试验资料表明：饱和黏土在不排水常载升温条件下会产生很大的变形并最终可发生热破坏现象，因此，升温也成为一种加载方式。基于姚仰平等提出的热UH临界状态模型，推导了受温度影响的热不排水抗剪强度表达式，对不同超固结度饱和黏土在升温下的不排水抗剪强度模拟与试验结果对比表明：所提公式能够合理反映试验资料中受温度影响的不排水抗剪强度变化规律。利用热UH模型对不排水常载-升温过程进行了模拟，模拟结果表明，热UH模型可合理地反映不排水常载-升温条件下饱和黏土的应力-应变关系以及强度变化规律。针对能影响热破坏过程的几种因素如升温初始时的偏应力比、升温幅度、超固结度以及先期固结压力等进行了讨论分析，得到了各因素对于饱和黏土不排水剪切下的应力-应变关系及强度特性的影响规律。

为了研究破裂岩体结构面的注浆加固效果，并揭示其加固实质和作用机制，对单轴压缩试验形成的破裂岩样结构面粗糙度进行了测量与研究；通过破裂岩样结构面注浆加固的剪切试验，分析了注浆对结构面强度和刚度等力学特性参数的影响；通过锯齿形模型化结构面注浆前后剪切试验，分析了锯齿形结构面的力学特性及注浆加固对模型化结构面的影响。研究结果表明，同种岩样压裂后结构面粗糙度系数JRC相近，其数值约为8～10，具有可复制性；注浆后结构面残余强度、剪切峰值强度及上升段斜率均有明显提高；注浆后岩体中结构面的刚度也得到了明显改善；通过理论分析，给出了结构面刚度的理论拟合公式；结构面的剪切峰值强度及残余强度随着锯齿形齿数的增多明显提高，注浆加固后，结构面剪切峰值强度、黏聚力都有不同程度的增大，而内摩擦角变化不大

泡沫混凝土的单轴和三轴试验研究表明，泡沫混凝土具有较高压缩性和良好延性，可以作为深埋软岩隧道初期支护与二次衬砌之间预留变形层填充材料，分析了其对宜巴高速公路深埋软岩隧道长期稳定性的影响。研究表明，深埋软岩软岩隧道在二次衬砌施工之后依然会产生较大的蠕变变形，单纯依靠提高二次衬砌的厚度，并不能完全控制住围岩的蠕变变形，而且衬砌结构很容易由于变形压力过大而发生破坏。泡沫混凝土预留变形层，可以很好地吸收围岩蠕变变形，缓解二次衬砌承担的蠕变变形压力，减小衬砌的变形，改善其受力，采用厚度较小的二次衬砌即满足隧道长期运营的要求。

现场剪切蠕变试验是了解岩体剪切蠕变特性的最重要手段。针对大岗山水电站坝区“硬、脆、碎”辉绿岩脉进行了现场剪切蠕变试验，分析了岩体的剪切蠕变变形规律和剪切蠕变速率特性。试验结果表明，在剪应力较小时坝区岩体剪切蠕变仅呈现出减速蠕变和稳态蠕变2个阶段；当剪应力接近屈服强度时，坝区岩体剪切蠕变速率由渐变增长转为突变增长，岩体在短时间内即发生破坏，呈现出加速蠕变特性。恒定正应力下辉绿岩体的稳态流变速率与剪应力之间可用指数关系来表征。根据剪切蠕变试验曲线，进行了岩体剪切蠕变模型辨识。辨识表明，西原模型可以较好反映坝区辉绿岩脉的剪切蠕变特性。通过优化反演获得坝区岩体的剪切蠕变参数，为坝基边坡工程稳定性分析和设计提供了重要的力学依据

煤巷顶板锚固区域富水岩层支护中出现的沿锚杆（索）钻孔持续渗、淋、涌水难题是工程中亟待解决的问题。采用一种新型锚杆（索）防水锚固剂进行了相关防水性配比试验研究；为了获得煤系碎裂顶板持续渗水作用下粉砂岩强度变化规律，在现场与实验室分别进行渗水试验。结果表明：NS-1不饱和聚酯树脂及添加2%的XS-1高分子速溶胶粉是防水型锚固剂关键点；在静水浸泡作用下，粉砂岩抗压强度呈现先缓慢增大而后快速衰减的变化规律；在动水渗流、循环风干作用下粉砂岩在36～42 h内裂隙开度增加，强度持续弱化。研究了粉砂岩顶板水与支护体耦合作用关系，在团柏煤矿101101巷道进行新型锚固剂锚杆（索）锚固试验，防水型锚固剂在钻孔渗流量为140 mL/s时，仍能达到208 kN的锚固效果；试验结果表明，对锚杆、锚索施加高预应力和采用防水锚固剂可保证顶板淋水碎裂煤巷的稳定。

