利用GDS非饱和三轴试验系统开展了杭州湾储气砂土主动压缩、被动压缩、主动伸长与被动伸长等4种应力路径试验研究，以论证应力路径对非饱和砂土的变形性状与强度特性影响。结果表明，在卸荷应力路径被动压缩与被动伸长下非饱和砂土的应力-应变曲线呈明显的应变软化性状，而加荷应力路径主动压缩与主动伸长则分别表现为轻度应变软化及显著应变硬化变形特征；非饱和砂土的强度参数在卸荷与加荷应力路径中也存在差异，前者的有效凝聚力高于后者，而内摩擦角则相反；但其表观凝聚力与基质吸力关系在不同应力路径下均可用乘幂函数 有效描述，而试验参数a、b值不同，公式 可合理地用于表述非饱和砂土的强度特性。

研究了环境侵蚀下水泥土的细观破裂行为，利用中国科学院武汉岩土力学研究所的岩石破裂过程细观力学试验系统，对在各种侵蚀环境中侵蚀一定时间的水泥土细观试件进行了一系列破裂过程试验，实时观察并用显微数码摄像系统记录了水泥土试件的细观破裂全过程，得到了水泥土的应力-应变关系曲线及其对应显微图像。研究结果表明，环境侵蚀后水泥土的细观破坏特征主要有两类，即弹塑性破坏和脆性破坏。细观试验是研究环境侵蚀下水泥土破坏过程的有效手段。

路基工后沉降控制是客运专线路基工程研究的重点内容，其中地基在列车荷载长期重复作用下的累积沉降不可忽视。为揭示黄土地基在列车振动荷载长期作用下的沉降变形，通过对原状黄土试样的循环三轴试验，模拟实际列车荷载瞬时加载状态，采用不等向长持时加载，得出了在不同围压条件下黄土的动强度特性和循环应力-累积应变关系，并对较小循环应力下的循环应力-累积应变关系进行了归一化处理，得到了以下结论：①黄土的累积应变随时间的增加而增大，当循环应力不超过临界应力时，应变会最终达到稳定；反之，黄土结构遭到破坏，应变不能达到稳定；②不同围压下的黄土累积应变均随循环应力的增大而增大，且临界循环应力随围压的增大而增大。③在同一围压状态和同一应变破坏标准下，动强度随振次的增加而减小；④在不同围压、相同振次条件下达到相同的应变所需要的循环应力随围压的增大而增大；⑤在较小循环应力作用下，不同围压下黄土的累积应变随循环应力增加呈线性增长。

纤维加筋土物理力学性质主要受纤维与土界面之间作用力大小的控制，了解界面的微观力学行为对研究纤维加筋土的机制及工程应用具有重要意义。首先，利用自行设计的纤维拉拔试验装置，对不同含水率和不同干密度的土样进行了单根纤维的拉拔试验，测试并计算了单根纤维与土接触面之间的剪切强度和残余剪切强度，分析了含水率和干密度大小对它的影响。结果表明，设计的试验装置和试验方法能较好地进行单根纤维的拉拔试验，具有较高的准确性和精度。获得了纤维加筋土中界面剪切强度和残余强度与土样含水率和干密度之间的定量关系；分析拉力-位移曲线表明，加筋土中纤维的拉拔特性取决于筋土界面的力学行为，曲线的形状受含水率和干密度的影响不明显。最后，利用测得的筋土界面强度导出了纤维加筋的临界长度。

建立了一个非线性数学模型来分析群桩扭转问题。该模型利用非线性荷载传递曲线来模拟桩的非线性响应，采用Mindlin解计算各桩水平力间的相互作用，用Randolph解析解分析得到各桩间扭矩对水平力的影响。在各单桩中引入经验性的耦合系数，分析桩身水平变形引起的土体反力对该桩扭转承载力的影响。对比计算结果与离心机模型试验数据，表明该模型能够模拟群桩扭转中主要的桩-土-桩相互作用和荷载耦合作用，较好地反映了实际情况。

以上海某植物园加筋土工程为背景，通过一系列室内拉拔和直剪试验，研究了单、双向塑料土工格栅与不同填料（黏性土、砂土）的界面作用特性，对比分析了单、双向格栅的加筋效果和界面剪应力的不同发挥机制，探讨了填料密实度、垂直应力、拉拔速率对界面参数的影响，并就拉拔试验和直剪试验结果进行了对比分析。结果表明，对于单向格栅加筋工况，拉拔曲线和直剪曲线通常表现为应变软化型。然而对于双向格栅加筋工况，其曲线一般表现为应变硬化型；对于双向格栅加筋工况，填料对格栅的嵌锁咬合力增强，宏观上表现为较高的界面黏聚力，加筋效果优于单向格栅；填料密实度、垂直应力、拉拔速率对筋土界面特性具有影响，但其影响程度和机制与填料性质有关。

根据统计力学原理，以分形岩石力学为桥梁，对盐岩在温度与应力耦合作用下蠕变特性进行了研究，导出了考虑围压效应的损伤变量表达式。综合前人的成果，推导出温度–应力耦合下的盐岩损伤方程。对盐岩在温度与三轴应力共同作用下的蠕变试验数据进行研究，分析了盐岩蠕变过程中衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段的各自特征。对于广义Bingham 蠕变模型在衰减和稳态蠕变阶段引入一非线性函数，在加速蠕变阶段引入损伤，建立了盐岩考虑温度损伤的蠕变本构关系。利用盐岩的三轴蠕变试验数据对新的蠕变损伤模型参数进行辩识与比较分析。结果表明，该模型能够很好地反映在不同温度作用下盐岩的衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段的规律，验证了该模型的合理性和正确性。

