基于非饱和土双应力状态变量抗剪强度统一解，合理考虑中间主应力效应，建立了非饱和土库仑主动土压力统一解，并对其进行可比性分析，将其计算结果与非饱和土朗肯主动土压力统一解进行对比，得出各因素的影响特性。研究结果表明，中间主应力和基质吸力对库仑主动土压力的影响显著，随统一强度理论参数和基质吸力的增加，库仑主动土压力不断减小直至为0，证明了考虑中间主应力可以充分发挥材料的自承载能力和强度潜能，具有可观的经济效益；库仑主动土压力随墙背倾角与填土倾角的增大而增大，随有效内摩擦角和基质吸力角的增大而减小，外摩擦角的影响不显著。非饱和土库仑主动土压力统一解具有更广泛的适用性，朗肯主动土压力统一解为其特例，其结果对边坡、基坑等工程的土压力确定和支挡结构设计有很好的借鉴作用。

抗拉强度是黏性土重要的力学指标之一。自行研制了简易土工拉伸仪，并通过试验确定了合适的制样方法。在此基础上，对具有胀缩性的武鸣红黏土和百色膨胀土分别进行试验，探讨了其抗拉强度与干密度、含水率、干湿循环次数等影响因素的关系，研究结果表明：两种土的抗拉强度-含水率曲线在饱和度接近66%时出现峰值，该峰值对应含水率接近最优含水率，峰值两侧呈指数关系变化，抗拉强度随含水率的变化规律受土中水的形态影响。抗拉强度随干密度的增加而线性递增，增加幅度显著。抗拉强度随干、湿循环次数增加而衰减，1～2次循环时，强度衰减幅度最大，但3次循环后，趋向于一稳定值，稳定值为初始值的20%左右，土体干、湿循环后抗拉强度降低是微结构劣化的结果。

基于虚土桩模型，分析了层状地基中桩端土性对单桩沉降特性的影响。首先，以虚土桩扩散角反映桩端土层应力扩散效应，将桩端一定锥角范围内由桩端至基岩面的土体视为虚土桩，并根据其变截面特性，将虚土桩沿纵向划分为有限个微元段。然后，对桩及虚土桩桩侧土体采用理想弹塑性荷载传递模型，利用荷载传递法，推导了层状地基中以桩侧土塑性发展深度为变量的单桩荷载-沉降递推计算方法，并进一步得到了桩身轴力及桩侧摩阻力递推计算式。在此基础上，给出了荷载传递模型参数选取方法，并分析了虚土桩临界深度的影响因素及由实测荷载-沉降曲线反演虚土桩扩散角的可行性。最后，利用该方法分析了桩端沉渣和软弱下卧层对荷载-沉降曲线的影响。结果表明，考虑桩端土层应力扩散效应时，通过计算得到的桩顶及桩端荷载-沉降曲线与实测曲线吻合较好；当桩端存在沉渣或软弱下卧层时，采用虚土桩模型的单桩沉降计算方法可以在一定程度上反映沉渣特性及软弱下卧层埋深等因素对桩顶荷载-沉降曲线的影响。

吹填地基真空加固过程中，吹填土由液体泥浆变为固态土体，其孔隙降低非常大。由于土体的渗透性和压缩性是孔隙比的函数，因此，吹填土在固结过程中固结系数变化很大，而现行设计方法中固结系数取为常数，这导致预测结果和实际结果差异较大。为考虑固结过程中孔隙变化对固结过程的影响，推导了真空荷载作用下土体固结系数与有效应力的关系，并将该关系应用于巴隆固结理论，从而建立吹填土地基真空固结分析模型。通过室内模型试验，验证了该模型的合理性。计算结果表明，考虑孔隙变化的影响时，吹填土地基前期固结速度快，而在后期逐渐变慢。由于排水面附近土体渗透系数迅速降低，阻碍了周围土体中孔隙水向排水面排出，因此，与现行固结设计方法计算结果相比，吹填土地基后期固结速度慢，总体固结时间长。

沉积物与流体流动的性质是影响水合物形成和聚集的两个重要因素，为研究水合物在沉积地层中的赋存机制必须探明高压环境下含水合物沉积物在非饱和渗流条件下的相互影响关系。以逸度差为水合物反应驱动力，反应动力学常数为Arrhenius类型，建立了包括非饱和流体流动-沉积物特征-水合物形成动力学耦合的二维模型，从理论上研究了多孔介质内流体与沉积物参数如含水率、去饱和系数、水力分布和水合物饱和度等在孔隙内的相互影响规律。结果表明，在设定的条件下，随着反应的进行孔隙水压力随时间逐渐大，在相同条件下水合物饱和度与温度增加导致孔隙水压力变大，其中水合物饱和度的影响较小，而沉积物基质吸力、去饱和系数与本征动力学常数则与孔隙水压力成反向变化，其中本征动力学常数的影响较大。

