土的强度特性与土体中应力变化过程、固结状态有关，常规的三轴试验并不能真实地反映土体经历的应力路径对其强度特性的影响。采用自制的应力-应变联合控制式三轴试验仪，对天津市区地层中第一海相层的粉质黏土原状饱和试样进行一系列特殊三轴试验，研究了排水卸荷条件对其强度特性的影响。试验结果表明：经历排水卸荷路径的土体的加荷剪切总应力强度指标大于常规试验结果，也大于前人在不排水卸荷路径下的试验结果，但几种应力路径下土体的有效应力强度指标基本相等。研究成果对天津市区基坑开挖及支护结构设计计算、软土隧道施工研究及其他相关岩土工程问题的研究均有较大的实用价值。

以受大气影响下的公路路基为研究对象，建立了蒸发条件下路基对气候变化的响应模型，该模型考虑了温度-水-应力的耦合作用，采用非饱和土实际蒸发量作为边界条件。采用该模型对大气蒸发条件下南宁某公路路基的蒸发过程进行了模拟分析，结果表明，用实际蒸发量作为边界条件的热-水-应力模型可以较好地模拟大气在蒸发条件下路基的响应过程。在蒸发过程中，水蒸气的扩散对路基的蒸发量和含水率的影响较大。通过用正弦波描述昼夜蒸发强度的变化，研究了天气的周期变化对蒸发过程的影响，可以看出，天气周期变化对表层影响很大，但影响的深度有限。天气周期变化影响下的表层含水率并不是单调减小，而是随着蒸发强度的变化有一个干湿过程。

为了研究非饱和Q2原状黄土的力学特性，通过三轴压缩试验、各向等压试验和三轴试验卸载、再加载试验获得Q2原状黄土的力学参数，并结合弹塑性力学理论，推导出Q2原状黄土的屈服函数和以塑性功为硬化参数的硬化规律，采用相关联流动规则，建立非饱和Q2原状黄土弹塑性本构模型。通过模型计算与试验实测值比较，表明该模型基本上能反映Q2原状黄土的力学特性。

利用新型岩石细观力学试验系统，对石家庄—太原铁路专线太行山隧道工程6#斜井的膏溶角砾岩在单轴压缩荷载作用下的岩石细观损伤裂纹扩展直至破裂的全程进行了实时观测，得到了不同含水状态下岩石初始损伤微裂纹的萌生、扩展、连接、贯通直至宏观破裂的数字显微和全场实时图像。从岩石细观损伤机制出发，结合同时获得的应力-应变曲线，将损伤破裂过程分为4个阶段，得到了含水状态下岩石损伤发展演化的初步规律，并给出了应力损伤门槛值，发现水环境影响下造成的初始损伤微裂纹是水对膨胀软岩力学性质产生软化作用的重要因素。

采用室内单向压缩试验研究了上海砂土的蠕变变形规律和蠕变机制以及蠕变变形与应力历史的关系。试验结果表明，上海砂土具有明显的非线性蠕变特征，应变与应力、时间的关系可以用幂函数拟合；应力历史对砂土的蠕变性有显著影响，当荷载小于预压荷载时砂土的蠕变性显著减小。上海砂土的蠕变原因主要是砂土颗粒间的相互错动滑移所致。

根据泥质粉砂岩和泥岩在垂直和平行于层理面的条件下进行的三轴压缩和渗流试验，得到了不同围压及岩石成层条件下泥质粉砂岩和泥岩的弹性模量，建立了基于层理面夹角和围压的软岩弹性模量控制方程。渗透张量与应力的耦合关系是各向异性渗流耦合分析的关键问题，通过引入应力主轴与渗透主轴非一致时渗透张量与应力的响应关系，建立了各向异性渗透张量与应力耦合的控制方程，并对比了试验数据与计算结果，为各向异性软岩渗流应力耦合分析模型的建立奠定了理论基础。

针对多个堆石料进行的大型三轴剪切试验，研究了颗粒破碎情况。结果表明，在试样制备过程所发生的颗粒破碎不可忽视。为了在固结开始前保持初始设计的级配，应将设计级配相应下调一定数值来制备试样。分析试验数据表明，大颗粒主要发生的是表面破碎，而整个试验过程中在剪切完成后的颗粒破碎率与围压之间呈线性增加关系，且风干样的颗粒破碎率小于饱和样的破碎率。

声发射是岩石等脆性材料内部损伤的伴生现象。在周期性循环载荷作用下通过改变不同应力幅度和不同加载速率对细粒砂岩进行声发射试验研究，探讨了声发射在周期性载荷作用下的声发射规律。研究结果表明，改变上限应力对声发射现象的影响显著，而改变下限应力的影响主要在循环末期，提早了每个循环声发射产生时间；加载速率的增加提高了声发射率，特别是循环过程中主裂纹的形成和扩展阶段，加快了岩石破坏进程；不同应力幅度和加载速率下声发射表现出不同的发展模式，不同模式预示着不同的岩石变形破坏速率。

