针对现有岩石损伤模型的局限性与不足，将应力作用下的岩石抽象为空隙、损伤与未损伤材料三部分，以空隙率反映岩石体积或空隙的变化，以损伤变量或损伤因子反映岩石力学性态的改变程度，通过对各部分材料的微观受力及其与宏观应力和应变的关系进行分析，建立了可反映岩石变形过程中体积或空隙变化特性的新型岩石损伤模型；从岩石微元强度合理度量方法研究入手，引进统计损伤理论，建立了可考虑损伤阀值影响的岩石统计损伤演化模型，进而建立了能模拟应变软硬化全过程的岩石统计损伤本构模型，并提出了参数确定方法。该模型不仅能反映岩石应变软硬化特性，而且能反映岩石变形的初期压密和后期扩容的特性。通过实例分析与讨论，表明模型合理与可行。

利用自主研制的大型结构面剪切仪完成了一系列界面直剪试验，探讨在法向循环荷载与静荷载两种条件下土工格栅与石英砂界面的抗剪性能，比较其在两种法向荷载下的异同点。试验结果表明：循环荷载作用下剪应力随剪切位移的发展趋势与静荷载下的有相似之处，但曲线本身表现出了循环发展的特性；循环荷载作用下剪应力峰值和谷值的最大值与法向应力的关系近似符合摩尔-库仑定律；循环剪应力最大值随着法向循环荷载频率的增加而减小，但随着振幅的增加而逐渐增大；循环荷载下筋土界面剪应力随位移而波动，始终处于振幅上下限所对应静荷载下剪应力之间，相关物理量之间具体的定量关系需要进一步研究。

针对红层软岩遇水软化问题，在已开展的粉砂质泥岩饱水软化试验结果的基础上，从建立软岩微观结构模型出发，定量化研究软岩软化的力学机制。首先将描述粉砂质颗粒特性的结构元件引入到M. Tuller、D. Or提出的黏土矿物微结构模型中，提出了软岩微观结构组合元件；然后结合软岩饱水软化试验中微观结构测试结果，考虑天然状态软岩微观结构的基本类型特征，建立了描述粒状结构与致密条块状结构软岩的两类典型微观结构单元；在此基础上，采用重整化群方法，分别建立了两类软岩软化的重整化模型，并基于重整化原理，分析了软岩软化过程微观结构演化的临界判据，搭建了软岩微观结构与其力学特性之间的定量关系。通过对比软岩饱水软化过程力学性质试验结果，验证了所建立模型的合理性，为进一步开展软岩软化全过程定量化研究奠定基础。

以型煤试件为研究对象，对其在固定瓦斯压力和围压作用下的力学性质和声发射特性进行了试验研究。结果表明：含有瓦斯后煤样试件的力学性质的离散性降低；与不含瓦斯煤样比较，含瓦斯煤样的三轴强度减小而杨氏模量增大；含瓦斯煤样三轴压缩过程中的声发射事件计数分布较均匀，仅在煤样破坏前出现密度较大区；声发射事件振幅分布呈现“三峰”分布特性，而事件能量随变形增加而逐渐增大；声发射各事件参数与三轴压缩曲线呈滞后对应关系。

结合苏锡常地区地面沉降研究，用单向固结仪研究饱和黏性土在复杂荷载作用下的蠕变变形特征。试验土样取自苏锡常地区第2弱透水层。研究结果表明，在初次加载时黏性土具有明显的蠕变性，在双对数坐标中蠕变变形与时间呈直线关系，且直线斜率随荷载水平增大而减小，但在荷载水平达到一定值后斜率变化不大；在初次卸载时黏性土仍有明显的回弹蠕变，特别是在卸载水平较高时，卸载回弹蠕变变形与应力和时间的关系仍可用幂函数表示；在循环荷载作用下，加卸载达到变形稳定的时间随循环次数增加而减小。当循环荷载最大值小于土样的先期固结压力时，土样在2次加卸载循环后达到弹性变形状态；当循环荷载最大值等于土样的先期固结压力时，土样在5次加卸载循环后达到弹性变形状态。

利用20 MN伺服控制高温高压岩体三轴试验机进行了长石细砂岩的渗透率试验，研究了恒定三轴压力和常温至600℃条件下砂岩渗透率变化特征。试验表明，随着温度增加，长石细砂岩渗透率变化规律表现为5阶段特征：①低温段，随温度升高渗透率略有下降；②阈值温度前段，达到阈值温度后，渗透率急剧增大，产生一个突跃，增加了65倍；③阈值温度后段，随着温度的继续升高，渗透率出现下降；④稳定段，渗透率达到谷值后不再下降，并稳定在一个较高水平，是室温渗透率的8倍；⑤高温段，渗透率重新增大。通过对长石细砂岩的细观结构变化及声发射事件（AE events）计数率分析后认为：渗透率的阶段性变化规律主要与内部矿物颗粒之间及其内部因局部热应力集中而诱发产生的微裂缝的开闭有关；高温条件下的长石细砂岩渗透率二次剧烈变化则主要与砂岩中部分矿物晶体颗粒成分在高温环境下的熔融、重结晶等现象有关。

