在进行土工试验时，土样端部摩擦效应和初始缺陷都可以引起试样的不均匀变形，进而形成宏观的剪切带。基于数字图像测量技术改进了GDS多功能三轴仪，进行砂土的固结排水三轴试验，获得了试样在不同时刻的应变等值线云图和局部应力-应变全曲线，研究了试样端部的摩擦效应。结果表明，端部摩擦显著地影响试样的力学特性，对径向应变的影响可达10%。通过在砂土试样中放置粉质黏土块的方法获得了宏观不均匀土样，并测试其剪切带的形成过程。测试结果表明，试样在两种材料的界面处形成不连续刚度，引起变形的不均匀发展，进而形成宏观的剪切带而破坏。

重塑黏土渗透系数是岩土工程众多领域中的一个重要参数，分析其主要影响因素并提出简单实用的定量表达式有着重要的理论价值及工程应用前景。已有的渗透系数预测方法或者由于参数复杂，或者由于适用范围窄、精度低，不能很好地得到应用。收集了已有不同文献23组液限变化范围为40%～300%的重塑黏土的固结渗透试验数据，通过分析指出了土体压缩过程中当应变大于20%时渗透系数对数值与孔隙比成非线性指数关系而非线性关系，明确了已有渗透系数预测方法的主要缺陷。采用多元线性回归分析方法，揭示了影响黏土渗透系数的主要影响因素，提出了适用范围广、参数简单的渗透系数定量计算表达式。

土体粒间胶结是建立天然结构性土本构模型的决定性因素之一，将胶结颗粒理想化为两铝棒，在指定位置处形成胶结。采用水泥作为胶结材料，对胶结颗粒进行了一系列简单加载试验（包括拉伸、压缩、压剪、压扭）和复杂应力路径试验，并与蒋明镜等所做的环氧树脂胶结试验进行对比。结果表明：胶结材料对胶结颗粒的力学性能存在一定影响，但基本规律符合蒋明镜等所提出的理想颗粒间胶结模型。水泥胶结抗拉强度低于环氧树脂胶结抗拉强度，但延性相对较好，抗压特性均呈塑性软化现象；二者的抗剪强度初始均随法向压力的增加而增大，当法向压力超过一定值时，又随法向压力的增加而减小（该压力称为界限法向压力），但水泥胶结的界限法向压力明显高于环氧树脂胶结，扭转试验规律与剪切试验规律类似。在三维应力空间中（法向压力-扭矩-剪力）水泥胶结的强度包线呈橄榄球状，环氧树脂胶结强度包线呈水滴状。

群桩基础中设计的倾斜桩基以其横向阻抗能力强等优势在港口、码头以及桥梁基础中得到了较为广泛应用。随着山区及不均匀地基土地区高速公路等基础设施的建设，在滑坡、斜坡变形体和不均匀地基上设计倾斜群桩桥梁基础的情况将会越来越多。由于倾斜桩基受力状态的复杂性，目前倾斜桩基础设计仍参考竖向桩基承载力计算理论，凭借经验进行设计。对此人们虽然做了许多探索，但仍未形成完善的设计计算理论和标准。为此，结合厦深客运专线某特大桥桩基选型研究项目，利用相似材料物理模拟试验，就倾角为0°～12°周边斜桩的群桩基础竖向承载力进行了试验研究。结果表明，竖直桩基的荷载-沉降曲线呈缓变型，倾斜桩基则呈陡降型；就倾斜群桩基础竖向承载力而言，倾斜基桩的合理倾角为8°左右；竖直桩基中角桩轴力最大，边桩轴力次之，中桩轴力最小，倾斜桩基中的中桩轴力最大，角桩轴力次之，边桩轴力最小；倾斜桩基桩身弯矩分布形式与基桩的倾角有关，当倾角达到12°时，桩身将出现反向弯曲段。基桩倾角的不同是导致倾斜桩基和竖直桩基竖向承载特性显著不同的主要原因之一。

分析天津滨海新区浅层超软土加固处理存在的问题，提出常规方案、单排单管方案和单排单管加密方案。依托天津滨海新区某工程，开展现场对比试验。结合各种监测检测成果，对比分析3种方案加固效果，并提出进一步优化改进建议。工程实践表明，经过3种方案加固处理，吹填淤泥表层会形成具有一定强度和厚度的硬壳层，土体物理力学性质明显改善，均能满足后续吹填砂垫层和机械插板的施工要求。另外，单排单管方案和加密方案加固效果明显优于常规方案，尤其有利于硬壳层厚度的形成。从长远加固效果角度出发，单排单管方案及加密方案更可取。

非饱和黄土的渗透性是非饱和黄土性质的重要组成部分。研究黄土不同方向的渗透性对确定其湿陷范围和由于水的渗透引起的黄土滑坡具有很重要的理论意义。研究了黄土渗透性的各向异性特征及其机制。以具有明显各向异性的西安Q3原状黄土为研究对象，用TEN型张力计测量了黄土试样不同方向的、不同含水率下的吸力；用变水头渗透试验测量了黄土竖直和水平方向的饱和渗透系数。结果表明，当体积含水率在23%～41%时，张力计沿不同方向插入土样所测吸力相差不大；竖直方向的饱和渗透系数是水平方向的4.02倍。在吸力测量的基础上，根据土-水特征曲线，确定了竖直和水平方向的非饱和黄土的渗透系数。得出在黄土不同方向，随着吸力的增大或减小，渗透系数减小或增大；竖直方向的渗透系数普遍地大于水平方向的渗透系数；当吸力小于57 kPa时，随着吸力的增大，竖向渗透系数与水平向渗透系数的差值减小。通过观测黄土的结构，得出黄土结构对其渗透性有重要影响。