在室内和现场试验的基础上，根据泥岩的非线性蠕变变形特点，构造了基于摩尔-库仑准则的蠕变势，建立了泥岩非线性蠕变损伤本构模型及其损伤演化方程；对泥岩裂隙自愈合机制进行了探讨，得到围压、孔隙水和饱水时间是影响裂隙愈合的主要因素，通过引入愈合应力和水化学愈合因子的概念，建立了泥岩渗透性自愈合模型。研究结果表明，泥岩非线性蠕变是其内部结构损伤在蠕变过程中的综合表现，泥岩的蠕变速率不仅与应力水平、时间相关，而且还与累积蠕变变形密切相关，提出的模型能较真实反映泥岩蠕变变形过程、损伤演化、渗透性演化和裂隙自愈合，且材料常数较少，便于从实验数据中获得。文中涉及到的数值算法、程序实现、模型参数的确定以及工程应用将在本文的Ⅱ部分给出

通过抗爆结构模型试验，研究了洞室围岩与衬砌结构受力变形特征。介绍了模型试验原理及平面装药爆炸模型试验方法，根据试验实测结果分析了设计爆炸荷载和超载条件下毛洞与衬砌洞室的洞周应力峰值分布特点，给出了两种工况条件下洞室围岩变形特征，从拱顶-底板相对位移、洞壁应变峰值、洞壁应变随时间变化等方面进行了对比分析。试验结果表明，衬砌支护措施可有效提高洞室的抗爆能力，是提高工程抗力等级的重要技术手段

为分析交错新建隧道施工对既有隧道的影响，采用公路隧道结构与围岩综合试验系统对交错隧道进行三维物理模型试验。测试的内容包括新建隧道开挖引起既有隧道围岩内部压应力、围岩内部位移及支护结构内力的变化规律。试验结果表明，既有隧道拱顶径向压应力和拱腰切向压应力具有增加趋势，拱顶切向压应力和拱腰径向压应力具有减小趋势；拱顶围岩内部位移表现为压缩变形，拱腰围岩内部位移为拉伸变形；既有隧道支护结构的轴力和弯矩全为增加，右拱腰的弯矩受到的影响最大；新建隧道施工对既有隧道L8截面的影响较小，对L1和L4截面的影响非常明显，当间距小于L8截面情况时应采取加固措施。

在6块不同的土质场地完成了21次爆炸成腔试验，试验用炸药埋深为1.20～12.5 cm，起爆药量为0.05～51 kg。对其中的5个腔体进行了土工试验。对爆后土体的天然密度、孔隙比、饱和度、压缩系数、压缩模量、内摩擦角、黏聚力的分布规律进行了实测。试验结果表明，爆炸作用对土体的影响半径是爆炸成腔半径的4～6倍。土体的天然密度、干密度、饱和度、压缩模量和黏聚力等指标随土体距爆炸中心距离的增大而降低。土体的孔隙比、压缩系数和渗透系数等指标随土体距爆炸中心距离的增大而提高。未在腔壁附近发现密度低于原状土的低密度区。爆炸冲击作用对土体内摩擦角的影响规律不明显。

利用GDS循环三轴试验系统，进行一系列不同细粒含量砂土的不排水动三轴试验，研究细粒含量对饱和砂土动弹性模量与阻尼比的影响。试验结果表明，砂土的动弹性模量随细粒含量的增加而减小，但当超过细粒含量的临界值30%后，变化趋势则相反；阻尼比随着细粒含量的增加呈现先增大后减小的趋势，其细粒含量的临界值也为30%。当细粒含量小于30%时，砂土的动力特性主要由粗粒决定，粗粒间形成的骨架孔隙比随细粒含量的增加而增大，相同应变水平下抵抗变形的能力随之减弱，从而使动弹性模量减小。同时，土颗粒间接触点的减少使应力波在土中传播速度变慢，使得土体对动荷载反应的滞后性增强，阻尼比随之增加；当细粒含量大于30%后，砂土的动力特性主要由细粒决定，细粒间孔隙比随着细粒含量的增加而减小，从而使砂土的动弹性模量与阻尼比呈现出相反的变化趋势

提出了深部洞室围岩分区破裂化的冲击破坏机制。即在岩体开挖引起的围岩应力重分布过程中，径向应力波波前产生应力不连续间断面，当波前应力降满足一定条件时，产生局部冲击破坏。根据弹性动力学理论，应用位移势函数，通过Laplace变换简化计算，推导了洞室开挖瞬间围岩径向应力场的动力学理论解，得到了发生各次分区破裂化时，波前径向应力降的统一计算公式。根据质点速度、间断面压力降，由动量守恒定律推导了围岩分区破裂化的冲击本构方程和破坏准则，得到了产生冲击破坏的间断面压力降临界值计算公式。给出了分区破裂形成后各破裂区半径的表达式，关系式表明，各破裂区之间存在等比关系，其等比值为 。

土-水特征曲线的研究是非饱和孔隙介质研究的重要部分。完整的土-水特征曲线包括初始脱湿曲线（IDC）、主吸湿线(MWC)和主脱湿线(MDC)3部分。传统的土-水特征曲线实验需要花费较长的时间和精力。以文献中的试验数据为依据，对非饱和土土-水特征关系和岩石的汞注入抽出试验的滞回现象进行了深入研究，提出一个经验模型来模拟MDC曲线。如果已根据试验得到了孔隙介质的IDC和MWC，此模型只需要一个参数，即可得到增量形式的MDC。通过与试验结果相比较，验证了模型对MDC模拟的有效性。