利用大型渗透变形仪，对不同最大粒径和细粒含量的缺级粗粒土的渗透破坏特性进行了系统的试验研究。研究结果表明，缺级粗粒土在细料含量小于30 %的情况下都发生管涌型渗透破坏，基本符合前人提出的判别流土和管涌的准则。管涌破坏的类型可划分为发展性管涌和非发展性管涌两种，采用刘杰和康德拉且夫对发展性和非发展性管涌的判别方法都不能区分本次试验的管涌破坏类型。在康德拉且夫提出的判别粗粒土管涌类型的方法的基础上，考虑细料对粗料孔隙的填充程度及试样中缺级颗粒百分含量的影响，建立了缺级粗粒土管涌类型的判别式，为缺级粗粒土管涌类型的判别提供了新的思路和方法。

隧洞开挖过程中控制爆炸对岩体的损伤，减小爆破裂隙范围，对保证工程安全具有重要意义。基于爆炸应力波作用下爆生裂隙形成机制的研究，采用摩尔-库仑准则及最大拉应力准则，研究了初始地应力对爆炸应力波作用下爆生裂隙区比例半径的影响。研究结果表明，初始地应力对爆生裂隙范围有显著影响。在压剪破坏模式下，爆生裂隙区比例半径随地应力的增大而减小，地应力侧压系数影响爆生裂隙区比例半径在洞壁圆周的分布。考虑围岩应力卸荷影响后，沿隧洞径向的爆生裂隙区比例半径比不考虑卸荷的小。拉伸破坏导致的岩体爆生裂隙区比例半径一般比压剪破坏模式下爆生裂隙比例小，爆炸应力波作用下隧洞围岩更容易沿结构弱面发生压剪破坏。

抗滑桩与滑坡体的相互作用是一个复杂系统。利用专门设计的安置有光纤和电测器件的物理模型试验装置，通过改变抗滑桩的几何尺寸、布置间距以及滑体的滑移面角等有关参数，研究抗滑桩与滑坡体之间的相互作用，获得了在不同桩体几何尺寸、间距以及滑体滑移面角? 等参数情况下抗滑桩的受力状况和滑体作用在抗滑桩上的滑坡推力函数q（H），进一步揭示了抗滑桩与滑体之间的相互作用机制。

基于Biot固结理论，对随时间变化的变荷载作用下轴对称饱和半空间均质地基固结问题进行了分析。引入状态变量，利用Laplace-Haknel联合变换法，求解了状态方程，得到变荷载作用下饱和土骨架位移、应力、孔隙水压力及渗流量的一般积分形式解，通过算例详细分析了变荷载作用下二维地基固结问题。结果表明，对缓加荷载作用下地基，只有加载较快时，在地基较深处才有明显的Mandel-Cryer效应出现。在循环荷载作用下，多维固结情况下会出现负孔压现象。

设定平行于水平面表面渗流情况下客土破坏模式为一条沿平面网上表面的平行于原边坡坡面的直线滑动面。根据此破坏模式，采用无限坡模型进行客土的稳定性分析，推导出有地震、平行于水平面表面渗流作用下的客土稳定厚度的通式。通过对通式中参数取值的讨论，给出了各种情况下的客土稳定设计图表。利用平行于水平面表面渗流和平行于坡面表面渗流情况下的客土稳定设计图表，进行了两种情况下客土稳定性的对比。结果表明，客土失稳厚度相同时，平行于水平面表面渗流比平行于坡面表面渗流时的客土稳定性显著降低，且客土失稳厚度越小，客土稳定性的降低更为显著。

季节冻土区含盐土公路路基在季节性冻胀、盐胀和融沉作用下，发生大量的道路病害，给道路的安全运营带来了严重的隐患。在考察大量现场道路病害的基础上，针对甘肃省季节冻土区公路沿线盐渍化道路病害比较严重的地段，选取几种典型的盐渍土进行室内冻融循环试验来研究它们在周期波动温度条件下冻胀、盐胀和融沉特性，进一步探讨盐渍土地区道路病害产生的机制。试验结果发现，含盐量对路基土冻胀、融沉和盐胀等变形过程有明显的影响，不同的含盐量路基土膨胀机制不同。含盐量较高的土体，变形主要由盐胀引起，没有明显的融沉变形；含盐量较低的路基土，变形主要由冻胀和融沉引起，可能存在盐胀；对于无盐但冻胀敏感性路基土，其变形主要由冻胀和融沉引起。另外，开放系统下盐渍土反复冻融循环后含水率重新分布，含水率普遍增加，且形成了两端含水率高、中间低的现象。

地下水赋存状态与渗流条件的改变及其造成的土体中孔隙水压力的变化是造成岸坡失稳的重要因素。通过模型试验和数值计算（EMU法）检验了降水速率对岸坡稳定性的影响，初步验证了虹吸排水法能够减小岸坡内地下水与库水位之间的水位差，并改善渗流路径，为其在工程中的应用提供了依据。

利用离子土壤固化剂（ionic soil stabilizer，简称ISS）对河南安阳地区膨胀土进行化学改性试验研究，通过不同配比的自由膨胀率试验结果，结合施工成本，得出ISS溶液改良膨胀土的最优配合比为1:350。对ISS溶液最优配合比改性后土体进行收缩试验、膨胀性试验、固结快剪、高压固结及水浸泡试验。试验结果表明，改性土线缩率减小，膨胀性指标降低，抗剪强度增大，土体由亲水性变成憎水性，且能达到较好的水稳定性，即膨胀土经化学改性为非膨胀土。ISS改性膨胀土的机制可解释为，通过ISS溶液与土粒离子进行强烈的交换作用，打开土粒与水分子之间的“电化键”，降低土颗粒表面吸附水膜厚度，包裹在黏粒颗粒表面的疏水基团覆盖膜使土对水的敏感性减弱，从根本上减少了土体吸水性和膨胀性。