选用高庙子钠基膨润土(GMZ001)为缓冲回填材料的主料，添加不同比例的石英砂，对掺砂率分别为0%、10%、20%、30%、40%和50%的膨润土-砂混合物压实试样进行室内膨胀变形试验。结果表明：膨胀率随时间呈指数增长；掺砂率一定时，最大膨胀率随初始干密度的增大而线性增长；初始干密度一定时，最大膨胀率与掺砂率呈二次函数关系。引入有效黏土密度的概念对最大膨胀率进行计算，建立了任意掺砂率和初始干密度条件下膨润土-砂混合物最大膨胀率归一化模型，为混合型缓冲回填材料在高放废物地质处置中膨胀行为的预测与控制提供了依据。

对可用于接触面应力变形及强度特性试验的直剪仪、单剪仪及环剪仪的优缺点进行了比较分析。对某土料与混凝土接触面的应力-变形及强度特性进行了单剪试验研究，试验包括土-混凝土接触面及土-泥皮-混凝土接触面两种。同时，将已有的环剪试验成果与单剪试验结果进行了比较分析。研究了环剪试验与单剪试验成果的差异。结果表明，单剪试验测得的抗剪强度比环剪试验测得的低30%～40％，环剪试验用于接触面强度特性研究较合适，而单剪试验用于较低应力水平下的应力-变形试验更好，泥皮的存在使得接触面强度降低30%左右。

锚板上拔过程是一个复杂的锚土相互作用过程，锚板周围土体在上拔过程中的变形破坏机制对于锚板抗拔力的可靠预测具有重要意义。为了对锚板破坏机制进行量化分析，基于LabVIEW软件开发环境，开发了力、位移和图像同步采集系统，该系统由力传感器、位移传感器、相机和一台计算机组成，可对锚板上拔过程中的力、位移和图像进行自动同步采集，从而保证了力、位移和图像的一一对应关系。基于PIV（particle image velocimetry）无干扰测量技术对砂土中锚板在上拔过程中的图像进行了测量分析，得到了锚板周围土体的位移场、剪切应变场和体积应变场。变形场试验结果表明：锚板上拔过程中，锚板上部土体中间部分位移大、两边小，最终形成一个倒置的梯形；剪切应变场显示锚板上拔过程经历了局部剪切带形成，扩展并最终在锚板两侧形成一个倾斜向上并贯通到地面的对称剪切带，剪切过程中剪切带内伴随着剪涨。在峰后阶段，剪切带形状由峰值点内倾转为外倾，锚板两侧边缘处出现局部土体流动软化。该试验结果可为锚板上拔预测模型建立以及设计提供参考依据。

将聚丙烯纤维按不同类型、不同组合、不同含量掺入土中的三轴压缩试验，研究了聚丙烯纤维复合土的应力-应变性状及对复合土强度特性的影响。试验结果表明，加固黏性土要选择分散性好的束状单丝聚丙烯纤维，而不是网状聚丙烯纤维，聚丙烯纤维按占土质量0.2%时为最佳掺入量，束状单丝聚丙烯纤维长度为6 mm+10 mm+15 mm+19 mm的4种组合较为理想，可使聚丙烯纤维复合土微结构联结强度得到明显改善，抗裂补强，黏性土抗剪强度得到极大的提高。

在自制的模型箱中进行一维电渗排水试验，通过监测排水量、电势分布、含水率和电流来研究不同电源电压对电渗排水的影响。试验结果表明：较大的电压会导致排出单位体积水所需的能量消耗较高；较大的电压和较短的电渗时间会导致土体含水率分布异常，两极中间最高，阳极附近最低；排水量的逐渐减小是因为电极接触电阻的增大和电渗渗透系数的减小；电极和土体接触面上存在的接触电阻使得实际用于电渗的电压小于电源输出电压，而且电源电压越大，阳极接触电阻随电渗时间增加的速率越快，但是阴极接触电阻在高电压时缓慢增长，在低电压时迅速增大，而这与电渗排水速率有关。

采用水泥系固化剂，对铅污染土进行了固化处理，对固化后污染土的无侧限压缩变形特性进行了研究。试验所用的铅污染土通过人工制备而成，并考虑了不同的铅离子浓度和水泥掺量。研究结果表明，随着污染土中铅含量的变化，水泥固化铅污染土的应力-应变特性、破坏应变、变形模量值不同。铅浓度为0.01%、0.1%试样的破坏应变大于不含铅试样，且随着强度的增加、龄期的增长呈幂函数减小。韧性指数可用来定量描述铅离子浓度对固化土样韧性特征的影响程度。固化铅污染土的变形模量与其无侧限抗压强度呈线性关系，线性拟合参数与铅离子浓度和水泥掺量有关。

