围岩-支护作用机制是正确认识支护结构对围岩进行有效支护作用的基础理论问题。根据开挖面的空间效应及Hoek拟合方程计算了某工程实例的巷道顶板径向位移沿巷道纵向剖面方向分布的曲线，建立了围岩-支护耦合作用的力学模型，进而建立了描述巷道顶板径向位移与力学模型中的虚拟支护力的关系的数学模型。通过对数学、力学模型的解析与分析，研究了围岩-支护在其相互作用的全过程中的相互作用路径。在此基础上，对弹塑性变形阶段围岩-支护的相互作用原理给出了最新的认识。应用该研究成果，对某工程实例进行了支护作用效果的计算与分析研究。本文的研究成果实现了对围岩-支护耦合作用的全过程解耦，可以对围岩-支护的相互作用进行实时地预测或再现。

工程岩体冻融损伤问题是寒区常见的工程难题，其主要诱因是岩体中水分的冻胀融缩作用。目前国内外学者关于冻岩问题的主要研究内容可大体归纳为冻岩物理力学性质、相变过程、低温多场(THM)耦合、冻融损伤模型及数值分析等4个大方面。几十年来，国内外学者通过理论分析、数值模拟、现场及室内试验等多种途径对冻岩问题展开研究，取得了丰硕的成果，但目前对冻岩问题的研究远未成熟，很多研究尚停留在试验探索阶段。要真正意义上揭示冻岩损伤机制，应以水冰相变为切入点，立足细观尺度，充分考虑冻胀融缩作用与裂隙扩展的相互影响，进而拓展至冻融作用对岩体裂隙网络发展的影响。

讨论了砂土旁压试验的反分析问题。建议利用旁压试验实测数据反演确定土体的初始状态而非材料参数，材料参数可以通过实验室常规试验确定。主要利用了新型的亚塑性本构模型参数不受土体状态影响的特点。主要内容包括：建立有限元数值模型，利用文献中的试验数据确定了特定砂土的材料参数；通过模拟砂土的实验室旁压试验，验证了数值模型；通过改变土体初始应力状态和相对密实度进行数值计算，并利用数值计算成果，建立了可适用于砂土初始状态反演分析的实测旁压荷载和土体中应力与相对密度的数学关系。

河南新乡潞王坟段膨胀土系第三系泥灰岩风化而成，以高岭石黏土矿物为主，具有弱膨胀性，其膨胀变形特性受孔隙结构影响比较大。为了清楚地研究试验段弱膨胀土的膨胀特性，从有荷膨胀变形、膨胀应力、循环胀缩变形3个方面进行研究，得出不同于以往其他膨胀土的膨胀变形特性：（1）当初始干密度比较小时，上覆压力超过膨胀应力，此时试样遇水不发生膨胀变形，反而出现明显的湿陷现象；当压实度大于96%后，即使上覆压力超过膨胀应力，试样遇水后也不发生湿陷现象，膨胀变形随上覆压力增大而趋于稳定值；（2）试验段弱膨胀土的膨胀应力随初始含水率的增加先增大后减小，出现膨胀应力峰值；（3）随着循环胀缩级数的增加，弱膨胀土的胀缩特性迅速降低，在循环级数达到4时，其胀缩特性就趋于稳定。上述3方面的膨胀特性充分表明，该弱膨胀土的膨胀特性与孔隙结构有着密切的关系

底泥疏浚是治理太湖污染的必要途径之一。限于目前国内的经济与技术条件以及疏浚底泥的数量巨大，太湖雪浪底泥堆场只能直接采用下部的天然黏性土层作为防渗层而不加任何处理。为了确保疏浚污染底泥在堆放期间不对周围环境和地下水造成污染，采用渗透与阻隔、静态吸附、动态土柱等试验测定和分析了黏土层对底泥中主要污染物（总氮、氨氮、硝氮、亚硝氮、总磷、化学耗氧量（COD））渗透和运移的阻隔能力，同时得到了可用于分析污染物在土层中运移和转化规律的一些重要参数。试验结果表明，雪浪堆场下部的黏土层对疏浚底泥中的主要污染物具有较强的吸附和阻隔能力。

为探讨石灰改良膨胀土的变形特征与破坏机制，以压实度为95 %的荆门石灰改良膨胀土为研究对象，开展了单轴、侧限、三轴压缩应力状态下的力学性质试验。试验结果表明：即使湿化饱和后石灰土也具有较高的刚度与强度；单轴压缩状态下，无论饱和还是非饱和状态，石灰土的破坏都为典型的脆性破坏；三轴压缩状态下石灰土破坏前剪缩，同时伴随应变强化，即将破坏时开始剪胀，随后表现为应变软化；围压对石灰土的脆性破坏与破坏后的剪胀有一定的抑制作用，但即使在200 kPa围压下，试样仍发生脆性破坏。在辨明石灰土应力、变形机制的基础上，选用Duncan模型描述其脆性破坏前表现出的压硬性、剪缩性与应变强化特性，标定了相应模型参数，通过数值模拟与平行试验的对比验证了模型的适用性与参数的可靠性。