为了研究含倾斜非盐夹层盐岩体的变形与破损特性，开展了含倾斜夹层盐岩试样的单轴、三轴压缩试验，并结合复合岩体破坏的理论分析，探讨了界面黏结应力的变化规律及其影响因素，揭示了倾斜层状盐岩体变形与破坏特征及其机制。研究表明，倾斜夹层对盐岩体的变形与破损具有显著影响。夹层各部破损形式与其所处位置有关；裂纹在界面处最先萌生、进而扩展到夹层和盐岩层；试验观察到盐斑的穿晶断裂现象并揭示了其力学机制；夹层厚度影响着盐岩体整体性能和破损特性，相对于薄夹层、中厚夹层更容易形成宏观裂纹；围压作用减少了夹层不同部位的破裂形态差异及界面黏结应力差异。该结果为含地层倾角盐岩矿区储气库的造腔优化及其稳定性、密闭性分析提供了理论参考，建议造腔前应优选地质层段，以同时满足稳定性和密闭性要求。

石灰土在公路等工程中应用很广泛，随着公路改扩建等工程的迅速增多，面临如何处理与利用废弃石灰土的难题。通过对比分析素土、石灰土、重塑石灰土的压缩、强度等力学指标，探讨重塑石灰土的力学特征。结果表明，重塑石灰土压缩系数与石灰土相比提高了2～3倍，无侧限抗压强度损失了30%～40%，内摩擦角增大了1.2倍，黏聚力降低了40%。提出用劣化系数评价重塑石灰土的力学特性劣化程度，并从石灰处治红黏土的团粒化、碳化、灰结机制等角度分析了重塑石灰土性能劣化的本质原因。与素土相比，石灰土的黏粒（d <0.002 mm）含量减少而粗粒（d >0.074 mm）含量增加，从而提高了石灰土的内摩擦角。但重塑过程则破化了石灰土中的胶结结构致使重塑石灰土的黏聚力降低，从而影响重塑石灰土的其他力学性能指标。

沉井侧壁摩阻力的大小和分布是沉井结构设计以及助沉方法选择的依据。目前，其计算方法带有较强的经验性，计算结果与实际情况往往存在较大差异。为了进一步认识和掌握其分布规律，研制了能够直接测量沉井侧壁阻力的微型摩阻力仪，并对其准确性、稳定性和可靠性进行了验证；然后，利用该仪器以及静态应变测试系统等电测设备开展沉井下沉阻力的模型试验。试验表明：随着入土深度的增加，沉井侧壁摩阻力的变化特征可分为3个阶段，在第1阶段，侧壁摩阻力随深度的增加接近线性增加；在第2阶段，随着深度的增加，侧壁摩阻力总体仍是上升的，但其上升速率则有所降低，在下沉一定深度后，摩阻力达到峰值；在第3阶段，侧壁摩阻力随入土深度的增加而逐渐减小。运用极限分析理论，对上述变化规律的原因进行了分析。上述试验及分析成果可作为现场原位测试数据的补充，两者共同为沉井下沉阶段的侧壁摩阻力计算研究提供基础数据支持。

剪胀性是土特有的一种材料属性，而准确地描述砂土的剪胀性则是建立砂土本构模型的重要基础。大量常规三轴试验发现，在以相同加载条件下剪切时密砂和松砂会表现出完全不同的剪胀性和应力-应变关系特性，说明砂土的剪胀性不仅与其所处的应力状态有关，也与其物理状态相关。状态参量理论很好地解释了砂土所处应力状态和物理状态对剪胀性的共同作用。空心扭剪三轴试验仪可以实现不同主应力方向的单调剪切试验。试验结果表明，当砂土以不同主应力方向单调剪切时，即使处于相同初始应力条件和物理状态，砂土也会表现出不同的剪胀性，说明了主应力方向也是决定砂土剪胀性的重要条件。本文通过分析试验中主应力方向对砂土剪胀性的影响，提出了一个含有主应力方向的状态参量，并建立了相应的剪胀方程。通过与试验数据的对比，验证了该方法的正确性和准确性。

对典型岩石摩擦滑动试验装置进行了改进，以8种硅酸盐岩作为研究对象，在低正应力条件下对岩石摩擦滑动过程中的静摩擦系数进行了试验研究。对滑动表面形貌进行了表征，从统计学角度分析了粗糙度对静摩擦系数的影响，并基于滑动表面微凸体（凹凸体、微观粗糙度）对这一影响作进一步分析。研究表明：滑动面为抛光面时，千枚岩、石英岩、岩屑砂岩和石英砂岩的静摩擦系数为0.38～0.47，砾岩、含砾粗粒石英砂岩、中粒岩屑砂岩和中粒石英砂岩的静摩擦系数为0.83～1.07；在粗糙度中，轮廓最大谷深Rm和轮廓最大峰高Rp两个参数导致摩擦滑动中产生不同静摩擦系数，且随着这两个参数的增加，静摩擦系数呈指数规律增加；千枚岩、石英岩、岩屑砂岩和石英砂岩滑动表面的微凸体数量较少，砾岩、含砾粗粒石英砂岩、中粒岩屑砂岩和中粒石英砂岩滑动表面的微凸体数量较多，随着微凸体数量的增加岩石摩擦滑动过程中的静摩擦系数增加。

基于综合结构势理论，通过自主研发的真三轴仪，研究了原状黄土、重塑黄土和饱和黄土的应力-应变关系和土的结构性变化规律，针对反映黄土变形过程结构性演变的应力比结构性参数，揭示了不同含水率黄土结构性参数与广义剪应变关系随固结压力、应力路径的变化规律，建立了数学描述模型，同时验证了真三轴仪和应力比结构性参数的可靠性。结果表明，土的状态不同，其应力-应变关系存在明显差异。原状土更易呈现应变软化或双曲线特性，而重塑土或饱和土更易呈现双曲线或应变硬化特性。随着剪切变形和含水率的增大，土的结构性均逐渐减小，而固结压力? c和中主应力参数b值也会影响土的结构性变化规律。提出的结构性参数的拟合公式与理论和试验结合吻合较好，可推广工程应用。