煤系土具有遇水软化的特点，强度随含水率的增加急剧下降。以分布在广州－梧州高速公路沿线的煤系土为研究对象，在分析其物理特性的基础上，通过常规直接剪切试验测定了不同含水状态煤系土试样的抗剪强度，分析了含水率对煤系土抗剪强度的影响，并提出了实际工程中处治煤系土的建议。研究结果表明：煤系土抗剪强度与起始含水率具有明显的相关关系，且起始含水率越大，抗剪强度越小。随着含水率的增大，煤系土黏聚力总体呈减小趋势，但变化趋势具有显著的阶段性。当含水率小于某一值时，煤系土黏聚力随含水率增大变化幅度较小；当含水率高于该值后，煤系土黏聚力随含水率增大急剧降低，凝聚力对数与含水率呈线性关系。含水率变化对煤系土内摩擦角的影响较小，但在含水率增大过程中，煤系土内摩擦角先增后减，具有明显的峰值。

从微观形态、微结构特征、粒度分析、土颗粒间的排列方式、孔隙大小分布、有机质含量以及矿物成分等方面对三江平原的两种沼泽土和北京翠湖湿地土进行了一系列微观结构的对比试验。结果表明：沼泽白土和翠湖湿地土与一般软土性质相似，但沼泽黑土含水率、液性指数、孔隙比、孔隙数量、孔径和孔隙体积远远大于沼泽白土和翠湖湿地土，有机质含量最大，特性明显突出。研究成果有助于提高对沼泽土特性的认识，可为沼泽地陷落体救助和沼泽湿地保护和合理开发等工程建设提供参考。

不考虑低频简谐荷载作用下材料的疲劳破坏，并假定周期应力幅值恒定，从材料流变特性的宏观角度建立了广义Kelvin-Voigt体的正弦加载蠕变模型，并对模型特性进行分析。结果表明：与相同静载应力下（与动荷载应力最大值相等）广义Kelvin-Voigt体蠕变模型相比，蠕变变化规律相似，但动载初始蠕变阶段和稳定蠕变阶段的变形值小于静蠕变，且初始蠕变段经历时间比静蠕变短，此结论与相关文献试验结果相似；动载周期越大，则初始蠕变段经历时间越长，蠕变长期应变值越大。

对松藻煤电集团打通一矿7号软煤层制备的型煤围压作用下不同载荷水平进行了煤岩蠕变试验研究。通过改变蠕变载荷，得到了不同蠕变载荷作用下完整的蠕变3阶段曲线和各蠕变阶段的蠕变特征。根据试验分析结果，得到围压作用下煤岩蠕变规律和各蠕变阶段的蠕变参数。研究表明，随着蠕变载荷的增加，起始蠕变量和加速蠕变阶段的蠕变加速度均呈增加趋势，而过渡蠕变阶段和稳定蠕变阶段的持续时间与蠕变载荷关系不明显。黏弹塑性本构模型能够较好地反映围压作用下煤样的蠕变本构关系，通过计算得到了相关蠕变模型的参数。

为满足国内核电快速发展对铀资源的大量需求，解决制约低渗透砂岩型铀矿床原地浸出顺利生产的瓶颈，借鉴在油气田增产、煤气开采及瓦斯治理等方面提高岩体渗透性方法的成功经验，分析这些方法在原地浸出开采中应用的不足，提出了适用于低渗透砂岩型铀矿床原地浸出生产的无临空面深层岩体爆破增渗方法，以提高低渗透赋矿岩层的渗透性。通过初步爆破增渗模型试验，验证了无临空面深层岩体爆破增渗方法的可行性。

通过不同吸力状态下的非饱和土抗剪强度试验，探讨了基质吸力对黏聚力和摩擦角的影响，提出在不同的基质吸力条件下黏聚力和摩擦角均可能是变化的。非饱和土的抗剪强度包络面在几何学上是直纹面的一种，该包络面可用改进的摩 尔-库仑破坏准则描述，并用试验验证了该公式的合理性。结合改进的摩尔-库仑抗剪强度公式和具体试验，提出了等效黏聚力-吸力曲线和等效摩擦角-吸力曲线在一定的区间内近似为直线，给出了确定等效黏聚力和等效摩擦角的具体方法，并用干土和饱和土两种极端状态对3种非饱和土抗剪强度理论进行了评估。改进的摩尔库仑破坏准则是一种更真实描述非饱和土破坏的强度准则。

为了解决隧道施工中采用单层喷射混凝土作为隧道永久衬砌的问题，对不同钢纤维及外添加剂掺量的混凝土分别进行了抗压、抗拉、抗渗以及弯曲强度等室内试验。结果表明，在喷射混凝土中加入钢纤维材料，其抗拉、抗弯以及抗渗水性能分别提高了65.6 %、94.7 %、98.1 %；并通过现场试喷，选定符合设计要求、经济合理的配合比，在摩天岭隧道通风斜井施作了湿喷钢纤维混凝土，以单层衬砌代替原设计的复合式衬砌。工程实践证明，钢纤维湿喷混凝土，其支护强度达到了设计要求，喷射作业回弹损失量减少7 %～15 %。研究成果可为类似隧道纤维喷射混凝土单层衬砌技术的应用提供参考。