已有研究表明，土石坝内堆石料在施工填筑期的应力路径可近似为主应力比为常数的路径。根据大型三轴仪上进行的两种应力路径排水试验，即等向压缩的固结试验和等应力比值的剪切试验，提出了一个四模量增量非线性模型。模型除给出了堆石料体积模量K和剪切模量G的表达式外，对剪应力产生的体积应变和平均主应力产生的剪切应变也分别采用了交叉模量J1、J2表达。通过与试验数据的对比表明，四模量增量非线性模型能够较好地预测堆石料在等应力比路径下的应力-应变关系。

软土路基上快速填筑路堤时的稳定控制是非常重要的。为此在现行规范中，采用了一些位移或位移速率的控制标准。但实践表明，采用现行的标准仍然出现一些地基失稳的事例，说明这些标准需要进一步求证和改进。除了继续收集、分析失效事例之外，通过离心模型试验也可以进一步理解堤基失稳的机制。离心模型试验结果表明：路堤快速填筑使得地基破坏时，地基变形略呈马鞍形，坡肩处沉降比道中处沉降略大，坡脚水平位移增加较快；破坏时的位移速率与现有规范建议的控制标准基本符合，但地基内的孔隙水压力是在地基进入破坏状态并发生较大变形之后才有突然增加的趋势；此外，坡脚水平位移和道中沉降的速率比，可能是一个较好的稳定性控制的指标。

三向应力历史条件的影响是准确预测地基变形的重要参考因素之一。针对相对密度为30 %的福建标准砂，利用土工静力-动力液压-三轴扭转多功能剪切仪，进行了复杂条件下应力路径变化的应力控制式单调排水剪切试验。通过控制试验过程的平均主应力保持不变，改变应力历史条件，着重探讨应力历史对饱和砂土剪切强度和应力-应变关系的影响。试验结果表明：当平均主应力一定时，在排水条件下应力历史的改变，对砂土的剪切强度几乎没有影响，但会影响应力-应变特性。弹性轨迹随着中主应力系数和主应力方向角历史的不同而发生变化。引入考虑应力历史同剪切过程之间条件变化的参数，结合试验数据，给出了三维空间中砂土受到应力历史作用后形成的弹性边界的关系表达式。

通过固结不排水剪应力路径试验对广州南沙典型软土在不同固结条件的力学特性进行了系统研究。分析了初始固结状态对软黏土应力路径依赖性的影响，比较了不同应力路径下土的应力-应变关系特征和孔隙水压力变化规律，探讨了孔压分布与土体变形特征的关系，认为侧向卸荷会造成剪应力增加、体应力减小，从而使土体产生剪胀趋势。研究结果还表明，不排水条件下的有效应力路径主要与土样初始固结状态有关，因而同一固结状态下的有效应力路径具有唯一性。另外，试验中的剪切控制方式对有效应力路径有明显影响，但对土体抗剪强度的影响可以忽略。

土石坝心墙在施工期间处于非饱和状态，且坝体是分级填筑的。应力变形计算时将载荷分成若干级增量，每一级增量假设瞬间完成，等固结一段时间后再施加下一级载荷。由于施加荷载的瞬间来不及排水，因此，总应力法计算参数可以由固结不排水、不排气试验取得。通过三轴试验，揭示了非饱和心墙料的固结、应力-应变及侧向变形特征，探讨了固结过程中体积应变随时间的变化规律，建立了切线泊松比与围压的双曲线关系模型。

研究了基于完全拉格朗日（Total Lagrangian）描述的大变形有限元法分析地基沉降问题的几何刚度效应。在有限元列式的推导过程中严格考虑了土力学表述习惯的影响。通过算例分析，主要研究了几何刚度效应对荷载-沉降曲线的影响，并对比分析了不同率型大变形分析中的几何刚度效应问题。结果表明，几何刚度效应的存在减小了地基大变形有限元系统的刚度；忽略几何刚度效应将导致沉降计算结果偏小，在地基变形较大的情况下误差更明显，Truesdell率型大变形分析的最终沉降结果与小变形法的结果一致。几何刚度效应在地基大变形有限元分析中具有一定程度的影响，处理不当可能出现结构刚度增大的现象。大变形分析结果的性质偏于刚硬。

复合加载情况下精确求解非均质地基上条形基础的极限承载力以及评价影响极限承载力的相关因素，具有很强的工程实用与理论参考价值。基于极限平衡原理，在Mohr-Coulomb破坏准则的基础上，将非均质地基上条形基础极限承载力问题等价为一个边界待定的泛函极值问题。利用变分原理得到与平衡方程相等价的积分约束条件以及相应的欧拉方程与横截条件。引入问题边界条件，利用VC++6.0编制了数值计算程序，求得了复合加载情况下非均质地基破坏时的滑裂面函数与破坏包络曲线。从理论上研究了土体内摩擦角、土体黏聚力、土层强度比与地下水位变化等因素对地基破坏包络曲线的影响。研究结果表明，其解答是地基极限承载力真实解的某一最小上限。

工程中应用广泛的真空预压法和真空-堆载联合预压法主要是指真空作用面位于地表面，通过从上部抽真空实现预压的目的，但对于吹填造陆工程，则不十分合理。通过室内试验模拟上位抽真空和下位抽真空，分别从土体的物理力学性质、沉降量、排水量等几个方面对2种预压方法的加固效果进行了比较分析，阐述了真空作用面位置对加固效果的影响。试验结果表明：下位抽真空的加固效果优于上位抽真空。

