响。

考虑喷层在节理面局部的限剪和限裂作用，提出喷层支护节理岩体流变模型，在此基础上推导出喷层支护节理岩体的本构关系，建立了一种喷层支护节理岩体等效力学模型。采用该模型进行结构有限元计算，喷层、节理均不需要离散网格，进行等效模拟；当实际节理裂隙的数量与方向或喷层的厚度变化时，也不需要变化计算网格，从而可降低前处理工作量，为大型复杂结构的计算分析提供较大便利。最后，通过算例和实际工程验证了该模型的有效性——不仅具有离散模型便于模拟喷层真实作用机制的优点，而且具有等效模拟简单易行的优点，具有较好的工程应用前景。

针对青藏铁路北麓河粉质黏土，利用电阻率－应力－应变试验设备，获取了不同温度单轴压缩条件下的电阻率-应力-应变全过程曲线，探讨了冻土导电性能及其机敏性。试验结果表明，在含水率 、干密度 、加载应变率为1 mm/min试验条件下，初始电阻率 、最大电阻率 、最大切线模量对应的电阻率 随温度降低而同步增大；冻土在压缩过程中具有较强的压敏性，随着压应力增大，电阻率变化可分为电阻率减小区、平衡区和剧增区；冻土单轴最大切线模量与温度之间呈线性关系，最大切线模量对应的应力及应变 、 、峰值应力对应应变 表现出温度敏感性，当 ℃时， 、 、 值最小；当 ℃时， 、 、 值随T降低而增大，冻土随温度降低延性增强脆性减弱；当 ℃时 、 、 值随 降低而增大，冻土随温度降低，脆性增强，延性减弱。

为研究深部地下资源开发过程中矿岩的力学行为，利用自行研制的岩石动静组合加载试验机，对细砂岩进行了两个系列的三维动静组合加载试验，即固定围压改变轴向静压和固定轴向静压改变围压的试验，并对实验数据整理分析。试验结果表明：围压不变时，细砂岩动静组合强度、弹性模量随轴向静压增大先升高（弹性阶段）后降低（损伤阶段）；最大应变率和平均应变率则先下降后升高，并且当轴向静压在其静态三轴抗压强度80 %左右时，动静组合强度最大；轴向静压不变时，增大围压，细砂岩动静组合强度、弹性模量升高，平均应变率下降，而最大应变率的变化趋势无明显规律。

从室内试验得到的不同体积率下的钢纤维混凝土全应力-应变曲线的特性，探讨了损伤变量的变化规律及建立钢纤维混凝土损伤本构模型时考虑损伤阀值影响的必要性。基于连续损伤力学理论和统计强度理论，在传统的两参数Weibull分布函数基础上引入损伤阀值参数（位置参数），建立可考虑损伤阀值影响的钢纤维混凝土损伤本构模型，该模型可以反映钢纤维混凝土在低应力水平或变形较小时的线弹性变形特性；根据经验确定损伤阀值参数后，通过混凝土应力-应变全曲线的几何条件求解Weibull分布函数另外两个参数的表达式。最后，基于MATLAB的分析计算结果，并通过与钢纤维混凝土单轴压缩试验实测结果对比，证明模型可以很好的反映单轴受压状态下钢纤维混凝土的应力-应变关系，探讨了损伤阀值取值的大小。

随着三峡水利建设工程的进行，许多原本位于水面以上且已趋于稳定的人工或自然岩质边坡将被淹没，导致边坡稳定性降低，而水的压力、冲击、渗流和侵蚀等综合作用，给下岩质边坡的稳定性带来大量的不确定性。基于已有的水下土质边坡稳定性试验和水下岩质边坡有限元分析，进行水下岩质边坡模型试验研究，探讨在水位升降水过程中和波浪作用下水下岩质边坡的稳定性和破坏机制。将结构面为30°和50°的两种岩质边坡模型布置在人工水槽中，采用波流系统进行水位升降水波浪冲击试验，量测岩质边坡的应力变化。通过分析边坡各测点应力变化，得出了一些有意义的结论：（1）把边坡前部岩体划分成3个区域，每个区域内应力变化规律相同；（2）水下岩质边坡坡脚处应力集中最大，破坏始于坡脚，并由此产生的塑性区沿结构面逐渐同坡顶发展，这与一般边坡从坡顶逐渐向下发展的开裂破坏形式完全不同；（3）波浪对水下岩质边坡结构面的影响，将随其倾角的变小而减弱。