骨料-砂浆界面过渡区的力学性能对混凝土宏观受力特性有很重要的影响。在MTS试验机上对40个砂浆-花岗岩交界面试件进行了动态轴向拉伸力学性能试验研究，分析不同应变率（10-6～10-2 s-1）、不同程度预静载（30%、50%、70%静载强度）以及往复荷载（1、5 Hz）对交界面动态轴向拉伸力学性能的影响，并对其动态破坏机制进行了初探。研究结果表明：①交界面动抗拉强度随应变率增加有明显增加趋势；②较小预静载（不超过50%）不仅没有使动抗拉强度降低，反而有可能提高动抗拉强度，较大的预静载对损伤弱化效应起主导作用，从而使动抗拉强度降低；③往复荷载作用下会出现明显的低周疲劳损伤，而且残余变形随往复荷载的频率增加而减小；④不同应变率下的交界面应力-应变曲线上升段类似，约50%强度后呈现非线性变化，但非线性程度随应变率增加趋向不明显。另外，尝试性地进行了交界面试件轴向拉伸应力-应变全曲线的试验，得到了稳定断裂的全过程曲线。

富锦－绥滨松花江大桥基础采用直径2.0 m的钻孔灌注桩。通过数据采集，由锚桩法测得的45 m试桩和自平衡测得的70 m试桩上段桩的荷载-沉降关系、竖向承载特性、桩侧摩阻力等进行对比分析。分析结果表明：在极限状态下，两者位移相差14.97 mm，侧阻力相差7.30%；长、短试桩各土层桩侧阻力的实测值都满足要求。在桩-土体系破坏之前、相同荷载条件下，两者位移的差值有变大的趋势，相同土层的桩侧摩阻力相吻合

通过改装RMT-150C系统，使用不同刃角的楔形刀具对花岗岩进行贯切试验，利用DISP声发射测试系统进行声发射的定位特征分析，研究岩石在楔形刀具作用下损伤劣化破坏的全过程。试验结果表明：声发射试验是一种研究TBM滚刀破岩微观机制的有效方法，脆性岩石材料的破坏过程是内部微裂纹的萌生和扩展过程的宏观反映；在楔刃刀具匀速贯入时，声发射信号随着荷载的变化呈一定对应趋势的变化，荷载-贯入度曲线能反映试件内的损伤历程；声发射2D定位结果显示，在岩石破碎区的密实核下方存在“损伤核”，它由微震裂源增生丛聚分布形成，核内劣化程度高，是孕育密实核的场所，为TBM滚刀作用下岩石的宏观破裂现象提供了解释和依据；楔刀跃进式的挤压贯切岩板试件，钝刃刀具产生“球状”损伤核，尖刃刀具产生“水滴状”损伤核，钝刃刀具贯切试件产生更深的贯入度和更宽的损伤核，致使试件中不仅破碎深度大，而且破损范围广，破岩效果优于尖刃刀具。

以马头山组（K2m）、妥甸组（J3t）和下禄丰组（J1l）自然风干的紫色泥岩为研究对象，分别进行干湿、冷热和干湿冷热3种处理，并运用分维方法分析不同处理下紫色泥岩的崩解特性，发现分维数能比较准确地表征紫色泥岩的崩解过程：分维数越大，岩石破碎程度越高；分维数越小，岩石破碎程度越低。3种紫色泥岩在不同处理方式下崩解的分维数大小都是干湿冷热 干湿 冷热，可见，水热共同作用对母岩崩解的影响明显大于仅有水或热的作用。相同处理方式下3种泥岩的分维数大小为J3t J1l K2m，且在干湿和干湿冷热条件下J3t的崩解分维数与K2m和J1l的差异显著，这主要是由这3种泥岩的物理特性、元素组成以及其风化成度所决定的。

以二次成型的型煤试件为研究对象，以煤样内瓦斯流动速度为考察参数，对其应力-应变全过程、线弹性阶段卸轴压过程的瓦斯流动特性进行了试验研究，并对比分析了处于弹性阶段的加、卸载过程中瓦斯流动特性。分析结果表明：煤样加载阶段的瓦斯流动特性曲线存在一瓦斯流动困难应力点，且应力值位于线弹性阶段的后期；线弹性阶段卸轴压时，煤样的应力-应变曲线与其内瓦斯流动规律曲线呈反向变化趋势，瓦斯流动速度变化与起始瓦斯流动速度呈正向关系，且煤样强度越大，其瓦斯流动规律变化越复杂，卸轴压过程中仅能够部分还原加载过程煤样内瓦斯流动规律；加载与卸载过程的瓦斯流动规律具有前者分两阶段均匀变化、后者为双曲线型特点；瓦斯流动规律在加载过程对应力影响更敏感，而卸载过程瓦斯流动规律对应力的敏感性只在局部表现。