以PHC管桩加固某物流加工二期标准仓库、厂房项目为依托，进行了吹填土地区PHC管桩的挤土效应研究。利用预先埋设的孔压计和测斜计，借助沉桩过程的现场测试手段，研究了PHC管桩在沉桩过程中桩周孔压变化和土体位移分布特征，发现沉桩过程中超孔隙水压力随距桩心距离的增加而近似呈线性规律衰减，影响范围约为10倍桩径，土体水平位移不仅与地基土性质有关，而且其分布特征也与深度有很大关系，表现为0.2～0.4倍桩长处土体水平位移较大。采用数值模拟有效地模拟了现场测试结果，进而将结果推广，得到了沉桩引起的桩周土体位移随深度和距桩心距离的变化规律。数值模拟结果表明：桩-土界面摩擦特性和桩径对土体位移场的影响较大。

首先对应力路径的概念进行丰富和扩展，提出考虑主应力轴旋转的三维应力路径，然后采用数值方法，对基坑开挖过程中的应力路径进行了深入分析，研究了基坑内外各种应力路径及其规律，结果表明：开挖过程中无论横向还是竖向，应力路径都表现出卸荷特性，且坑内卸荷量大于坑外卸荷量，使得坑内应力变化及主应力轴旋转较坑外大；随着离基坑中心距离的增大，坑内应力变化减小，主应力轴旋转趋缓；开挖过程对坑外应力变化及主应力轴旋转的影响随离围护墙距离的增大而减小。坑内应力路径总体表现为平均压应力p减小，广义剪应力q减小，主应力轴偏转角? 增大；坑外应力路径总体表现为p减小，q增大，? 增大。最后归纳出基坑开挖过程中坑内与坑外的典型应力路径，以指导基坑工程实践设计分析和室内试验模拟。

基于数字图像处理技术，利用图像分析程序包PhotoInfor分析了侧限压缩条件下砂土各加荷阶段土体位移的产生、发展与演化全过程，发现砂土的位移场类似于抛物线形状，位移等值线呈轴对称分布，位移量最大的区域总是发生在上透水石的下底面中心处。单调加荷条件下，位移增量主要集中在局部变形带附近，其范围有继续延展和贯通的趋势，顶部、中部测点的土体位移与整体压缩量基本呈同步增长；顶部的土体位移量始终大于中部，加荷的中后期差别更加明显。与粉质黏土位移场进行对比试验分析，砂土内部的应力传递、变形模式以及荷载的影响范围均表现出明显的差异。上述研究为深入探讨基底压力的分布规律，利用宏观试验现象研究砂土细观结构变化的定量模型提供了新的思路。

详细介绍了改进的常流速联合测试系统，该系统增加了气泡冲刷和量测装置，能够冲刷试验过程中溢出陶土板的气泡并测量气泡的体积，进而对溢出水量进行修正，使测量值更加接近于真值。使用该系统对试样进行一步脱湿、吸湿流动试验，得出溢出水量随时间变化的关系曲线，利用HYDRUS-1D水分运移模型对该曲线进行拟合并得出相关参数。根据这些参数，反算得出试样脱湿段和吸湿段的土-水特征曲线和渗透函数并和实测数据进行对比。结果表明，该方法能很好的拟合实测溢出水量随时间变化的关系曲线，通过模型得出的土-水特征曲线和实测值比较接近，证实了该方法的可靠性。并且，与传统的测试方法相比，该方法能够节约大量的时间。因此，通过一步流动试验测定非饱和土-水力学参数的方法是可行的。

针对软弱淤泥地质条件下500 kV输电线铁塔桩板基础型式，在对桩进行完整性检测后，又对整个桩板基础进行了现场堆载、上拔力学试验，同时监测板底压力与桩身钢筋计的受力状况以及大板4脚、基柱的位移变形。试验结果表明，桩板基础具有良好的抗压、抗拔性能，在抵御外载荷作用时，表现出良好的整体性，能够很好地满足工程的需要；通过ABAQUS建立计算模型，在模拟结果与试验数据基本一致的基础上，进一步验证了现场试验的结论，为模拟桩板基础其他受力工况提供了可靠的模型依据。

对压力分散型锚索的每个承载体单元采用了分级循环加载的方法，通过新的地质力学模型试验，研究压力分散型锚索各单元内力变化规律，并根据试验方法和压力分散型锚索锚固段的受力状态，导出了分级循环加载条件下接触面满足摩 尔-库仑强度条件时的弹性理论解。试验结果表明，在软岩和粉土地质条件下，前者的注浆体应变和剪应力分布相对后者比较集中，加载过程中单元间影响相对较小；基于摩尔-库仑准则的弹性理论解可以较好地描述锚索注浆体在分级循环加载后的应变和剪应力分布规律。研究结果对正确分析压力分散型锚索加固作用机制和锚固工程设计具有较好的参考价值。