利用大型高速环剪仪，对不同超固结比、法向应力和剪切速率下的超固结饱和黏土的峰值强度和残余强度特性进行了研究，并对循环荷载作用前后残余强度的变化进行了初步探讨。试验结果表明，（1）超固结比对超固结黏土的峰值强度和残余强度有着明显的影响；（2）在剪切速率相同的条件下，土体达到残余强度时的位移取决于现存的应力状态，而与应力历史无关；（3）剪切速率越大，峰值强度随之增大，达到稳定残余强度时的剪切位移也随之增加，但剪切速率的变化对残余强度值几乎没有影响；（4）在循环荷载作用下残余强度不同程度的降低，最大降低幅度达12.2 %；当土体剪切面为不规则剪切带时，施加循环荷载后出现残余强度上升的现象。

在减小地基变形进行的深层搅拌桩加固时，加固本身的挤土效应对隧道变形产生了影响。为此，模拟了搅拌桩（DCM）侧向挤土效应的4种荷载模式，结合实测资料并采用数值试验验证了侧向挤土荷载模式的合理性。进一步应用该模式，通过有限元模拟了搅拌桩的加固挤土效应，分析讨论了不同加固顺序对地面变形，隧道变形以及长期蠕变变形的影响，结论表明，搅拌桩加固对地面环境影响是不可忽略，隧道周围搅拌桩施工顺序对隧道变形影响较大，搅拌桩加固后长期蠕变效应相对加固过程的变形很小。

为了研究非饱和重塑黄土在三轴试验条件下的湿陷变形，利用自主研发的三轴试验土样变形数字图像测量系统，对其在均等围压下的三轴固结变形进行了初步研究。研究了非饱和黄土固结变形过程中轴向应变、径向应变、体积应变和时间之间的关系以及体积应变和压力之间的关系，并对比了单轴压缩试验和三轴压缩试验中体积应变和压力的关系。试验研究表明，在含水率一定的条件下轴向应变、径向应变和体积应变与时间的关系可以用双曲线模式表达，其表征最终变形量的参数依赖于均等固结压力。

运用渗流力学理论，对饱和砂层在毛细力作用下的平面径向流、球形向心流两种渗透性注浆模型进行了推导，得到了球形和柱形渗透性注浆扩散公式。以球形扩散公式为例，结合工程实例并与常用的Maag球形扩散公式进行比较，结果表明，由Maag公式计算注浆所需时间偏小，文中公式更接近工程实际。最后探讨了注浆参数对扩散半径的影响，表明扩散半径对注浆参数的变化均较敏感，文中公式与Maag公式所得到的变化趋势基本一致。

为了解隧道衬砌在地震过程中的动态响应以及减震层在地震过程中对隧道及围岩边坡安全性能的影响，针对双洞隧道洞口段进行室内抗减震模型试验研究。模型试验按有（无）减震层分成2组进行对比。试验结果表明：(1) 设置减震层对围岩破坏的形式没有影响，只能在破坏程度上有所减轻；(2) 减震层的设置对模型中的动应力分布情况有较大影响，并能够在一定程度上减小作用在衬砌上的作用力；(3) 有错距的双洞隧道中，长里程隧道洞身在包含短里程隧道洞口的横截平面附近受力状态复杂，减震层的加入有利于减轻其破坏程度。