通过对复合式土压平衡盾构刀盘失效的事故种类及原因的分析与总结，应用故障树分析（FTA）方法对刀盘失效风险进行了研究，建立了刀盘面板、刀具和其他刀盘体系的故障树系统模型。通过定性与定量分析，讨论了各项风险事故的潜在失效模式和影响因素。结合具体工程进行了应用，并提出了针对性的控制措施。研究有助于复合式土压平衡盾构刀盘的设计、施工的决策与控制。

在盾构隧道施工过程中背后注浆是必不可少的，注浆材料在逐步卸载的压力作用下由流动状态变化到固体状态，注浆材料的变形特性将与恒载作用有区别。针对南京地铁1号线实际工程盾构隧道施工注浆材料，进行了卸载条件和恒载条件下注浆材料的流变试验，得到了非线性流变的试验曲线和拟合的流变方程；在半无限空间圆孔扩张位移理论解和注浆材料的流变试验结果的基础上，推求得到隧道所在土层的位移解，确定了位移的影响范围，讨论了地表沉降计算结果的合理性，初步建议确定隧道施工应保护区域的确定原则。

矢量和安全系数物理、力学意义明确，通常采用有限元计算得到的应力场来求解。提出一种简便的求解方法，在通用条分法（GLE）的基础上，满足力和力矩平衡的严格条件，推导了基于条分法的矢量和安全系数。采用广义简约梯度法（GRG）搜索临界滑面，在极限抗滑合力矢方向上求解矢量和安全系数。整个计算过程都在电子表格软件Excel内实现，易于在工程实践中推广。对于圆弧滑面边坡，其计算结果表明：①矢量和安全系数与代数和安全系数非常接近，对应的滑面位置也相近。②不同的条间力函数假设（常数和半正弦函数）对边坡的矢量和安全系数影响很小。③极限抗滑合力矢方向? 小于边坡坡角，其值与假定条间力平行时的条间力方向非常一致。在极限平衡分析框架内，计算方法可进一步简化为：假设条间力平行，将条间力方向作为矢量和安全系数的计算方向。对于非圆弧滑面边坡，其计算结果表明：①均质边坡的矢量和安全系数与代数和安全系数相对误差小于3 %，滑面位置接近，而软弱层边坡两种方法的计算结果有一定差别。②不同的条间力函数假设对边坡的矢量和安全系数影响很小。

在软土地基工程中，荷载往往都是分级施加，随着固结地基强度增加到一定值后，再施加下一级荷载以确保地基稳定。基于谢康和饱和软黏土一维大应变固结解析解，采用数学归纳法推导了任意形式多级线性荷载作用下的解，并编制了相应的通用计算程序，可以方便进行计算分析。通过与线性小应变假定下解的计算对比表明，在实际工程中基于非线性大应变进行计算分析更为合理。

传统上，对于依据原始资料进行地层的划分与合并往往依靠工程师个人的经验与习惯。引入了模糊聚类概念，提出了一种根据基本物理力学指标进行土层归并分类的合理方法，物理意义明确，计算简捷，具有普遍意义。还提出了一种用参数的变异系数来检验模糊聚类结果的方法，使模糊聚类的结果与统计参数对应起来，从而使验证结果满足规范的规定，保证了地层归并的合理性。

通过对负指数分布模型函数的分析，推导了负指数分布的极大值函数，证明在岩体结构面实测数据的回归分析中，负指数分布存在局限性。改用双参数负指数分布作为模型函数后，能克服负指数分布的缺点，继承其优点，提高回归分析的拟合度。回归分析的方法使用最小二乘法曲线回归方法。在云南小湾水电站坝基槽边坡结构面的统计中，双参数负指数分布作为回归分析的模型函数得到了成功运用。

对原地应力状态的准确把握是地下工程稳定性评价的重要基础，而选择可行的高地应力判据是进行地应力状态评价的前提条件。在详细分析现有各种原地应力评价判据的基础上，提出可行的高地应力判据，并在判据模型中引入了国际上认可度非常高的Shoerey模型，但该模型没有考虑岩体变形模量和岩石弹性模量的区别。通过广泛研究目前国内外关于岩体强度的理论和方法，引入Hoek-Brown岩体强度估算理论，补充完善了Shoerey模型。云南禄丰某工程隧道，工程区共布置两个地应力测孔，测试结果较为离散。利用应力状态评价和数据拟合方法，推算出最大埋深部位的应力值达19.29 MPa，而岩体整体强度仅为5.243 MPa。按照强度应力比和Shoerey模型的评判标准，该隧道洞身部位的应力状态均为极高应力状态，应引起重视。对原地应力状态评价的一般方法和步骤进行了概括总结，以方便其他工程参考使用。

对隧道施工塌方采用模糊层次综合评判法进行风险评估，通过收集和整理隧道塌方的资料，总结影响隧道塌方的因素，再遴选出主要的因素作为模糊层次评估方法的影响因子，然后统计分析得到各个因子与塌方发生概率、塌方量之间的隶属函数，并采用综合赋权法确定评价指标的权重，从而建立塌方风险模糊层次评估模型。该模型在青山岗隧道得到了验证，其分析结果可信。