着陆器着陆过程中会产生巨大的冲击作用，影响其内部精密仪器的正常工作。因此，研究着陆器足垫与土体相互作用对着陆器软着陆具有重要意义。基于对着陆过程的研究，将问题分解为垂直冲击和水平滑动两个方向的运动，并通过力的平衡和动量定理建立了垂直冲击的动力模型。利用独立研发的垂直冲击模型试验装置，探讨了冲击过程中土体密实度、冲击速率和冲击质量等对足垫刺入深度、最大轴力和最大加速度等的影响。分析结果表明，足垫刺入深度和最大轴力都随着冲击能量的增大而增大，并且逐渐趋于平稳。土体越密实、冲击质量越小，足垫加速度峰值则越大。试验结果还与动力模型进行了对比，结果表明，动力模型能合理地反映出着陆器在垂直冲击阶段的动力特性。

将大规模渗流有限元计算与随机响应面法相结合，对双江口心墙堆石坝进行渗透稳定可靠性分析。在基于随机响应面法的可靠度分析框架内，堆石坝稳定渗流有限元计算过程和可靠度分析过程分开独立进行，通过对心墙渗透坡降较大区域的节点建立统一的渗透稳定功能函数，采用渗流有限元分析方法和随机响应面法，计算出该区域每个节点处的渗透破坏失效概率，并将最大失效概率作为心墙的失效概率。最后，分析了心墙渗透系数、覆盖层渗透系数、上游水位与心墙具有最大失效概率节点处渗透坡降的相关关系，以及心墙渗透系数和上游水位的变异性对心墙渗透破坏失效概率的影响。计算结果表明，随机响应面法3阶Hermite展开就能够保证良好的计算精度，且计算耗时较小；双江口堆石坝心墙具有最大失效概率节点处的渗透坡降与上游水位密切相关，而与心墙本身的渗透系数呈弱负相关关系，与覆盖层渗透系数的相关性不显著；随着上游水位变异性的增大，心墙失效概率急剧增大，而这种效应对于心墙渗透系数并不明显。研究成果为随机响应面法在实际工程中的应用奠定了一定的基础。

进行了3种不同粗粒土的常规三轴加载－卸载－再加载的剪切试验，对粗粒土的卸载－再加载的力学特性进行了分析。结果表明：粗粒土存在卸载体缩现象，且随着应力水平的增加，卸载体缩量增加；随着围压的增加，卸载体缩量减小。根据试验数据总结了卸载体缩量与应力水平、围压之间关系式。回弹模量随应力水平的增加呈驼峰型曲线，即应力水平在0.7左右时最大，小于或大于0.7时的弹性模量均较小。平均回弹模量与单调加载时的初始弹性模量的比值随围压呈幂函数降低，母岩硬度大的土料，该比值较大，相反，母岩较软的土料，该比值较小。由单调加载得出的邓肯模型参数k、n和卸载回弹确定的kur、nur的大致关系为kur=(2.64～4.60) 、nur =(0.540～0.885) n。

在总结国内外对节理岩体中锚杆加固机制的试验研究和理论探讨基础上，综合考虑锚杆的切向和轴向变形能力，建立节理锚固锚杆在剪切荷载作用下的变形模型，将节理锚固锚杆的变形区划分为弹性变形段和挤压破坏段，引入表征挤压破坏段长度的变量，对锚杆与岩体的相互作用机制进行理论分析，推导了剪切荷载与剪切位移和轴向荷载与轴向位移的关系。通过分析锚杆的屈服破坏形式，得到了确定挤压破坏段长度的方法。最后，通过算例分析了挤压破坏段长度与锚杆直径、岩体强度、锚固角度等参数的关系，得到了以下结论：（1）节理锚固锚杆抗剪作用的实质是锚杆调动岩体的抗压强度抵抗节理切向荷载。在抗压强度较高的硬岩中，挤压破坏段局限于节理面附近，锚杆影响范围小；而在抗压强度较低的软岩中，挤压破坏段较大，而且会产生较大的剪切变形，锚杆影响范围较大。（2）锚杆屈服破坏形式与岩质和锚杆直径有关。硬质岩体发生剪切屈服，而较软岩体中容易发生弯曲屈服；小直径锚杆一般直接剪切屈服，而大直径锚杆可能发生弯曲屈服。锚杆屈服破坏后出现塑性铰，挤压破坏段范围在节理一侧约为直径的1～2倍，继续增加剪切荷载，挤压破坏段长度不再增大。（3）随岩质的不同，锚杆锚固节理的最优锚固角变化较大。岩质较硬时，最优锚固角度较小，反之则较大。