从土体初始含水率和降雨强度2个影响因素出发，通过现场试验分析了膨胀土堑坡雨水入渗速率的变化特性。试验结果表明，对于膨胀土堑坡，一定雨强连续的降雨才能使水分持续有效的入渗；土体含水率的变化主要取决于降雨的历时，而不是降雨强度。雨水入渗过程中，随着土体初始含水率的降低，坡面侵蚀程度有所降低。降雨强度较小时，雨水对坡面侵蚀不大；随着降雨强度的增加，坡面侵蚀逐渐加剧，但侵蚀程度逐渐收敛。植被的存在会改善土体的渗透性，同时也将大大降低雨水对坡面的侵蚀。

采用复变函数法研究了含有部分脱胶的浅埋圆柱形弹性夹杂对SH波的散射与地震动问题。在圆形弹性夹杂中构造一个满足脱胶部分应力自由的驻波函数，将其展开为含有一个待定系数的Fourier级数。在半空间中，介质应满足脱胶部分应力自由、公共边界处位移和应力连续的边界条件，从而建立起求解该问题的无穷代数方程组。最后，给出了地表位移的数值结果。给果表明，入射波参数、脱胶位置、弹性夹杂参数以及埋深对地表位移都有一定程度的影响。

土与混凝土接触面的力学行为是土与结构共同作用研究中的一个主要课题。进行了17 %、20 %、24 %共3组含水率的土与混凝土接触面正反向单剪试验，每组试验分别考虑5个法向应力和4个正向剪切比。试验结果表明，在正向剪切比和含水率一定时，接触面反向剪切破坏仍遵循摩尔-库仑破坏准则。当正向剪切比为0.50、0.75、1.00时，对应反向剪切强度分别为各自正向初始强度的90 %、75 %、55 %，对应的反向剪切黏聚力约为初始正向剪切黏聚力的95 %、80 %、54 %，反向剪切摩擦角约为初始正向剪切摩擦角的90 %、76 %、57 %。试验结果可供相关工程数值分析参考。

在假定注浆浆液为牛顿流体，并在盾尾间隙影响厚度范围内均匀柱面扩散的前提下，通过引入等效孔隙率替代土体本身的孔隙率来考虑建筑间隙的影响，对盾尾注浆和管片注浆2种情况下的浆液渗透范围及因注浆而对管片造成的压力进行了理论推导，得到了浆液扩散半径及对管片产生的压力计算式。结果表明，盾构隧道壁后注浆浆液的扩散半径及对管片产生的压力与注浆压力、注浆时间、土体特性及浆液性质等众多因素有关，盾尾注浆对管片产生的注浆压力小于管片注浆对管片产生的压力。在假定其他参数已知的条件下，通过一具体实例，讨论了盾尾注浆时浆液扩散半径及注浆对管片产生的压力与注浆压力及注浆时间的关系。结果显示，虽然增大注浆压力、延长注浆时间均能增大浆液的扩散半径及对管片产生的压力，但增长速度不尽相同。

前期固结压力 在土力学中占有重要的地位。对于融土， 是土受力历史的重要指标，与土的力学性质有着密切关系；对于冻土，由于冰和土颗粒骨架的联结使其具有一定的结构性，也应当具有类似前期固结压力的指标存在。以冻结青藏黏土为研究对象，对不同初始干重度和不同温度下的冻土试样进行 压缩试验，采用双对数法得到冻土的前期固结压力 。研究表明，这个指标尽管不同于融土前期固结压力的概念，但其对于冻土的力学性质同样具有重要意义。试验研究还发现，冻土前期固结压力与干重度和温度具有一定的关系。

采用不同天气下的原位及室内试验方法，对广东云浮地区粉状煤系土的工程地质性质进行了测试，系统研究了煤系土的物理力学特性，重点论述了粉状煤系土不同干密度、不同含水率下抗剪强度和现场静力触探比贯入阻力的变化规律，提出了粉状煤系土的多项强度指标，建立了具有实用参考价值的经验性公式。研究结果为合理评价粉状煤系土的特性、路基处理和边坡处治提供理论依据，具有一定的实际意义。

疏浚污泥的处理与处置是世界性的环保难题，资源化处理技术的研究有重要的工程应用价值。通过化学处理技术，在疏浚污泥中加入磷酸，将其中的重金属转变成难溶的金属磷酸盐固化在处理产物中，加入FeCl3试剂与水作用，改善处理后污泥的物理力学性质；通过热处理技术大大降低有机物的含量，使固体残留物无害化。研究了不同磷酸含量和不同FeCl3含量对其物理力学和热学性质的影响。试验结果表明，处理后的疏浚污泥污染物活动性降低，并有可能用作建筑材料。