以白光数字散斑相关方法作为试验观测手段，通过单轴压缩试验对一种红砂岩变形破坏全过程的变形场和能量演化特征进行研究。利用CCD(charge-coupled device)相机记录试验加载全过程的试件表面散斑场图像，采用数字散斑相关方法对试验图像进行分析，计算得到了岩石变形破坏过程中试件表面变形场、变形局部化区域的位移错动量值和试件表面变形能密度量值，并对变形局部化带的位移演化和变形能量演化特征进行分析。从试验结果分析得出：岩石试件变形局部化带的位移演化在加载峰值前基本上保持线性演化规律，而其位移错动加速与加载峰值点相对应，岩石试件加载峰值后阶段的承载力变化主要受变形局部化带的位移演化影响；岩石试件在加载过程中的能量释放和能量积累规律与局部化带的演化有关，体现出局部能量释放和整体能量释放两种形式。

依托大型振动台试验成果，采用加速度响应峰值PGA及其放大系数相结合的分析方法，系统地探讨了上硬、下软和上软、下硬两种岩性组合结构斜坡模型，分别在正弦波和天然地震波作用下坡面各高程点的水平向和竖直向加速度响应随震动强度增大的变化规律。试验结果分析表明：①在天然波作用下两斜坡模型的水平向和竖直向PGA均随震动强度增大而增大，而放大系数则随震动强度增大到一定程度时，逐渐减小并趋于稳定；②在正弦波作用下两斜坡模型的水平向和竖直向PGA亦随震动强度增大而增大，然而竖直向PGA放大系数随震动强度增大亦有所增大，说明竖直向加速度响应表现出了相对于水平向响应较弱的非线性特征；③在水平向和竖直向地震力作用下加速度响应沿高程表现出的放大效应分别体现在斜坡模型的上段和下段。此外，斜坡模型的加速度响应沿坡面在坡脚、坡中和坡肩等特殊部位出现了多个极值区；④在水平向地震力作用下低频的地震波作用要强于高频地震波，且加速度在上硬、下软岩性组合结构斜坡模型中的响应要强于上软、下硬岩性组合斜坡模型；在竖直向地震力作用下则呈现相反结果。其研究结果对高地震风险山区的防震减灾及灾后重建都具有指导和借鉴意义。

在竖向荷载和切向荷载共同作用下，求解了具有下卧基岩的横观各向同性土的Biot固结问题。首先，基于Biot固结理论得到控制方程，同时引入3个状态变量；然后，对时间t进行Laplace变换和对半径r进行Hankel变换。利用Laplace-Hankel联合积分变换求解状态方程，得到交通荷载作用下横观各向同性土骨架位移、孔隙水压力等的一般积分形式解。结合算例验证了该方法的正确性，并分析了切向荷载和竖向荷载共同作用下对横观各向同性土层沉降和孔压的影响，可以发现切向荷载和竖向荷载共同作用所产生的前期沉降明显小于竖向荷载单独作用的情况。为了更好地模拟实际情况，竖向荷载还采用正弦循环荷载。在循环荷载作用下，沉降变化周期滞后于荷载周期。

以柱孔扩张理论为基础，将柱孔扩张后塑性区半径b作为时间刻度，引入扩孔速度概念，将塑性区内任意一点的应力、应变描述成塑性区半径b和柱孔扩张后扩张体单元距孔心距离r的函数，采用平面应变条件下无黏性土的SMP准则和不相关联流动法则，考虑到无黏性土的剪胀性，推导出柱孔扩张后极限扩张力 的相似解。通过参数分析表明，土体强度和剪胀性对塑性区半径和极限扩张力产生很大的影响，即随着土体强度和剪胀性的增加，极限扩张力明显增加，相应塑性区半径却随之减小。通过与基于摩尔-库仑准则解答进行对比分析表明，考虑中间主应力影响的SMP准则所得到的极限扩张力明显高于基于摩尔-库仑准则的解答。该解答为无黏性土中进行静力触探（CPT）试验和静压桩等岩土工程问题提供必要的理论依据。

利用动力时程法对盾构隧道进行抗震分析时，计算时间长，工作量大，土体本构以及阻尼的选择困难，不利于工程设计广泛应用。为了解决这些困难，借鉴地上结构静力推覆分析方法的思想，并结合盾构隧道的地震响应主要由周围土体的地震响应所控制的这一特点，改进了静力推覆方法中的水平加载模式，提出了适用于盾构隧道抗震分析的静力推覆分析方法，并引入了隧道倾斜度的概念来衡量隧道的抗震性能。此法通过对计算模型施加沿地层深度方向分布的倒三角侧向水平位移，来模拟地震对盾构隧道的作用，概念清楚，考虑了隧道与周围土体的相互作用，避免了在动力时程分析中所涉及的土体本构和阻尼的选择、计算模型边界条件等复杂问题，大大降低了盾构隧道抗震分析的难度，同时，可以得到隧道的抗震能力曲线。与动力时程分析的对比结果表明，在弹性阶段，此法的计算结果合理，具有较高的精度，适用于盾构隧道抗震设计。

提出了锚杆挡墙中肋柱锚杆体系的串-并联模型。将肋柱视为连续梁，锚杆视为弹性支座，引入锚杆与锚固段周围岩土体的复合刚度系数，用位移法导出了各根锚杆所受荷载的统一计算公式。考虑各功能函数之间的相关性，运用系统可靠性理论，提出了单根锚杆3种破坏模式的串联系统与多根锚杆并联系统的体系可靠度计算方法，并编制了计算程序。对一工程实例进行计算，并对计算结果进行了分析，发现单根锚杆的3种失效模式并非相互独立，每种失效模式对锚杆可靠度的影响也不一样，而3根锚杆并联系统的失效概率近似等于在其他锚杆均未破坏的条件下每根锚杆单独失效概率之和。