对广义剪应力、广义剪应变的表达式作了说明，在给出其增量表达的同时，指出了在计算二者增量时可能产生的误解。在此基础上，分析比较由平均主应力、体积应变增量、广义剪应力、广义剪应变增量表述的功的增量以及由三向主应力与三向主应变增量表述的功的增量得出：两种表述在一般情况下并不一致。但在某些特殊情况下，例如等应力Lode角加载并满足应力全量Lode角与应变增量Lode角相等时，二者的表述一致。岩土塑性理论中塑性功增量存在与功的增量相同的问题，然而对于实际岩土材料，应力全量与塑性应变增量等Lode角的假定在一般情况下是不能满足的。因此在岩土塑性理论中，对于一般情况下的等应力Lode加载情况，用平均主应力、塑性体积应变增量、广义剪应力、塑性广义剪应变增量表述的塑性功增量也只是一种近似。

根据饱和土Biot理论及移动荷载特性，采用积分变换方法，推导了半无限饱和土体频域-波数内的边界积分方程，讨论了2.5D边界积分方程中Cauchy的奇异性，并分析了空沟对移动荷载引起饱和土体振动的被动隔振效果。通过与已知文献结果比较，验证了算法的正确性。数值结果表明，采用2.5D BEM不仅可以解决具有复杂表面的移动荷载作用下动力响应问题，而且可极大减小计算工作量。对于饱和土体受高速移动荷载作用，空沟更能有效减小土体孔压、竖向位移的振幅；当荷载速度较小时，空沟对土体表面的水平向位移几乎不起衰减作用，甚至有放大效应。另外，随空沟距振源的距离增大，空沟能够更好阻隔土体表面波传播。

通过自制泥浆渗透试验仪，针对粗粒土地基防渗墙泥皮的渗透稳定性问题，开展了护壁泥皮抗渗性能的试验研究。结果表明，泥皮具有明显的截渗作用；不同压差作用下泥浆渗透形成的泥皮具有不同的抗渗特性，压差越大、泥皮越致密，抵抗渗透破坏的能力越强，泥皮的渗透性也就越小；反压渗水作用下泥皮的抗渗性能较正压渗水作用下的抗渗性能差；随着水力作用持续时间的增长，泥皮的结构发生变化，孔隙增大，流速逐渐增大，在较大水力梯度作用下会发生破坏；泥皮的临界水力梯度与其形成时压差作用大小有关，泥皮形成压差越大，正、反向渗水的临界水力梯度越大；反之，临界水力梯度越小。关于泥皮抗渗性能的深化认识，对于完善防渗墙设计与施工具有重要的意义。

在Rowe和Fleming提出的用以计算淤堵时间简化模型的基础上，针对填埋场排水层淤堵时空分布特征，合理地作了进一步假设和推导，得到了可以反映淤堵发展的简化模型，推导出了排水层渗透系数的变化规律。采用水量平衡的单元分析方法，建立了淤堵条件下最高水位计算模型，获得了排水层最高水位深度的计算方法，并与稳态、瞬态方法进行比较。结果表明，无淤堵时得到的结果与瞬态结果一致，且都趋于稳态结果；淤堵较严重时水位受到显著影响，必须考虑淤堵。通过参数分析发现，前期渗透系数越小（后期越大）、排水距离越长、入渗速度越快、离子浓度越高，则淤堵对水位的影响越严重，同时提出考虑淤堵条件下改进排水系统的设计建议。

大多数岩石材料软化本构模型在硬化函数中引入塑性内变量来表示材料的硬化/软化性质，但并不能反映岩石微裂隙损伤对材料力学性能的影响及单轴拉伸和压缩所表现的初始屈服强度f0与屈服极限fu的差异。基于D-P准则同时考虑塑性软化及损伤软化，建立岩石类材料的弹塑性本构关系及其数值算法。塑性屈服函数采用Borja等的应力张量的硬化/软化函数，反映塑性内变量及应力状态对硬化函数的影响；由于岩石损伤软化是微裂隙扩展所导致的体积膨胀引起的，因此，提出用体积应变表征岩石损伤变量的演化，并用回映隐式积分算法编制了岩石的弹塑性损伤本构程序。对单轴压缩及拉伸荷载作用下的岩石材料试验进行数值模拟，结果表明，所提出的岩石弹塑性损伤本构模型可以较好地符合岩石材料的力学特性。

天津西站交通枢纽西青道下沉隧道工程上跨于已运营天津地铁1号线区间既有箱体，其上跨段隧道底板距既有箱体顶板仅0.3 m，需对其可能引起的既有隧道变形进行严格控制。设计中对运营线路有针对性地提出地基加固、分段开挖、及时堆载回压等施工方案及措施。通过对西青道下沉隧道下邻近既有地铁隧道的抗浮桩、三轴水泥搅拌桩施工和基坑开挖阶段的监测数据进行分析，研究了不同施工阶段的地铁箱体及轨道变形规律及特点。实测结果表明，在邻近既有地铁隧道处施工钻孔灌注桩可引起既有隧道下沉，基坑开挖可引起既有隧道上浮。分块开挖、分段压载并结合信息化施工可有效控制因开挖卸荷引起的既有隧道竖向位移及隧道箱体之间的差异变形。

