管涌的发生、发展过程是土骨架相在渗流作用下侵蚀为可动细颗粒相，并随水相在孔隙通道中运移流失的过程。在该过程中，渗流与侵蚀相互耦合，相互促进，水相、土相、可动细颗粒相互作用，因此，管涌过程是一个多场、多相耦合的高度非线性的动态过程。现有的管涌试验结果表明，只有当水力梯度大于起始水力梯度时，细颗粒相才会随水相从土体中运移流失，土体才会发生管涌侵蚀，且管涌稳定后土体的孔隙率（稳定孔隙率）和水力梯度之间存在对应关系，根据该结果，提出管涌稳定孔隙率的概念，修正传统的渗流侵蚀本构方程，建立多孔介质中三相耦合的修正的渗流侵蚀管涌控制方程。最后，针对特定应力状态下的土体建立稳定孔隙率和水力梯度之间的对应关系。基于Galerkin有限元法编制有限元程序，在轴对称情况下对该土体的管涌过程进行数值模拟。结果表明，修正后的管涌控制方程能更全面地描述管涌发生、发展直至稳定状态的特性。

脆性颗粒材料的多尺度模型一般包含微观尺度的基本粒子、细观尺度的颗粒和宏观尺度的颗粒堆积体3个尺度。基于离散元方法（DEM）构建多尺度模型，并将该模型应用于动态加载。首先，对多尺度模型所涉及的两种接触模型和两种黏结模型的参数进行分析，详细讨论微细观模型参数与宏观材料常数之间的联系。然后，选用Hertz-Mindlin接触模型[1]和平行键黏结模型，建造石英砂的动态多尺度模型。通过选择合适的强度和局部阻尼参数发现，模型宏细观尺度上的动态压缩响应与对石英砂的相关试验结果吻合很好。利用多尺度模型和选定的参数，探讨与动态加载密切相关的局部阻尼机制对多尺度模型各个尺度上力学响应的影响。结果表明，阻尼越大则颗粒材料对波的衰减能力越强，但过高的阻尼会使团簇强度和模型的宏观压缩曲线都表现出异常的加载速度效应（后者实际是阻尼引起的微惯性效应）。另外，高阻尼会过度衰减颗粒破碎过程产生的应力波，从而阻碍颗粒破碎。最后，应用改进的动态多尺度模型，对脆性颗粒材料的动态破碎特性进行研究，发现该模型不但能给出与试验相吻合的颗粒级配曲线，还能揭示出颗粒破碎过程中微裂纹分布的空间不均匀性，即颗粒破碎过程中波的产生机制和衰减机制相互作用导致的微裂纹聚团分布的现象。

饱和局部非均匀土在动载作用下力学响应的研究一直是动力学领域的难点，如何描述非均匀介质的局部结构，衡量其对宏观孔压产生和消散的影响，目前尚无成熟的理论模型和分析方法。基于有关局部非均质土波动理论的最新研究成果，建立能够描述局部结构对孔压增长和消散过程影响的动力学模型。针对周期荷载作用下的一维饱和岩土层，获得孔隙水压分布的解析解。分别以松弛时间和荷载频率为变量，定量地分析这两个参数对孔隙水压发展的影响趋势，并确定两者对孔压发展的敏感区间，以上述分析为基础，提出对应孔压极值时松弛时间和荷载频率的关系曲线。分析结论对非均匀饱和土动力学的理论研究和工程应用有一定价值。

岩石的压缩过程伴随着裂纹扩展，在低、中围压条件下扩展的裂纹主要受到张拉作用而产生，张拉破坏是首要的作用机制。研究发现，岩石的渐进破裂过程受岩石的结构和构造影响，比如矿物成分、颗粒大小以及胶结情况等，另外，围压以及开挖扰动等外界因素对岩石的渐进破裂过程也有重要影响。基于试验方法探讨水压对岩石渐进破坏过程的影响，首先，阐述岩石渐进破裂过程各个阶段的特征；然后，对岩石渐进破裂指标——岩石的启裂强度 和损伤强度 的确定方法进行总结；最后，选取细粒的石英砂岩为研究对象，通过试验研究水压对岩石渐进破坏过程的影响。试验结果表明，相同围压条件下，随着岩样两端水压的增大，岩石的 有逐渐增大的趋势，而岩石的 和峰值强度 逐渐变小；随着围压逐渐增大，岩石的启裂强度 、损伤强度 及峰值强度 均逐渐增大。