针对砂土地基中不同L/d的抗拔桩进行了模型试验，模型桩采用了3种不同界面，结合界面剪切试验探讨了桩-土界面特性对抗拔桩荷载-位移曲线、极限承载力及残余承载力的影响，得到了以下几点结论：模型桩长径比L/d不同时，每种界面抗拔桩荷载-位移曲线是类似的，光滑钢桩上拔力达极限承载力后保持不变，粗糙界面模型桩上拔力达极限承载力后降低，直至达残余承载力；抗拔桩达极限承载力时的静止土压力系数K受桩-土界面粗糙程度的影响，界面越粗糙，K值越大；界面越粗糙，抗拔桩残余承载力与极限承载力的比值越小，该比值随L/d的变化较小；对于粗糙界面抗拔桩，残余承载力与极限承载力的差别一部分是由于桩-土界面摩擦角的降低引起的，另一部分是抗拔桩达到极限承载力后作用在桩表面上的水平土压力降低引起的。

为探寻波浪荷载作用下饱和粉土振动孔隙水压力发展规律，试验选用近海地区广泛分布的粉土为研究对象，在不同的相对密实度、偏应力比及振动频率下，利用空心圆柱仪进行了一系列模拟波浪荷载的循环三轴-扭剪耦合试验，探讨饱和粉土在不排水条件下的孔压增长规律。试验结果表明，归一化后的振动孔隙水压力比与振次比之间的关系可以用反正弦三角函数来拟合。通过对不同相对密实度、偏应力比及振动频率下归一化孔压发展曲线的分析可知，随着偏应力比的增大，拟合参数θ呈线性趋势减小，随着相对密实度的增大，θ呈线性趋势增加，振动频率的变化对拟合参数θ影响不大。

由于轮胎具有高强度与耐久特性，将废旧轮胎作为加筋土壤结构物的加筋材料，应是21世纪处理废轮胎的一个方向。由于轮胎为一立体结构材料，其所造成的边界影响将不同于普遍使用的平面式土工织布与土工格栅，藉由柔性前壁可有效改善砂土挤压所造成的前壁效应。以完整和一侧被切割轮胎进行试验，在前壁与侧壁效应良好的控制下，经切割的废轮胎能与砂土紧密夯实并增加受正向应力面积，其拉出阻抗优于完整轮胎。当轮胎减少一侧的胎唇钢丝，切割轮胎发生的变形量大于完整轮胎的变形量。以不同的连接材料评估两个轮胎的加筋成效，其结果显示轮胎与轮胎间的拉伸变形将影响其拉拔阻抗，需藉由低延伸性材料与刚性夹片限制轮胎的变形。因此，采用废旧轮胎进行加筋填筑时，需注意轮胎产生的沉陷变形量，此工法可用于边坡或路堤的加筋工程。

为研究单桩在抗拔与抗压条件下承载能力、桩身轴力以及侧摩阻力分布规律的不同，进行了砂土中长径比大于40的抗拔桩与抗压桩室内模型试验，通过桩身内设置电阻应变片，测得各级荷载下桩身不同深度的应变。分析表明，抗拔桩不论是位移还是位移增长速率，都远远超过抗压桩。因此，抗拔桩设计时应综合考虑桩顶上拔量来确定抗拔承载力。抗拔桩与抗压桩的桩身轴力分布具有相似的特性，试验所得抗拔总侧摩阻力折减系数?=0.56。抗拔桩与抗压桩侧摩阻力都是从上部开始发挥并向下传递，随着荷载的增加，上部侧摩阻力变化很小，桩身中下部侧摩阻力迅速增长。抗拔桩桩端部侧摩阻力表现出弱化效应，抗压桩则表现出强化效应。

依托冲击碾压破碎旧水泥路面现场施工，沿路面横断面和不同深度位置埋设土动压力传感器，对不同冲击碾压遍数、冲压路线、行驶速度下路基的竖向和侧向动土压力进行了试验研究。研究表明：冲击碾压施工引起的地基振动具有周期瞬态冲击特性，冲击荷载附近动土压力存在叠加增长现象。路基动土压力与冲击荷载位置、行驶速度和碾压遍数密切相关。动土压力随冲击压路机由近及远为先增加再减小，纵向距离30 m以内的路基均受到振动影响，纵向水平距离15 m范围内影响开始显著。不同的冲击遍数下动土压力最大值总体有一个先增大再减小的趋势，由于路面板和基层的荷载扩散作用，冲击碾压改建产生的土动压力相比直接冲击路基下降了1个数量级。在试验工况下，冲击碾压改建对旧路基的实际影响深度比有限元计算的深度范围更大，沿路纵向水平影响距离可取为10 m。

坝体岩基与混凝土间的抗剪（断）参数关系着大坝的设计和运行安全。利用橡胶粉能够增大混凝土内部各质点的摩擦和能量耗散的特性，结合淌水崖水库，通过现场试验，比较了普通混凝土和橡胶改性混凝土与岩基的抗剪（断）性能。结果表明：橡胶改性混凝土与岩基的抗剪断和抗剪性能均优于普通混凝土。橡胶改性混凝土与岩基的抗剪断摩擦系数为1.344，普通混凝土与基岩的抗剪断摩擦系数为0.790，抗剪断摩擦系数提高了70.1%；橡胶混凝土与岩基的凝聚力与普通混凝土基本相当。就抗剪参数而言，橡胶改性混凝土与岩基的抗剪摩擦系数为1.108，普通混凝土与基岩的抗剪摩擦系数为0.683，抗剪摩擦系数提高了62.2%；橡胶混凝土与基岩的凝聚力几乎是普通混凝土的两倍，橡胶混凝土与岩基的凝聚力为0.138 MPa，而普通混凝土的凝聚力则为0.061 MPa。分析探讨了橡胶粉能够改善混凝土与坝体岩基抗剪和抗剪断性能的机制，为提高坝体岩基-混凝土的抗剪（断）参数提供了一种有效的技术措施。