滑坡是一个确定-不确定的动态系统，其变形表现出复杂的非线性演化特征。为了克服传统分析方法在处理系统不确定性方面的不足，将集对分析法（SPA）引入岩土变形监测分析领域，并结合层次分析法（AHP）提出了滑坡变形动态预测模型，给出了基于概率论的最优预测算法，提出并证明了集对论中最大同一度在等势条件下存在极限解，据此提出位移势的概念。在位移势的基础上，进行SPA二次建模，提出了基于SPA的滑坡变形与水库蓄水过程相关性动态分析模型。运用上述预测模型对新近发生的刘家沱滑坡进行变形监测定量分析，实践证明：最优预测值具有良好的短期预报精度；位移势能够表征系统当前状态下位移所能达到的最大潜力，可作为短期预测的上限值，其变化能够反映系统宏观层面上的演化特征，对滑坡演变加速预警具有指导意义；运用集对分析方法进行滑坡变形响应滞后效应的定量研究是一条可行的新思路，反演结果与实际情况吻合；该方法在岩土监测分析领域有良好的应用前景。

从经典的Mindlin弹性理论公式出发，基于盾构施工工作面推力为圆形均布荷载、盾构外壁与土层的摩擦力均匀分布等假定的基础上，考虑盾构施工推进过程中盾构机位置不断变化的实际情况，建立了盾构施工推进过程的力学计算模型，由此推导了盾构推进工作面附加压力以及盾构机外壁与土层摩擦力作用下隧道周边任意位置地层变形的计算公式。基于随机介质理论，充分考虑隧道开挖施工引起的地层变形的时间和空间发展过程，推导了盾构推进地层损失引起的地层变形计算公式。通过工程实例计算，对盾构隧道施工地层变形的时空变化过程进行了研究，计算结果同实测结果具有良好的一致性。

在边界表示法的基础上，提出了无缝工程地质模型的概念，实现了基于模型线框架的无缝工程地质建模方法，研制了无缝建模系统（ROCKModel）。该系统包括3个部分：原始数据转换工具、实体建模工具与辅助工具，涉及剖分、插值、曲面求交等8个基本功能模块。在基本功能模块的基础上，提出并实现了形态复杂曲面的创建、构建模型线框架、界面编辑与重构、块体搜索、岩体质量三维分级等关键技术。该系统能够实现复杂地质对象与工程对象的无缝建模与可视化，并为数值模拟软件直接提供几何模型。

根据荷载传递理论，提出了一个计算抗拔单桩位移的十分有效的迭代算法及预测抗拔群桩变形的简化分析方法。根据等效墩原理，将抗拔群桩基础简化为单一的墩基础，从而可以将单桩变形研究成果应用于群桩变形分析中。通过与现场试验结果进行比较表明，该方法不但可以大大节省抗拔群桩变形的计算时间，而且计算结果与实测结果也较为相符。

为保证顶管工程的施工安全和经济设计，必须深入分析顶力作用下工作井及周围土体的应力、位移特性。以两个实际顶管工程为工程背景，针对工作井的浅埋、深埋圆形沉井，采用三维有限元分析，给出了浅埋沉井土抗力沿圆周分布的拟合方程。分别采用《规程》[1]和《手册》[2]推荐的计算方法和三维有限元分析，对顶力作用下深埋、浅埋工作井的位移和新增土抗力进行对比分析，结果表明：①由于只考虑了顶力后背一侧半圆范围内土体抗力的作用，规范法和手册法将导致土抗力计算结果偏大；②顶力作用位置对深埋沉井的井壁变位、土抗力大小和分布情况影响显著；③规范法和手册法仅适用于顶力作用于沉井底部的浅埋沉井。

借助相似模拟材料模型试验，模拟了在深部开采条件下上覆岩层采动岩体裂隙分布状态，运用分形几何理论研究了采动岩体裂隙网络分形维数随开采宽度、采场矿山压力、岩层沉降的动态演化规律，并分析了断层对采动岩体裂隙网络分布演化的影响以及采动岩体裂隙网络在三带的分布特征。结果表明：随开采宽度增加，采动岩体裂隙网络分形维数呈现总体增大趋势，在断层影响下表现出降维特点；分形维数与超前工作面压力和岩层沉降均具有非线性关系；三带采动岩体裂隙网络均具自相似性，冒落带、裂隙带、弯曲带分形维数比为1.082 3:1.139 4:1。

将极限分析上限法用于加筋土结构物稳定性分析的关键是滑动面上内力功如何计算的问题。在总结了基于传统塑性理论上限法内力功的计算方法的基础上，将基于广义塑性理论的上限法应用到杨俊杰的内力功计算方法中。对比基于传统和广义塑性理论的上限解及离心试验结果，认为基于传统塑性理论的上限法应用简单，计算结果基本可靠；基于广义塑性理论的上限法虽然理论上比较完善，但当滑动面为曲线时，应用繁琐。

为了准确计算影响边坡稳定性的各个因素的权重，应用粗糙集理论对原始数据进行挖掘，在实测数据离散化的基础上，将权重确定问题转化为粗糙集中属性重要性评价问题，建立了关于边坡稳定性评价的关系数据模型，经过属性值特征化建立了知识系统，在数据分析下通过分析评判方法对评价对象的支持度和重要性，计算出边坡稳定性评价模型的权重。该方法克服了传统权重确定方法的主观性，使得边坡稳定性评价方法更具客观性，从而提高了边坡稳定性评价的精度，通过实例说明该方法更加合理有效。

基于马氏距离判别分析理论，分析了影响深基坑支护方案的因素，从安全性、经济性、可行性3个方面选取了10个实测指标作为影响深基坑支护方案选型的判别指标，利用国内大量的深基坑支护实例作为学习样本进行训练，建立距离判别分析模型，对深基坑支护方案进行优选，并利用回代估计法对距离判别分析模型进行检验。研究结果表明，经过训练后的支护方案优选模型误判率很低，判别优选能力很高。预测样本与工程实例的检验表明，距离判别分析模型优选性能良好，验证了该模型的高效性和实用性。说明距离判别分析理论是解决深基坑支护方案优选问题的有效方法之一，可以在实际工程中进行推广。