页岩储层的“体积压裂”，使美国页岩气产业取得巨大成功，有效评价压裂裂缝网络形成的难易程度，是压裂开采的首要目标，目前国内外尚未发现有效的评价方法，为此开发了一种新的测试方法。针对10种岩芯，测试岩石力学参数，并对比分析常用的3种页岩脆性评价方法。采用压后裂隙结构面迹长分布的分维值和面密度对裂缝进行定量表征，并对压后崩落碎块进行对比分析。通过实验认为，杨氏模量和泊松比判别法与塑性系数判别法用于评价岩石脆性，精确度更高；脆性岩石通常表现为高杨氏模量或（和）低泊松比的特征，与单轴抗压强度、抗张强度和压入硬度没有对应关系；压裂裂缝的分布具有统计意义上的分形特征，分维可用于定量评价压后裂缝网络复杂度；硬度越高，压后裂缝密度越小；脆性越强，压后裂缝密度越大。新方法是岩石脆性、硬度和天然裂缝系统（和沉积层理）特征的综合体现，用于评价页岩压后形成缝网的能力，不仅直观可靠，而且简单有效，有利于现场推广应用，对于今后页岩气或致密砂岩气开发的理论研究和现场应用具有一定的指导意义。

采用滤纸法和压力板法测定不同含盐量盐渍土的土-水特征曲线（SWCC），探讨土中含盐量对盐渍土土-水特征曲线的影响。试验结果表明，粉土中含盐量对基质吸力土-水特征曲线的影响不大。采用滤纸法测得的总吸力与基质吸力之间的差值随着土中盐溶液浓度的增加而增加，且该差值要大于相同浓度纯盐溶液的渗透吸力，其原因是由于土颗粒表面对溶液吸附作用引起的，用滤纸法测得的基质吸力土-水特征曲线处于脱湿曲线和吸湿曲线之间。采用蒸汽平衡法测定Whatman 42号滤纸在高吸力阶段的总吸力的率定曲线，使得高吸力时用滤纸法测定吸力更为精确。

合理确定盾构隧道开挖面前方失稳土体的形状是开挖面极限支护压力计算及开挖面失稳风险评估的基础和难点。建立模拟盾构隧道开挖面失稳过程的数值模型，利用Handy拱效应理论，依据Mohr-Coulomb破坏准则，得出失稳土体破坏位置和形状的计算方法。研究结果表明，水平方向由于隧道左右两端的支承作用产生水平压力拱，使失稳土体存在一个极限边界，极限边界内垂直方向的土体移动产生悬链线形的最小主应力拱，失稳土体形状类似贝壳形。以南京地铁3号线浦珠路站－滨江路站区间盾构隧道工程作为算例，理论分析和数值模拟结果吻合较好。

首次将岩土体荷载与位移特征曲线划分为3种类型，并定义高地应力的判别标准。提出一种新的本构理论，可以描述在不同正压力（或不同围压）下应力（或荷载）与应变（或位移）的全过程特征，只有3个描述材料结构和状态的力学参数。该理论不仅可以描述单个材料，也可以描述多种材料组成的复合材料和两种不同材料界面等力学特性，变形可达任意值。对于长沙湾特大桥基桩，在不同静载荷作用下不同土体与桩之间的力学特性采用新本构理论进行数值模拟，结果表明该本构理论可以描述不同岩土体和岩土体与基桩之间的力学特性。

粉土地基上建造的铁路或公路在交通荷载作用下易产生各种病害，导致基础设施不能正常工作。为研究交通循环荷载作用下粉土的累积变形和动力性能，针对钱塘江粉土开展一系列的循环三轴试验，探讨土体物理条件（相对压实度、含水率）和应力特征（频率、围压、动应力比）等对粉土累积轴向应变、动模量和阻尼比等的影响。试验结果表明，钱塘江粉土的临界动应力比约为0.11，当轴向动应力小于临界动应力时，粉土的动模量变化很小，相应的累积轴向应变也很小；当动应力超过临界动应力后，土样的动模量快速下降，残余动模量约为初始弹性模量的20%，同时，动模量和阻尼比随着累积轴向应变（或名义振次）的发展变化显著。粉土的动模量和阻尼比在归一化后可得到统一规律：在轴向应变（或名义振次）小于一定值时，动模量几乎不变，而后呈指数形式衰减，最终趋于稳定值；粉土阻尼比随着轴向应变（或名义振次）的发展呈指数关系增长。

软岩应力松弛特性研究是其长期力学特性研究的重要方面，亦是保证高地应力软岩隧道长期安全稳定的关键。采用TLW－2000三轴流变仪，对宜－巴（宜昌至巴东）高速公路泥质红砂岩进行围压为30 MPa的应力松弛试验研究。试验结果表明，在松弛过程中，随着松弛损伤的发展，导致松弛具有明显的非线性特征。对松弛过程中损伤耗散能变化规律的分析，建立松弛损伤的演化方程，并将损伤因子引入到西原模型中建立非线性的松弛损伤模型，通过与试验结果的对比分析，验证所建模型的合理性，可为宜－巴高速公路高地应力软岩隧道长期稳定性分析提供科学依据。