基于动力模型试验的动力相似准则，经一系列配合比和力学性能试验及动弹性模量超声波检测，研制了新型高混凝土坝动力试验模型材料DMM。初次提出以河砂作为混凝土坝动力相似材料的粗骨料主材，显示出能够借此有效调控动弹性模量和材料重度的新特点，明显优于石英砂等材料。大量试验结果表明，DMM材料不仅重度高、动弹性模量低，且其应力-应变关系中具有稳定而明显的线弹性阶段，符合高混凝土坝动力模型试验和相似准则的基本要求，且环保无毒、价廉、制作周期较短，可成为优良的动力相似材料。

为了得到无衬砌黄土隧道围岩结构在地震作用下的安全系数，借助有限元软件ANSYS，首先采用水平地震作用下的动力分析模型进行模态分析，得到质量阻尼系数和刚度阻尼系数；其次，输入地震波进行动力时程分析，得到模型顶点的最大水平位移；最后，采用静力分析模型，并考虑自重和左右边界上顶点水平位移最大时的侧向边界节点水平位移，通过不断折减围岩土体的抗剪强度参数，即黏聚力c和内摩擦角?，直到计算不收敛为止，从而得到无衬砌黄土隧道在地震作用下的安全系数。数值算例表明：所采用的方法是可行的，地震作用会使得围岩结构的安全系数降低，从而为以后黄土隧道围岩结构在地震作用下安全系数的计算及其工程应用提供了理论依据。

Dobry和Gazetas分析群桩振动特性的理论是将土体视为单相介质提出的，对于饱和土中桩-桩相互作用和群桩振动是否适用有待验证。将土体视为液固两相多孔介质，运用Novak薄层法和引入势函数的方法，求解了饱和土层的水平动力阻抗和自由场水平位移衰减函数，并在初参数法的基础上求解了桩-桩水平动力相互作用因子，运用基于动力相互作用因子的叠加原理对饱和土中群桩的水平振动进行了分析，并以3×3桩为例对群桩动力阻抗的主要影响参数进行了分析。提供了一种分析饱和土中桩-桩动力相互作用和群桩动力阻抗的新方法。

采用波函数展开法，推导了无限介质中双层衬砌圆形洞室在P波作用下衍射问题的解析解，并结合南水北调西线1期工程3#引水隧道开展了动应力集中系数参数敏感性分析。计算结果表明，围岩和内层衬砌的弹性模量对结构的动应力集中系数影响较大，而围岩泊松比对计算结果的影响几乎可以忽略不计；围岩和衬砌之间的介质层在一定程度上具有减震作用，前提条件是其弹性模量低于围岩弹性模量的1/20，否则减震效果不明显。

钢筋混凝土棚洞结构是西部滚石灾害多发区最为有效的滚石防护结构，一般通过在棚洞顶部铺设一定厚度的砂砾石垫层来达到缓冲吸能的目的。在棚洞结构设计中，确定滚石冲击力大小是关键，而目前国内外尚无合理的计算公式，严重地影响了滚石棚洞结构工程应用。由于滚石冲击能量大，冲击时间短暂，涉及到结构大变形和复杂的能量转换关系，因而滚石冲击荷载下棚洞结构的动力响应研究难度较大。以实际滚石棚洞结构为原型，采用动力有限元对滚石冲击过程进行了数值仿真，研究滚石在不同冲击角度下棚洞结构的动力力学响应，为滚石防护工程设计提供理论基础。

楠竹加筋复合锚杆已经应用于中国西北丝绸之路上留存的古代土遗址保护加固工程中。该锚杆截面积大，可以获得足够大的锚固力。针对现场拉拔试验中钢绞线从内黏结剂中拔出的破坏形式，设计了专门的试件及夹具，试验研究了钢绞线与内黏结剂间的力学行为。试验结果表明，钢绞线与内黏结剂的黏结滑移分为指数上升阶段、软化下降阶段和残余应力阶段3个阶段，可以用简化模型和精确模型描述。试验还表明，钢绞线与内黏结剂接触界面上应力分布不均匀，靠近加载端的应力较大，且有应力峰，应力峰随荷载的逐渐增大向远离加载端的方向移动；钢绞线与内黏结剂间平均剪切应力随锚杆的长度增大呈指数衰减。通过理论分析，给出了界面黏结滑移微分方程及相关曲线，结果表明，钢绞线轴力及界面相对滑移沿钢绞线均呈不均匀分布，且随着距加载端的距离增加其值急剧下降，该规律可以指导锚杆设计及工程应用。