钙质砂在低应力水平下就会产生颗粒破碎，并伴随有明显的声发射。在不同围压下，对不同初始孔隙比和级配的南沙群岛永暑礁钙质砂进行室内三轴排水剪切试验，同时监测其声发射信号。试验发现：当围压增加或初始孔隙比减小时，钙质砂偏应力峰值逐渐增加，但在某一界限围压时，声发射活动出现最强，在某一界限孔隙比附近时，声发射活动出现最弱；对于级配较差的钙质砂，试验前期声发射活动较弱，其偏应力峰值较小。

鉴于基坑支护中常见的直撑设计一般都没有考虑基坑位移和土压力的变化，总结了土压力和基坑位移之间非线性关系的研究现状，分析了随坑壁转动时土压力大小和方向的变化规律。在此基础上，推导了直撑轴力和坑壁位移之间、以及直撑纵向变形与坑壁位移之间的数学关系式。结合工程实例，进一步研究了直撑轴力和变形随基坑初始位移、支撑点、土压力作用点、土体与挡土结构间摩擦角等因素变化时的发展变化规律。研究表明，直撑轴力及其变形随基坑位移、支撑点高度、土体与挡土结构之间摩擦角的增加而减小，随土压力作用点高度的增加而增大，与基坑初始位移值基本无关。

针对软土地基桶形基础在循环荷载作用下的变形问题进行研究。首先, 通过桶形基础循环模型试验获得在动、静荷载作用下地基的破坏特性。然后，从模型土池中取土样，进行不固结不排水（UU）循环三轴试验，测其循环累积应变特性，建立了累积应变与其相关因素间的关系。最后，采用有限元的方法模拟模型试验，将循环累积变形等效为蠕变，在理想弹塑性的基础上加入蠕变来计算循环荷载作用下桶形基础的变形，并与模型试验结果进行比较。结果表明，软土地基桶形基础在循环荷载作用下的变形与静力下的蠕变有相似的特点，桶形基础循环累积变形可以用等效为蠕变的方法计算。

钙质砂是海洋沉积物中的一种，富含碳酸钙或其他难溶碳酸盐类物质的特殊介质。由于其颗粒质脆，受力后易产生破碎，表现出与常规陆源砂不同的力学性质。通过对取自南沙群岛永暑礁附近海域的钙质砂进行三轴剪切试验，分析了钙质砂颗粒破碎与剪胀对其抗剪强度的影响。试验结果表明，颗粒破碎与剪胀对钙质砂强度有着重要影响，低围压下剪胀对其强度的影响远大于颗粒破碎，随着围压的增加，钙质砂颗粒破碎加剧，剪胀影响越来越小，而颗粒破碎的影响则越来越显著；颗粒破碎对强度的影响随着围压的增大而增大，当破碎达到一定程度后颗粒破碎渐趋减弱，其影响也渐趋于稳定。

将距离判别分析方法应用于砂土液化的预测问题中，建立了砂土液化预测的距离判别模型。选用震级、研究深度、震中距、标贯击数、地下水位及地震持续时间等6项指标作为判别因子，以大量的工程实例数据作为学习样本进行训练，建立了线性判别函数对待评样本进行了评价。研究结果表明，距离判别分析模型判别砂土液化效果良好，预测准确度高，回判估计误判率低，可望成为砂土液化预测的有效手段。

运用锚杆静压桩技术在既有建筑物中增设地下空间是可行的，一方面可利用既有建筑物的自重荷载作为压桩的反力，另一方面将压好的桩作为临时托换构件支撑的既有建筑物，建筑物下方的土体才可以开挖。对于黏性土，采用逐根压桩的方案，把所有桩压至设计标高后，待超孔隙水压力消散，才开挖承台下的土体。对于砂性土，可以边开挖土方边压桩，通过控制压桩和挖土速度，很好地控制建筑物的沉降。桩身四周的土体开挖后，其稳定性按照自由长度较大的高承台桩的模型进行分析。锚杆静压桩的压桩阻力是根据土层动力触探的指标确定的，锚杆静压桩的数量根据使用阶段、施工阶段的荷载以及桩身自由段的屈曲稳定性综合确定。按照新旧混凝土界面初始滑移承载力，进行承台的抗冲剪设计是有足够的安全储备的，此时冲剪承载力由几个斜向混凝土柱承担，而承台的下部受拉。锚杆静压桩之间的沉降差会在上部结构中产生附加内力，影响到结构安全。沉降差的计算采用分层总和法，计算时应考虑桩身的重力荷载、桩顶集中荷载等产生的附加应力以及土体开挖附加应力的减少。