将地震液化场地土层分为非液化表层土、中部的液化土层和底部的基层，基于饱和多孔介质理论和Novak薄层法，研究轴向压力作用下液化黏弹性土层中端承桩的水平动力特性。利用Helmholtz分解和变量分离法，得到液化土层对桩水平振动的阻抗。利用矩阵传递法，在频率域得到轴力作用下液化土层中端承桩简谐振动的解析解和桩头复刚度的表达式，并进行参数研究，分析轴力、桩-土模量比、桩长径比、液-固耦合系数等对桩头动力刚度和阻尼的影响。结果表明，在轴力作用下，不同长径比、桩-土模量比、液-固耦合系数时的动力刚度绝对值均比无轴力作用时减小，但随频率的变化趋势相同；轴力对桩水平振动的动力阻抗影响显著，随着轴力的增加，桩的水平振动动力刚度因子的绝对值减小，若轴力继续增大，其绝对值趋近于0，桩发生失稳破坏；桩长径比和桩土模量比对桩的水平振动动力阻抗有显著的影响，而液-固耦合系数的影响较小。

在城市建设中越来越多的大面积深基坑采用中心岛顺作、周边预留土台逆作的开挖支护方式。该法不仅节约工程造价，而且节省大量工期，但目前仍缺乏简单、合理的设计计算方法。基于Rankine土压力理论，采用图解法得到中心岛被动土压力的分布模式，该土压力分布在单一土质条件下随埋深呈现为3段折线。根据上述土压力分布和基坑工程手册[1]有关悬臂结构的设计思路，提出中心岛法围护结构的设计计算方法，并提供一个算例。经算例验证该法简单实用，便于工程师使用。

将土骨架视为具有分数阶导数本构关系的黏弹性体，基于Biot两相饱和介质模型，建立具有球形空腔饱和分数导数黏弹性土体稳态振动的控制方程。通过引入势函数，得到球对称情形下具有球形空腔饱和分数导数黏弹性土体的位移、应力和孔隙流体压力等解析表达式。考察分数导数模型参数和饱和土参数等对土体振动特性的影响，结果表明，流体压缩性对饱和土体的动力特性有显著影响，而土骨架压缩性和流-固耦合系数的影响相对较小；分数导数阶数对土体动力特性的影响与材料参数比的取值有关。同时，边界不排水条件下饱和土体的动力响应大于排水条件下饱和土体的动力响应。

渗透率是油气藏储层评价、产能计算及制定合理的开发方案所需关键参数之一。针对常规稳态法测试致密储层岩石渗透率效率低下、试验过程易受环境温度影响等缺点，使用脉冲衰减渗透率测试仪对39块致密岩石稳态法克氏渗透率与非稳态脉冲衰减渗透率进行系统的对比研究，分析岩样渗透率、试验操作方法及有效应力组合方式等因素对测试结果的影响。研究结果表明，相同净围压条件下致密岩石脉冲渗透率小于克氏渗透率，脉冲渗透率平均约为克氏渗透率的47.26%，岩样渗透率越小，则两种渗透率之间的差别越大。误差分析表明，脉冲渗透率试验初期岩样短时间承受的9 MPa高围压和其高围压、高孔隙压力组合的有效应力施加方式对脉冲渗透率测试结果具有一定程度的影响，但仍无法完全解释两种渗透率的总体误差。数学拟合表明，取自同一区块的露头砂岩岩样脉冲与克氏渗透率相对误差与脉冲渗透率具有较好地对数函数关系，由数学推导获得该露头砂岩储层岩石脉冲渗透率与克氏渗透率的转换关系。

大坝建成后形成众多涉水滑坡。为研究库水位升降作用对涉水边坡稳定性的影响机制，基于重大涉水滑坡分类，针对浮托减重型滑坡，运用自主研制的滑坡模型试验系统，建立浮托减重型滑坡模型进行库水升降作用试验。试验结果表明，库水位升高，滑坡模型体内有效应力随之减小；库水位降低，有效应力随之增大。对于模型试验过程，运用Geo-studio软件进行渗流及稳定性计算，对照试验结果与数值模拟结果得出土压力及孔隙水压力渗流模拟变化情况与试验实测变化情况基本吻合。库水位上升阶段，滑坡稳定性系数随之减小；库水位下降阶段，滑坡稳定性系数随之降低。由此分析得出库水升降对浮托减重型滑坡稳定性的影响规律是：库水位上升引起滑坡体内阻滑段有效应力随之减小，导致滑坡稳定性降低；库水位下降引起滑坡体内阻滑段有效应力随之增加，使得滑坡稳定性提高。