土石坝地震反应分析中，瑞利阻尼系数在很大程度上影响计算的精度。改进了阻尼系数的确定方法，采用不同阻尼系数对土石坝进行了时域动力分析，并与频域计算结果进行了比较。结果表明：当坝高超过100 m后，采用结构基频确定瑞利阻尼系数的方法高估了结构的阻尼，导致结构的动力反应偏小；改进后的方法能较好地反映结构的阻尼特性。通过对拟建的双江口直心墙土石坝进行动力分析，进一步验证了改进阻尼系数确定方法的合理性。

采用包含一个内变量的连续化St Venant模型，即连续的Masing-Iwan模型，模拟桩-土界面扰动区土体的非线性行为。基于两种分析单桩的荷载传递模型，假设桩-土-桩相互作用为弹性且服从叠加原理，推导出了适用于群桩中基桩的两种荷载传递新模型。采用荷载传递法建立了单桩和群桩的非线性控制方程，提出了近似求解该控制方程的摄动分析法，得出了单桩和群桩的荷载沉降和轴力分布方程。所得结果表明，在低荷载水平下严格趋近于弹性解；而在高荷载水平下，能够反映直到破坏阶段的桩的荷载-沉降特性。通过一个现场试验的理论预测结果与实测数据的对比分析，验证了方法的有效性和适用性。

将挤密桩挤土过程视作沿桩长不变的一系列点位形成的球形孔扩张过程，把扩张过程中的桩周土体分为3个区域：流动破坏区、塑性变形区、弹性变形区。应用圆孔扩张理论，结合修正剑桥模型推导出了球孔扩张引起的土体应力、位移分布解析解。结果表明，挤密桩塑性区半径为桩半径的2.92倍，与试验结果基本吻合，验证了该分析方法的可行性。其结果可为挤密桩挤土效应的研究提供一种新的思路。

作为研究复合地基荷载传递规律和沉降的一个重要组成部分，桩体刺入变形量的分析与研究将进一步完善复合地基沉降理论，但目前对于桩体刺入量的研究并不多。对现有桩体向垫层刺入量计算方法进行了分析，指出不足之处，提出了更为合理的刺入量计算方法。通过与现有计算方法的比较，表明了方法的合理性。与模型试验结果进行了比较，证明了其方法的适用性。

在地形起伏较大的情况下，地形地貌对爆破振动波的传播具有较大的影响。通过分析与爆破振动有关的物理量，运用量纲分析法推导了反映高程放大效应的爆破振动公式。结合现场爆破振动监测，当爆破场地的地形地貌变化较大时，用传统的萨道夫斯基公式预测爆破振动速度误差较大，其平均误差达42%～59%，其他4个常用经验公式预测的平均误差，分别为24%～49%、40%～58%、58%～59%、31%～39%；而采用量纲分析法推导的公式预测爆破振动速度误差较小，其平均误差仅为10%～14%。研究结果表明，通过量纲分析法得到的爆破振动公式能较准确地反映正高程差放大效应。

讨论了传统预应力锚拉桩支护结构荷载传递路径存在的不足，根据其受力特性，首次提出了基于三维土拱效应的力学计算模型，并对该模型的正确性进行了验证。分析了土拱的形状、土拱的拱高，进而提出了该模型的数学表达式。同时对三维土拱的形成条件进行了论证，建立了形成土拱的静力平衡条件及土的强度条件，在此基础上确立了锚头间距的控制方程，分析了抗剪强度参数c、? 及桩板后土压力q的对锚头间距的影响。最后，将上述分析成果应用于一工程案例，节约了工程造价效果。

针对目前地质灾害危险性评价中对指标权重确定方法的缺陷，使用改进的层次分析法和熵值法确定金沙江流域泥石流的各影响因素权重。在此基础上，提出一种新的组合赋权规则，使两类权重间的差异程度和分配系数间的差异程度相一致，从而排除人为因素及数据奇异点的影响，得到相对客观准确的结果。以金沙江的典型泥石流作为计算实例，对现场数据进行了提取之后，使用上述方法计算出影响因子的权重，将权重代入经典的危险性分析模型进行评估。计算结果与当地泥石流的实际情况和发展趋势相符合，从而证明了该方法的合理性。

岩体强度问题在实际工程中是工程师关心的问题，由于受时间和经费的限制，难以进行大量现场原位试验，而其复杂性目前尚无破坏准则能较好满足实际要求。对于含有多组节理的岩体，结合收集的大量数据对国外基于节理化岩体强度估算经验公式进行了修正，从实测数据中拟合出弹性波波速与岩体强度的关系表达式，同时收集了国内外基于节理密度、岩体分类、弹性波的岩体强度估算公式，对这3种方法进行了对比研究，并应用于旧堡隧道，发现3种方法估算的强度值接近实际岩体强度，说明了在一定情况下岩体强度是可以粗略估计出来的。