针对高放射性核废物地下处置库近场饱和裂隙岩体环境，提出一种由分布热源、饱和单裂隙和两侧无限大岩石构成的三维水流-传热简化模型，建立了控制微分方程和基于拉氏变换域格林函数的积分方程；采用矩形单元把裂隙面域离散化，利用极坐标下的解析方法计算包含奇点的单元积分，利用数值方法计算分布热源和不包含奇点的单元积分，建立拉氏变换域的线性代数方程组，求解后，利用拉氏数值逆变换，计算任意时刻裂隙水和岩石的温度分布。对两个无内热源、流场确定的计算模型进行了计算，与仅考虑岩石沿裂隙面法向一维热传导的解析解进行了对比。计算分析了分布热源作用下饱和单裂隙岩体的三维水流-传热特征及其对裂隙水流速、岩石热传导系数和热源热流集度的敏感度。计算结果表明：与直接采用高斯数值积分相比，提出的解析法奇异积分精度较高；就裂隙水温度而言，单裂隙岩体三维水流-传热半解析计算方法与解析法得到的结果基本一致，但由于半解析计算方法考虑了岩石的三维热传导，使得裂隙水的上游温度较低，而下游温度较高；无分布热源作用时，岩石热传导系数越大，裂隙水温度越低；裂隙水流速越大，裂隙进水温度对裂隙水和岩石温度分布的影响越明显；由于受到裂隙水流动传热的作用，分布热源对裂隙水温度和岩石温度的影响在裂隙水流的下游区域比较显著。

采用复合材料力学分析方法，针对规则节理岩体考虑坐标转换及刚度系数，建立各向异性等效弹性参数的解析公式。通过算例证明了解析公式的可行性，同时对规则节理岩体等效参数规律性进行了研究，分析在不同的节理刚度比值下等效弹性参数的变化规律。结合白鹤滩坝址区柱状节理岩体特征，探讨了其等效弹性参数取值和各向异性特征。研究表明：所采用方法在刚度取值相等时岩体可退化为各向同性介质，且该方法计算结果与实测结果较为吻合；同时发现柱体偏转对等效弹性参数的影响较大，偏转后水平向和铅直向弹性模量分别降低约54%和17%，根据曲线规律性，偏转角度越大，降低程度越高，等效弹性参数的曲线变化反映了其具有明显的各向异性特征。

从力学相似性的角度进行多年冻土斜坡路基失稳变形离心模型试验，分析最大融深状态下冻土斜坡路基土层性质、高度以及地基坡度对其稳定性的影响规律，研究冻土斜坡路基失稳变形特性、失稳机制及模式，将片石路基与普通路基进行对比分析。试验结果表明，冻土斜坡路基土层力学性质、路基高度和地基坡度对其稳定具有显著影响，路基的变形在冻融交界面发生骤变，变形主要集中在冻融交界面之上的土层；在本试验条件下，多年冻土斜坡路基合理高度约为5 m；当斜坡路基高度为5 m时，地基坡度大于1: 6，路基横向变形迅速增大；冻土斜坡路基的沉降和横向变形表现出较大的不均匀性，冻土斜坡路基变形失稳的根本原因是冻融交界附近软弱带的抗剪强度不足，阳坡冻融交界面之上的土层沿软弱带滑移破坏；路基破坏可分为浅层开裂破坏、深层开裂破坏和整体滑移破坏3种；冻土斜坡片石路基的水平位移和沉降明显小于普通路基，片石路基具有较好的整体稳定性。

近年来频发的地质灾害使得深入研究大坝堆石体受力变形机制显得愈发迫切和重要。针对堆石颗粒具有形状极其不规则、咬合作用突出的特点，编写了一个简单易用的程序来随机生成形状不规则的数值颗粒。以正四面体为核，按照晶胞繁衍的方式，生成堆石的仿真颗粒集合体。模拟排水剪切条件下的大三轴试验，通过分析数值试验过程中细观参量的变化规律，探讨三轴剪切条件下堆石体变形的细观机制。分析表明，按照晶胞繁衍法生成的数值颗粒与圆颗粒相比能更好地模拟堆石，由颗粒簇形成的咬合力能形成更真实的力-变形关系；数值试验得到的应力-应变曲线和体变曲线与室内三轴试验结果基本一致；颗粒的破碎速率是联系堆石体宏、细观力学性质的重要纽带，通过分析堆石体颗粒破碎4个阶段细观参量的变化规律，深化了对堆石体变形机制的认识。

基于极限分析的上限定理，提出一种土石坝极限抗震分析的新方法。该方法假定土体为理想刚塑性材料且满足相关联流动准则，将土石坝坡滑动体划分为若干水平土条，计算各滑动土条的外功率与内能耗散，然后通过能量平衡条件，利用优化算法确定土石坝的极限抗震能力。运用所提方法，对一典型心墙土石坝进行极限抗震能力分析，研究了水平条分数以及抗剪强度参数对极限抗震能力影响。计算结果表明，水平条分数对滑裂面形状影响较大而对大坝极限抗震能力影响较小。当水平条分数增加到一定数目时大坝极限抗震能力最终趋于一个稳定值。同时，堆石料的抗剪强度对大坝极限抗震能力影响较大。通过与传统的极限平衡法对比，验证了所提方法的正确性与可行性。