利用自行研制的三轴岩盐溶解试验机，实现在三轴应力条件下岩盐试样溶解试验。进行三轴应力条件下溶液浓度、温度、流量以及偏应力4个因素相互耦合状态的岩盐溶解速率正交试验，研究各个因素对岩盐溶解速率的影响规律。对任意两个影响因素分别进行二元线性回归，根据其标准回归系数对岩盐溶解速率相对重要性比值构建判断矩阵，运用层次分析法计算各个影响因素的权值。研究结果表明，岩盐溶解速率随着浓度增大迅速降低，随着温度升高而增大，随着流量增大缓慢增加，但变化并不明显；随着偏应力增大先减小，后缓慢增大。极差分析和权值计算结果表明，岩盐溶解速率影响因素主次关系依次为浓度、温度、流量和偏应力。4个因素对岩盐溶解速率影响权值大小依次为0.570、0.384、0.048、0.005，其中浓度和温度两个影响因素权重占到95%。

地震反应分析通常采用等效非线性模型，动剪切模量G和阻尼比λ是该模型的两个重要参数。为研究目前在大型工程建设中遇到越来越多的强风化花岗岩的动力特性，利用固定-自由型共振柱（GDS RCA）对强风化花岗岩的剪切模量和阻尼比进行试验研究。GDS RCA为一种国际上广泛应用的共振柱，具有良好的性能，利用其控制试样的固结围压和孔隙水压力，可以测得试样在不同有效应力状况下的动剪切模量和阻尼比。对比研究不同有效应力下共振频率、动剪切模量和阻尼比随剪应变的变化情况，给出其变化曲线。按照Hadin-Drnevich[1]所提出的双曲线模型，拟合动剪切模量比和阻尼比随剪应变的变化曲线。利用摩擦理论，对试样阻尼的产生机制进行探讨。试验结果表明，随着剪应变的增加，试样系统的共振频率随之减小，试样阻尼比随之增大；试样的动剪切模量和阻尼比皆与试样固结时的有效应力有关，而试样阻尼比也受孔隙水压力的影响。

通过开展红黏土中单桩轴向循环振动模型试验，研究不同循环荷载比和加载频率对桩长期动力特性的影响，从桩侧土剪切刚度和侧阻退化两方面出发，对循环荷载作用下桩顶累积沉降机制进行分析。在FLAC3D中，实现能够反映剪切刚度疲劳退化的修正Hardin-Drnevich（H-D）模型，并对常法向刚度（CNS）循环剪切下侧阻退化进行数值模拟。试验发现，循环荷载幅值是桩顶累积沉降变化的重要影响因素；桩顶动刚度在加载初期要先经历一个迅速降低的短暂过渡阶段，之后则不随振次的增加而改变；桩身振动在桩周土中引起的超孔压较小，有效应力的降低不足于使侧阻力发生较大程度的退化；随着加载速度的增大，桩顶动刚度和加速度均随之增大。采用修正H-D模型得到的理论滞回曲线与数值结果基本吻合，验证了程序编制的正确性。

高速列车行车时产生的动力荷载大小受多种因素影响，以列车运行速度的影响尤为关键。由于车辆-轨道-路基结构的复杂性，要通过理论计算准确地确定行车速度对动力荷载的影响并不容易。目前足尺物理模型试验已成为高速铁路无砟轨道路基结构动力性能研究的重要手段。根据沪宁城际无砟轨道设计和施工标准，建成室内1: 1无砟轨道路基模型，通过单个轮轴的动态激振试验获得I型轨道板动应变幅值及路基动土压力幅值随加载频率的变化规律，在该基础上得到列车动荷载随行车速度的变化规律。结合德国铁路动力荷载放大系数的计算公式，提出确定高速铁路I型轨道结构动力荷载放大系数的方法，并分别获得轨道板与路基结构动力荷载放大系数随列车运行速度的变化规律，可为我国I型轨道-路基系统设计动力荷载的确定提供依据。

在MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统上进行不同围压下砂板岩三轴压缩全过程试验，并测试破裂岩体试样峰后的天然含水状态强度。对试样破裂面施加4级动水压力和静水压力，分别获得天然含水状态和每级水压下破裂岩体试样的强度。试验结果及分析表明，水对破裂岩体强度影响的作用机制主要表现在饱和软化与水压弱化两方面，即饱和软化作用不随水压的增减而变化和水压力对强度的弱化作用随水压升高而线性增大；主要影响强度参数中的黏聚力，对内摩擦系数的影响较小；裂隙岩体中静水压力的弱化作用强于动水压力。试验与分析还获得水对裂隙岩体的饱和软化以及静水压力综合作用的定量表达，并对这些成果的工程应用进行讨论。

软着陆机构与模拟月壤滑移性能是影响月球探测器月面软着陆稳定性的重要因素。针对缓冲机构所用足垫材料-硬铝，通过直剪仪开展界面直剪试验，研究不同法向应力和剪切速率下不同相对密度模拟月壤和光滑铝板间的接触面变形、强度特性。试验结果表明，稍密时接触面无明显剪应力峰值，近理想弹塑性变形；密实条件下接触面破坏时呈现应变软化现象；法向压力增加接触面强度增加，接触面强度随剪切速率增加而降低，接触面摩擦角取26.8°～31.4°之间。