隧道工程二次衬砌施作时机是隧道界普遍关注的问题。依托正在修建的郑州—西安铁路客运专线大断面黄土隧道工程，以围岩及初期支护基本稳定速率作为二次衬砌施作时机判定指标，采用位移断面监测数据回归分析和数值分析相结合，建立基本稳定速率的理论求解方法，从而确定二次衬砌施作时机；同时，选取贺家庄隧道试验段作为工程实例，对高速铁路大断面黄土隧道二次衬砌施作时机进行研究。研究结果表明：当拱顶下沉变形速率值小于0.55 mm/d，边墙水平绝对收敛速率值小于0.11 mm/d时，即可进行二次衬砌施作。此次研究为类似工程的设计和施工提供了参考依据。

岩爆预测中常用的动态指标切向应力σθ是与初始地应力场密切联系的。根据开阳磷矿实测三维地应力值和该矿多层岩体赋存的特点，分析了洞室围岩岩性、空间巷道、倾斜层理等因素对σθ的影响。开阳磷三维地应力测试成果表明，埋深浅的砂岩比埋深大的红页岩的垂直地应力值要大近3倍，提出了考虑测点岩性的地应力场区域应用观点和考虑巷道轴向空间性的三维地应力空间分解方法。按上述方法，通过数值模拟研究发现，考虑倾斜层理时发生岩爆的位置主要在右帮底部。这与马路坪矿现场观测的破坏结果较吻合。区域空间分解法的岩爆预测结果比线性拟合回归法更接近实际。

详细分析了导流隧洞地质条件，结合隧洞的布置特点和现场的施工情况，采用固定测点的方案，对隧洞开挖施工进行了现场监测。分析测试数据发现，质点振动速度具有明显的方向效应，质点朝临空面的振动速度明显大于其他方向。测点和爆点不在同一高程时，当两点的高差与爆心距的比值较大时，“高差效应”引起的质点在不同方向的峰值振动速度差别十分明显，当两点的高差与爆心距的比值较小时，“高差效应”明显减弱。对于高差与爆破振动传播和衰减规律之间的关系，以往的研究提出了一些修正公式，但这些公式均把高差作为一个独立的变量进行考虑，物理意义不甚明确。根据前面的数据分析，考虑高差影响的实际意义并结合无量纲分析，取高差与爆心距的比值作为“高差效应”影响因子，对传统爆破振动波衰减经验公式进行了修正，经过对比分析，修正后的爆破振动波衰减规律公式具有更高的精度。同时，对实际监测中出现的振动速度超过安全控制速度的情况进行了分析，及时调整爆破参数，从而有效地控制了爆破振动破坏效应。其研究成果对指导隧道工程开挖爆破施工和保证坝体及大坝帷幕安全起到了重要作用，保证了该工程爆破施工的顺利完成。

Hoek-Brown强度准则与Mohr-Coulomb强度准则相比，综合考虑了岩体结构、岩块强度、应力状态等多种因素的影响，可更好地反映岩体的非线性破坏特征，更符合工程实际，由该准则所估算的岩体力学参数可为最终确定岩体力学参数提供重要依据。基于引入的岩体体积节理数Jv和结构面条件因子JC量化的GSI（地质强度指标）围岩分级系统和Hoek-Brown强度准则来估计岩体力学参数，并结合具体的工程估算岩体的力学参数验证应用效果，其成果对工程设计和施工有重要指导意义。

在国内首次把红外热像仪应用于交河故城土遗址保护中，解决了土遗址表面温度测量的难题。通过对夯土建筑遗址墙体表面温度的监测，得出墙体表面温度随时间、空间的分布及变化规律。监测结果显示，太阳辐射、墙体朝向、风化程度等是影响土遗址墙体表面温度的重要因素。监测期间墙体的最高日温差达35?C，若在极端条件下则会更高，剧烈的温度变化减弱了土体强度，加剧了土遗址的劣化。在上述分析的基础上，利用回归拟合的方法，建立了夯土建筑遗址表面温度预报模型，通过气温即可计算出土遗址墙体表面的日温差，为土遗址的水热研究、盐分运移研究及其他相关研究提供数据支持。

通过大量的多层边坡算例来分析FLAC3D强度折减法在不同强度、坡比和层厚的情况下所得安全系数与滑动面位置的变化规律，并与极限平衡法进行对比，探究强度折减法和极限平衡法所得结果产生差异的原因，揭示多层边坡的破坏机制。数值模拟计算结果表明：①对于上层土体强度较软的边坡，当上下层强度相差到一定程度，表现为上层破坏，强度折减法与极限平衡法的安全系数相对差值最大，达5%~7%；上层土体厚度h增加时，安全系数逐渐减小；上层土体位于地表以下时，滑动面通过坡趾，安全系数保持不变。②对于下层土体强度较软的边坡，当上下层强度相差到一定程度，强度折减法所得安全系数基本保持不变，但极限平衡法仍保持增长趋势，最大相对差值可达12%；上层土体厚度h增加时，安全系数也相应增大，h位于9~12 m，边坡表现为深层破坏；而h=12 m时，极限平衡法的滑动面却通过坡趾，但安全系数相差很小。当h的变化范围在3~5 m，两种方法的安全系数相对差值最大，达6%~10%。破坏区分布分析表明，边坡呈拉伸-剪切复合破坏，对于下层土体强度较软的边坡，复合破坏模式更显著，与单一剪切破坏模式相比，最大有10%左右的相对差值。