静止土压力系数是岩土工程领域中一个至关重要的参数，是确定水平场地的应力状态和计算静止土压力的基础。但目前对静止土压力系数的研究还不够。对自然堆积而成处于临界状态的砂堆内应力状态进行分析，推导出自然固结土的静止土压力系数的理论表达式，并与砂性土静止土压力系数表达式k0 =0.95-sin?和黏性土静止土压力系数表达式k0 = 1-sin?进行对比，结果表明，推导的静止土压力公式与砂性土常用表达式非常吻合，与黏性土常用表达式存在一定偏差。文中给出的静止土压力系数公式和推导，较为科学合理地阐述了常用静止土压力系数的由来，有效弥补了当前这块研究的空白，为静止土压力系数的室内、现场试验和经验公式的推导提供了理论支撑，起到了一定的推进作用。

在扫描电镜法（SEM）图像二值化基础上，建立了以颗粒体面积为变量的面积累计曲线表示方法，进而建立了该曲线的曲率系数和颗粒体面积分布特点的不均匀系数。基于瓜州砂质粉土和天津黏土的SEM图像，分析了不同面积比对应的颗粒体特征。研究表明，砂质粉土和黏土的颗粒体面积累计曲线、曲率系数和不均匀系数具有明显的差异性。砂质粉土的颗粒体面积累计曲线是一条平滑的曲线，表现为不良级配土的粒径分布特点；而黏土的颗粒体面积累计曲线具有明显的台阶，表现为某粒组缺失的粒径分布特点。另外，砂质粉土的颗粒体面积累计曲线曲率系数和不均匀系数均明显大于黏土的对应系数。该分析方法可以用来量化不同土的SEM照片之间的差异，从而为岩土微结构的定量化研究提供了一条新的思路。

高速铁路路基上的轨道以及附近区域的结构物承受低幅值、高循环振动荷载的反复作用。在此低幅值、高循环荷载作用下土体会产生不可恢复的应变累积，导致轨道及附近区域结构物发生附加沉降。当前，描述土体的循环变形特征的理论分为两类：一类是基于经典塑性理论的应力-应变滞回模型（例如边界面模型），另一类是基于循环三轴试验经验规律的应变累积模型（例如Bochum累积模型）。为了能够预测土体在低幅值、高循环荷载作用下的应变累积行为，在前人对土体在低幅值、高循环荷载作用下大量试验研究的基础上，在经典弹塑性理论的框架下，提出一个土体在低幅值、高循环荷载作用下的应变累积模型。该模型通过用对数律来描述塑性体应变的累积规律，并以此作为应变累积的大小度量，然后通过修正Cam-clay模型的流动准则来描述应变累积的发展方向。最后，通过多组试验结果的模拟，表明所提出的应变累积模型能够较好地预测土体在低幅值、高循环荷载作用下的应变累积行为，具有广泛的应用前景。

汶川地震路基震害调查表明，在顺层或堆积体边坡中的桩板式抗滑挡墙具有良好的抗震性能。为了更好地了解该结构的抗震性能和优化抗震设计方法，以大型振动台模型试验为手段对其进行研究。为明确地震作用下桩板式抗滑挡墙的地震响应特性，试验采用缩尺的卧龙台站实测地震波对模型激励。试验结果揭示了土压力沿桩身分布规律、桩体位移和边坡岩土体加速度的地震响应特征。研究表明，地震土压力沿桩身呈非线性分布，竖向地震荷载对水平加速度有放大效果。所以，双向加载时的地震土压力比水平单向加载时大，但二者差距在地震基本烈度VII、VIII度区域不显著。滑坡推力、滑床对桩的土体抗力和桩身位移均与输入地震动峰值加速度成正比，即随着地震动峰值加速度的增加，加速度放大比增大；滑动面材料剪切强度折减，滑坡推力、土体抗力和抗身位移均增大，且增大速率加快。此外，结合试验成果，建议了桩板式抗滑挡墙设计时地震综合影响系数Cz的合理取值，对应地震基本烈度VII、VIII、IX度区分别为0.2、0.35、0.4。试验结果有助于揭示该结构抗震机制，也为其抗震设计提供了可靠依据。

针对垃圾焚烧飞灰安全处置技术要求，采用水泥对其进行固化、稳定化处理，研究了不同水泥添加量、不同养护时间和渗沥液浸泡时间对固化体无侧限抗压强度及破坏特性的影响，并对垃圾渗沥液的侵蚀机制进行了分析。结果表明：当水泥添加量小于5%，养护时间小于3 d时，飞灰固化体在渗沥液浸泡下迅速解体，垃圾渗沥液的侵蚀对飞灰固化体的强度有较大的影响，浸泡后的固化体呈现出明显的应变软化特征，而未经浸泡的固化体的强度增长符合y=a[1-exp(-bt)]模式。随着水泥添加量及养护时间的增加，飞灰固化体无侧限抗压强度增加，破坏应变减小，而随着浸泡时间的增加，飞灰固化体的无侧限抗压强度先增大后减小，转折点大约在5～7 d，破坏应变近似呈线性增大。渗沥液对飞灰固化体的侵蚀主要是其成分抑制了固化体水化反应和破坏了水化产物。研究成果可为垃圾焚烧飞灰的安全处置技术提供理论依据和参数支持。