介绍了一种新型基坑支护桩——双排挤扩桩，探讨了双排挤扩支护桩的挤密效应、受力机制、工作特性和计算方法。土工模型试验和数值模拟试验表明，双排挤扩支护桩受力体系近似于一种特殊类型的多层框架结构。与双排悬臂支护直桩相比较，双排挤扩支护桩的空间刚度大幅度增加，结构受力合理，桩顶位移减小，桩体弯矩正负交替分布，弯矩最大值减小，嵌固深度减小，支护高度增加，桩体材料得到全面利用。双排挤扩支护桩有着明显的技术优势，可降低风险，为深基坑工程提供了一种更加合理的新型支护手段。

通过有荷膨胀试验，对膨润土加砂混合物的膨胀特性进行了研究，分析了膨胀应变与轴向应力、膨胀应变与吸水量以及轴向应力与吸水量之间的关系，并建立了能综合反映轴向应力和吸水量对膨胀应变影响的混合物膨胀本构关系式。试验研究表明，膨胀应变随着轴向应力的增大而减小，两者之间的关系可以采用对数线性关系来表达；吸水量的变化对膨胀应变有明显的影响，膨胀应变随吸水量的增加而线性的增大；而吸水量受到轴向应力的影响，随着轴向应力的增大，吸水量减少，在轴向应力一定时，吸水量会达到一个最终的饱和值。由于考虑了膨胀变形过程中吸水量的变化，所建立的膨胀本构关系式能较好地反映膨润土加砂混合物的膨胀特性。

土体前期固结压力是判断土体固结状态的一个重要指标。对不同固结状态的土，其沉降计算公式不同，准确确定土体前期固结压力非常重要。在采用常规参数化模型进行e-lgp曲线拟合求解最大曲率点不完善的基础上，提出了非参数化模型——3次平滑样条曲线进行拟合的方法，计算表明：该模型对试验数据适应性好，拟合精度高。基于卡萨格兰德确定前期固结压力的方法，通过MATLAB语言编制了相应的计算程序PCP Calculation，程序界面友好，可准确绘制图形，计算结果令人满意。

进行了浸水黄河粉土中模型钢管桩的水平静力荷载试验，对试验弯矩用6阶多项式进行拟合，推得了黄河粉土的p-y曲线，并与API建议砂土和软黏土p-y曲线进行了比较。根据粉土试验p-y曲线，提出了黄河粉土p-y曲线的理论表达式，用此理论p-y曲线进行了水平荷载下模型桩的数值分析，并与试验测试弯矩进行了比较。研究结果表明：粉土的黏聚力对p-y曲线有很大的影响，忽略粉土黏聚力的抗力作用将导致桩基水平承载力的设计偏于保守；基于理论粉土p-y的模型桩的数值结果与试验弯矩值吻合得较好。

进行了一系列控制吸力、含水率和干密度的直剪试验，研究了重塑非饱和土的抗剪强度特性。试验结果表明，在试验研究的吸力范围内，非饱和土的黏聚力随吸力线性增加，而内摩擦角随吸力的变化则很小。对于控制含水率的试验，非饱和土的黏聚力和内摩擦角均随含水率增加而线性减小，且黏聚力减小的幅度更明显。干密度对非饱和土的内摩擦角几乎没有影响，黏聚力随干密度呈指数增加。对控制吸力和含水率的试验结果进行了比较，提出的考虑含水率影响的抗剪强度公式可供实际工程参考。

对不同水泥掺加量的固化淤泥及其重塑土进行了无侧限抗压强度试验和直接剪切试验，并对固化土和重塑土的应力-应变关系曲线、无侧限抗压强度、黏聚力和内摩擦角进行了比较分析。结果表明：随着水泥量和龄期的增加，固化淤泥的脆性增强，塑性减弱；重塑土的应力-应变关系受水泥量和龄期的影响不大，随着应变的增加，应力增长缓慢，塑性变形非常大。固化土的无侧限抗压强度、黏聚力均随着水泥量和龄期的增加而增大，而内摩擦角则有减小的趋势。重塑土相对于原状土无侧限抗压强度和黏聚力都有较大程度的折减，并且水泥量和龄期越大，折减越多；内摩擦角随着水泥量和龄期的增加有小幅度提高。重塑土强度主要来源于破碎固化土团间的摩擦和咬合作用，因此，在固化淤泥重塑土的实际工程应用中，初始固化土的处理强度不应太高。

孔隙的存在是岩土类介质材料结构的本质特征，它不但改变了岩土体的力学特性，而且严重影响着岩土体的渗透特性。大多数经典的渗流理论中，多孔介质模型都假定孔隙率和渗透系数是与时间无关的材料常数。实际上由于淘涮、侵蚀、冲刷等原因，它们是随时间和坐标变化的，同时又与孔隙中的压力、流速等因素有关。基于孔隙率和损伤变量之间的定量关系，从连续损伤力学的角度对多孔介质岩土材料的渗流力学特性进行了研究。首先，对传统的达西定律形式进行修正，提出了孔隙介质完备有效的达西定律（模型）；然后，对该模型中渗透参数的特性进行了讨论和分析，得出了一些有益的结论。