以武汉长江隧道工程为例，采用三维壳-弹簧计算模型，对不同幅宽和不同环间接头剪切刚度的管片衬砌结构力学分布进行了分析，并与梁-弹簧模型结果在量值上做了全面比较。研究表明，全环最大弯矩发生在幅宽边缘部位；环间接头剪力对幅宽边缘影响较大，而对幅宽中央影响偏小；当环间接头剪切刚度为非无穷大时，壳模型的幅宽边缘最大弯矩值略微大于梁弹簧模型相应结果，而当无穷大时两者数值则基本相等；壳模型的幅宽中央的最大弯矩值介于梁模型错缝与通缝拼装的数值之间，并随幅宽加大而趋于接近通缝拼装的结果；大幅宽条件下，不宜将梁-弹簧模型的环间最大剪力结果作为环间接头抗剪设计的计算依据。

针对水泥土搅拌桩应用中存在的问题，介绍了最新研制的钉形水泥土双向搅拌桩及其施工工艺。施工质量检验表明，钉形水泥土双向搅拌桩桩体质量好于常规水泥土搅拌桩，钉形水泥土双向搅拌桩单桩及复合地基承载力分别较常规水泥土搅拌桩的单桩及复合地基承载力有较大提高。通过对试验段的观测成果分析，论证了钉形水泥土双向搅拌桩加固软土地基优越的工程特性。

以广西膨胀土为研究对象，考虑气象因素的影响，通过现场试验对膨胀土的胀缩变形、变形模量与渗透特性进行了原位跟踪测试。结果表明，较小的降雨量就可以使表层土体的含水率和膨胀状态达到极限。对降雨过程而言，自然状态下膨胀土雨水入渗的影响深度是有限的；膨胀土变形模量随含水率的增加以幂函数的形式逐渐降低；当含水率较低、裂隙较发育时，土体的渗透性会大大提高，而植被的存在也会较大幅度地改善土体渗透性，为深入认识膨胀土边坡的灾变机制提供了依据。

在软土地区建设高速公路、铁路等的填筑路堤越来越多，由于软土的不排水抗剪强度较低，软土地区路堤的填筑十分困难，而软土地基的渗透性很低，通常认为路堤的填筑是在不排水条件下进行。经典的设计方法是基于极限平衡法，无法考虑变形等因素，因此，能综合考虑稳定及变形等因素的有限元方法成为分析此类问题的一种有效手段。依据连云港铁路路堤在软土地基上的填筑试验资料，采用大变形有限元方法及Mohr-Coulomb模型，采用现场试验得到的土体强度值，对平面应变条件下路堤填筑的破坏性状及极限填筑高度等进行了分析，并对比了有限元分析结果及现场试验结果，结果表明，采用大变形有限元方法能够较准确的得到填筑路堤的极限高度，并有效地分析填筑路堤的破坏性状。

采用现场修筑实体模型试验结合室内土工试验的方法，全程、全断面、实时记录了模型试验中取得的大量数据，研究了预铺柔性管加筋注浆新技术在一定注浆施工工艺参数条件下水平柔性花管注浆实现机制、注浆施工工艺特性及注浆加固范围和效果。文中重点介绍了预铺水平柔性加筋注浆管现场模型试验的试验设计、模型修筑方案及制作、试验测试内容和研究方法。试验结果表明，预铺水平柔性加筋注浆新技术施工工艺简单、加固效果良好，具有很好的开发利用价值。同时，现场大型单点模型试验与现场实际施工条件基本一致，试验所得成果和施工参数能够直接用于实际施工，对回填加固类似工程采用本新技术施工具有一定的借鉴和指导作用。