废旧轮胎碎片-砂混合土有诸多优点，作为轻质填料目前已有应用。对轮胎碎片-砂混合土进行系列剪切试验，探讨碎片含量和纵横比、密实度等不同因素对混合土抗剪性能的影响规律。研究结果表明，加入轮胎碎片后，混合土摩尔-库仑包线呈非线性，且随碎片含量增加，抗剪强度、内摩擦角相应增加，非线性特征更明显。通过优化轮胎碎片纵横比、增加碎片含量和密实度，混合土内摩擦角可以增加8%～89%。其他条件相同时，单纯改变轮胎碎片宽度对抗剪性能影响不明显，但纵横比影响很大，对于给定宽度的轮胎碎片，仅有惟一的某个长度值使得混合土内摩擦角达到最大，且最大值可达65°。

以大岗山水电站主厂房顶拱坍塌体的复合支护结构为研究背景，分析治理措施的加固效果。基于精细的复合衬砌结构承载力分析方法，给出各层钢拱架和喷射混凝土各自的受力状况，对塌方体复合支护结构的稳定性进行分析。研究表明，顶拱坍塌段治理后，开挖完成后增量位移量值约为90 mm，顶拱部位塑性区基本无变化，后继开挖中锚索内力变化程度较小，开挖结束后各锚索内力与张拉吨位相差不大，且均未超过设计吨位，显示出较好支护效率与安全裕度；开挖完成后，除初期支护在塌腔附近的部分喷射混凝土可能发生潜在的剪切破坏外，作为复合衬砌组主要受力部件的Ⅰ、Ⅱ期治理复合衬砌的钢拱架和喷混凝土受力状态均较为良好，整个复合衬砌组的承载力余量较大。计算结果与监测结果的吻合度良好，较好地反映出岩体变形和支护结构内力随洞室开挖的发展规律。

分析强降雨饱和状态下平面滑动型（平滑型）滑坡的地下渗流的水流运动规律，同时考虑静水压力和动水压力的耦合作用，提出饱和状态下平滑型滑坡边坡稳定性分析新思路。运用地下水动力学原理，给出假设条件简化分析过程，导出强降雨下地下渗流水流运动方程。基于条分法理论，考虑坡体各点水流运动的不均匀性，改进传统的边坡稳定性系数计算公式，并给出边坡失稳的临界条件。以四川省汉源县万工集镇二蛮山滑坡为例，验证计算公式的合理性。研究表明，强降雨饱和状态下平滑型滑坡的稳定性主要取决于岩土体饱水内摩擦角 、渗透系数K、滑体规模（厚度、长度等）和坡顶相对坡脚水位差Δh。该研究成果可用于指导抢险救灾工作，具有一定的工程实用意义。

在桩身预埋FBG（fiber bragg gating）光纤传感器，利用静压桩隔时复压试验的优势，观测开口PHC管桩的承载力、桩端阻力以及桩侧摩阻力随休止时间的变化情况。试验表明，桩极限承载力在沉桩结束一定时间范围内随时间大致呈对数型增长，沉桩284 h后提高幅度达140%，时效性系数为0.52；桩端阻力和桩侧摩阻力在休止期内的提高幅度分别为6.28%和475.37%，说明试验场地条件下试桩承载力的提高主要源于桩侧摩阻力。试验结果显示，桩极限承载力及桩侧摩阻力的发展符合3阶段增长模型，时间界点分别为21.5 h和279 h。研究成果可为基桩时效性研究及相关设计提供依据。

PHC（prestressed high-strength concrete）管桩近年来被广泛应用。PHC管桩为挤土沉桩模式，沉桩过程引起的挤土效应对周围环境产生不利影响并对其可打性和承载特性有重要影响。结合广－清（广州至清远）高速公路扩建工程，通过现场监测超静孔隙水压力和土体水平位移，进行PHC管桩挤土效应研究。水平位移利用固定式测斜仪测量，孔隙水压力使用振弦式孔压计测量，并使用自动系统进行数据采集。研究发现，沉桩过程中引起的超静孔隙水压力变化随深度增加近似呈线性增长，水平方向随距离的增加而减小；挤土效应产生的土体水平位移随距离的增大而减小，随深度增加而减小；挤土效应滞后现象明显，可导致成桩后的桩体倾斜；拓宽地基场地上管桩施工对老路地基影响小，场地条件对沉桩挤土效应影响大，老路路堤对垂直于路基方向的水平位移有约束作用。