天然土体通常为非均质、各向异性土体，目前常用的基坑抗隆起计算方法多是针对均质各向同性土体的。采用非均质非线性各向异性岩石破坏准则，考虑土体原生各向异性，假定Prandtl破坏模式，采用地基承载力模式进行基坑的抗隆起稳定性分析。根据滑移线理论计算承载力，利用有限差分法结合边界条件编制出相关计算程序，并定义基坑抗隆起稳定性系数。研究表明，各向异性比的提高会降低安全系数；内摩擦角和插入比的增大可有效提高基坑的稳定性。

矿山开采对采动影响区域内的围岩形成扰动，弱化岩体力学性质，其参数劣化规律是数值模拟与分析计算的主要问题之一。以铜坑矿92#矿体连续采矿顶板诱导崩落试验采场为对象，运用卸荷岩体力学理论，确立了开挖卸荷岩体力学参数计算模拟的计算流程。结合有限元数值模拟方法，建立了岩体卸荷等效模型，进行了6步连续卸荷的计算，得到了地下连续采矿顶板卸荷岩体力学参数的变化规律，并运用多项式实现了卸荷岩体力学参数与卸荷量变化值的函数拟合，获得了采动卸荷岩体力学参数的劣化规律。结果显示，卸荷第6步时，计算不收敛，表明此时顶板已经完全破坏而发生崩落；在卸荷过程中，岩体力学参数均呈逐渐弱化的趋势，其中内摩擦角、凝聚力和弹性模量随开挖卸荷的推进呈逐渐减小的趋势，最终的参数分别相当于初始值的55%、50%和50%，但泊松比呈逐渐增大的趋势，最终值相当于初始值的1.15倍。其结果说明了采动卸荷导致了岩体质量的劣化，卸荷岩体力学参数与卸荷量的函数为采动卸荷力学响应的动态分析提供了理论基础。

对长江下游河漫滩地新吹填的松散粉细砂，通过原位监测仪器和跟踪检测，进行了无填料振冲试验、施工技术开发和设计应用。研究了无填料振冲过程中桩周土的超静孔压变化与振冲有效范围，比较了振冲密实前、后桩周土强度变化。针对施工跟踪检测中发现的桩身土局部欠密实问题，分析了缺陷产生原因，提出了解决措施。结果表明，目前规范认为应加填料振冲处理的各种松散粉细砂，只要试验方法得当，及时发现振冲中可能出现的问题并予以解决，吹填粉细砂的无填料振冲密实法是可以大面积应用的。工程试验后提出的振冲设计参数、施工工艺参数和质量控制方法，最终检测显示，工程桩各项指标达到堆场使用要求。

由于沿空留巷服务时间较长，巷道围岩变形较大，合理地计算巷旁充填体宽度至关重要。根据沿空留巷上覆岩层的活动规律，建立了关键块和直接顶的力学模型，分析了关键块与沿空留巷围岩相互作用机制，推导出巷旁支护阻力的计算公式，并引入了关键块稳定性系数K1、K2及其稳定性影响因素的敏感度。研究结果表明，当K1>1时，关键块发生挤压变形失稳；当K2>1时，关键块发生滑落失稳。以淮南谢一矿512（5）工作面为工程背景，确定了合理的巷旁充填体宽度，计算出关键块稳定性系数，获得了各影响因素对关键块稳定性的敏感度。实例分析表明，采高对关键块的稳定性影响较大，在大采高工作面中进行沿空留巷较为困难。

以成都砂卵石地层中地铁1号线的土压平衡盾构掘进施工为研究背景，采用室内试验、PFC2D二维颗粒流程序和 Plaxis 3D有限元软件对盾构穿越砂卵石地层地表沉降特征进行了细宏观数值模拟，揭示了土压盾构穿越砂卵石地层的失稳机制和沉降规律，并结合实际施工参数和实测地表沉降数据进行了对比分析，获得了土压盾构在砂卵石地层中掘进引起的地表横向沉降槽和纵向沉降槽曲线，分析了不同大小的开挖面土仓压力和盾尾注浆压力对地表沉降的影响，给出了砂卵石地层开挖面土仓压力的建议值和盾尾注浆压力参数的合理取值范围。细宏观分析表明，与注浆压力相比较，土仓压力对地表最大沉降曲线的形状影响较小；但必须关注土仓压力的变化，在砂卵石地层中由于土拱效应对开挖面稳定性影响较大，甚至发生突然坍塌破坏。

隧道前方含水构造的超前预报是地下工程领域中亟待解决的难题。基于频域激发极化法中频散率参数对水体响应敏感的特点，将其引入到隧道含水体超前探测研究工作中。从理论正演、物理模拟、解译方法等方面入手对频域激发极化超前预报技术进行了系统的研究。利用三维有限元数值模拟技术解决了隧道中频域激发极化超前探测的数值正演难题，并通过对典型含水体的正演研究得到了视频散率对含水构造的响应规律，发现视频散率曲线的极大值是表征掌子面前方含水构造存在的重要特征；基于大量数值正演的结论，提出了一种利用两次探测的视频散率曲线极大值联合判断含水构造位置的方法；物理模型试验和现场实际应用表明，频域激发极化法预报的含水体位置与实际情况基本一致，验证了该方法用于隧道含水构造超前探测的有效性，为解决隧道含水构造超前探测这一难题提供了可行的途径。