采用6种不同风化程度的花岗岩试样，在相同围压下进行了不同加载速率（1～105 MPa/s）的动三轴压缩实验。研究发现，不同风化程度花岗岩试件的抗压强度、弹性模量均随加载速率的增加而增加，泊松比随加载速率的增加而减小。抗压强度的增加幅度随风化程度的增加而增加，弹性模量的增加幅度基本保持不变

非均质是软黏土地基中比较普遍的现象，而目前隧道开挖面稳定研究中比较成熟的理论主要是针对均质土体。因此，从塑性极限分析上限法的基本原理出发，采用平面应变隧道刚体平动破坏模式（多块体上限法），考虑软黏土地基的非均质性，推导了平面应变隧道极限支护压力关于隧道埋深、土体重度及土体强度的上限公式。通过与其他方法的比较分析，证明了极限分析方法在隧道开挖面稳定性方面的可行性；利用该方法的计算结果详细探讨了隧道开挖面稳定的影响因素；而且由计算结果可知，地基土的非均质性在影响隧道开挖面极限支护压力的同时，也影响着隧道开挖破坏面的位置和形状，为工程实践提供重要的理论依据。

引入两类超固结比的概念，对不同围压下，具有两类不同超固结比的饱和原状、重塑黄土试样进行三轴固结不排水剪切试验。结合应力分担率的定义对试验所得的应力-应变曲线进行整理，获得了应力分担率随应变水平呈两阶段变化的特征曲线。定义结构性发挥系数对应力分担率曲线进行归一化处理。结果表明：两类超固结比下，相同围压、具有不同超固结比的试样的结构性发挥系数演化规律具有很好的归一性；不同固结围压时，两类超固结比下，该系数也同样具有很好的归一性。由此提出了描述结构性演化规律的计算模式和相应的理论计算公式。结构性发挥系数的理论公式为一个3段式函数，形式简单、参数少，且具有较好的稳定性。对比分析表明：计算和试验结果具有很好的一致性

以一维非线性固结为例，介绍了互补算法在固结问题求解中的应用。将地基土体的压缩特性曲线进行分段线性拟合并引入控制变量，得到土体孔隙比与有效应力间的统一关系式，并获得压缩曲线中的互补关系；详细推导了以孔隙比与有效应力为变量的一维非线性固结微分方程，通过对其进行差分求解，并结合压缩曲线中的互补条件，使得不同时刻的非线性固结问题转化为标准的线性互补问题。这样，非线性固结问题可通过在线性固结差分法中嵌入互补模型算法进行求解。该法的合理性通过与普通迭代算法进行对比获得证明。在此基础上，对一维固结问题线性与非线性解答的差异及影响非线性计算的因素进行了分析。计算中发现，互补模型算法在计算效率方面优于普通迭代法；线性计算程序中嵌入互补模型算法计算非线性固结在程序上容易实现；互补模型算法中通过对控制变量的求解，可判断地基土体所处的压缩状况

就服从非关联流动法则软化型砂的临界状态本构模型，在不同应力路径下的分叉进行了理论和数值分析。理论分析表明：分叉现象强烈依赖于应力路径，即当平均应力p一定时，应力路径在洛德角在-25o～15o之间时，均会在应力-应变关系硬化阶段出现分叉现象，而其他应力路径下不会产生分叉。并且分叉时对应的应力比、主应变及剪切带倾角都随洛德角的增加而变化，其值是先增加而后减小。采用回映应力更新算法，编写了该本构模型材料子程序，借助有限元软件ABAQUS及材料子程序，通过数值计算方法预测到了分叉点所对应的应力状态，表明了分叉现象在数值计算中的存在性，并通过数值预测值和理论解的对比，两者结果基本一致。

用混合物连续介质理论，考虑了土颗粒骨架、冰、水三相介质，选取土颗粒位移、孔隙水位移、孔隙水压和孔隙冰压为基本变量，采用Bishop有效应力原理，建立了饱和冻土多孔介质的弹性波弥散方程。经理论推导，给出了饱和冻土中弹性波的传播速度及衰减的解析表达式。通过数值算例，探讨了饱和冻土中两种压缩波（Pl波和P2波）及剪切波（S波）的波速和衰减与频率和孔隙率、含冰量等土参数的关系。通过参数分析研究了饱和冻土中3种体波的传播特性。

针对现有复合地基固结理论仍不能考虑实际工程中存在的初始孔压非均布情况的不足，采用解析方法对散体材料桩复合地基进行深入研究，给出了考虑初始孔压非均布的散体材料桩复合地基固结一般解。探讨了初始孔压非均布的3种特殊情况，导出了初始孔压矩形分布（均布）、正三角形分布和倒三角形分布等情况下的复合地基平均孔压和平均固结度表达式。研究表明：单面排水条件下，初始孔压分布对复合地基固结有显著影响；初始孔压均布和正三角形分布条件下，超静孔压随Tv值的增大而逐渐消散，固结期间地基底部孔压值最大；初始孔压倒三角形和梯形（pB /pT =0.5）分布条件下，Tv值越大，孔压等时线越平缓，且孔压最大值的位置由地基顶部向底部转移，固结过程中底部孔压变化呈现“从小变大、再变小”的特点