针对管幕预筑法中深埋顶管顶力进行理论和实测分析。顶管顶力与垂直土压力密切相关。参照隧道开挖中垂直土压力的计算方法，常用的垂直土压力计算理论有：普氏理论和太沙基理论。在详细分析了这两种垂直土压力计算理论的适用性和缺陷之后，结合普氏理论和太沙基理论，提出了改进的垂直土压力计算理论公式，并编写MATLAB程序计算改进理论公式的数值解。改进理论既考虑了土拱效应，又考虑了拱下土体的挟持力，更符合实际土体变形情况。将普氏理论、太沙基理论和改进的理论应用于沈阳地铁新乐遗址站管幕预筑法顶管工程中，计算不同深度的两根大埋深管道顶力，并把计算与实测结果进行比较，发现普氏理论和太沙基理论计算结果都远大于实测值，改进理论计算结果稍大于实测值，更适合于深埋顶管顶力估算。

基于复合地基-上部结构相互作用的静力分析已取得一定的研究成果，但其在动力荷载作用下，特别是地震作用下的动力响应却相当匮乏。首先借助有关试验通过ABAQUS和EERA的模拟分析，验证了基于Drucker-Prager屈服准则的弹塑性模型能较好地反映土体非线性动力特性以及采用有限元与无限元耦合的方法对土体无限边界的模拟。在此基础上，针对实际问题建立了刚性桩复合地基-筏板-上部结构体系整体有限元模型，对其进行动力弹塑性时程分析，并讨论了该复合地基与桩基对地震响应的差异。深入研究了不同强度地震作用下，刚性桩复合地基的工作机制，包括桩体、褥垫层、筏板的动力响应以及上部结构的地震反应和抗震性能。结果表明，小震时褥垫层基本没有减震效果，大震时复合地基的抗震性能优于桩基。地震越强烈，减震效果越明显，但作用有限，减震系数一般在0.8以上，可为工程实践提供参考。

杭州地铁1号线在勘察过程中发现很多区段在埋深15～35 m的土层中存在一定压力的浅层气，浅层气的存在不但对勘察的安全实施构成一定的威胁，而且会影响地铁构筑物的正常施工，如果采取的防治措施不当，还会进一步威胁到地铁的后期运营。浅层气问题是杭州地铁1号线建设中遇到的难题之一，但目前国内外在地铁建设中大范围遇到浅层气的实例还比较少，防治浅层气危害的方法和积累的经验都十分有限。在综合分析研究杭州地区浅层气和含气土层工程特性的基础上，考虑杭州地铁工程不同建设阶段的特点，结合在实际工程的经验，以及室内试验和监测结果，提出有针对性的危害防治对策，为地铁工程建设和后期运营的安全提供帮助，也可为类似地区地下工程的建设提供参考。

针对某病害站场路基，根据其变形规律对其基础进行补勘，分析病害原因，在此基础上提出岩溶地基加固补强方案：①补注浆加固岩溶地基和基岩顶面土体；②高压旋喷加固补强原复合地基；③低压注浆加固垫层及其以上3～5 m路基填土层；④侧向补注浆帷幕加固地基；⑤建立路基变形监测系统，评估加固补强效果。加固补强后地基沉降量和复合地基承载力特征值的理论计算值分别为12.4 mm和455 kPa，满足设计要求。现场监测结果表明，补注浆加固岩溶地基及其顶面土体后，站场路基变形减缓；旋喷桩和低压注浆加固区竣工后，路基呈均匀性沉降变形，变形速率急剧变小；竣工6个月后，路基变形趋于稳定，综合验证了加固补强方案的正确性和有效性。

应用“源汇法”理论，推导了双圆盾构隧道土体损失产生的三维附加应力计算公式。研究了双圆盾构机正面附加推力、盾壳与土体之间的摩擦力以及土体损失在邻近桩基上引起的总的附加荷载的分布规律。研究结果表明：在双圆盾构开挖面前方地下桩基受到挤压力作用，在开挖面后方负值附加荷载逐渐增大产生拉力，同时双圆盾构机轴线深度附近的桩基部位处产生较大的拉应力和压应力；双圆盾构机与土体之间的摩擦力在附加荷载中特别是y方向的附加荷载起主导作用；垂直于管片方向的附加荷载值较推进方向大，但影响范围小；竖直方向的附加荷载较小，靠近隧道轴线附近的桩基部位受到的附加荷载方向与两端相反，曲线呈“弓”形分布。经与数值模拟、离心试验、现场实测结果对比分析，验证了应用解析解研究双圆盾构隧道开挖对邻近桩基影响是可靠的。