基于显式有限元方法和人工透射边界，对二维河谷地形在3条地震动波以SV波形式垂直入射和30°斜入射下进行了地震反应分析，比较了河谷地表各观测点地震动的差别，探讨了河谷地形地震动空间分布特征。结果表明，河谷地形对地震动分布具有重要影响，沿河谷斜坡顶到谷底的各观测点地震动峰值加速度（PGA）存在显著差异，地震动位移存在差动现象，地震动加速度反应谱在大于1 Hz的高频段差别明显。入射角度是影响场地地震反应的重要因素，斜入射时各观测点PGA和相对位移的离散程度明显大于垂直入射情形。

基于西北干旱地区典型土遗址盐渍带盐分野外观测和定性分析结果，初步总结了土遗址盐渍土带特征并阐释了风蚀损耗效应的概念；通过对掺入不同含量2种盐渍带常见盐分Na2SO4和NaCl，并经历干湿循环的遗址土重塑样的风洞模拟试验和微结构分析试验，揭示了盐渍带中常见盐分发生的盐渍过程会对遗址土抗风蚀能力产生显著的影响；并通过统计学分析方法证实了试样的风蚀速率与有关孔隙的部分微结构特征参数之间存在着良好的对应关系；最后结合定性分析和试验研究结果，从微观角度对土遗址盐渍带土的风蚀损耗机制进行了初步的讨论。

冻土的力学性质不仅依赖于含水率、温度、应变率、含盐量、围压等因素，也可能依赖于这些因素之间的交互作用。为进一步明确冻土强度、模量等力学指标与以上各因素的依存关系，根据既有试验资料和统计学原理，对冻土力学性质影响因素的显著性和因素间的交互作用进行了研究。结果表明，温度对冻土力学性质的影响最为显著，是影响冻土力学性质的主要因素，含水率、含盐量、应变速率等对冻土力学性质也有显著影响；同时，温度、含水率和应变速率对强度的影响存在明显的交互作用。因此，在研究冻土强度等力学行为时，片面针对某一因素开展研究是不合适的，而应综合考虑各主要因素及因素之间的交互作用影响。

基于爆破相似理论建立含软弱夹层顺层岩体边坡爆破的力学模型，并介绍模型爆破层裂试验和剪切试验的设计思路及试验方法。以某石灰石矿采场黏土质夹层物为软弱夹层原料，通过相似模型试验研究爆破作用下含软弱夹层岩体边坡的层裂特性及稳定性。试验结果表明，爆破后可将软弱夹层分为爆腔区、压密区、影响区和无扰动区；爆腔区、压密区和影响区构成模型层裂区；爆前模型抗滑稳定安全系数最大、爆后次之、爆破过程中最小；层裂范围直接影响模型抗滑稳定安全系数。软弱夹层厚度对模型的层裂范围和抗滑稳定安全系数有较大影响。

通过深层高压注浆法加固混碎石黏土古滑坡滑动带的成功工程实例,结合各种检测手段及有限元弹塑性分析,阐述对混碎石黏土古滑坡滑带土实施深层高压注浆加固的机制；测试和分析了滑动带压力注浆前后物理力学参数的变化特征；计算了注浆前后滑坡的剩余下滑力及安全系数。电镜观测表明，水泥浆液对于滑动带岩土体的充填置换率可达到5%～10%；土工试验结果显示，滑动带土体黏聚力由20.20 kPa提高到39.54 kPa，内摩擦角由16°升高到21.30°；声波CT扫描试验表明，滑动带土体的声波波速增长约为31%。有限元弹塑性分析计算表明，滑坡由注浆前的不稳定状态变为注浆后的基本稳定状态，边坡剩余下滑力大幅减小，为支挡结构设计提供了优化依据。试验及计算分析结果表明，高压注浆法用于加固滑动带岩土体是可行的，经注浆加固后的滑动带岩土体的力学性能得到了明显改善，边坡安全性得到了提高。

钻孔地质雷达探测是一种有效获取高分辨率深部岩体信息的井中地球物理方法。针对钻孔地质雷达探测工作中常见的空洞、岩溶和地下埋藏物等点状不良地质体，利用时域有限差分数值模拟方法，对岩土体内点状不良地质体围岩介质和充填状况进行了雷达响应正演研究，分析了这些点状不良地质体围岩介质和充填状况对钻孔地质雷达反射信号的影响。研究结果表明，围岩与空洞内充填物的相对介电常数相对值，决定着雷达反射剖面信号的强弱对比，介电常数相对值较大时，更易确定目标地质体的前、后部界面位置，而低阻围岩的雷达波信号大部分被围岩介质吸收，通过单孔反射方法几乎不可能探测到空洞的存在。通过反射信号强度和正负相反射特性及其强弱变化，可以定性地判断空洞内填充物质的性质。