在毛乌素沙漠中开展装配式偏心基础在上拔、上拔+水平力组合荷载作用下的现场试验研究。根据试验加载过程中监测的基础顶部位移、地表竖向位移及基础底板土压力数据，分析基础顶部的荷载-位移特性，研究装配式偏心基础的抗拔承载机制。结果表明，（1）在上拔、上拔和水平力组合作用下，基础顶部上拔和水平位移曲线均呈二阶段的承载特性；（2）当仅受上拔荷载作用时，基础偏心引起的附加弯矩，使得基础底板产生偏转，基础及底板上覆部分沙土自重抵抗上拔荷载，而在上拔和水平力组合荷载工况下，基础偏心引起的附加弯矩小，与上拔荷载工况相比，基础极限抗拔承载力提高8.7％，即在组合荷载工况下装配式偏心基础能够发挥更多的沙土来抵抗上拔荷载；（3）根据装配式偏心基础的抗拔承载机制，引入外荷载合力作用线与支架作用线之间的夹角δ来反映水平荷载对装配式基础抗拔破坏因子的影响，其影响规律为装配式基础的抗拔破坏因子随δ增加而降低。

在上海轨道交通9号线盾构隧道的近距离钻孔灌注桩微扰动施工中，预先将护钢套管旋压至超出隧道底部约3 m后，再用泥浆循环方法进行取土成孔。实测结果表明，由于钢套管的护壁作用，钻孔灌注桩成孔时在钢套管位置几乎不存在地层损失；随着钢套管旋入深度的增加，管内土体的堵塞程度越来越严重，当钢套管旋压至隧道轴线以下位置时发生相对较严重的土体挤压，导致隧道上浮，并发生竖椭圆收敛变形。为减小护壁套管旋压过程中对既有地铁隧道的影响，建议在钢套管旋入过程中同时取出套管内部分土体。

结合淤泥土地基中的三洋港挡潮闸工程，研究水泥土桩增强灌注桩水平承载特性的效果，在现场进行水平静载荷试验。试验时，为量测钢筋应力，在钻孔形成灌注桩时将钢筋计焊接在钢筋笼的不同高程，测得在施加水平荷载时桩身的应力分布情况，从而得到弯矩的分布；将土压力盒埋入桩侧土体中，测试在水平荷载下桩周土体的土压力分布规律。试验结果表明，打设水泥土桩能够控制灌注桩水平位移的发展，并能提高灌注桩水平承载能力；灌注桩桩身弯矩值和桩周土体的土压力的分布情况都呈现先增加后减小的变化规律，并且都主要集中在上部桩体和土体中，其最大值约为泥面以下3 m左右的位置；水泥土桩的打设能够有效地减小桩身弯矩值，并且可以减弱底部反弯矩的出现；打设有水泥土桩的灌注桩桩周土体能够提供更大的土压力。另外，灌注桩的水平承载力受上部土体的影响较大，即提高上部土体的物理力学性质可以有效增大灌注桩水平承载力。

灰土桩复合地基因桩体鼓胀变形使得桩间土体挤密，可以确定其挤密影响区范围，对评价地基加固效果有着十分重要的意义。采用统一强度理论，结合桩土变形协调条件，推导出复合地基沉降量与挤密影响区半径的关系式，并讨论不同b值、不同桩径d、不同深度条件下挤密影响区半径的变化趋势及影响特性。研究表明，挤密影响区半径随着地基深度的增加而减小，灰土桩最佳挤密深度范围为桩顶至1/3桩长深度之间；挤密影响区半径在1.51d～1.68d（d为桩径）之间，增大d可以有效扩大挤密影响区半径；应考虑中间主应力效应对岩土材料强度发挥的积极作用。

针对结构性湿陷性黄土大孔隙和胶结特性，应用离散元生成了不同含水率结构性黄土试样，研究试样的一维湿陷特性。首先，根据已有的结构性黄土试验资料和胶结颗粒材料离散元数值试验成果，建立胶结强度和初始饱和度之间的关系。其次，采用蒋明镜等提出的分层欠压法[1]和胶结模型[2]制得不同含水率结构性黄土离散元试样，然后进行不同含水率双线法和同一含水率4个压力下单线法湿陷试验的离散元数值模拟。数值模拟结果表明，提出的离散元分析方法能模拟天然结构性湿陷性黄土的主要力学性质，随着含水率的减少，结构屈服应力和最大湿陷压力增加，湿陷系数随着压力先增加后减小，湿陷起始压力为饱和试样的结构屈服应力，单线法湿陷后压缩曲线与饱和试样的压缩曲线接近。此外，模拟结果还表明，不同含水率结构性黄土离散元试样的最大湿陷系数与天然结构性湿陷性黄土相差较远，但在最大湿陷系数与孔隙比的比值上相接近；结构屈服对应着胶结的逐步破坏，湿陷伴随着大量的胶结破坏。提出了基于胶结点数目的损伤变量，研究了其在加载和湿陷过程中的变化规律。研究成果为认识黄土复杂力学特性和建立其本构理论提供了基础。