土钉墙支护软弱地基基坑，只能适用于一定的开挖深度，即土钉基坑支护结构具有极限开挖深度。为此，提出了土钉支护结构极限开挖深度的确定方法，以淤泥类地层基坑作为研究对象，研究了土钉支护结构的极限开挖深度问题，以及研究了土钉墙墙面坡度、地面超载、土层物理力学性指标以及土钉直径等变化时对极限开挖深度的影响。对于位于淤泥类、淤泥质类土层中的基坑，其极限开挖深度可分别取为5.0 m和6.0 m。

预测工后沉降是高速公路所要解决的主要问题之一。指数曲线法和双曲线法是以往常用的分析方法。但实践表明，前者推算的结果常常偏小，而后者推算的结果又常常偏大。文中提出了一种反映沉降速率与沉降半立方非线性关系的双曲型曲线预测模型。理论分析和实例预测结果表明，该模型的预测值更接近实测值，预测结果的可靠度更高。

通过在两个不同基础底面尺寸的装配式型钢基础进行抗压、抗拔承载力和变形特性试验研究，考察了型钢基础及土体的变形及破坏型式，试验中该类基础发生土体剪切破坏而失效，最后提出了基于试验研究的抗压、抗拔承载力计算理论，其中抗压承载力根据有效底面积计算；抗拔承载力应考虑基础上拔产生应力扩散形成的破坏土体进行计算；计算中建议按土体的内摩擦角取用不同土体的上拔扩散角；地下水位以下土体上拔扩散角建议取为0 º。研究成果为该类基础的承载力计算理论、设计方法及实际工程应用提供理论依据。

采用规范沉降计算法及太沙基一维固结理论，对某矿石码头堆场地基的沉降进行计算分析。基于沉降实测资料，采用反分析方法，确定了各土层的压缩模量和固结系数，并将反演得到的参数代入太沙基一维固结方程，对后续沉降进行预测，从而确定分级压载的下一级压载时间与压载量。与传统的沉降预测方法相比，由反演分析得到土层参数，对后续沉降进行预测的方法，其结果更加真实可靠，也更能反映实际土体的固结沉降机理。该方法可供今后其他类似工程的设计和施工参考。

甘南某金矿3号矿体采用空场法开采，于2006年12月4日采场发生冒顶坍塌，造成矿山停产。为了恢复矿山生产和今后矿山生产安全，需要进行采场坍塌原因分析，了解采场塌埋填实情况，以便采取相应安全措施，保证采矿安全。为此，首先根据3号矿体的地质、采矿条件，分析了采场坍塌原因及其主要影响因素。在此基础上，采用地球物理勘探技术，进行了采场空区的电磁法探测，由此揭示了采场的空区填埋情况。同时，圈定了深部矿床的异常区，不仅为矿区恢复生产提供了重要设计依据，而且为矿山深部资源开发提供了重要的参考价值。

在前人大量研究的基础上，针对传统的SMR法（边坡岩体质量方法）没有考虑软弱互层对边坡岩体评价结果的影响的不足之处，增加了强度差异调整权值项。对西南地区80个红层软岩边坡的评价分析结果表明，采用岩性差异修正后的SMR法比直接使用SMR法更加符合野外实际情况，运用修正后的SMR法对红层软岩边坡评价更加合理。

黄土高边坡稳定性受多种因素影响，对高边坡稳定性影响因素进行敏感性分析非常必要。通过建立合理的计算模型，采用灰色关联度法，对影响宝鸡峡引水工程黄土高边坡稳定性的主要因素进行了分析。结果表明，土体的内摩擦角和黏聚力对其稳定性影响最大；采用正交实验分析可知，除土体的内摩擦角、黏聚力和坡高外，地震作用对黄土高边坡稳定性的影响也较大。以上分析表明，抗剪强度指标是影响黄土高边坡稳定的主要敏感性因素，提出了在黄土高边坡稳定性分析时应尽量使抗剪强度指标的选取准确、合理，同时也应考虑边坡高度和地震的影响，进而为黄土高边坡类的工程设计和运行管理提供重要参考。