现今全断面隧道掘进机（TBM）施工方法在长大深埋隧道工程中已被广泛采用，对滚刀破岩关键技术的进一步认识具有重要的工程价值。为了研究滚刀破岩机制，分析刀圈断面形态、岩石强度和节理角度对其的影响，运用UDEC方法建立了滚刀贯切岩石的二维数值系列模型，对TBM滚刀破岩过程进行了仿真。分析表明：滚刀破岩是滚刀下岩石拉破坏和剪破坏的综合反映，拉破坏是裂纹萌生与扩展的主要驱动机制；刃宽较大的平刀与刃角较大的楔刀破岩效果较好；平刀与楔刀在软岩中破岩效果相近，平刀在硬岩施工中比楔刀的破岩效果好；滚刀对节理角度为30°～60°的岩石破坏效果较好，由于楔刀的“劈裂”作用，楔刀比平刀更适合用于贯切含有节理的岩石。

为了保障岩土工程结构能长期正常使用，需要对其蠕变变形进行分析。“时步-初应变”法是一种常用的计算岩石蠕变的方法。数值流形方法是一种新兴的数值计算方法，常用于计算节理岩体的变形，但尚未被试用于计算蠕变变形。在原数值流形方法的程序中增加了基于“时步-初应变”法的计算模块，通过对广义开尔文模型进行的模拟，显示新程序可以正确反映岩石的黏弹性蠕变趋势，并能够计算包含节理的岩体的蠕变变形，改进后的数值流形方法不但能够模拟岩石的线弹性变形，而且可以模拟岩石的黏弹性蠕变，比原流形方法更能全面地模拟岩石的变形，扩展了数值流形方法在岩土工程中的使用范围。

通过对基坑开挖过程的有限元数值模拟可知，当围护结构发生正向、反向转动及挠曲等3种基本变形模式时，坑外地表沉降分布具有较为明显的规律，均可采用统一格式的指数曲线进行模拟，即可得到坑外地表沉降曲线的经验公式。利用正向、反向转动及挠曲等3种基本变形模式对围护结构的任意变形模式进行拟合，求得3种基本模式的最大位移值，然后根据3种基本模式所对应的坑外地表沉降经验公式，求得每一基本模式所对应的坑外地表沉降分量，并进行叠加，从而求得坑外地表沉降分布曲线。

通过对复合地基在正常使用条件下和地基土沉降后的三维数值模拟，研究了复合地基由地下水位下降引起的地基土沉陷后的沉降、桩体摩阻力分布和桩身轴力分布的变化。分析表明：随着地基土沉降的增加，加固桩体和基础的沉降加大，中性点位置逐渐下降，桩身轴力有所增大；在加强桩中，中心桩的中性点最低，边桩次之，角桩最高；随着地基土沉降的增加，各桩中性点位置差异逐渐减小，桩体上部负摩阻力作用的桩身长度更长，负摩阻力值逐渐增大。

钻孔数据是三维地层建模的主要数据来源之一，在三维地层建模中，地层界面一般基于钻孔数据插值而成，正确处理钻孔数据是构建理想三维地层模型的前提和基础。三维地层拓扑关系极其复杂，地层界面插值数据在数学上选择也不是惟一的，因此，常导致构建地层模型出现与事实相悖的情形。针对这一点，根据地层地质演变历史，建立地层层序序列，此序列记录地层地质年代顺序及其拓扑关系。根据地层地质特征，可将地层拓扑关系概化为两类：“覆盖”和“侵蚀”。据此地层层序序列可惟一确定地层界面插值数据，从而构建正确地层模型。采用python语言实现了该钻孔数据预处理算法，实例表明，该预处理方案能正确地预测实际地层。

预制桩施工阶段形成的残余应力较难由实测获得，其重要影响鲜受关注。从能量守恒原理出发，可模拟沉桩引起的桩身残余应力分布。计算模型采用剪切带理想弹塑性荷载传递关系及残余摩阻力折线型分布假定，以桩身弹性变形能为纽带，对预制桩沉贯和回弹过程进行能量分析，建立了施工全过程的能量平衡方程。参数分析显示，桩长径比与剪切带摩擦性状是影响桩身残余应力的关键因素。该模型能较合理预测某原型试桩的施工残余应力。

基于卸荷岩体力学基本理论，运用三维有限差分软件，提出以塑性体积应变增量变化区间与不同卸荷区域岩体力学参数相对应的卸荷模拟方法，模拟了不同侧压系数条件下开挖洞周附近围岩最大体积应变增量以及围岩损伤范围的变化情况。数值模拟结果表明：当侧压系数较低时，洞周附近围岩的塑性体积应变增量区域的外边界近似为竖向椭圆形，随着侧压系数的增大，其外边界逐渐向圆形变化，最后变为横向椭圆形。侧压系数越大，围岩的卸载效应越显著，洞周附近围岩的塑性体积应变增量就越大，其所产生的围岩损伤范围也相应越大。利用所获得的结果，可以为深埋隧洞的稳定性分析以及支护设计提供依据。