倒T型导管墙桩基防波堤作为新型港工结构，主要依靠桩基和自身重力维持稳定。以天津港水文地质条件为算例，建立三维弹塑性有限元模型，通过荷载-位移关系曲线，确定稳定性安全系数。分析极限状态下桩基沿环向与竖向的土压力分布，得出桩侧极限水平土抗力，并将有限元结果与美国规范API土抗力计算方法进行比较。造成防波堤结构失稳的原因主要有两个，即结构自身无法满足强度要求和土体达到极限。结构自身强度达到极限时，可用p-y曲线有限差分迭代法求取安全系数；土体达到破坏极限时，可分别假定转动点位于桩轴线上和偏离桩轴线两种情况，利用极限平衡法，建立抗倾稳定性简化计算方法。经验证，理论方法得到的稳定性安全系数与有限元结果比较接近。

边破的变形破坏是量变积累到质变的渐进发生过程，由坡体内部潜在滑动面的逐渐破损并扩展至整体滑面。基于强度折减法思想，提出模拟边坡渐进破坏的动态强度折减法。该方法利用屈服接近度指标YAI确定边坡的破损区域，将YAI<0.2的区域定为破损区，通过不断动态折减局部破损坡体的强度参数，使边坡潜在滑动面渐进演化至贯通，边坡达到极限平衡状态。算例计算表明，该方法可有效解决强度折减法中折减范围的问题，克服整体强度折减法破损区过大的缺陷，获得的位移变化趋势与破损区演化过程也具有良好的一致性。动态强度折减法真实再现了边坡渐进失稳过程，为强度折减法更有效地应用于边坡稳定性定量评价提供有效途径。

为探明强震区千枚岩地层中长大山岭隧道支护参数变化与衬砌结构变形的相互作用关系，基于新奥法施工理念，结合强震区在建杜家山绢云千枚岩隧道现场试验段的实际施工过程，根据采取的三台阶施工方法，以试验段设置的5种支护方案为依托，对各种情形下隧道变形及主体结构内力进行现场动态跟踪测试，探讨隧道施工过程中随各部开挖不同支护方案下拱顶沉降、周边收敛、地表沉降及结构内力的变化关系，分析初步认定支护强度及刚度大的F5方案更适用于震区千枚岩隧道施工。对5种方案的施工过程进行三维有限元弹塑性模拟，通过对开挖后隧道变形、支护受力与现场监测值的对比分析，对施工过程中隧道结构的安全性和围岩稳定性做出评价。现场试验和数值模拟结果综合分析表明，仅有两种（F4、F5）方案适用于隧道开挖，而F5方案的隧道变形及结构受力较其余4种方案更为合理，该方案的成功运用也验证了这一方案的合理、有效性。在该基础上总结提出的软岩隧道支护参数技术要领及方法可供类似工程参考。

在岩土工程实践中对于诸如各向异性岩体的应力-渗流耦合分析等复杂问题，建立用于同时确定多类参数的反分析方法具有重要意义。以位移量测信息为基础信息，对基于复变量微分法的优化算法（Levenberg-Marquit法）引入异步长因子矩阵 ，建立同时反演确定初始地应力、围岩性态参数和渗透系数的协同优化变步长反演算法。对不同的参数借助搜索迭代过程，确定不同的步长因子系数。异步长因子矩阵可使在峰值附近不收敛的参数重新选择搜索方向，使其收敛至精确值。算例表明，异步长因子矩阵可成功地用于协调各类参数敏感性之间的差异，从而有效改进多参数耦合反演的收敛性和收敛速度，使算法具有更好的适应性和有效性，为岩土工程的复杂问题的求解提供一种方法。

以有限元软件ABAQUS作为分析平台，建立波浪荷载作用下格型钢板桩结构稳定性及应力分析的三维弹塑性有限元分析模型。格型钢板桩采用壳体单元模拟，在相邻板桩之间设置铰接连接器模拟板桩之间的相对转动；土体采用Mohr-Coulomb本构模型模拟，在格型钢板桩与其内、外土体之间设置接触面单元模拟它们之间的滑移、张裂和闭合。结合某实际工程，研究结构的破坏模式、失稳特性和应力分布特性，分析参数变化对结构稳定性和环向拉力的影响，并对格内土体的剪切变形进行分析，建议格型钢板桩锁口拉力的验算断面。结果表明，铰接连接器的设置对于结构稳定性影响不大，但对环向拉力有一定影响；格内土体的剪切变形主要发生在格体中轴处，符合太沙基法结论。

针对裂隙岩体的非稳定渗流问题，通过将Darcy定理扩展到包含干区的整个裂隙网络区域，并令潜在溢出边界条件为Signorini型互补边界条件，将湿区上的非稳定渗流问题转化为全域上的一个新的初边值问题。为降低试探函数选取的难度，建立与定义在整个裂隙网络区域上的偏微分方程（PDE）提法等价的抛物型变分不等式（PVI）提法，并给出裂隙网络非稳定渗流分析的有限元数值分析格式和迭代算法，与砂槽模型试验数据的对比分析，验证其有效性。最后，将文中发展的计算方法应用到含复杂裂隙网络的边坡非稳定渗流分析，计算结果很好地反映出边坡内部自由面随库水降落的变化规律，并能准确地描述裂隙网络内部渗流运动特征及流量分布的不均匀性。