采用有限元方法数值，模拟了开度随机分布裂隙中的渗流场问题。根据给定的裂隙开度均值和标准差，随机分布生成有限元模型中的单元裂隙开度，模型中的材料参数和单元属性用ANSYS中的APDL参数化语言赋值。根据有限元随机模拟断面的流量分布和稳态渗流问题的达西定律，计算在不同裂隙开度标准差条件下的等效导水系数，研究等效导水系数与裂隙粗糙度之间的关系。数值模拟结果表明，与光滑平直的裂隙相对比，在裂隙平均开度为常数、开度随机正态分布的条件下，表面粗糙裂隙的等效导水系数略有降低；对于裂隙平均开度为0.5 mm的裂隙模型，裂隙开度标准差从0.01 mm变化到 0.2 mm，其等效导水系数变化小于5 %。传统的渗流控制方程无法精确描述地下水在粗糙裂隙中的流动特征，因为在压力水头的定义中忽略了速度项。

将所建立的热-水-应力-迁移耦合模型及开发的有限元程序，由二维分析拓展到三维分析，并从方法论研究的角度，以一个简单的核废物地质处置模型为算例，进行热-水-应力-迁移耦合过程的三维数值模拟，考察了近场的温度、饱和度、核素浓度、孔隙水压力、位移、正应力、流速等的分布与变化，认为计算结果符合规律，得出了若干结论：为了精确地模拟放射性核素迁移，就必须将温度场、渗流场、应力场和核素浓度场进行耦合分析；核废物埋存若干年后将在处置孔壁附近产生较高的压应力；缓冲层内各点的核素浓度达到相对稳定的时间要比温度和饱和度达到相对稳定的时间长得多。

基于Hueckel提出的饱和黏土化学-塑性本构模型和Gallipoli提出的非饱和土弹塑性本构模型，提出了一个新的非饱和多孔介质的化学-塑性本构模型，并建立了该模型的隐式积分算法，算法中考虑了化学软化和非饱和吸力的影响。在已有的非饱和多孔介质有限元分析程序平台上进行了程序研发，对孔隙水中化学污染物浓度变化对非饱和土力学行为的影响进行数值模拟，使所研制的程序能够进行岩土工程问题的化学-力学耦合非线性分析。

在精确确定构造序列与构造格架的基础上，探索出一套从建立构造模型、确定边界条件、选取岩体力学参数与危险性判断准则、计算古构造应力值、预测危险区与安全岛的基本思路与方法。采用有限元法，建立了矿区平面应力与三维构造模型，从加载方式和加载大小两方面模拟历史时期作用于成庄煤矿上的古构造应力。根据地表岩体和深部煤层中的节理，计算其内摩擦角和岩体抵抗变形破坏的能力，获得了古构造应力作用下地表表层、3#煤层的临界区、危险区与安全区。结合研究区节理、断层、褶皱、陷落柱等构造形迹特征，对危险性分区进行综合预测。预测结果揭示，山西晋城成庄煤矿区存在先南北向、后东西向的两期大的古构造运动，即先东西向加载60 MPa，再南北向加载110～180 MPa，可能的危险区分东、西两带，该结论对煤层岩体应力集中带和瓦斯突出区的预测具有重要的意义。

利用三维有限元数值模拟方法，分析了采用挤压墙的面板堆石坝的应力变形规律。与不采用挤压墙和采用半挤压墙型式的方案进行比较，研究了挤压墙的存在及其型式对于面板堆石坝应力变形响应的影响。计算结果表明，挤压墙的存在及其型式对于坝体的应力变形以及面板挠度变形影响较小；对面板的应力分布情况有一定影响，但不会对面板安全性产生明显影响；挤压墙的存在有利于减小周边缝的沉陷变位。