以江坪河水电站溢洪洞进口段为工程背景，基于大型有限元分析软件ANSYS，模拟地质地形，包括不同岩层、断层条件，采用弹塑性有限元模型和Drucker-Prager屈服准则，对溢洪洞施工全过程进行非线性数值仿真计算分析，得到了不同岩层围岩的应力和位移分布规律。通过对位移、应力场，特别是拉应力大小、深度的分析，以及塑性区和点安全系数分布等的综合分析，对溢洪洞进口段在开挖未支护和开挖后及时支护两种工况下的稳定性进行了评价。计算结果表明，隧洞进口段围岩开挖未支护时，洞顶下沉位移大，有大面积塑性区和超过岩体抗拉深度的区域，稳定性差。及时支护后，洞顶塑性区和超过岩体抗拉深度的区域减小，稳定性明显提高，但CK2强风化层支护区的点安全系数略大于1.0，且内部仍有小于1.0的区域。因此，建议CK2强风化层加强支护，最好采取钢拱架强支护措施，其结果为设计和施工提供了重要参考。

建立了油气井钻井过程中的井底力学模型，该力学模型考虑了井眼内压力、岩石节理、井眼深度、地应力、岩石材料特性、井眼直径等影响因素，并讨论了各个因素对井底应力场的影响，阐明了气体钻井时井底应力场分布变化对井眼井斜的影响。气体钻井时井眼内的压力远小于井眼周围的围压，井底会出现很大的拉应力，岩石容易破坏，因此，气体钻井时钻井速度远远大于钻井液钻井，但拉应力越大，井眼与岩石节理面交接处产生的应力集中越大，应力集中处岩石更容易破坏，也更易产生井斜。气体钻井时井底的应力状态对地层倾角、材料特性、井眼直径、井眼深度及初始地应力的变化较钻井液钻井时更敏感。

对随机介质理论中参数? 的取值进行研究，提出了适用于不同土层的参数计算公式；隧道周围土体移动采用更加符合实际的椭圆形非等量径向移动模式。在此基础上，对随机介质理论进行修正，提出了适用于地表及土体内部各点位移和变形的计算公式。结合工程实例，通过与实测值、施成华等方法及Loganathan等方法计算结果进行对比分析表明，方法计算得到的结果与实测数据较吻合。

为了建立Hoek-Brown准则围岩稳定性评判标准，通过理论分析，推导了Hoek-Brown准则和Mohr-Coulomb准则的关系以及Hoek-Brown准则参数表征的屈服接近度(YAI)函数；通过FLAC3D建立隧道三维数值模型，编制相应Hoek-Brown屈服接近度YAIhb的程序，分析了材料参数和应力变化的影响。结果表明：①自编程序计算的YAIhb=1区域与FLAC3D计算的塑性区分布范围相同，验证了程序的正确性，并且屈服接近度能够表征各单元的屈服程度，优于塑性区判定标准。②随着地质强度指标GSI的增大，YAIhb逐渐减小，两者之间的关系采用3次多项式进行拟合的精度较高；YAIhb随岩石单轴压缩强度σci的增大而减小，采用指数方程对两者的关系进行拟合，能得到较高的相关系数；随着单元损伤的加剧，其屈服接近度逐渐增大，表征单元破坏程度增大，YAIhb和岩体损伤指标D之间符合双曲线分布规律。③最大主应力σ1增大引起YAIhb减小，两者表现出显著的线性关系；中间主应力σ2增大引起YAIhb呈现先增大后减小的趋势，可用3次多项式曲线对其关系进行拟合；YAIhb随着最小主应力σ3的增大而线性增大。

土坝劈裂灌浆对坝体的应力、应变、稳定的影响很大。采用Duncan-Chang非线性模型，模拟了某土石坝劈裂灌浆的灌浆-停灌施工过程，进行了应力、应变、稳定有限元分析。劈裂灌浆可以同时增大大小主应力，在灌浆轴线附近区域，小主应力增加幅度大于大主应力增加幅度，应力水平较灌浆前降低，土坝稳定性增加。与原型观测资料进行对比分析，表明计算结果与实测资料基本吻合。

地下水大量抽取所引起的地面沉降，是工程建设场地地质灾害危险性评估中最重要的地面变形灾种之一。由于场地情况各异，目前的定量评估尚无通用模式。一种基于区域水位下降量和相应地面沉降量拟合反演区域骨架成分弹性储水因子和非弹性储水因子的最小二乘方法已经提出。利用该方法反演出北京亦庄轻轨工程建设场地的代表性骨架成分弹性储水因子和非弹性储水因子。在此基础上，采用有效应力法对该场地的地面沉降趋势进行了预测评估。结果表明：如果未来地下水抽取状况不能得到实质性的控制，该场地东南部区域2006－2015年可能新增高达70～126 mm的地面沉降。

边坡稳定性分析的准确与否是深基坑是否失稳的关键所在。目前常用的计算方法需对滑裂面形状进行假设，且计算过程复杂，往往导致结果精度降低。提出运用最小势能法进行深基坑边坡稳定性分析，不对滑裂面的形状进行任何的近似假定。在对简单的匀质任意滑裂面边坡进行理论分析基础上，通过计算实例进行验证，表明该方法所得计算结果与其他常用方法计算结果比较接近，验证了方法的有效性，而且最小势能法的计算过程非常简单，无需迭代。