提出了求解有自由面渗流问题的三维数值流形方法，通过构造任意形状流形单元的水头函数，推导了流形单元的渗透矩阵和无压渗流分析的总体控制方程，并给出了自由面的迭代求解策略和渗透体积力的计算方法。典型算例的数值分析表明，该方法采用数学网格覆盖整个材料区域，在自由面的迭代求解过程中数学网格保持不变，只考虑自由面以下渗流区的介质，只对自由面以下的流形单元形成总体渗透矩阵，具有精度高、收敛速度快、编程简单等优点，而且能够通过单纯形积分精确计算被自由面穿越单元的渗透作用力，因此，特别适用于有自由面渗流问题的模拟。

根据工程地质资料分析，岩爆是秦岭公路隧道2号通风竖井施工过程中的主要难题。岩爆机制是指岩爆发生的物理过程，与岩石的颗粒大小、颗粒胶结和粒间孔隙等结构特征密切相关。根据颗粒流基本理论和竖井混合片麻岩的基本力学特性，进行混合片麻岩细观颗粒参数标定研究。颗粒大小不是一个自由参数，通过颗粒流模拟的相似比分析，采用强度折减方法进行竖井岩爆机制的颗粒流模拟。研究表明，岩爆孕育的细观机制为平行于开挖面的微裂纹萌生—微裂纹扩展、聚合—宏观裂纹的形成，为压致张剪断裂破坏，主要是由张拉裂纹扩展、聚合引起的，是一个渐近破坏过程。研究成果为竖井岩爆稳定性分析提供初步依据。

对于边坡整体稳定分析，找到了一种用随机角来搜索随机滑动面的新方法。在此过程中，采用简化Janbu法计算安全系数。这种新方法产生随机滑动面的过程是：先假定滑动面与边坡上、下缘的交点，在某一初始方向的情况下，以下缘交点为基点开始每随机一个角度方向，使其与对应的滑动体土条划分竖线相交，直到随机角度方向与上、下缘交点的连线重合，将这些交点依次连接，即可得到一条随机曲线（或随机滑动面）。通过随机模拟曲线，发现随机角物理意义明确，具有以下两个独特优点：①只有一个随机条件，随机因素易于控制，便于计算机编程；②为保证其随机曲线为一光滑曲线，可对随机角进行适当优化，并且在条分数足够大时，能够模拟任何曲线。针对以往随机搜索精度不高的问题，采用近似曲线来代替随机曲线的方法加以改进，并且将近似曲线的生成进行了简化。经各种实例对比分析后，得出此方法计算得出的安全系数与以往研究成果颇为接近，得到的最危险滑动面亦与实际情况相符，因而可说明此方法能够适用于边坡整体稳定性分析。

根据弹性地基梁法基本思想，考虑基坑分步开挖和逐级加撑的动态施工因素，通过有限元计算模拟基坑实际开挖过程。结合现场监测数据，采用位移反分析方法反演各土层m 值，并准确预测后续工况支护体的变形。采用有限元通用软件ANSYS内嵌的APDL语言编程建立支护体有限元计算模型，并应用数学软件MATLAB编制“改进单纯形法”优化程序，编写了接口程序，实现了MATLAB对ANSYS模型的实时循环调用和逐步寻优。武汉长江隧道武昌明挖段基坑工程算例证明，基于单纯形法的联合编程技术能方便、高效地被应用于支护体位移反分析预测中。建立了基于本工况预测下一工况或相邻断面的扩展型位移反分析预测模型，预测结果与实测结果拟合程度较高。

明显的粒径分级是超高排土场区别于土质边坡的最重要特征。针对西源岭413台阶排土场，结合开发的HHC-CA模型和现场散体粒径分布情况的调查，建立了考虑超高排土场粒径分级特征的边坡模型。在此模型的基础上，借助FLAC3D软件分析了现状边坡和各种堆排模式下的边坡稳定性。结果表明：西源岭413台阶排土场现状边坡上部位移矢量表现为下沉，其下沉方向与坡面保持同向，中部位移矢量表现为剪切，下部位移矢量略有反抬升的趋势。其边坡破坏模式为顶部平台拉裂，中部以圆弧形剪出；此排土场的现状边坡处于暂时性稳定阶段。而采用全覆盖式多台阶排土的边坡上部位移矢量表现为下沉，在排土场底部过渡到水平方向；破坏模式为顶部平台拉裂，下部以圆弧形剪出。仅考虑堆积散体的材料强度对排土场稳定性影响时，超高排土场的粒径分级有利于排土场边坡的稳定。