结合杂交边界点法和双互易法则，推导出求解动力问题的纯边界类型无网格方法——双互易杂交边界点方法，并将该方法用于求解含中心裂纹的方板受瞬态载荷作用的问题。该方法将问题的解分为通解和特解两部分，通解使用杂交边界点法求解，特解则利用局部径向基函数近似，域内布点仅仅为了径向基插值，因此仍然是一种纯边界类型的无网格方法。同时，将移动最小二乘近似中的基函数扩充，使该方法能更好地模拟裂纹尖端应力场的奇异性，具有后处理简单、精度高的优点。数值算例表明了该方法的稳定性和有效性。

针对在建公路边坡，受切破、降雨和施工等影响引起边坡及铁路偏压隧道的严重变形，采用三维有限差分数值模拟。计算程序FLAC3D以塑性力学、流变力学和渗流力学为理论依据，利用改进的黏弹塑性流变模型，分析山区挖方边坡和坡顶隧道联合稳定性的过程。通过自编的计算程序，对隧道边坡各种工况力学-流变-渗流进行数值模拟计算，根据计算所得的位移和孔隙压力等值线分布特征，分析其潜在滑动带和隧道破坏影响区，确定其重点加固的范围。应用结果表明，工程抗滑桩桩顶位移监测数据与数值计算结果比较吻合，改进的黏弹塑性流变模型能较好地描述岩土类材料的流变特性。

Hoek-Brown屈服准则是估计完整岩石或节理岩体剪切强度的半经验准则，已成为岩体强度预测及稳定性分析领域应用最广泛的准则之一。选取常见的3类岩石材料作为分析代表，通过有限差分法及敏感性分析方法研究了Hoek-Brown准则中各参数对岩质边坡安全系数的灵敏度。研究表明，地质强度指标GSI对岩质边坡稳定性影响最为显著，而反映岩石的软硬程度材料常数mi、岩体扰动系数D和岩石单轴抗压强度?ci影响显著性要小于地质强度指标。最后，对GSI对岩体的摩擦角? 和凝聚力c的影响规律进行了分析。结果表明，对于同一GSI，mi从小到大变化时，? 的变化幅度在减小，GSI值在55附近时，不同mi所对应的凝聚力趋于同一个值。

邓肯-张模型假设土体应力-应变关系符合双曲线关系，而且假定相关参数与围压的关系也是某种固定关系，这样的做法不仅违反了土体性质多样的现实，也容易造成模型与试验结果不符，引起误差。为此，提出了通过常用软件试算获取参数及直接寻求参数与围压最佳关系函数的思想，改变了参数与围压只有一种固定关系的思路。在邓肯-张模型基础上提出了负乘幂本构模型，它能够通过调整一个参数实现曲线形式的变化，从而体现出土体应力-应变关系的多样性；负乘幂模型采用前面提及的思想来获取参数，经过推导得到了该模型的切线模量公式。通过比较，证明负乘幂模型能够更好地与试验曲线吻合。

对含泥岩夹层层状盐岩力学和变形特性进行有限元分析。首先，用数值试验方法预测含泥岩夹层层状盐岩体宏观等效弹性力学参数，然后，建立层状盐岩复合体细观有限元模型，研究其在单轴和三轴压缩荷载下盐岩、泥岩以及界面细观应力应变场分布特征、应力集中问题，并将上述研究与已有的理论和试验成果进行对比。结果表明，运用细观有限元方法预测层状盐岩宏观弹性力学参数是一种直观有效的方法；泥岩和盐岩力学特性上的不匹配导致在层状盐岩的泥岩夹层中以及界面边缘处存在较为明显的应力集中和差异变形。单轴压缩时，泥岩体由于侧向变形能力差会受到横向拉伸应力作用而盐岩层则相应的受到横向压应力作用，三轴压缩时因围压和偏应力大小不同层状盐岩细观应力应变场分布特征则更为复杂；此方法能更为直观的分析层状盐岩的变形和破损特征，这一分析结果对进一步进行层状盐岩体内油（气）储库硐室稳定性分析提供了理论基础。