针对斜边非轴对称位移边界条件下的沉桩球孔扩张，将桩体贯入模拟为球孔扩张过程，在线弹性土体模型的基础上，通过对地表边界以及倾斜边界上应力修正的镜像法，改进现有直边非轴对称球孔扩张理论，得到了斜边非轴对称位移边界下的球孔扩张挤土位移解答，并分析边界倾角及球孔边界距离等因素的挤土位移规律。研究结果表明，边界倾角越小，倾斜边界对球孔挤土位移的影响也越小；球孔边界距离越大，其对挤土位移的影响反而越小。文中解答可为类似斜边工程挤土位移的控制及参数设置提供参考。

给出了有限二维饱和多孔介质因点汇诱发的Biot固结的一个解析解。其中假设多孔介质为均匀各向同性和线弹性，假设孔隙压力场符合第1类边界条件，数学模型采用可压缩多孔介质模型。利用傅里叶和拉普拉斯变换及相应反演获得了双重无穷项级数和形式的精确解。然后特别探讨了定流量点汇诱发的稳态解析解，并用文献现有解析解进行了验证。所提出的解析解适合于验证数值解，并可用于深入分析有限二维多孔介质的流-固耦合行为。

研制真空压缩装置以制备不同强度的粉土土样，并进行动三轴试验，测试不同强度粉土的液化特性。建立了土的强度与动剪应力比的关系，确立孔压增长模型及其参数，探讨土的强度和动应力对液化的影响。结果表明，（1）真空压缩装置制备土样过程中，土体超孔压在24 h内基本消散完毕，28 d贯入阻力达300～400 N，不排水抗剪强度达8 kPa，达到黄河口软弱土的强度；（2）土的强度与动剪应力比基本呈线性关系，且土的强度越高，孔压增长曲线越呈现上凸趋势，破坏时的孔压比也越大；（3）指数模型能够较好模拟黄河口粉土孔压增长情况，其中参数a和b分别位于0.77～5.63和0.17～4.65之间；对于孔压比上限，参数a, b分别为0.92和4.65；孔压比下限，参数a, b分别为1.25和0.89。

浆液黏度时变性对注浆扩散范围计算值影响很大。基于宾汉体浆液的流变方程与流体黏度时变性方程，建立了黏度时变性宾汉体浆液的流变方程与渗流运动方程，并依据某些假设，推导了时变性宾汉体浆液柱-半球形渗透注浆机制及探讨了半球体部分扩散半径l1与柱体部分扩散长度m的关系：m=(2l1 /3)(2n+1)。通过设计室内注浆试验对其进行了验证，结果表明：由黏度时变性宾汉体浆液的柱-半球形渗透机制计算的半球体部分扩散半径、圆柱体部分扩散长度及注浆扩散体体积的理论值与试验测量值虽分别有15%、10%及40%左右的差异，但都处于可接受误差范围内，因而，在总体上能较好地反映黏度时变性宾汉体浆液的柱-半球形注浆渗透规律，对注浆设计、施工和理论研究等方面具有一定的参考价值与指导作用

以杭兰公路宜巴段白云岩层中不规则发育的硬石膏岩为研究对象，采用X-衍射试验、离子色谱分析、环境扫描电镜及能谱分析等试验手段，定量研究硬石膏岩对隧道结构的危害。研究结果表明，硬石膏岩对隧道结构的危害主要表现在其水化膨胀作用、溶蚀产生的硫酸盐侵蚀及其溶出的酸性环境对白云岩溶蚀的加剧作用。在此基础上，结合区域工程地质条件，提出硬石膏岩及其与白云岩耦合溶蚀作用下的隧道混凝土防护结构劣化机制。给出以降低地下水水位及提高混凝土性能为主的类似工程治理建议。

以西藏某复杂隧道工程为背景，开展了穿越断层隧道振动台模型试验研究。从试验模型相似比、模型箱设计和边界处理、模型制作、测点布置及地震波加载等方面，详细地介绍了试验方案。试验重点观察在地震作用下穿越断层隧道动力响应规律及特征。试验结果分析表明，穿越断层隧道和均质围岩隧道地震动力响应规律有相似之处，随着地震波的向上传播，岩土体地震响应增大；断层处衬砌破坏严重；断层对地震波在岩土体内的传播有一定影响。

在深埋地下岩石工程开挖过程中，岩爆是多发的工程灾害，且大多表现出明显的时滞性，即大部分岩爆并不是随开挖而即时发生，而是会滞后开挖一段时间。针对深埋地下岩石工程围岩发生时滞性岩爆的实际应力特征，开展了锦屏二级水电站大理岩单轴压缩时滞性破坏试验研究。试验结果表明：在应力峰值前的长时间单轴压缩作用下，硬脆性大理岩的破坏表现出明显的时滞性；大理岩岩样在时滞性压缩破坏过程中会产生大量的竖向裂纹，破坏时会产生大量的片状破裂碎屑；岩样发生时滞性破坏时的环向应变不仅大于自身的轴向应变，而且也大于其常规单轴压缩破坏时的环向应变；当环向应变接近或超过轴向应变时，大理岩发生剧烈脆性破坏的可能性将明显提高。研究结论对于深入认识岩爆的时滞性机制以及建立时滞性岩爆的预测方法具有重要的意义和启示。