危险块体的搜索及显现是现代地下矿山安全管理的重要内容，由于各种原因一直未能得到很好的解决。采用子系统映射全局的研究思路，以DXF兼容性格式文件的方式连通GeneralBlock和3DMine两款软件的应用，对地下矿山危险块体的自动搜索及系统显现集成技术进行了研究。以铜坑矿锌多金属矿体255 m和305 m水平的开拓巷道为工程背景，首先，将结构面调查数据输入GeneralBlock完成块体的分析计算，输出含危险块体的DXF格式文件；其次，将该文件导入3DMine软件，析出危险块体，并保存其实体文件；然后，将实体文件调入至3DMine巷道模型中，对危险块体进行精确定位；最后，对所有危险块体着以红色进行预警，从而实现开拓巷道中危险块体的系统显现。应用表明：利用所研发的集成技术，在255 m和305 m水平开拓巷道内，发现了可移动稳定块体27个，不稳定块体1个，顺利实现了地下矿山危险块体的自动搜索及系统显现。研究成果可为地下矿山的安全管理、灾害预警与裂隙加固等提供基本依据。

确定大直径扩底桩承载力的最直接的方法是静力载荷试验。但由于加载的困难和试验费用高等原因，静力载荷试验往往不可行。目前进行大直径扩底桩设计时通常借用建筑桩基技术规范的经验参数法，对大直径灌注桩端阻力值和侧阻力值折减确定，容易造成大直径扩底灌注桩的承载能力得不到充分发挥。结合大直径扩底桩的规范编写，对收集的完整试桩资料进行统计分析，并参考《建筑桩基技术规范》及北京、天津、浙江、福建、广东等地方给出的经验值，最终按不同扩底直径给出了端阻承载力特征值和侧阻承载力特征值的经验值表，并与各试桩的承载力实测值以及按桩基规范确定的承载力特征值进行比较，结果表明，本文建议的大直径扩底桩端阻力特征值和侧阻力特征值具有一定的可靠性和较大的适用性。

岩石边坡因其结构面数量众多、块体系统及其滑动方式复杂，给危险块体组合的搜索及其安全系数计算带来很大困难。基于块体单元法，对岩石边坡中的危险块体组合搜索及其安全系数的计算方法进行了研究。首先，在块体元强度折减计算的成果下，根据屈服面贯通理论提出搜索危险块体组合的新方法；然后，对安全系数计算方法进行研究，建议在位移突变判据下采用双线性交叉法计算安全系数；最后，进行了单面、双面和多面滑动以及复杂块体系统的算例分析，并与刚体极限平衡法计算结果进行了对比。结果表明，由于块体单元法考虑了力与力矩的平衡及结构面上应力的非均匀分布，其计算结果更准确。该方法有望广泛应用于复杂岩石边坡稳定分析。

以甘肃省266个黄土自然极限状态坡为研究对象，将其按地形地貌、地层岩性等特征划分为4个亚区，对每个亚区的极限状态坡高与坡宽进行双对数线性模型回归和不同置信度下的统计分析，给出4个亚区不同置信度下坡高与坡宽的相关关系。以1 024组黄土物理力学指标统计结果作为计算参数，用Bishop法的稳定系数计算公式建立极限状态方程，利用 Monte Carlo法对各亚区不同置信度下的边坡进行可靠度模拟，系统分析了坡高、坡度、参数变异性对失效概率的影响，以及失效概率与稳定系数的关系。结果表明，临洮-永靖亚区边坡坡度低于31.5?，失效概率可控制在10%以下；陇东亚区、兰州-定西-会宁亚区和天水-秦安-通渭亚区在强度参数变异系数取当地平均水平，稳定系数为1.3情况下失效概率在10%以内，稳定系数为1.2情况下，失效概率多在20%以内。

岩溶突涌水是岩溶地区隧道建设中的主要地质灾害之一，为有效控制岩溶隧道突水涌泥风险、确保隧道建设安全，基于属性数学理论建立了岩溶隧道突涌水危险性评价的属性识别模型。首先，根据隧址区岩溶水文地质及工程地质条件，选取地层岩性、不良地质、地下水位、地形地貌、岩层产状、可溶岩与非可溶岩接触带及层间与层间裂隙等作为属性评价的一级指标，其中不良地质情况分为含水构造、岩溶水系统和断层破碎带3个二级指标。通过对典型岩溶隧道突涌水实例的系统收集与整理分析，采用频数统计法确定一级评价指标所占权重；采用层次分析法构造判断矩阵确定二级评价指标的权重；其次，对评价指标进行属性测度分析，通过构建各评价指标的属性测度函数以计算单指标属性测度及样本综合属性测度；最后应用置信度准则对隧道突涌水危险性进行属性识别。在工程应用中，采用建立的属性识别模型对三峡翻坝高速公路鸡公岭隧道突涌水危险性进行评价，评价结果与现场施工情况吻合较好，为岩溶隧道突涌水危险性评价提供了一种有效途径。

合理的支护荷载确定方法是膏溶角砾岩深埋隧道设计和施工过程中的关键科学问题。以石太客运专线太行山隧道累计穿越4 410 m膏溶角砾岩地层为依托，通过现场支护荷载量测试验，统计得到初支围岩压力和二衬接触压力。采用泰沙基理论、比尔鲍曼理论、谢家烋理论、铁路隧道设计规范和普氏理论共5种方法分别计算围岩压力，并与现场实测值相比较。结果表明：围岩压力以竖向为主，泰沙基理论值与现场实测统计值最为接近；围岩压力在竖向、水平分布模式不同于传统计算方法，推荐竖向压力采用双峰型或均匀分布，水平压力采用折线型分布；初支和二次衬砌共同承担荷载，二衬分担比例为50.1%。研究成果可为高速铁路膏溶角砾岩以及类似地质条件深埋隧道修建提供参考。