根据上海软土地区80个钻孔灌注桩围护的深基坑工程案例有关数据，系统地分析了基坑开挖引致的灌注桩变形性状。所有基坑的灌注桩最大侧向位移介于0.1 %～1.0 %倍的开挖深度之间，平均值为开挖深度的0.44 %。钢筋混凝土支撑和钢支撑在控制墙体的变形上没有明显差别，最大侧向位移一般位于开挖面上下5 m的范围内。无量纲化最大侧向位移随着支撑系统刚度的增大而减小，随着墙底以上软土层厚度的增加而增大，但与灌注桩插入比及坑底抗隆起稳定系数之间并无明显的关系。墙顶侧向位移随着首道支撑位置深度的增加而呈现出指数增长的趋势，而灌注桩最大侧向位移与首道支撑的深度位置无明显关系。

筒型基础防波堤是一种新型港口与海岸工程结构，依靠下部筒体沉入土中维持结构稳定。结合实际工程，建立了筒型基础防波堤稳定性分析的三维弹塑性有限元模型，得出了其失稳模式为绕基础筒底以下某点发生转动失稳。通过对结构进行极限状态受力分析，建立了基于实际转动点的结构稳定性计算方法，对稳定性计算模型和土体作用力计算公式等进行了检验。在此基础上，将转动点移至基础筒底部距结构中心线水平距离为h′的位置，以此作为结构倾覆破坏时的假想支撑点，建立了基于重力式结构稳定性验算模式的筒型基础防波堤稳定性分析的简化方法。通过不同基础尺度下计算结果的分析比较，建议了h′的取值。与有限元计算结果的比较表明，建立的简化计算方法具有较高的精度，可供实际工程参用。

采用两阶段分析方法，提出了邻近开挖对既有软土隧道纵向受力变形影响的简化计算方法。针对软土隧道开挖情况，第1阶段采用Loganathan和Poulos提出的解析解计算开挖引起的土体自由位移场；针对基坑开挖情况，第1阶段根据Mindlin理论解计算邻近荷载作用引起隧道的附加应力；第2阶段基于Winkler地基模型将既有隧道视为弹性地基无限长梁，将土体自由位移或附加应力施加于隧道，并建立求解该问题的纵向变形方程，从而得到隧道纵向位移和内力的计算表达式。结合离心模型试验结果和工程实例进行分析，验证了方法的有效性。研究成果可为合理制定邻近施工对软土隧道的保护措施提供依据。

雪峰山隧道为上海－瑞丽国道主干线湖南省邵阳－怀化高速公路上最大的控制性工程，全长约7 km，最大埋深约850 m，为典型的越岭长大公路隧道。采用不同方法，对该隧道的断层破碎带、塌方、岩爆及大变形等地质灾害和围岩稳定性问题进行了超前预测预报研究。研究以地质分析为基础，运用了TSP、地质雷达、赤平投影和关键块体检索法、断层错动机制解、室内岩石力学试验、数值模拟以及隧道内地质观测分析等方法对前方各类地质信息开展超前预报，取得了较好的效果，并成功地预测预报了断层F2的出现及无强烈岩爆灾害的可能性，对安全施工提供了保证，可为今后类似工程借鉴。

结合上海某深水港集装箱堆场地基加固工程，基于深厚吹填粉细砂的工程特性，通过对无填料振冲挤密法加固的有效性和工艺参数进行现场试验研究，对加固前后的土体变形、超静孔压变化、工艺参数和加固效果等进行了分析和讨论。结果表明，采用无填料振冲挤密法可以加固深层土体、增加粉细砂的密实度，有效消除不均匀沉降和液化危害，效果显著，并拓宽了振冲法的应用范围，可为在类似地基处理中的推广提供参考依据和成功经验。

鉴于传统条分法对边坡安全系数定义和使用的局限性，引入了条块稳定系数的概念。分析了条间力推力线高度的影响因素，假定条间力传递时都具有相同的条间力稳定系数 ，并考虑了条块重力偏心矩的影响。根据条块的力和力矩平衡关系以及条间力假定，建立了求解条块稳定系数的四元方程组。在此基础上，求得条块稳定系数随滑动面的分布状况。根据条块稳定系数随滑动面的分布规律划分了滑体的主滑段、抗滑段和牵引段，大致判断滑坡的滑动模式。根据滑面上抗滑力和下滑力之比的定义，求解边坡整体稳定系数。采用传统条分法和所建立的条块分析法分别以圆弧滑动和折线形滑动的两个实例进行了验算，说明了条块分析法的优越性和可靠性。

设计中的承德迎宾大道路堑边坡邻近既有京承铁路21号隧道，边坡开挖后会对既有隧道产生不利影响。根据现场试验取得的围岩及隧道衬砌的力学参数，对边坡开挖进行了静力学和动力学数值分析，研究了路堑边坡可开挖的最大范围及爆破振动对隧道的影响。结果表明：当路堑二级边坡坡脚距离隧道中心线距离大于等于30 m时，边坡开挖后隧道衬砌内力虽有增加，但仍可保证结构安全。进行边坡爆破开挖时，如考虑3倍的安全系数，当京承铁路21号隧道衬砌振速小于1.5 cm/s时，隧道衬砌内产生的动拉应力小于衬砌极限抗拉强度，可按此控制指标进行现场监测。