加筋技术作为20世纪一项重大发明，广泛运用于挡土墙、堤坝、桥台、护坡等工程中。加筋技术的快速发展推动了加筋材料的快速演变，催生了土工织物、土工格栅、土工格室等一大批土工合成材料，但加筋材料有一弱点：即筋材与填料间容易出现潜在破坏面。过去填料使用的是黏土、砂土，其强度都比较稳定，时间对其强度的影响极小。对于灰土这一类材料，其强度受时间影响较大，是否适于作为加筋土填料需进行研究。选取聚丙烯纤维作为加筋材料，研究了聚丙烯纤维加筋灰土的强度与变形特性。试验中，将3种不同百分比（0.05%，0.15%和0.25%）的聚丙烯纤维分别掺入到灰土比为1：9，2：8，3：7的灰土试样中，配制试样。通过三轴试验研究了不同纤维加筋率、不同灰土比、不同龄期及不同围压对加筋灰土的影响。试验结果表明：与普通的灰土相比，聚丙烯纤维加筋灰土其峰值偏应力和抗剪强度均有不同幅度提高

对南阳膨胀土在反复干湿循环作用下的裂隙演化规律进行了室内试验研究。试验中采用烘干法模拟脱湿过程，采用抽气饱和法模拟饱和过程。在脱湿过程中，定时对土样进行称重、定点拍照，以记录裂隙发育状况。利用矢量图技术对裂隙照片进行矢量化处理，以提取裂隙的各种几何要素，继而进行裂隙度计算。裂隙度变化规律分析结果表明，影响裂隙张开程度的关键因素并非土体含水率，而是含水率梯度，而脱湿速率的空间分布、土块渗透特性以及土块尺寸大小则是决定含水率梯度大小的关键因素；膨胀土裂隙在干湿循环的作用下会逐步发育，主要体现在裂隙总面积与总长度的增加，但此作用有限，裂隙的发育达到一定程度以后便会因为土块尺寸过小而停止；反复干湿循环会使土体产生范性变形，该范性变形与完整土块的胀缩特性并无直接联系，其主要成因是裂隙的发育与土体完整性的破坏，裂隙越发育，土体范性变形量越大

鄂西北山区是国内滑坡地质灾害多发地区，而且目前在鄂西北山区的交通、水电、能源、资源等基础设施建设的力度很大，由此造成及将来可能诱发大量的工程开挖型和水库蓄水型滑坡。因此，尽快建立该地区边（滑）坡的综合分类体系是进一步研究该地区边（滑）坡的发育规律、破坏模式、成灾机制、时空预测及相应防治对策等的基础性工作，为今后深入研究该地区边（滑）坡问题提供基础性成果资料。文中讨论了建立该地区边（滑）坡综合分类体系的基本原则，明确了构建该地区边（滑）坡综合分类体系的3个最主要的特征；提出了该地区边（滑）坡多层次综合分类体系框图；对该地区边（滑）坡主要典型类别划分进行了深入的分析探讨，初步划分出19类典型边坡。并列举了几个典型类别边（滑）坡的工程实例，初步分析了其变形破坏模式和机制，提出了相应的分析计算方法和处治对策建议

将双向增强复合地基中的水平向加筋垫层视为具有一定刚度的地基梁，竖向桩体和桩间土体简化为一系列刚度不同的弹簧，考虑水平加筋垫层上下界面摩阻力的影响，基于Winkler弹性地基梁理论推导出水平加筋体的挠曲变形微分方程，并给出其幂级数半解析解，从而得到了双向增强复合地基在对称荷载作用下的沉降计算方法。通过与常规弹性地基梁法的比较验证了该方法的正确性。该方法可考虑水平加筋体筋材拉力对双向增强复合地基沉降的影响，研究结果表明，水平加筋体的设置有利于减少复合地基的沉降量

中隔墙是连拱隧道的主要承载构件，若中隔墙顶部回填不密实极易引发顶部围岩的大变形或塌方，针对这一现象，研制了相似模型材料和配套试验设备，开展了相应的破坏性模型试验，研究了塌方的演化过程，并通过离散元UDEC数值模拟，再现了模型试验中隔墙顶部围岩塌方破坏的全过程，从围岩位移和塑性区分布情况分析了塌方机制，计算结果与模型试验吻合较好，并提出了有针对性的预防措施，对类似工程具有借鉴意义

中国煤矿开采条件复杂，煤层顶板多为分层性强的复合顶板，含有软弱夹层时采用锚杆支护技术难度大、安全可靠性低。根据煤巷顶板软弱夹层和锚固区的相对位置，采用物理模拟方法研究了三种软弱夹层层位条件下顶板的采动失稳特征和破坏型式，提出了包括锚杆支护承载性能强化、巷道破裂围岩体强度强化和围岩承载结构强化的巷道围岩强化控制原理；在应用安全因子AQ对顶板安全可靠性进行分级评估基础上，给出对应于不同顶板软弱夹层层位的煤巷分级强化控制对策。研究成果已在安徽两淮矿区煤巷工程实践中成功推广应用35×104 m。

结合某大垮度、高边墙地下洞室的施工实践，详细阐述了大洞室纵向预留隔层、隔层上中下同步开挖、最后清除隔层这一新的开挖方法施工全过程。通过数值模拟，对这一新的开挖方法与自上而下台阶式开挖方法引起围岩最大变形、围岩塑性破坏和锚杆轴力进行了对比分析，结果表明，新的开挖方法对围岩的扰动破坏更小。指出了采用这种新方法的适用条件。对于其他用途大跨高边墙地下洞室的施工具有一定的参考价值。