西南高山峡谷地区，大型滑坡体分布广泛，降雨作用下极易产生失稳。古水水电站争岗特大型滑坡堆积体方量高达4 750×104 m3，存在多处厚度超过50 m 的超深层滑坡。2008年强降雨导致滑体变形再次启动并加剧，依据野外勘测，首先对地质结构和水文条件进行了分析，基于此对降雨入渗机制和稳定性现状开展了定性评价，认为降雨引起了滑体材料强度降低，整体处于沿贯通底滑面蠕滑变形的状态，须开挖加固治理。其次，运用饱和非饱和渗流理论，对降雨条件下滑体开挖治理前、后渗流特性进行了定量研究，揭示了入渗引起滑动变形的动态机制，并对稳定性和治理措施进行了评价，提出了有效的排水措施。结果显示，入渗引起土体饱和，形成浸润线并出现滞水现象；治理前滑体局部和滑带处滞水严重，雨停4 d后，滞水层厚度最高达6 m，此时稳定性最差；治理后滞水层明显减小，稳定性显著提升。其结果真实地反映了滑体稳定性现状与规律，与现场勘查相吻合。治理措施亦有显著效果，依据滞水层分布位置，提出相关排水措施，更有利于保持其稳定性。研究成果可为类似工程问题提供有意义的参考。

针对深部厚顶煤巷道围岩变形特点，以“先控后让再抗”为支护理念，设计了让压型锚索箱梁支护系统横梁、纵向单梁、纵向双梁及纵横组合4种不同布置方式的支护方案。数值试验结果表明，纵横组合方案具有最好的围岩控制效果，横梁方案支护效果相对较差。对让压型锚索箱梁支护系统的4种方案进行了现场试验，监测结果显示，纵横组合方案作用下的围岩变形量最小，其两帮移近量和顶板沉降量仅为120 mm和90 mm，同时该方案支护反力最大；锚杆、锚索受力与巷道围岩控制效果相对应，且锚索让压环作用明显；设计制作的测力箱梁监测表明，箱型支护梁受力合理协调，材料性能发挥充分。对让压型锚索箱梁支护系统及其不同布置方案的作用机制进行了探讨。综合分析表明，深部厚顶煤巷道中，优先选用让压型锚索箱梁支护系统中的纵横组合与纵向单梁方案，可有效地控制巷道围岩变形，满足支护要求。

提出一种多向荷载作用下层状地基中刚性桩筏基础的计算方法。基于剪切位移法，采用传递矩阵形式分析了竖向荷载下桩顶面-桩顶面相互作用；引入修正桩侧地基模量，采用有限差分法分析了水平荷载下桩顶面-桩顶面相互作用；基于层状弹性半空间理论，分析了多向荷载下桩顶面-土表面、土表面-桩顶面、土表面-土表面的相互作用关系。建立了桩土体系柔度矩阵，得到了多向荷载下层状地基中刚性桩筏基础的受力和变形的关系以及桩的内力和变形沿桩身分布规律。通过与有限元对比，验证了该方法的合理性和修正地基模量的优越性，并对多向荷载作用下的桩筏基础进行了计算分析，计算结果表明，水平力将会引起桩筏基础的倾斜。

基于搜集的国内多座土石坝堆石料的动力试验成果，研究了堆石料的振动残余变形特性。在整理试验数据过程中，尝试对沈珠江模型进行改进，改进模型充分考虑固结比对堆石料振动残余变形特性的影响，并能更好地拟合试验数据。通过对理想面板堆石坝进行地震动残余变形计算，对比分析了与沈珠江模型、孔宪京改进模型以及凌华改进模型的异同，阐述了本次改进模型的合理性。此外，在统计大量试验数据的基础上，给出了 - 与 - 关系曲线的平均线及上、下包络线，采用该统计曲线对理想面板堆石坝进行了地震残余变形敏感性分析。计算结果表明：参数c4、c5对坝体残余变形影响较大，参数c1、c2影响程度较小；选取均值曲线参数可应用于缺乏动力试验的中小型土石坝抗震设计。

采用离散元商业软件PFC2D对7种重力场下静力触探试验进行了对比分析试验，以研究高、低重力场下静力触探试验的异同点。数值试验结果表明：不同重力场下土体受静力触探贯入主要影响区域不同，低重力场下主要是上部土体受到影响，高重力场下主要是下部土体受到影响；归一化贯入阻力的最大值和稳定值、归一化球应力和偏应力的最大值均与重力加速度的倒数呈线性关系，均随重力加速度倒数的增加而增大；土体经历了明显的加载、卸载过程，重力加速度越小，加载、卸载现象越明显，同一重力加速度下上部土体加载、卸载程度大于下部土体。