国内大都采用荷载结构法及限裂设计的方法对水工高压隧洞的衬砌进行不透水设计。而实践证明，不透水设计并不适合于高压引水隧洞，它将导致过高的配筋量。目前，国内水工高压隧洞结构透水设计尚无适用的规范可循，因此，有必要寻求一种合理、安全的透水设计方法。针对水工高压隧洞，基于体力理论，提出一种对衬砌结构进行透水设计的有限元计算方法，并将其应用于某水电站工程。该方法可模拟隧洞的施工过程和运营检修工况，考虑渗流场和应力场的直接耦合作用，根据内力值计算衬砌裂缝的开展宽度以及相应的配筋量等。通过对比分析，说明在衬砌透水设计中隧洞满水状态为对其进行配筋的控制工况，且结果更符合工程实际，并能大大节省配筋量。

通过对复杂地层的结构和各种防渗材料进行深入研究，选择合适的施工机具，改进工艺。在试验分析的基础上，根据不同的地层确定科学的施工控制参数，进一步对两层强透水带采取简单易行的深层充填堵漏工程措施，达到理想防渗效果。经对嘉陵江和白龙江流域砂卵（砾）石地层多个工程实例统计分析，其防渗系数 >1×10-4 cm/s，而复杂强透水地层经试验分析计算和抽水验证， <5×10-5 cm/s。介绍了采用单排孔替代2双排或三排高喷孔在复杂地层中的施工过程控制措施和充填式堵漏工程处理措施，应用实例可供类似工程借鉴。

分形几何是20世纪70年代以来发展起来的研究非线性现象的理论和方法，这一理论的诞生为揭示隐藏于混乱复杂现象的精细结构和定量地描述它们提供了理论基础。将分形的方法引入到隧道的超前地质预报，通过岩体结构面网络的分维值来预测岩体的质量。结合工程实例可以看出，岩体结构具有良好的分形特征，其分形描述可作为评价结构岩体质量的标准之一。分形方法是评价岩体性质的一个有效的方法，具有广泛的应用前景。

干拌水泥碎石桩是一项施工快速、不开挖路基的新型加固技术。针对京珠高速公路许漯段出现大量路基病害，采用此桩型进行加固处理。试验桩长为5.0 m，成孔直径为150 mm，间距为1.0 m×1.0 m，每层虚填料为25 cm，夯距为1.0 m，用120 kg重锤，分别对每层夯实10、8、7击的3根桩进行载荷试验，然后对每层夯实8、7击的2根桩进行重Ⅱ型动力触探试验。根据试验结果对比分析每层夯7击，单桩极限承载力达400 kPa，效果最优。通过地质雷达测试和室内土工试验对比分析加固前后路基土体变化，加固后路基不均匀变形减小，土体有效重度增加，含水率有所减少，桩体的吸水排水效果明显，桩的夯实挤密作用良好，路基的承载力和变形性能得到改善。经过桩加固后1年运行观测，加固后路段没有再次出现翻浆、叽泥等病害，表明此桩型加固高速公路路基效果显著。

应用饱和-非饱和渗流理论，对某临河基坑进行了渗流计算，评价了基坑的渗透稳定性，并确定了基坑的最佳防渗措施及相应的参数。计算结果表明：无防渗措施时，基坑坡面土体在渗透压力作用下是不稳定的，必须采取防渗措施。从便于施工的角度考虑，采用钢板桩防渗，其位置定在距基坑右边坡6.0 m处。钢板桩长度对渗流场影响显著，钢板桩应穿过粉砂层，这样才能起到较好的防渗效果，有利于基坑边坡的稳定；同时也不宜太长，太长不仅浪费材料，效果也不会更好，最佳长度应为15.4 m。

在深部采矿工程中，针对岩石质量指标RQD（rock quality designation）存在的问题，提出了先按岩性的不同将岩体进行岩组RG（rock group）划分，再对不同岩组分别进行三维RQD指标量测的方法。基于路线精测方法，通过对孔庄煤矿深井工作面不同岩组进行三维RQD实测和统计分析，得到了在岩石单轴抗压强度基础上深部节理化岩体强度折减系数，并由换算公式确定了工程岩体的等效强度。研究成果有助于对深部岩体结构特性进行定量化评价，为合理确定深部岩体的强度提供新的思路。

根据现场岩爆监测中声发射（AE）时间序列的特点，采用小波神经网络与突变理论，建立了一种新的岩爆预测模型。该模型首先针对监测到的声发射建立小波神经网络模型，对声发射时间序列进行了拟合与预测；再运用突变理论对预测的声发射建立了岩爆突变预测模型。通过实例分析表明，声发射的预测精度较高，岩爆预测结果与现场情况一致，证明了该模型工程实用性较强。

坝肩变形是拱坝坝肩稳定状态的综合反映，在运行期呈小变形变化，监测点测值在空间上具有连续性，同时影响拱坝坝肩变形的各种因素具有时变性。通过融合统计回归和多层递阶方法的特点，建立了反映变形场空间和时变特性的空间时变分析模型。实例分析表明，该模型实用有效，预测精度高。考虑时变影响可以提高拱坝坝肩空间变形场的预测能力，对监控拱坝坝肩的实际工作状况有重要意义。