针对深基坑支护方案优化中各指标的不相容性和信息不完全性，提出基于灰色物元分析的深基坑支护方案优化模型。该模型将备择方案、优化指标及其灰特征值作为灰色物元，通过计算综合关联度进行排序，得到相对最优的深基坑支护方案。结合工程实例，采用深基坑支护结构的可靠性、造价、施工难度、工期和环境影响5项指标，将该模型应用于具有4个备择方案的深基坑支护方案优化。与模糊优化理论模型进行了对比，得到了一致的结果。灰色物元分析优化模型同时考虑了方案优化问题中各指标间的不相容性和其数值的灰色性，概念清晰、方法合理，结果更加符合实际。

岩体初始地应力场是地下洞室围岩稳定与支护结构设计所需要的基本因素之一，初始地应力场是否可靠将直接影响到工程设计与施工的可靠性与安全性。结合某水电站厂区的地质条件及地应力实测资料，引入灰色控制系统理论，采用三维有限元法和采用静态的三因素灰色计算模型GM(0, 3)对厂区岩体初始应力场进行回归反演分析。计算结果表明，厂区存在较大的水平向地质构造作用，岩体的地应力由自重和构造应力叠加而成。实测点的计算应力值与实测值在量值上和方向上都较为接近，表明经过回归得到的地应力场是合理的，从而获得地下厂房厂区初始应力场较为合理的分布规律，为地下厂房的开挖模拟及稳定性分析提供了合理的初始应力场。

给出了均质土坝的下游坝坡的安全系数的计算方法。均质土坝的下游坝坡有可能会通过滑裂面发生破坏。土坝中的土坡通常处于非饱和状态。非饱和土坡的安全系数计算需要考虑吸力对抗剪强度的贡献以及土坡中的非饱和渗流。给出处于饱和-非饱和渗流状态下的土坡的安全系数，有助于评价均质土坝的安全系数。下游坝坡的安全系数计算方法有：极限平衡法、上限解法和下限解法，该算法适用于非饱和土坡，且是在饱和土坡安全系数的计算方法上修正得到的。算例中非饱和土坡安全系数的计算考虑了吸力对抗剪强度的贡献。考虑非饱和渗流理论的土坡安全系数计算方法通常更加接近现场实际情况，并且对于同一坝坡，考虑非饱和渗流计算出的土坡安全系数要比饱和渗流理论计算出的安全系数大。

为解决大型地下洞室群的整体稳定性评价这一难题，吸收边坡强度折减有限元的优点，提出了基于强度折减技术的地下洞室群整体安全系数求解方法。该方法采用Mohr-Coulomb屈服准则，以洞室之间的等效塑性应变贯通作为洞室群整体失稳的临界判据。洞群整体安全系数计算是通过搜索折减系数F，将岩土材料的力学强度参数（黏聚力c和内摩擦角?）按F值折减代入数值计算中，使计算模型的洞室间正好出现明显的贯通性等效塑性应变来实现。拉西瓦水电站地下发电枢纽洞室群和锦屏二级水电站A、B辅助洞两个典型工程实例的整体安全系数计算表明，该方法可以便捷、客观地获得洞室群的整体安全系数，可为大型地下多洞室的稳定性评价和开挖与支护设计提供定量指标和科学依据。

场地土层的自振频率是场地土的重要动力特性之一。为避免结构物与场地地基的共振效应，工程设施的固有频率应尽量避开地基的固有频率。在传统的基于集中质量矩阵的剪切质点系法（集中质量法）的基础上，发展了基于一致质量矩阵的剪切质点系法。在此基础上，对利用剪切质点系法求解水平层状场地自振频率的精度的影响因素进行了分析，主要考虑了土层分层特性、质量矩阵形式以及材料阻尼3个影响因素，分析表明：分层数越多，计算结果越接近真实解，从实际工程角度出发，分层数超过三层时可不再细分；在层数相等的情况下，层厚对计算结果精度的影响甚微；一致质量法的计算结果要优于集中质量法，且表现出上限解性质；在通常小阻尼情况下，阻尼对自振频率的影响很小。

数值流形方法是包含流形元、有限元及DDA在内的数值方法体系，建立流形元与DDA块体的接触方程，则可实现流形方法框架下的连续介质和散体系统共同作用模拟。针对填石路堤工程，编制了大型数值计算程序，采用块体随机生成、块体粒径控制及块体自然堆积的方法建立散体系统的DDA模型，对路堤的分层铺设、碾压及工后沉降变形等进行模拟分析。通过算例表明，在数值流形方法框架下，采用流形元与DDA共同作用的方法，可以很好地对同时存在连续变形和散体大变形的体系进行计算分析，其对该类问题的模拟更接近分析对象的实际情况，有助于从根本上揭示分析对象变形的细观机制和规律，并能考察更多因素对工程问题的影响。

在复杂应力状态下对深部岩柱动态扰动的力学响应进行了数值模拟。通过改变侧压系数，来改变岩柱所受的地应力状态，进而分析不同应力状态下岩柱对外界动力扰动的力学响应；通过改变动态扰动的作用时间，来分析动态扰动时间的变化对处于不同应力状态下的岩柱稳定性的影响。数值模拟结果表明，动态扰动对巷道岩柱破坏的触发与岩柱所处的地应力状态密切相关，侧压系数越小，外界的动态扰动对其影响就越明显。动态扰动的作用时间也是影响巷道岩柱稳定的重要因素，随着应力波作用时间的延长，动态扰动给巷道稳定性带来的影响越大。