相关距离是随机场理论应用于实际工程可靠度分析的一个重要参数。根据随机场理论，对土性参数相关距离的计算方法进行了研究和改进，提出求解相关距离的波动函数法和加权拟合相关函数法，使相关距离的计算更加简便易行，且精度有所提高。结合大量工程地质勘察资料，对天津港地区典型土层的垂直向相关距离及水平向相关距离进行了计算和统计，获得相关距离的地区性代表值，可作为此地区实际工程的参考。同时，对取样间距及土性指标对相关距离的影响进行了分析，提出了当取样间距变化时相关距离的确定原则，并指出相关距离是反映土的空间固有变异性的基本属性，由不同土性指标求得的相关距离值基本相同。

煤与瓦斯突出的预测研究通常是通过监测对煤与瓦斯突出的启动比较敏感的指标来进行，指标监测数据的大小和变化规律是进行预测的基础。首先介绍了一步预测和多步预测的基本原理，然后对2组瓦斯浓度数据序列利用全域法、零阶局域法和一阶局域法进行了对比计算；计算结果表明，加权一阶局域法的预测精度相对较高，该方法对混沌性强的数据序列的预测精度高于混沌性弱的数据序列的预测精度。

对岩溶裂隙水进行及时准确的预报，是当前岩溶隧道设计和施工中亟待研究和解决的关键问题。复信号分析技术能够提取多个参数进行综合判断，基于此优点，尝试将复信号分析技术引入到地质雷达探查水体的研究中。对雷达数据中的水体异常分别从振幅、频率和相位等方面进行综合判断，克服了以往判断依据单一的缺点，为利用地质雷达进行岩溶裂隙水预报提供了一种切实可行的方法。首先，介绍了复信号分析技术的原理，阐述了在地质雷达信号处理中引入复信号分析技术的必要性；然后探讨了基于复信号分析技术的地质雷达预报岩溶裂隙水的可行性，得出了判断水体的依据。最后结合工程实例，对地质雷达数据进行了复信号处理，并对岩溶裂隙水进行了综合判断。与开挖结果对比显示，复信号分析技术的运用较大的提高了岩溶裂隙水预报的准确性和可信性。

为了实现与环境协调的矿产资源开采，提出建立并开发了矿山开采沉陷灾害预警系统。以美国大型软件ARCGIS为开发平台，采用ARCMap Object开发方法开发了矿山开采沉陷灾害预警系统；建立了该系统计算参数的位移反分析模型，引入单纯形优化方法，编制了系统计算参数的位移反分析模块；进行了实例计算分析。第1个实例分析了某工作面开采引起的地表沉陷灾害，并与CXYJ2001的计算结果对比，验证了系统的计算可靠性，并展示了系统的功能。第2个实例是对江苏姚桥煤矿开采方案引起的地表沉陷灾害预警分析，优化了开采方案。研究表明，系统是实现与环境协调的矿产资源开采的重要辅助手段。最后，介绍了进一步工作的方向。

将距离判别分析方法应用于岩爆等级判定问题。选用洞室围岩最大的切向应力σθ、岩石单轴抗压强度σc、抗拉强度σt、岩石弹性能量指数Wet作为岩爆等级判定的距离判别分析模型判别因子，以工程中实际岩爆情况及数据作为训练样本，进行分析计算，建立岩爆等级判定的距离判别分析模型。运用该分析模型对国内外工程实际岩爆情况进行判定，判别结果与工程实际完全相符。将该模型应用到诸（暨）永（嘉）高速公路括苍山隧道工程的岩爆情况预测中，判别结果与实际情况相符。研究表明，岩爆等级判定的距离判别分析方法，判别能力强，误判率低，是解决岩爆等级判定的一条有效途径。