桩锚结构变形协调条件是桩锚结构设计中内力计算的关键点。现行桩锚结构变形协调条件是在锚索施加预应力后桩身向坡内变形十分微小而忽略不计的条件下推导得到的，只适用于锚索预应力微小或为0的情况。但在许多工程实例中，锚索的预应力较大，导致的桩身变形不能被忽略。因此，现行的变形协调条件假设与桩锚结构的实际工作状态不一致。利用结构力学理论，在研究桩锚结构体系的两阶段变形过程的基础上，对变形协调方程从2个方面改进，其一是改变原有方法中抗滑桩滑面处位移和转角的计算方法；其二是改变第j排锚索对桩身 点处位移贡献的计算形式。算例分析表明，改进桩锚结构变形协调条件，可以更好地为工程设计服务。

为考察孔隙气体压力对高放废物地质处置中的热-流-固耦合过程的影响，借用Leiws等建立的可变形孔隙介质中非等温空气流和水流模型，在其水连续性方程中加入了温度梯度引起的水分扩散项，研制出相应的热-水-气-应力耦合弹塑性二维有限元程序。针对一个假定的高放废物地质处置库模型，在相同的初始温度、孔隙水压力和岩体应力条件下，取3种缓冲层中的初始孔隙气体压力，通过数值模拟考察了处置库近场的主应力、饱和度、气和水的流速、温度和孔隙压力的分布与变化。结果显示，当缓冲层中的初始孔隙气压力较高时，其对围岩中应力影响较大。

利用三维有限元耦合数值模型，对水流冲刷作用下桩基础从低承台向高承台的变化过程中承载性状变化的数值模拟方法进行探讨，得出一种较为理想的模拟方法，对于复合地基中的水流冲刷问题及类似桩-土相互作用中的开挖问题的数值模拟有一定的参考价值。结合工程实例，说明工程计算中简单按高承台计算来考虑水流冲刷作用对桩基承载性状的影响是不准确的。通过调整接触面单元和土体单元刚度，更全面地分析了不同条件下冲刷后桩基承载性状的变化规律，说明冲刷后土体有明显的回弹效应，工程计算中不能简单忽略。

采用有限元方法模拟了多孔材料的导热系数与孔隙率和分形维数之间的非线性关系。有限元模型中的固体骨架和孔隙根据孔隙率的大小随机生成，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热流密度分布和稳态热传导傅立叶定律，计算在不同孔隙率条件下的等效导热系数。研究表明，多孔材料模型等效导热系数随着孔隙的增加而线性减小。在孔隙率为常数的条件下，模型等效导热系数随着模型比例因子的增加而呈指数增加。等效导热系数随着孔隙分形维数的增加而减小，随着固体颗粒分形维数的增加而增加。

在三维条件下定义了实体细胞自动机的基本组件，综合运用弹塑性理论、细胞自动机自组织演化理论、统计原理以及岩石力学理论等，建立了模拟岩石三维破裂过程的张量型细胞自动机模型，并开发了相应的数值模拟软件EPCA3D。利用EPCA3D对脆性岩石进行单轴压缩破裂过程模拟，通过破裂模式、岩样内部破裂情况、全应力-应变曲线和声发射曲线等的分析，揭示岩石破裂的机制。结果表明，EPCA3D能够较好地模拟非均质岩石在载荷作用下微裂纹的萌生、扩展和贯通的全过程。利用该模拟系统，采用应力-应变线性组合的加载控制方式，研究了不同围压对岩石全应力-应变曲线的影响。研究结果表明：对于脆性非均质岩石，低围压下容易表现为II类行为，且强度较低；高围压下容易表现为I类变形行为，且强度较高。

对饱和多孔介质提出了一个含溶混污染物输运（传质）过程的混合元方法，其中污染物输运过程数学模型包含了对流、机械逸散、分子弥散和吸附等机制。固相位移、应变和有效应力，孔隙水压力、压力空间梯度和Darcy速度，污染物浓度、浓度空间梯度和浓度流量在单元内均为独立变量分别插值。基于胡海昌-Washizu三变量广义变分原理，结合可以滤掉虚假振荡的特征线方法，推导出饱和土中水力-力学-传质耦合问题控制方程的单元弱形式，并导出了混合元计算公式。数值模拟证明了所提出的方法可以提供与传统4点积分方案同样精度，同时能够提高计算效率。

山区高速公路高填方涵洞工程应用广泛，由于地基处理不当造成的涵洞病害屡见不鲜。结合现场实测成果和有限元数值模拟结果，分析了涵洞结构物的受力状态及地基受力、变形特性，讨论了地基刚度、不均匀沉降对涵洞受力的影响和埋深效应对地基承载力的影响。研究结果表明：涵洞基底与相同标高下涵洞外侧路基基底土压力相差不大，地基设计时可按二者相等考虑；地基刚度越大，涵洞顶部土压力越大，对涵洞结构物强度要求就越高，地基处理中应尽量避免使用刚性桩复合地基。根据研究结果，提出了高路堤下涵洞地基的设计方法。