锚注支护技术是维护软岩巷道围岩稳定的一种有效方式，支护时机的选择对巷道支护效果具有很大的影响。根据对破裂软岩注浆加固后的力学特性分析，运用FLAC2D软件的应变软化本构模型，对软岩巷道最佳锚注支护时机进行了数值模拟优化分析，结果表明：随着注浆时机的滞后，浆液在围岩中的流动渗透范围逐渐增大，但注浆加固后的围岩强度却逐渐降低，巷道围岩变形表现出“先减小、后增大”的趋势。据此，提出了一种综合运用数值模拟优化和现场监测确定巷道最佳锚注支护时机的方法，并应用于工程实践，取得了良好的效果。研究成果对软岩巷道锚注支护施工和设计具有指导意义

通过兰新铁路第二双线路基试验段戈壁填料现场填筑试验，分析了动态变形模量Evd与路基填料以及与填土压实质量的关系。研究表明，Evd与静态变形模量Ev2的相关性很好，Evd与地基系数K30的相关性较差。通过ADINA三维动态有限元数值分析并结合现场检测结果，对Evd值的影响因素进行了分析。结果表明，Evd理论上与动模量Ed完全线性相关，Evd与Ed的相关性表达式与动摩擦角及动黏聚力有关；当填土动黏聚力较小时，Evd值随动黏聚力及动摩擦角的增大而增大，当动黏聚力增大到一定值以后，Evd值不再随动黏聚力及动摩擦角的增大而变化；Evd值与土体在冲击荷载作用下的抗剪强度有关，在既定的Ed下，当抗剪强度较小时，Evd值随抗剪强度的增大而增大；当抗剪强度达到一定值后，Evd值不再随抗剪强度的增大而变化。

模型试验作为解决复杂工程问题的一种有效手段已越来越受到重视。然而，与目前发展较快的模型试验系统和较为成熟的相似理论相比，测试技术相对滞后的问题依然存在。测量的精度与稳定性不能满足模型试验的需求。基于光纤/光栅传感技术的高精密性、稳定性和机光电一体的特性，结合模型试验的特殊测量要求，通过改进数据接收算法，研制了基于光学传感技术的模型位移/应变测量系统，包括光栅传感模型位移和光纤传感模型应变测试系统。该系统稳定、精度高、抗干扰，并能监测不连续位移。将该系统应用于注采气压变化条件下盐岩地下储气库变形特征地质力学模型试验中，测得了气压变化条件下围岩位移收敛和径向应变蠕变规律，测得在不同稳压阶段和不同注采气速率条件下围岩变形的不同特征。试验数据为合理确定盐岩储气库运营气压和注采气速率提供帮助，对盐岩储气库的安全稳定运营有重要意义。

顶效隧道位于岩溶发育地区，地质构造复杂，岩体破碎，对超前预报技术的要求高，风险较大。目前国内外应用的隧道超前预报技术多数都存在着技术缺陷，不能区分不同方向的地震回波，不能准确地确定掌子面前方围岩的波速，不能正确地进行纵横波分离等问题，影响到预报的可靠性和准确性。为了确保施工安全，减少和避免地质灾害发生，顶效隧道超前预报中采用了TST技术。应用结果表明，TST技术采用空间阵列系统和速度扫描技术有效地解决了掌子面前方围岩速度分布问题，提高了构造定位精度；应用二维方向滤波技术有效地消除了上下、左右的侧向回波和面波干扰，成功提取了前方回波用于超前预报，避免了虚报误报，解决了复杂地质条件下的超前预报问题。

支持向量机（SVM）的核函数类型和超参数对边坡位移时序预测的精度有重要影响。鉴于局部核函数学习能力强、泛化性能弱，而全局核函数泛化性能强、学习能力弱的矛盾，通过综合两类核函数各自优点构造了基于全局多项式核和高斯核的混合核函数，并引入粒子群算法（PSO）对最小二乘支持向量机（LSSVM）超参数进行全局寻优，提出了边坡位移时序预测的混合核函数PSO-LSSVM模型。将模型应用于锦屏一级水电站左岸岩石高边坡变形预测分析，并与传统核函数支持向量机预测结果进行对比分析。结果表明，该模型较传统方法在预测精度上有了明显提高，预测结果科学可靠，在边坡位移时序预测中具有良好的实际应用价值。

巷旁支护体稳定是沿空留巷成功的关键。通过建立沿空留巷上覆岩层结构力学模型，分析了巷旁支护体在3个阶段的受力和变形特征，得到了巷旁支护体的作用机制，即巷旁支护体设置后快速增阻，即时支撑巷内顶板，工作面后方周期来压前达到切顶阻力切落采空区一定高度的顶板，上覆岩层剧烈活动稳定前有较大的变形能力及稳定后有较高的后期强度。在上述研究的基础上，以九里山矿24021工作面沿空留巷为工程背景，在巷内支护和巷旁充填材料确定的情况下，采用数值模拟方法分析了不同巷旁支护体宽度时的沿空留巷维护效果，确定了合理的巷旁支护体宽度。该研究成果成功应用于工程实践。