以饶阳凹陷任北奥陶系潜山为例，基于声波测井资料确定了岩石力学参数，视区域边界荷载为未知数，目标井地应力为约束，求解得出区域所受边界力；据此建立地质模型、计算模型、力学模型，对研究区的地应力进行了数值模拟，得出该区域地应力的分布规律及特点。研究结果表明，通过数值模拟求得的地应力值与实际测量地应力值吻合较好；研究区水平最大主应力值主要集中在-61～-118 MPa，水平最大主应力方向中北部为北西方向，南部为近南北方向；最小水平主应力值主要集中在-31～-91 MPa，北部最小应力值方向为北东方向，南部为近东西方向。断裂带附近是应力变化的梯度带，断裂带内主应力值较连续地层小，断层对水平主应力的分布具有显著影响

在目前众多的预测隧道开挖引起的地层变形的方法中，经验公式法最为简便，也是目前应用最为广泛的方法，为此介绍了多种预测隧道开挖引起的地层沉降和水平位移的经验公式。并以青岛胶州湾海底隧道不对称双连拱断面为工程背景，由位于主隧道与匝道交叉口段的典型断面ZK2+800.78的几何参数和地质资料构建三维数值计算模型，采用岩土体工程通用有限差分软件FLAC3D进行动态施工三维数值模拟。通过对FLAC3D模拟和各经验公式计算的地层沉降和水平位移的对比分析，评价了FLAC3D软件和各经验公式在不对称双连拱隧道断面地层变形预测中的适用性。结果表明，当地层埋深较浅时，不同埋深地层的地层沉降和水平位移可近似用各经验公式来预测；但随着地层埋深的增大，各经验公式预测的偏差不断增大；经验公式只能对单一地层、单一隧道的地层变形进行估算，存在明显的局限性，而在预测复杂地质条件下不对称双连拱隧道断面开挖引起的地层变形时，FLAC3D较各经验公式有明显的优势

将工程实践中接触到的留巷顶板分为厚层直接顶、薄层直接顶和无直接顶3种类型，利用叠加连续层板模型，考虑巷帮煤体承载作用和导致顶板垮落诱因，得出了3种顶板条件下的巷旁支护阻力计算公式。研究表明，巷帮煤体、充填区域顶板承载性能的提高有助于降低巷旁充填体支护阻力。随直接顶厚度的减小，充填体支护阻力反而增大。基本顶层位不同，顶板垮落诱因不同。厚层直接顶时，顶板垮落为自重引起；薄层直接顶时，顶板垮落为基本顶上位岩层作用所致

针对危害性最大的覆盖型岩溶，建立考虑土盖层厚度和岩土体类型的典型岩溶地质结构模型，分析其在地下水位升降及地表水入渗情况下的塌陷机制。结合具体岩溶工程问题，提出“物理探测－工程勘察－岩、土物理力学试验－数值模拟－监测评价”的岩溶塌陷空间预测方法，并将该方法应用于湖北省黄石市一处典型覆盖型岩溶灾害区。在物理勘探、工程勘察和岩土物理力学试验的基础上进行的岩溶塌陷数值模拟表明，相对于地下水位快速升降，因地表水入渗导致黏土盖层软化引起的地面沉降更大。依据数值模拟结果，结合研究区地面及房屋裂缝的发展情况，划分出塌陷危险区的具体空间范围。实践证明，该岩溶塌陷空间预测方法具有较强的可操作性和较高的可靠性，可作为类似工程问题的研究方法予以推广

井喷压力失控是盐岩储气库运营的极端情况。根据一维绝热管流理论解析得到井喷情形下储库卸压规律。在此基础上结合金坛盐矿工程地质条件，模拟对比分析了不同初始内压失控工况下盐岩储库应力状态、变形收敛特征和损伤破坏规律。结果表明，溶腔硬夹层总是先于盐岩体而屈服形成明显的屈服带，失控卸压阶段塑性区逐渐扩展布满整个腔体并向径向延伸6～8 m；运营压力范围内初始内压越低，储库卸压收敛越大，7 MPa下储库体积损失达5.02%；卸压阶段溶腔内壁围岩应变速率跃升至10-2 s-1数量级，属于准静态范畴。研究认为，井喷失控状态下失控初始内压是维持储库腔体稳定性的关键因素，在极端灾害环境中应确保盐岩储库处于较高的运营压力之下

在三峡工程试运行期间，库区滑坡因地质结构和渗透性的不同，其变形情况存在明显差异，因此，除研究滑坡地质结构外，还应加强不同渗透性滑坡在库水变动下的稳定性响应规律研究。以三峡水库库首区黄荆树滑坡实例为计算模型，分析库水位在175～145 m间以0.5～2.0 m/d变化时4种不同渗透性滑坡的渗流场特征；再以库水影响系数? 和稳定性变化率为评价指标，研究在滑体渗透性和库水变动条件下的滑坡稳定性变化规律。研究表明，当库水影响系数? 在-0.107～-0.322时，稳定性变化率? 最大，且随? 减小滑坡稳定性增加率? 减小；当? 在-0.644～-769.231时，随? 减小稳定性增加率? 变化不明显；当? 在576.923～769.231时，库水位上升时滑坡稳定性降低较少；当? 在0.107～384.615时，影响系数? 与稳定性变化率? 的相关性不明显。其结果对于库区滑坡的监测预警有较强的应用价值