基于多孔介质力学原理，建立能模拟非饱和土两相流动与变形耦合问题的理论模型。利用Galerkin法对控制方程进行离散，得到控制方程的有限元计算格式。在此基础上，自主开发了有限元计算程序U-DYSAC2，并对Liakopoulos两相流动试验这一经典算例以及重非亲水相流体（DNAPL）在饱和多孔介质中迁移的离心模型试验进行了数值模拟。计算结果表明，理论预测与试验结果基本吻合，验证了所提出的分析方法在模拟非饱和土渗流以及变形问题时的有效性，从而为定量研究饱和-非饱和渗流以及变形问题提供了一条有效途径。

土石坝动力分析常用的是Wilson-? 积分方法，但该方法用于分析高频问题和大步长问题时精度较低。针对该缺点提出一种改进的二次加速度积分法，该算法与一步二次加速度积分法相比，计算精度不变、稳定性要求容易满足，计算用时大大减少。对算法的基本原理、稳定性及精度进行了分析，并给出一个土石坝动力分析的算例，验证了该算法的可行性。与常用的Wilson-? 法、Newmark法和中心差分法进行了数值比较。计算结果表明：该算法在分析高频问题和大步长问题时，计算精度较高。

针对桥梁基桩在施工和运营过程中不可避免承受动力作用的问题，在考虑桩顶承受轴向和横向静力荷载共同作用的基础上，将激振荷载简化为水平谐振荷载作用，并基于动力Winkler地基梁模型，将桩周土由一系列分布的彼此独立的弹簧和阻尼器所代替，建立桥梁基桩在瞬态荷载激励下的横向振动方程，求解基桩横向非线性动力学响应。在考虑桩-土接触和透射边界的基础上，引入有限单元方法建立基桩的二维非线性动力有限元模型，分析了基桩各项设计参数。计算结果表明：基桩桩顶位移大致随荷载频率的变化呈驼峰形，其位移量随着荷载振幅的增大而增加；基桩的自振频率随着长径比的增加而增大，且随着桩-土模量比的增加，自振频率有减小的趋势；增大桩径会增大基桩的受力，其对应的变形也将有所减小，且基桩的稳定性增加。

利用虚内键模型理论（virtual internal bond model，简称VIB），由岩石单轴压缩损伤本构方程和虚内键联接法则方程的相似性，提出了岩石单轴压缩破坏的虚内键密度演化函数 ，通过含虚内键密度演化方程的弹性张量 ，实现了岩石单轴压缩应力-应变全过程曲线的数值模拟。数值模拟结果表明，通过参数的合理选取，虚内键模型理论可以模拟不同岩样的全过程曲线。

基于损伤力学原理，通过引入损伤变量的方法，详细推导了ABAQUS中的损伤塑性本构模型，描述混凝土后继屈服阶段及其卸荷后的损伤机制和力学行为。此本构模型可考虑循环荷载条件下材料刚度退化和应变率的影响，适用于类似混凝土材料的脆性材料，如岩石等。以某水电站地下厂房洞室结构为例，进行二维动力时程非线性分析，考虑不同的刚度恢复权重因子和应变率相关性对结构损伤的影响。多个数值算例表明：洞室混凝土结构和其周围一定深度的围岩的损伤是一个渐进积累的过程；材料的率相关性效应并不是在地震动作用开始时就立即产生，而是在一段时间后，结构经历一定程度的损伤后才慢慢体现出来；此损伤塑性模型适合地震荷载等循环荷载作用下地下洞室结构的动力时程非线性分析，尤其是强震下采用此损伤塑性模型是合理和必要的。

以层状地基内部作用一竖向集中力时的广义Mindlin解作为边界单元法的基本解，对层状地基中的轴向受荷单桩进行了分析，对基本解的奇异性处理方法进行了改进。考虑了桩的可压缩性和长径比对桩-土荷载传递规律和沉降特性的影响，编制了计算程序，并进行了数值分析和计算。结果表明，该方法具有较快的计算速度和良好的计算精度。

实际岩土体含水层渗流一般是三维、空间各向异性的。针对三维渗流参数识别的数值正算时间过长，易限于局部最优解的问题，提出了一种基于支持向量机和粒子群优化算法的含水层渗流参数反馈识别方法。采用正交试验设计和有限元程序生成学习样本，利用支持向量机高度非线性映射能力，建立水头与渗流参数之间的映射关系，进而以识别误差目标函数为适应值，通过粒子群优化算法反馈搜索得到渗流参数。该方法可直接利用现有大规模渗流有限元程序进行三维含水层渗流参数识别。算例表明，该方法具有良好的效率和精度。

根据一机多天线思想，建立了GPS一机多天线公路高边坡监测系统，降低了系统成本。其由野外采集子系统和室内控制子系统组成。前者将天线阵列采集的GPS信号，经分时器、信号放大器、无线路由器、WLAN天线传输至后者，经数据处理得各监测点的坐标数据。在单历元数据处理中，利用GPS采样密度高、监测点前后2次变形量较小的特点，由卫地距双差值 、载波相位双差值 、波长 ，计算出整周模糊度 的非整数解，再采用ROUND函数使其变为整数，得到整周模糊度。有了整周模糊度，双频GPS接收机的载波相位定位精度一般可达±5 mm，既能满足公路高边坡实时监测的精度，又解决了卫星信号在不同天线通道间切换产生的周跳问题，使数据处理简化。