为研究岩石切削过程中刀具的力学特性以及刀具平均峰值作用力的预测，基于断裂力学和有限元理论建立了岩石切削的数值模型。模拟分析岩石对刀具的反作用过程，得到不同力学特性岩石和刀具作用条件下刀具所受的反作用力，结果表明，冲击速度在一定范围内对刀具平均峰值作用力影响较小；岩石体积呈阶跃性递减，刀具作用力大小与崩落岩石碎片体积变化一致。对模拟、实验以及已有理论计算得到的刀具平均峰值作用力进行线性回归分析，研究结果表明，数值方法计算结果与实验结果、Goktan[1]理论计算结果的线性相关系数分别为0.812、0.930，相关性较好，表明所建数值模型用于模拟岩石切削是正确和可靠的。

在平面应变条件下，采用基于弹塑性应力应变分析的有限元极限平衡法对尾矿坝坝体的稳定性进行研究。该方法可较好地结合极限平衡分析方法和有限元应力分析方法的特点。通过弹塑性有限元分析，合理准确地考虑结构整体应力场的影响，进而结合Hooke-Jeeves法优化搜索最危险滑动面的位置及其对应的最小安全系数。以某尾矿坝实际工程为例，比较分析了考虑正常、洪水以及特殊工况运行下有限元极限平衡法与极限平衡条分法和有限元强度折减法在安全系数大小及滑动面形状和位置的差异，重点运用有限元极限平衡法对尾矿坝坝体的稳定性进行验算并作出安全评价，为尾矿坝的安全设计施工提供可靠依据和技术支撑。

提出一种基于有限元计算的边坡三维滑裂面搜索的方法，根据有限元计算的应力结果，计算可能滑裂面的安全系数，然后用遗传算法搜索出最危险滑裂面，并得出相应的安全系数作为边坡的安全度评价指标。该方法的优越性是只需进行一次有限元计算，不需要假定滑裂面，可以用于具有复杂地貌和地质构造的三维边坡。通过算例，验证该方法的可行性和程序的正确性，以大岗山水电站库区边坡工程实例验证该方法的实用性。

库岸滑坡涌浪危害巨大，正确预测库区可能的滑坡涌浪非常重要，是工程可行性论证的重要内容之一。将浅水控制方程应用于滑坡涌浪数值模拟，控制方程采用简便且具有较高精度的两步Taylor-Galerkin方法进行求解。通过算例对数值模型的应用进行验证，结果表明，涌浪产生后将以入水点为源点迅速向四周推进并不断衰减，且随传播距离的增加浪高降幅逐渐减小。计算的涌浪高度及水位变化规律与实测资料吻合得很好，并将滑坡涌浪的沿程传播过程可视化。研究结果表明，文中方法模拟滑坡涌浪传播是有效可行的，可用于滑坡涌浪灾害的预测和防治。

基于石门揭煤过程中采掘应力场与瓦斯突出关系研究的需要，针对目前石门揭煤突出模型还处在实验室研究的阶段，而大部分都未能综合考虑瓦斯压力、地应力、煤的物理力学性质等对突出的影响，研制出一套能够综合考虑地应力、瓦斯压力及煤体结构的石门揭煤突出模拟试验系统。为取得准确、客观的试验效果，进行了密封、快速开启装置及氮气平衡系统等关键技术的设计，介绍了试验系统的主要组成结构、功能。利用该实验台进行石门揭煤突出试验，试验结果反映出在突出过程中地应力和瓦斯压力的变化情况，可为研究和揭示煤与瓦斯突出机制、突出过程中地应力和瓦斯压力的变化规律提供新的技术手段。

制作与原岩结构面相似表面形态的模型试样是开展结构面力学模型试验的关键。基于不同尺度岩石结构面模型试样的制作特点，研制上、下盘完全吻合的系列尺度试样模具，并设计上、下盘吻合结构面试样的制作工艺，使得原岩结构面可以多次重复利用，提高原岩结构面的使用效率，降低取样成本和试验周期，实现在同一块结构面上不同尺度结构面模型的制作。利用表面形态相似性评价技术，验证制作工艺的可行性，结果表明，按照该逆向控制技术设计制作的模型试样，能复制出和原岩结构面表面形态一样、上、下盘结构面吻合度高的模型试样，符合制作不同尺度模型结构面的要求，可克服原岩结构面上下盘吻合度差、不能多种尺度取样的缺点，为开展具有真实表面形态的结构面抗剪强度尺寸效应试验研究提供了条件。