应用水平条分法与极限平衡原理讨论了抗拔桩在分层地基中的极限承载力、破裂面、土体性质的关系。将破裂面看成是由若干段组合而成的复合破裂面，并沿各段将边坡水平条分为多块体。在假设边坡岩土体服从摩尔-库仑屈服准则条件下，根据极限平衡原理，建立抗拔桩极限承载力的多元函数，利用数学优化方法给出其最优解，从而可以方便地给出抗拔桩破裂面及对应的极限抗拔力。通过算例分析并与前人研究成果比较，其结果表明：该理论方法是合理有效的，可以用于预测抗拔桩地基承载力极其破裂面形状。

针对隧道开挖引起的地层损失现象，将开挖过程简化为圆柱孔收缩问题，借鉴文献[1]关于圆柱孔收缩的计算方法引入临界状态土力学理论，给出了圆柱孔收缩问题的线弹性-完全塑性解析解，并结合隧道开挖的工程特点给出了地层损失比以及地表土体最大沉降与隧道支护压力之间的关系式。将该方法的计算结果与Grant的离心机试验实测结果进行了对比，并通过国内外的工程实例对该方法的计算结果进行了验证，证明计算结果准确合理，可为隧道开挖引起的土体变形分析提供借鉴。

由于地质体存在断层、尖灭、出露等复杂地质现象，在三维地层建模时，为了表达这些现象，无论是面模型还是体模型或混合模型，都存在空间分割或曲面求交线的问题。由于地质体拓扑关系的复杂性、数据误差以及计算机精度问题，使得这些模型在实际建模过程中常常失效。运用水平集理论可以有效解决这一问题，水平集用隐函数表达曲面（或超曲面），可以实现复杂地质体的表达及并、交、差等拓扑运算。在三维地层建模中，插值生成各种地质界面后，用水平集表达这些地质界面，利用水平理论完成各种复杂的拓扑操作，建立以水平集表达的三维地层模型。在此基础上，插入水平集表达的各种工程活动界面，利用水平集理论进行拓扑操作，可构建各种工程活动后的地层模型。再利用Marching cube算法抽取各种地质界面或工程活动界面，构建可用于实时可视化或用于工程评估（如有限元计算）等的NMTINF-BR地层模型或工程活动后的NMTINF-BR地层模型。

为研究武广高速铁路无砟轨道路基的振动特性，对武昌－咸宁综合试验段路基进行了现场实车测试。获得了各测点在不同列车荷载作用下的竖向振动加速度和动应力幅值，总结了试验段路基动力响应的分布规律，获得了试验段路基的固有频率，并结合小波分析方法对路基的振动特性进行了频域分析。结果表明，车速的提升加剧了基床表层顶面路基的振动，在260～320 km/h车速段尤为明显。经过2.7 m高路堤的衰减，路基的动力响应幅值和振动能量已基本不受车速影响。级配碎石层能有效抑制振动沿路基深度的传递。随着车速的提升，转向架固定轴距作用率、轨道不平顺成为引起路基振动的主要原因。轴重对动力响应幅值和振动能量的影响较车速更为显著，轴重的增加使得振动能量在频域内更为集中。

针对单一模糊C-均值聚类算法对初始聚类中心初值敏感性问题，引入同伦理论，提出了同伦模糊C-均值聚类算法。以三峡库岸研究程度较高的36个边坡为对象，采用同伦模糊C-均值聚类算法对边坡的稳定性进行分类，研究边坡最佳分类级数和算法的收敛性、可靠性。边坡聚类结果研究表明，同伦模糊C-均值聚类算法对初始聚类中心的选取没有明显的依赖性，是一个具有全局最优解的聚类方法，其结果明显好于单一模糊C-均值聚类算法。

根据大采高工作面回采巷道帮部围岩的特点，采用断裂损伤理论、弹塑性理论建立了巷帮围岩层裂板结构力学模型，分析了霍州煤电辛置煤矿回采巷道帮部围岩失稳机制，并将注浆锚索支护方式首次应用于巷道帮部围岩的片帮治理。研究表明：回采巷道帮部围岩内部存在大量的裂纹，在高应力的作用下裂纹扩展发育，巷帮围岩演化为层裂板结构，当作用在巷帮围岩上的多重支承压力大于最小临界失稳载荷时即发生片帮；随煤岩体弹性模量、层裂板厚度的增大，层裂板发生失稳时破坏范围扩大；采用注浆锚索支护巷帮时浆液能够填满巷帮围岩深部裂隙，使巷帮围岩成为一个整体，提高了巷帮围岩支护结构的承载能力，控制了巷帮围岩片帮的发生。

针对常规真空预压法加固软土地基中存在的问题，介绍了最新研制开发的气压劈裂真空预压法及其施工工艺，并通过现场试验段测试结果分析了劈裂真空法加固软土地基的效果。测试结果表明，较常规真空预压法而言，劈裂真空法可以提高真空荷载向深层土体中的传递效率和加速超静孔隙水压力的消散，既可改善深层软土的加固效果又可加速地基固结，缩短工程工期；劈裂真空法加固地基的沉降效率大于常规真空预压法处理地基，沉降易于收敛，有利于工后沉降的控制。通过加固前后孔压静力触探试验测试结果对比和取样室内试验土性参数变化分析，论证了劈裂真空法加固深层软土地基的有效性和优越性。