依托郑西客运专线阌乡隧道，开展浅埋大跨黄土隧道优化施工研究。对隧道进入下穿高速公路前的地表沉降，拱顶下沉及初支钢架应力进行现场监测，结果表明，土体沉降及初支应力不能得到有效控制，现有的施工方案无法满足下穿段施工安全要求，需要及时对其调整；经综合分析，提出了减小开挖面积、侧导多台阶开挖、预留核心土、快速封闭及加强初期支护等一系列优化措施，并采用数值计算软件FLAC3D验证其安全性和可靠性。通过现场实施及监测结果的反馈，证明优化措施效果明显，保障了阌乡隧道顺利下穿连霍高速公路。研究成果为类似施工中采取相应措施控制土体沉降、保护周边建筑设施的安全使用提供了依据

采用描述地下流体饱和孔隙介质中弹性波与电磁场耦合现象的Pride方程组，利用Helmholtz分解，求解了非均匀震电耦合平面波解，推导了流体饱和孔隙介质中传播的非均匀震电平面波的能流表达式，讨论了非均匀震电平面波的能量特征.结果表明，非均匀震电平面波的平均能流在传播矢量和衰减矢量构成的平面内传播，伴随电磁场对纵波模式的能流没有贡献.当动电耦合系数为0时，震电平面波的能流表达式可退化为Biot弹性波的能流表达式

滨德高速公路所经地区主要由黄河冲积而成，场区地层以粉土和粉质黏土为主。在试验区不同地层深度处埋设孔隙水压力计，通过观测、分析强夯各个过程中超孔隙水压力的变化规律，得出以下结论：在2 000 kN•m夯击能的作用下，第1～2遍夯击时最佳夯击数为8～9击，第3遍夯击时最佳夯击数为6～8击；夯击后，浅层的超孔隙水压力基本均大于深层的超孔隙水压力，消散时间也相对较长，并且浅层孔隙水压力受夯击影响的水平距离较深层的大；在2 000 kN•m夯击能的作用下，强夯最大影响深度为8～9 m，有效加固深度为6～8 m，有效加固深度系数? =0.134～0.179；6～7 m深处孔隙水压力水平最大影响距离小于10 m，有效影响宽度基本为5～7 m。

天津市某主塔楼桩基选用后压浆超长钻孔灌注桩，为了掌握超长后压浆钻孔灌注桩在该地层的工程特性，共设计了2组（共8根）试桩进行单桩竖向抗压静载试验。试桩中安装了振弦式钢筋计和分层沉降管以反映桩侧摩阻力和桩身分层沉降状态。对试验数据进行对比分析和计算结果表明，桩侧注浆可以明显提高超长桩的侧摩阻力；采用预压加载可以增强超长桩的弹性，减少桩顶的沉降；卸荷稳定后试桩具有桩侧阻力，桩身上段所受阻力为负摩阻力，下段为正摩阻力，同时具有的桩身轴力使试桩产生一定的压缩，其压缩量为残余变形量的重要组成部分

由于能量比尺和原型应力模拟的优势，采用离心机进行爆炸试验具有无可比拟的优越性。在简要介绍土工离心机的发展历程的基础上，对爆炸离心模型试验较关注的问题——模型箱、爆炸源、离心模型比尺、数据采集、科氏加速度等方面的研究进行了归纳，对已有的研究领域进行总结并对以后的发展提出了自己的看法——模型箱设计需考虑防风措施、能量比尺仍需采取更精确方法验证、需制作稳定性好及质量有保证的微型炸药源等

三维地层模型的精度直接影响其应用价值，利用多元数据耦合建模是提高模型精度的重要策略。在分析影响三维地层模型精度因素的基础上，以钻井数据和地质平面数据耦合建模为例，研究了在构建地层界面时两类数据之间偏差的自动检测及修正方法，该方法主要应用了GIS空间探索性分析技术及钻井影响域技术，其基本的思路为：提取一地层面的钻井数据和地质平面数据，合并后建立Voronoi图；利用分配给Voronoi图中每一单元的熵值或聚类属性，检测钻井数据相对于地质平面数据的偏差情况，提取存在较大偏差的钻井；利用钻井影响域技术对地质平面数据有针对地进行局部修正。测试结果表明，该技术能够实现多元地层建模数据的一致性处理，效率高、结果相对可靠。

基于考虑初始半径的圆孔扩张理论，并根据旁压试验临界深度的形成机制与沉桩挤土的相似性，求得沉桩土体隆起的分界面，并进一步推导了沉桩引致地表隆起的曲线方程，分析了预钻孔半径对土体隆起的影响规律。由于初始半径即为沉桩施工时较为常用的预钻孔半径，因此，推导的预估土体隆起的有关方程为通用公式，当初始半径取0时，可用于普通沉桩的土体隆起分析。实际计算表明，该公式计算结果略小于实测值，但比有限元模拟的结果更接近实测值。因而提出的沉桩导致土体隆起的预估公式是简洁而实用的