人工地层冻结技术被广泛应用于地下工程施工中。冻结温度场的计算是人工冻结法理论研究的基础，也是冻结施工设计的重要依据。人工地层冻结施工常使用环形单圈冻结管冻结，而至今尚无关于其温度场的解析解。基于水-热异类相似原理，根据传热过程与地下水流动相似的特点，利用保角映射、汇源反映和势函数叠加原理，类比推导了环形单圈冻结管稳态温度场解析解，并用热学数值模拟方法加以验证，同时提出了简化的解析公式。结果表明，解析解计算结果与数值模拟结果较吻合，其简化公式得到的结果与原解析公式基本一致。在解析公式的基础上，经过简化，反推得到外部冻结壁厚度公式。解析解、简化公式以及厚度公式可为环形单圈冻结施工与设计提供理论的依据与指导。

我国西部地区地势复杂，高山峡谷众多，特殊的地质地貌发育了大量滚石山地灾害，严重威胁山区人民的安全。一般认为，采用棚洞结构进行滚石灾害防治是最为有效的工程措施，然而，滚石对棚洞的冲击是一个复杂的动力过程，尤其表现在滚石与棚洞顶板的瞬态接触过程中。而目前国内外对此缺乏合理的计算方法，严重制约滚石棚洞结构的工程应用。为此，结合Olsson为求解正交各向异性复合板冲击问题所提出的动力控制方程，针对目前接触准则给出的接触定律与实际往往不符所带来的缺陷，通过引入数值压痕试验手段，提出了一种滚石冲击钢筋混凝土（RC）板动力响应问题的理论方法。结合算例，将该方法与Herzt理论解、动力有限元解进行了比较，结果表明：Herzt弹性理论解未考虑结构塑性变形影响，导致滚石冲击力偏大；而该方法得到的理论解与动力有限元计算结果较为接近。该方法不仅可用于滚石冲击荷载下棚洞RC板动力响应分析，同时为压痕试验在土木工程中的应用提供了一种有效的数值分析方法。

首先采用DDARF(discontinuous deformation analysis for rock failure)分析方法对双裂隙岩块进行单轴和双轴压缩模拟试验，研究了裂隙角度和侧向应力大小对岩块特性的影响，得到了裂隙岩块在这两种加载试验中的破坏过程、应力-应变曲线以及岩块中裂隙的起裂应力和岩块的峰值强度。在双轴压缩模拟试验中绘制了裂隙角度为45°的岩块在不同侧向压力下的强度包络线。其次，采用DDARF分析方法模拟劈裂试验中含裂隙试块的锚固效果，得到了4种不同锚固角度试块的轴向荷载–位移变化曲线和裂隙扩展规律。模拟结果与前人的类似条件下的试验结果相符良好。随后又将双裂隙试块双轴压缩模拟试验中得到的参数运用到一个地下洞室的工程实例中，用等效力学特性的方法分析对比了完整岩体和节理岩体洞室开挖完成后的破损状态的差异。最后运用DDARF分析方法研究了随机生成4组节理岩体的地下洞室的稳定性，得到了洞室节理围岩的裂隙扩展过程。同时通过对关键点位移的监测分析了锚杆的锚固效应。

基于多相孔隙介质弹性理论，给出了非饱和土中不同弹性波的传播方程。根据分界面上的边界条件，建立了各势函数波幅值之间的关系式，讨论了入射剪切波在不同饱和度土层分界面上的反射与透射问题。在无限空间非饱和土体中存在3种压缩波和1种剪切波，因此，当剪切波传播到不同饱和度的非饱和土层分界面上将分别在上、下土层激发产生4种反射波和4种透射波。推导出不同反射波和透射波的振幅比例系数和能量比例系数的理论表达式，并且在此基础上进行数值分析。在数值算例中分别研究了各反射波与透射波的能量比例系数（即能量反射率和能量透射率）受入射频率、入射角度以及上、下土层土体饱和度变化的影响情况。计算结果表明：各能量反射率和能量透射率不仅与入射角和入射频率有关，而且其受上、下土层饱和度变化的影响也同样不能忽视。

依据弹性波理论，应力波斜入射线弹性节理时会发生波场分解。根据入射、透射及反射各波形的不同到时，运用离散元软件UDEC模拟应力波在含倾斜节理岩体中的传播并计算其透射、反射系数，并分析其波型转换规律。应力波斜入射单节理时，模拟得到的透射、反射系数随节理刚度、入射角度的变化规律，与已有的理论解是吻合的。应力波斜入射一组平行节理时，随着节理间距的增大，其同类波的透射系数Tpp、Tss先增大后减小，最后趋于稳定值；节理条数越多，Tpp、Tss越小。此外，不同条数的节理，透射系数达到最大值的临界节理间距值基本一致，但趋于稳定时的节理间距值随节理条数的增加而逐渐增大。

考虑冻土的非线性断裂力学特征，基于现有J积分测试方法，提出了一种新的冻土非线性断裂韧度的测试方法——修正因子法。在传统方法中J积分可以写成如下表达：J =Je +Jp，其中Je为J积分的线弹性分量，Jp为J积分的塑性分量。Je的计算相对简单；但计算Jp相对困难，原因是其中的参数Up难于确定。为了使计算简单，可将塑性分量改写为Jp =qJe，J积分则改写为J=(1+q)Je，q称为塑性修正因子。该方法通过循环加、卸载试验得到非线性载荷-位移曲线（P-Δ曲线），并由载荷与位移的增量确定修正因子，在获得线弹性分量Je基础上，获得冻土非线性断裂韧度。采用该方法进行了冻土非线性断裂韧度测试，并将测试结果与相关文献结果进行比较，证明了该方法的合理性和有效性。