隧道失稳破坏的动力学演化模型及其判据与能量演化模型及其判据是对同一系统分别从动力学过程与能量状态两个角度的描述与判别。从两种模型对围岩分区的描述出发，利用非线性动力学中的热力学熵S、Kolmogorov熵、关联维 的关系，证明了两模型在空间上的一致性，并通过演化时间建立了两模型的联系，证明了其在时间上的一致性。根据两种判据分别描述不同演化阶段的稳定性状态，从其对系统演化阶段的划分出发，研究了隧道系统在一般发展条件与跳跃式发展条件下动力学判据与能量判据的统一性。上述研究相互验证了两种模型及判据，并进一步阐释了隧道失稳破坏的非线性机制，对隧道围岩稳定性的状态判别与控制具有一定指导意义。

土石坝抗震安全的设计一般立足于预防结构的倒塌，如何使土石坝结构地震破损控制在可接受的风险水平是一个值得研究的重要课题。应用地震风险分析理论，建立了土石坝地震风险分析方法，包括地震危险性分析、地震易损性分析和地震灾害损失评估3个方面。在场地地震危险性分析基础上，将基于性能的抗震设计思想应用于土石坝结构地震易损性分析中，以土石坝坝顶相对沉陷为评价指标，划分土石坝震损等级，最后结合地震经济损失分析，建立了土石坝地震风险计算模型，在技术和经济上对土石坝地震破损风险进行分析计算。以某高土石坝为例，用该模型对大坝的震害和经济损失进行了预测分析，其结论可为土石坝安全评价及投资决策等提供依据。

我国是一个滑坡灾害频发的国家，众多事实表明：降雨是影响边坡稳定性，导致边坡失稳的最主要和最普遍的环境因素，是浅层滑坡的触发因素。为了更好地对降雨诱发浅层滑坡进行研究，采用非饱和土VG模型与改进的Green-Ampt入渗模型对Mein-Larson降雨入渗模型进行改进，并结合无限边坡提出了一个降雨诱发浅层滑坡的简化计算模型。与以往提出的简化计算模型相比，该模型既考虑了坡面倾斜的影响，又考虑了非饱和土的特性，并可用于两种降雨形式下的边坡浅层稳定性估算，具有更广的应用范围。通过与有限元得到的结果进行比较可得：在不同降雨条件下，该计算模型得到的各项结果与数值解是接近的，安全系数计算结果是偏于安全的，因此，可将该计算模型用于降雨诱发浅层滑坡的近似估算；该计算模型公式简单，便于计算，计算效率较高。

疏桩基础作为一种工期短、效果好的软土地基处理方式，在工程中的应用越来越广泛。考虑带桩帽的PTC（预应力混凝薄壁管桩）刚性桩桩侧摩阻力分布规律，将桩侧摩阻力假定为2个三角形拼合的分布形式。联合应用Mindlin-Geddes解答及Boussinesq解答，推导出了疏桩补偿地基中的附加应力的计算公式。结合具体算例，计算复合地基的沉降变形量。研究表明，该联合方法的沉降计算结果比传统方法偏小，与实测数据较为吻合。当桩间距大于8倍桩径时，随着桩间距的增加，疏桩补偿地基的附加应力场基本不变，但沉降量相应增大。对于桩间距较大的疏桩补偿地基，采用长、短桩组合形式较为合理。通过设置深层水泥土搅拌桩来加固软土路堤，能有效控制沉降量。

海底隧道的建设往往伴随着高风险，而水害则是海底隧道建设期间风险最主要的来源之一，隧道涌水对施工安全与建成后的运营成本控制有着重要影响，因此，对海底隧道进行涌水量预测便显得尤为重要。数值计算方法是当前涌水量预测中应用最广的方法之一，而计算涌水量过程中最关键的问题之一是渗透系数的确定。以青岛胶州湾海底隧道工程为背景，通过数值计算、模型试验与现场监测数据分析等手段相结合的方法，对海底隧道建设期涌水量的预测进行了研究。首先进行海底隧道开挖后涌水量现场监测，得到开挖后涌水量变化曲线；再采用数值计算方法对围岩渗透系数的取值进行反分析，对渗透系数进行不断修正，并在数值计算中成功拟合实测涌水量曲线，所得到的渗透系数即为数值计算中应采用的合理渗透系数。在结合试验段地质情况的基础上将合理渗透系数与前期地勘压水试验得到的渗透系数进行比对，得到两者之间的关系。并通过模型试验的手段对以上结论进行验证。将其应用到海底隧道的涌水量预测中，通过正演数值计算预测围岩相似洞段的涌水量，其结果对海底隧道涌水量预测有一定的参考意义。

重力坝深层滑动主要表现为沿缓倾角的软弱结构面形成滑移通道，滑移通道内应变积聚且应变梯度急剧不连续，是典型的应变局部化现象，采用经典连续介质理论进行数值模拟时存在病态的有限元网格依赖性。引入Cosserat连续体理论作为正则化机制，提出了基于Cosserat理论的Mohr-Coulomb弹塑性模型，考虑非关联的流动法则，在经典塑性理论框架下采用向后Euler隐式积分算法进行应力更新。采用ABAQUS的自定义单元接口（UEL）进行二次开发，进行了平面应变条件下单轴受压的数值验证。数值模拟结果表明，该模型能保证应变局部化问题的正定性。基于Cosserat理论的重力坝深层抗滑稳定分析结果表明，采用超载法进行重力坝渐进破坏过程模拟时，基于经典连续体理论的模拟结果有较大的网格依赖性，而且结果偏于安全，而采用Cosserat连续体理论的结果对网格密度不敏感。