极限分析上限有限元法常利用三角形常应变率单元和摩尔-库仑屈服函数线性化的方法，以形成较易求解的线性规划模型。然而为满足计算精度，需引入大量的优化变量，增加了计算和存储的难度。为此，基于线性规划模型，利用MATLAB编制极限分析上限有限元程序，针对线性规划模型等式约束矩阵的高度稀疏性的特点，以稀疏矩阵的方式存储，从而在一定程度上解决了上述问题，使得上限有限元法能处理较大规模的岩土工程稳定性问题。以条形基础地基承载力课题为例进行算例分析，验证该方法的有效性，同时讨论了模型网格单元和塑性乘子数目对计算结果精度的影响。

基于地下水向水平井三维流动数学模型，利用半解析数值分析原理推导了层状各向异性承压含水层有限层方程，给出了水平井源汇项计算公式，编制了相应的计算程序，实现了有限层方程的求解。通过算例的解析解和有限差分解验证了有限层法及程序的正确性，对比分析了有限层法与有限差法的计算效率。结果表明，有限层法适于层状各向异性承压含水层中地下水向水平井三维流动问题的模拟分析，且具有较高的计算效率。

以虎跳峡滑石板边坡拉裂区失稳可能形成的滑坡为研究对象，依据滑石板边坡稳定性分析结果预测滑坡规模，在分析深切峡谷天然河道滑坡灾害特点的基础上，从滑坡涌浪、堰塞体上游壅水过程、堰塞溃坝水流挟带块石粒径等方面，对滑石板滑坡可能造成的两家人水电站各厂址区域危害进行分析预测，得出的结论可作为两家人工程厂址选择可行性论证的决策依据。提出了基于Delft3D软件水动力学数值模拟的滑坡堰塞体上游水位壅高过程仿真分析方法，以及应用水利水电工程立堵截流抛石粒径计算理论进行堰塞体溃坝水流挟带最大块石粒径估算的方法，为深切峡谷天然河道滑坡灾害防治措施和滑坡后果影响的综合分析提供参考。

磨料水射流（AWJ）破碎岩石的过程是多相流体与结构物体之间非线性碰撞动力耦合问题，其内部的复杂机制涵盖了诸多方面。基于ALE（Arbitrary Lagrangian-Eulerian）流-固耦合罚函数算法，从连续损伤力学和细观损伤力学角度出发，建立了磨料水射流冲击破碎岩石模型。研究表明：岩石的破坏主要以冲击破坏为主，破坏具有明显的局部效应，破碎过程以漏斗状交替推进；岩石内部的损伤场以阶段性演化，即分为线弹性阶段、非线性失稳破碎阶段，岩石在射流冲击交替应力的作用下50 ?s内完全破坏。计算结果与相关文献基本吻合，研究结果对深入研究磨料水射流破岩理论及应用有着重要的学术和现实意义。

大量的细观试验研究发现，岩石破坏主要是裂纹沿着岩石晶体颗粒边界的扩展造成的（沿晶断裂），裂纹沿弯折晶界的扩展则构成了不同材料边界上翼裂纹的扩展。基于以上细观试验结果，建立奇异单元的有限元模型，通过对节点位移的数值外插法，得到了岩石材料沿晶断裂翼裂纹应力强度因子，并研究了晶粒几何特征和材料非均质性（Dundurs参数）对裂纹扩展的影响。研究表明：在均质情况下，晶粒的几何形状在接近正六边形的情况下最适合裂纹扩展。随着非均质性的增强，各主翼裂纹比和晶粒几何角度所对应的KI值都要较均质模型的结果更高，最大的KI 所对应的晶粒的内角角度也有所增加。综合所有计算结果可以看出，岩石中晶粒的非均质程度越高，越利于岩石破裂。

依托清华大学50 g-t土工离心机，开发了离心模型爆炸试验系统。该系统由模型箱系统、数据采集系统、数据存储系统、通信系统、分析系统以及引爆系统6部分组成，能克服高速离心力场的干扰，采集到高质量的数据。该系统能同时测量应力、应变和加速度等相关参数。使用该系统对水平地基进行了爆炸荷载初步试验。试验结果表明，该系统具有测试爆炸条件下相关参数的能力，为进行更复杂的爆炸试验奠定了基础。

通过钻孔数字成像系统得到地质钻孔的孔壁数字图像并研判地下地质结构是一种重要的地质勘查手段。对钻孔成像中的结构面信息的判读通常是由人工完成的，不同的人判读结果可能存在差异。钻孔成像自动辨识结构面系统首先对图像进行RGB(red红，green绿，blue蓝)到HSV(hue色相，saturation饱和度，value明度)颜色空间的转换，使得结构面信息突出显示出来，以利于图像的结构面提取；再对转换后的S分量进行图像滤波及增强等预处理，然后对图像进行分割，对分割后的图像进行数学形态学中的二值图像边缘提取和细化处理，快速分离出结构面信息，对结构面边缘进行有效的提取；最后采用正弦曲线的Hough变换对图像边缘点进行识别，可得到钻孔结构面的产状和厚度参数。以实际钻孔数字图像为例，经过钻孔成像自动辨识结构面系统提取了其中的4个结构面的空间参数，与人工判读结果比较，自动辨识得到的参数更精确，结果具有唯一性。