通过将Perzyna过应力理论与临界状态理论相结合，并引入Wheeler旋转硬化法则，提出一个能描述土体初始各向异性及应力诱发各向异性的三维弹黏塑性本构模型。模型考虑流变发生的下限，在三维应力空间，模型存在形状相似的静屈服面及动态加载面。采用缩放形式的幂函数。本构模型数值算法采用回映算法，借助ABAQUS软件UMAT子程序接口实现。并通过对三轴不排水蠕变试验的模拟，确定合适的积分步长。此后，分别对三轴不排水蠕变试验及常应变率三轴不排水剪切试验进行了模拟。模拟中通过设置不同参数值，可将模型退化为各向同性模型，并对这两种模拟结果进行了比较。模拟结果表明：(1) 对于三轴不排水蠕变，在低剪应力水平下，各向同性模型和各向异性模型模拟的结果相差不大，而在高剪应力水平下，各向异性模型模拟结果更接近试验结果；(2) 对于常应变率加载试验的模拟，模型合理反映了土体不排水强度随着加载速率的增大而增大现象。

CO2地质封存是减少温室气体向大气排放的有效措施之一，而深部咸含水层CO2地质封存是目前可行的最有潜力的封存技术。先前研究表明，松辽盆地是一个潜在的封存场地。基于对松辽盆地地质资料的初步分析，选取三肇凹陷的姚家组1段和青山口组2、3段地层作为CO2的注入层，建立一个典型二维模型，研究CO2注入后的迁移规律。结果表明，CO2注入后会向上和侧向迁移，后期可能出现的对流作用能促进CO2的溶解。残留气体饱和度、注入层水平和垂直渗透率的比值对模拟结果影响最大。此外，储层中的薄页岩夹层有利于CO2的溶解，因此，在保证注入性和封存量的情况下，储层中低渗透性夹层是允许的。

利用复合单元技术，建立节理岩体喷锚支护的弹性模型。该模型可先不考虑节理、锚杆、喷层等细部结构，生成常规有限元网格，然后根据节理、锚杆、喷层的相关信息，形成复合单元网格信息。该模型可重点考虑锚杆和喷层在节理面上的局部化非线性变形与相互作用关系。算例研究验证了模型的合理性。该复合单元算法同时包含等效模拟和离散模拟的优点，有着较好的应用前景

在路堤荷载作用下，斜坡软弱地基易产生侧向变形过大、滑塌失稳等病害。路堤下坡脚处采用钢筋混凝土抗滑桩，以有效限制地基侧向变形，是斜坡软弱地基路堤的核心设计原则。采用三维快速拉格朗日有限差分法，经与室内土工离心模型试验成果对比、校核，建立抗滑桩加固斜坡软弱地基路堤的精细化数值分析模型，研究抗滑桩桩距、桩长、桩身弹性模量、桩身横截面尺寸及桩位等设计参数对其内力、变位的影响。研究表明：下坡脚处实施抗滑桩可显著约束斜坡软弱地基侧向变形；需综合考虑桩身受力、经济性、施工等因素确定合理的桩距；桩长应深入滑移面以下，但随着桩长的增长，加固效果增长不明显；随着桩身弹性模量、桩身横截面尺寸的增加，抗滑桩的加固效果得到一定提高；抗滑桩宜设置在下坡侧路堤边坡的中部。

基于ABAQUS有限元软件开发平台，对Ramberg-Osgood土动力非线性本构模型进行了修正。通过合理的假设得出了模型修正参数?、R的取值方法和算法。滞回曲线加卸载规律符合修正后的Masing准则。并进行了三维场地地震动非线性分析，分析了不同输入峰值的地震波对土体应力-应变关系的影响，并与一维场地动力分析Shaking程序的计算结果进行了比较。分析结果表明，非线性分析时的水平位移和相对位移要大于等效线性情况下的相应位移，这表明采用何种本构关系将影响到得到的场地的地震动反应结果，因此，在工程应用时需加以合理的选择，并对最终结果做出合理的判断

在充分研究了水电工程现有数据的基础上，根据水电工程数据的分布特点，提出了基于网格分块的三维地质体建模方法。并根据地表数据和地质数据的不同，分别提出了基于等高线切割的地表数据分块算法以及基于钻孔数据分布特点的地质数据分块算法，进一步利用边界缝合方法解决了分块引起的裂缝问题。在建立好三维地质体模型的基础上，根据网格分块的特点针对性的提出了基于网格分块的快速开挖算法。并分析了网格分块建立的地质模型比传统的地质模型的优势。通过西南某水电枢纽工程实例，检验了网格分块地质体建模的正确性和可行性。