基于断裂力学基本理论，通过有限元数值模拟方法，研究了同时存在表面裂纹和反射裂纹的沥青路面在交通荷载作用下表面裂纹和反射裂纹开裂机制及扩展路径，深入讨论了路面材料和结构对裂纹扩展路径的影响，分析了表面裂纹的位置对反射裂纹扩展路径的影响，采用多裂纹小梁弯曲试验验证了多裂纹的扩展行为。结果表明：在交通荷载作用下，表面裂纹向着偏离载荷的方向扩展，且扩展路径几乎为直线，反射裂纹则沿着“Z”字形向上扩展；路面结构层模量和厚度的改变能够影响裂纹的扩展路径；反射裂纹总是向着存在表面裂纹的一侧扩展；小梁弯曲试验得到裂纹扩展行为与数值模拟结果一致。

节理、裂隙控制着地表岩体的力学强度和导水特性。采用遍布节理力学模型和饱和非饱和等效连续介质渗流模型反映节理的主导作用，基于节理连通率将岩体的渗流特性与力学特性耦合起来，分析了在FLAC3D中实现渗流与力学耦合机制、降雨边界条件处理以及连通率演化，并开发了适用于FLAC3D的多组遍布节理模型，模拟了海南矿业联合有限公司一顺层平台边坡降雨过程中渗流场和力学场的变化。计算结果表明，降雨开始后边坡地表迅速饱和并形成暂态饱和区，随着降雨的继续，边坡负压区进一步缩小，同时暂态饱和区也不断扩大；在降雨结束后，由于水压力迅速消散造成暂态饱和区开始减小，在降雨过程中渗流也会引起层面的破坏和其裂隙连通率的演化。因此，运用上述耦合分析模型计算降雨入渗对边坡稳定性的影响是可行的。

岩石碎屑流在运移停积过程中，对运移路径存在强烈的刮铲效应。首先分析总结了碎屑流基底刮铲效应的特征，然后采用二维颗粒离散元模拟方法模拟岩石碎屑流水平基底上刮铲。模拟试验证明了基底刮铲效应可以增强岩石碎屑流在水平面上的运移停积能力。通过进一步研究水平基底物理力学性质和分层情况对刮铲效应和岩石碎屑流运移过程的影响，证明了减小基底物质的强度会增强刮铲效应，但基底表层松散堆积物质低密度、低强度的特点才是影响岩石碎屑流最大运移堆积距离的关键因素，并具有类似润滑剂的特性；相对地，基底底层高强度、高密度物质的强度变化对最大运移距离影响很小。

以铁道部250 km/h客运专线标准断面双线隧道为对象，依托木寨岭高地应力软岩隧道工程，研究构造应力场条件下隧道变形特性、能量积聚、力学响应及塑性区规律。水平大主应力平行隧道轴线时，高能集中区和塑性区主要集中于边墙，掌子面前方围岩能量密度较小，掌子面挤出变形较大；水平大主应力垂直轴线时，高能集中区和塑性区主要分布在拱顶、仰拱及掌子面，掌子面前方围岩能量密度较大，挤压变形较小。研究表明：掌子面前方待开挖核心土体表现能量-位移正交性，而目前采用简单的挤出变形来判别掌子面稳定性，其合理性值得进一步商榷；规范给出“最大水平主应力与隧道轴线平行或小角度相交设计原则”，并不是对所有高地应力场都适用；锚杆在开挖初期有效促进临时“承载拱”的形成，使“压力拱”偏移至隧道轮廓附近，成为施工初期稳定的关键；锚杆降低边墙深部岩体切向应力峰值，随着掌子面推进，拱效应不断向深部岩体移动，形成动态压力拱。

岩土加固基础（geo-reinforcement foundation，简称GRF）是一种新型岩土增强型桩基础，其承载机制目前尚未明确。通过建立GRF的三维非线性模型，并考虑地基中的桩-土接触、锚杆-土接触效应，利用岩土专业计算软件FLAC3D，分析研究了GRF桩土变形以及土体屈服特性、桩身轴力变化规律、侧阻力和端阻力的变化规律。数值计算结果表明：GRF更能调动桩周土体来承载，其侧阻力、端阻力、极限承载力均大于等直径桩；由于锚杆作用，GRF的桩身轴力在锚杆附近出现“台阶式”突降；锚杆作用的发挥与桩顶位移密切相关，只有在桩顶产生一定位移条件下，锚杆才能发挥其承载作用，且土体在锚杆上部形成松弛区，在锚杆下部形成压密区；锚杆随桩体向下移动，与桩体相互作用，锚杆下部及锚杆附近桩体内会产生拉应力。研究结果为GRF在工程中推广应用奠定了一定的理论基础，对设计GRF有一定的参考价值。