当采用合理的强度参数时，根据常规极限平衡或极限分析方法的计算结果，很难解释一些膨胀土边坡会在极缓的坡度下发生失稳破坏的原因。事实上，由于膨胀土遇水后会发生显著的变形，在饱和区与非饱和区交界面附近会出现很大的剪应力。因此，在膨胀土边坡的稳定分析中，需要考虑这种因素的影响。根据塑性力学的上限定理，严格地导出了考虑膨胀应力作功的功能平衡方程。根据强度储备定义的安全系数即隐含在这一方程中，它可以通过迭代方法求解。边坡稳定的上限分析在数值上是利用了单元集成法来完成的。这不仅能方便地利用应力分析的成果，而且能进行滑裂面的优化，从而找到最小的安全系数。对一个坡度为1:4的膨胀土边坡的稳定计算结果表明，膨胀变形会使边坡的安全系数显著减小。当考虑膨胀时，优化得到的破坏模式是在浅层出现一个局部的滑动，它会牵动其上部的土体也相继出现局部滑动，这正好符合膨胀土滑坡时所常见的牵引性的特征。

考虑了沥青的黏弹性，结合动力学理论，以动态应力强度因子 (dynamic stress intensity factor, DSIF)为表征参量，主要探讨含裂缝沥青路面结构在垂直载荷作用下的动力学特性，其中包括车辆行驶速度、阻尼比、基层回弹模量等因素对 的影响；同时考虑车辆对路面的水平载荷和垂直载荷共同作用下对 的影响。结果表明：车辆高速运行对道路影响要比低速运行影响小；随着阻尼比的增加， 值降低； 的大小对基层模量很敏感，基层模量越大， 值也越大；当有水平载荷与垂直载荷共同作用时， 的峰值有较大提高，而且对道路体系剪应力和拉应力影响显著。

采用三维动力弹塑性有限元，考虑冲击压路机沿面板纵向中线及板边行驶来冲击碾压破碎旧水泥混凝土板，对路基在不同冲击遍数下的变形、受力等力学响应进行了分析。研究发现，土基在3个方向均承受压应力，板角荷载作用位置路基竖向变形最大，板中最小。板中路线路基竖向变形总体小于板边路线。随着距冲击点距离减小，土体竖向变形逐渐增大，并存在有明显的波动滞后现象和残余变形。随着冲击遍数的增加，土基最大竖向变形逐渐变大；第3遍冲击完后已出现明显的塑性区；随着冲击遍数的增加，土基中土压力逐渐增大，但渐趋稳定。虽然冲击遍数增加，但土压力增大范围仅限于土基一定深度内。

建立了软土地铁车站结构及相邻隧道的三维计算模型，研究了其三维地震响应规律，确定了结构的薄弱部位及地震荷载引起结构内力的增幅，分析了隧道对车站结构内力的影响。研究表明：①在距离车站结构端墙1.5倍车站结构横向宽度的横截面，可按平面应变问题分析；②车站结构受力较大的部位有：上柱上端与板结合处、底板跨边与侧墙结合处、底板中跨跨中及车站结构的前端墙；③地震荷载对柱端弯矩的影响最大；④区间隧道的存在削弱了车站结构前后端墙的整体抗震性能。研究成果可为地铁车站结构及隧道的抗震设计提供参考。

考虑洞室开挖后围岩的力学状态和岩石力学众多问题的不确定性本质，通过弹性模量折减的方法，建立了考虑松动圈的卡尔曼滤波与有限元耦合反分析法，并编写了相应算法程序。利用基于文件操作的Fortran与VC++交互通信技术，一方面，为隧道施工量测管理与围岩稳定智能分析系统增加了非确定性反分析模块；另一方面，也使反分析能够利用该系统的图形模块进行前后处理，使该方法的工程应用更加简单，为该法的应用推广创造了很好的条件。用反分析法求出围岩初始参数后，通过有限元正分析可求出全域最大剪应变，并与试验和理论推演获得的临界剪应变相比较，进而进行围岩稳定性判定。由于该围岩稳定性分析法摒弃了一般有限元正分析在围岩初始应力场上的不合理假设，因而结果更贴切实际，更具合理性。对白云隧道YK48+737断面的现场监测数据进行了跟踪反演，获得了该断面围岩塑性区历时变化图，从而及时地了解了围岩的稳定状况，指导了设计和施工。

岩体中的裂隙分布具有随机性，且渗流主要通过裂隙面进行。运用蒙特卡罗法模拟生成岩体中的随机裂隙面，基于矢体的概念，实现了包括凹块体和多连通体在内的三维随机裂隙岩体的块体单元自动识别。假定岩块不透水、渗流仅通过裂隙面进行，建立了三维随机裂隙岩体渗流分析的块体单元法。通过算例分析，验证了所提方法的准确性和有效性。

现代战争或恐怖活动中，核电站很可能受到精确制导炸弹的攻击。运用有限元软件LS－DYNA3D，以5 000 kg等效TNT当量的装药在安全壳100 m外触地爆炸为例，将装药爆炸、土中传播和结构构成有限元分析体系，对安全壳基底的振动响应进行了分析。结果表明，安全壳基底和壳体的压力呈环状分布，在基底和壳体的连接处有明显的应力集中；等效应力-时程曲线和径向应力-时程曲线显示，壳体的最大等效应力为35 kPa、最大径向应力为32 kPa，均在安全范围。在给定的条件下，基底和壳体的响应值远未超出设计值，核电站的运行安全可靠。