隧道开挖扰动会使影响范围内的围岩发生松弛，同时还产生一定的荷载作用于隧道结构。而在隧道开挖面推进时，作用于隧道结构上的荷载在应力调整过程中不断释放，最终在隧道结构及围岩达到稳定状态后荷载释放过程同时结束。通过数值分析及模型试验，对超大断面铁路隧道施时的隧道断面整体荷载释放过程进行了相关研究。研究了台阶法开挖过程中隧道洞壁不同特征点的荷载变化规律，并定义了能够表征隧道施工过程断面整体荷载释放状态的断面综合荷载释放率和荷载释放差异系数的概念，通过两者对隧道开挖断面整体荷载释放状态进行分析总结。在随后进行的隧道施工过程地质力学模型试验中，通过对开挖面推进洞壁不同位置围岩径向压力的变化规律进行监测，证明了数值模拟得到的结论，并进一步说明在隧道开挖的荷载释放过程研究中，应将整个断面作为研究对象，分析断面整体荷载释放状态，才能对隧道施工中的荷载释放过程有一个更加全面的认识。

颗粒材料离散颗粒模型的数值模拟结果与颗粒材料的数值样本密切相关，随着离散单元在颗粒材料数值模拟领域的广泛应用，颗粒材料的数值样本生成技术日益受到重视。基于RSA模型研究如何使随机生成的颗粒材料更密实，对均匀颗粒而言亦即如何在指定区域内生成更多的颗粒，讨论了4类修正方案，并建议了一种基于坐标排序的样本生成技术。研究表明，在传统的颗粒体随机生成技术基础上，通过对随机生成的x坐标序列或y坐标序列进行排序，可使生成的颗粒材料数值样本更密实。

近年来，超长大直径钢管桩在工程中的应用已越来越多，但对其承载特性的研究却很少，设计中仍然参考普通桩的计算理论。本文采用三维连续介质快速拉格朗日法（FLAC3D）对实际工程中一超长大直径开口钢管桩试桩的竖向承载特性及沉降特性进行了数值模拟分析，并将模拟结果与静载荷竖向承载特性试验实测结果进行了对比，两者相互补充和相互验证，取得了比较一致的结果，表明了本文所编制的有限差分程序用以初步模拟分析超长大直径钢管桩承载特性的可行性。研究结果表明：超长大直径钢管桩是典型的端承摩擦型桩；桩侧摩阻力随深度的变化很复杂，其变化与土性密切相关；桩身轴力向下传递的速度与桩侧摩阻力在不同土层中的发挥程度息息相关。这些结论对实际工程中超长大直径钢管桩基础的设计具有参考意义。

视岩石裂隙为一种“充填介质”，进而将有填充物和无填充物的裂隙统一处理，推导了裂隙面的刚度系数、导水系数和法向应力之间的关系式。在此基础上，根据块体单元法的应力、渗流分析的基本原理，即认为岩块为刚体、变形集中发生于裂隙面，假定岩块不透水、渗流仅通过裂隙面进行，并考虑了法向应力和裂隙面刚度、导水系数的关系式，运用两场交叉迭代法，提出了三维随机裂隙岩体渗流与应力耦合分析的块体单元模型。编写了相应的Fortran程序，该程序将块体元的应力、渗流两个分析模块整合在一起，计算效率较高。该模型的最大优势是能考虑大规模复杂的节理、裂隙，且前、后处理简单。通过沙沱重力坝的分析，验证了方法的准确性和有效性

随着岩体工程的日益发展，人们愈发认识到岩体裂隙发育情况对工程影响的重要性，而岩体节理裂隙网络模拟是研究该类问题的重要手段。基于节理网络模拟结果，建立岩体力学分析模型，然后开展进一步的数值计算分析，在岩体工程中具有良好的发展前景。在岩体结构统计理论的基础上，自行编制了节理岩体裂隙网络模拟分析程序，直观再现了岩体内部的节理分布情况；将程序生成的可执行数据文件与离散元软件相融合；以含节理岩体的地下洞室为例，分别计算了静力和地震荷载作用下地下洞室围岩在不同时段的应力及位移变化情况。计算方法与结果对含节理岩体地下洞室围岩变形和破坏机制以及抗震工程设计具有指导意义

滑坡灾害已成为危及人民生命财产安全的重大问题，确定滑坡体和滑坡面的分布是滑坡治理的关键因素，电阻率层析成像法因对物性差异的界面响应敏感，被广泛应用到滑坡面的探测中。首先，对现有的滑坡地电模型进行概化，得到了4种常见的滑坡的简化模型；其次，针对不同类型的滑坡，采用有限元方法进行了系统的数值正演研究，得到了层析成像法探测滑坡面的响应特征，提出了不同类型滑坡面的快速识别方法。然后，采用最小二乘法开展了反演研究，总结了层析成像法探测滑坡面的反演成像规律，结合数值正演的响应特征，提出了层析成像法探测滑坡面的异常识别特征。最后，在山东沂源西里镇滑坡进行了层析成像法探测，成功探明了滑坡面的分布，表明了层析成像法探测滑坡面是行之有效的，为滑坡的治理方案设计奠定了基础