在分析岩土工程时通常会用到强度准则，在众多强度准则中，SMP准则的物理意义最为明确，其屈服函数表达式是非线性形式，对其进行二次开发研究具有较为重要的意义。利用FLAC3D的二次开发平台，使用VC++环境在FLAC3D软件中实现了含SMP强度准则的黏弹塑性模型的开发，其中的SMP强度准则推广到了黏性土，通过一个简单的算例验证了程序编制的正确性和可靠性，所采用的相关二次开发的思路可以为其他强度准则及流变本构模型的二次开发提供参考。

目前盐腔围岩蠕变模拟中计算网格生成多是理想化的，并没有充分利用真实探测数据。针对这些问题，提出了一种新的三维计算模型生成方法。借助HalfEdge数据结构，基于研究区域边界、DEM（digital element model，数字高程模型）和钻井数据，构建了研究区域地层三维模型；基于声纳测腔数据构建了盐腔三维模型，并对其进行了拓扑检查与修正；将地层三维模型与盐腔三维模型进行三维空间布尔运算，获取盐腔围岩三维模型；通过对该模型进行三维空间网格离散，得到盐腔围岩四面体网格单元，即数值模拟计算模型。通过该方法构建的三维计算模型，可以为后期盐腔围岩蠕变数值模拟过程提供有效的计算网格，进而可以为盐腔的建造，尤其是安全合理地利用盐腔提供科学依据和技术支持。

在土中渗流服从指数形式的前提下，建立了变荷载作用下双层地基的一维固结控制微分方程。利用有限差分法求得孔隙水压力的数值解，并通过与解析解对比对其可靠性进行了验证。对双层地基在指数形式渗流时不同参数下的固结性状进行分析，结果表明：单面排水条件下，双层地基中上层土渗流指数的大小对固结速率起决定性作用，而下层土渗流指数大小对固结速率的影响很小；如果上、下两层土体的压缩性不同，则地基按变形定义的平均固结度和按孔压定义的平均固结度不再相等；地基中下层土与上层土的相对压缩性越低、相对渗透性越高，则地基的固结速率越快；增大压缩性小、渗透性高的土层相对厚度，会加快双层地基的固结速率。

以二维河谷地形在SV波垂直入射和斜入射下的结果作为地震动输入，分析了地形因素导致的地震动差异对一座桥墩高差悬殊的连续刚构桥地震反应的影响，并与一致激励下的结果进行了对比。结果表明：与一致激励相比，考虑地形效应的多点激励作用下，刚构桥地震反应存在显著差异，难以找到规律性，不同的结构部位其最大内力的表现各不一样；多点激励使主梁遭受不利反应；斜入射对低墩和主梁有显著影响，使其内力显著增加或使结构各部位内力分布明显不均衡；与低墩相比，高柔的桥墩对多点激励相对不敏感；大跨度桥梁抗震分析与设计应考虑局部场地和入射波的入射方向和角度的影响

建立了土质陡坡降雨侵蚀的数学模型，模型包括陡坡细沟间坡面流控制方程、变沟宽陡坡细沟流控制方程、陡坡细沟间坡面侵蚀泥沙连续方程及陡坡变沟宽细沟侵蚀泥沙连续方程。通过紊流冲击分布概率确定土壤剥蚀方程，确定了泥沙源/汇项的表达形式及细沟高程与宽度的表达式。通过有限元和有限差分相结合的方法求解该数学模型，利用有限单元法对数学模型的水动力方程、运动方程及泥沙连续方程进行空间上的离散，利用有限差分法解决时间域的问题，得出了顺序求解的数值计算公式及模型数值求解的具体方法和步骤。

侵蚀作用诱发的黄土滑坡是黄土高原区域内一种主要的滑坡类型，对其破坏机制开展深入研究具有重要实际意义。以陕西省耀州区的庵里滑坡为例，对该类黄土滑坡的发生机制进行分析和探讨，建立了滑坡发生前侵蚀作用的不同阶段边坡的有限元模型，计算了相应的应力场和位移场，在此基础上求得各模型沿最终滑面上的正应力、剪应力和抗剪强度分布，采用极限平衡法计算边坡整体稳定系数。结果表明，随着侵蚀作用的不断加深，沿滑动面上的剪应力增大，抗剪强度减小，整体稳定性降低至最终破坏。试验结果表明，小的应变在饱和黄土中会产生显著的超孔隙水压力，因此，基岩面上饱和滑带中的超孔隙水压力加剧了该类滑坡的发生。比较滑面上的剪应力和抗剪强度发现，自前滑坡破坏从坡脚开始，向后逐步扩展，表明该类滑坡具有牵引式破坏特点。

基于鹤峰乡场镇滑坡地质模型，利用有限差分法FLAC3D分析库水作用下滑坡体和挡墙结构的相互作用，得到了较好的数值模拟结果。研究结果表明：①挡墙墙踵处产生局部拉应力；②剪应变增量沿挡墙和基岩的“薄弱接触面”由墙背向墙面推移式发展（即呈“>”发展模式）；③滑坡体和挡墙有共同的变形趋势，上部变形大，下部较小，位移等值线相互平行以及浅层滑坡对挡墙造成“层状破坏”；④滑坡发生浅层滑移，滑坡和挡墙的稳定性降低。提出以位移指标评价库水条件下挡墙的抗滑稳定性和抗倾覆稳定性，并确定挡墙的临界宽度，在此基础上对挡墙结构进行优化设计，提高滑体和挡墙的稳定性，其结果为地质灾害的防治和工程设计提供理论指导。