取扰动黄土进行试验研究，测试得到了不同密度和温度黄土土样的土-水特征曲线。试验资料揭示出：密度变化引起基质吸力的变化非常显著。相对而言，温度变化引起基质吸力的变化不显著。对于一定含水率的土样，温度变化引起的吸力变化值在高含水率时较小，可以忽略不计，而在低含水率时较大；温差越大，吸力变化越大。进一步基于试验资料的分析，得到了考虑密度和温度影响的土-水特征曲线的表达式，并通过计算和测试结果的对比分析，验证了表达式的合理性。

采用改进的、可施加负压的三轴仪开展了真空预压、堆载预压以及真空-堆载联合预压作用下软土的固结蠕变试验，描述了加载率、应力比和时间等对软土蠕变特性的影响，分析了轴向应变（率）、体积应变（率）及偏应变（率）与应力比和时间之间的关系。结果表明：轴向应变率和体积应变率与时间的对数关系并非线性，但经过若干天以后可近似认为是线性关系；在不同应力比n下，体应变与时间的关系可用双曲线方程来表示；偏应变、偏应变率与时间的关系符合双曲线方程，通过温州软黏土样的蠕变试验结果验证了其有效性。

针对传统损伤理论的不足与局限性，从研究岩土材料损伤的合理定义入手，并通过深入探讨饱和土损伤的微观力学机制，建立了适合于饱和土的新型损伤模型。在此基础上，引进统计损伤理论，建立了模拟特定围压下饱和土变形全过程的统计损伤本构模型及其参数确定方法。通过探讨饱和土损伤统计本构模型参数与围压的关系，建立了该模型的合理修正方法，从而建立了反映不同围压条件的统一饱和土损伤统计本构模型。理论与试验结果分析表明了该模型的合理性，该模型不仅能反映饱和土的变形全过程，而且能反映孔隙水压力对饱和土变形的影响。

采用自行研制的可对同一岩石试样进行单轴压缩和直接拉伸的试验装置，对3种岩石进行了压缩和直接拉伸试验。结果表明，这3种岩石的压缩弹性模量均大于拉伸弹性模量，压缩与拉伸弹性模量之比分别为1.1，1.4，2.5。压缩泊松比也大于拉伸泊松比。研究表明：直接拉伸下切线泊松比随荷载的增加而减小，与压缩下泊松比的变化相反。

在工程实际中认为饱和度超过80 %即为饱和土，但在室内土工试验中制作的土样饱和度达95 %以上，后者经过试验测定，动力参数与前者实际上有一定差异。在50，100，200 kPa三种固结压力下分别对饱和度为95 %，92 %，88 %，83 %的饱和土样进行了循环单剪试验，得到了4种土样在3种固结压力下的最大动剪模量Gdmax和最大阻尼比Dmax，以及动剪模量比G/Gdmax-? 和阻尼比D/Dmax-? 归一化数值，并进行了对比分析。结果表明：在同一固结压力下，土样的Gdmax，Dmax，G/Gdmax随着饱和度增大有相对递减的趋势，而阻尼比D/Dmax数值随着饱和度加大而逐渐增加；随着固结压力的增大，4种土样的Gdmax，Dmax以及G/Gdmax-? (? 为动剪应变)数值上差异逐渐减小。最后对此种现象进行了讨论并分析其产生的原因。

对太湖疏浚污染底泥中含有的一种主要污染物——氨氮在底泥堆场黏土防渗层中的渗透和运移规律进行了试验研究。在室内通过渗透模拟试验和动态土柱试验，测定了不同固结压力作用下黏土的渗透系数和弥散系数，通过静态吸附试验测定了黏土对氨氮的吸附系数。试验结果表明，底泥堆场下部的黏土防渗层对底泥中的氨氮具有较强的吸附和阻隔能力。

针对有机质对疏浚淤泥固化处理效果产生的影响，研究有机质的主要成分腐殖酸对水泥固化的影响。研究表明，腐殖酸对水泥的水化具有抑制作用，腐殖酸含量对淤泥固化土的无侧限抗压强度和破坏应变的影响存在一个极限含量（3.62 %），超过这一极限含量，随腐殖酸含量的增加固化土的强度和破坏应变几乎不再变化。同时，研究结果表明，随着腐殖酸含量的增加，固化土塑性增强。

无填料振冲法作为振密加固法的一种，因其工艺简单、经济实用和不用“三材”(木材、钢筋、水泥)等优点，目前已成为软弱地基特别是砂性土地基最为常用的加固措施之一，在国内外获得了广泛的应用。通过对国内外无填料振冲法的加固机制、适用性、施工工艺等方面的回顾，总结了无填料振冲法加固地基技术中3个关键方面的发展现状，并着重论述了无填料振冲技术的最新进展——无填料振冲技术在加固饱和粉细砂及吹填细砂地基中的应用研究，最后提出了振冲研究中存在的问题及发展方向。

在土动三轴仪上模拟碱渣土压滤排水条件的基础上进行振动排水固结试验，根据不同固结压力、振幅和频率情况的试验与静压排水固结试验的比较，分析了振动排水固结特性以及振动排水效应，总结出振动排水的作用机制。试验表明，振动作用可明显地提高排水速度，增加排水量；固结压力、振幅和频率对碱渣土的振动排水效应产生明显影响。由此试验结果分析了现行碱渣土压滤技术脱水效果不佳的原因。给出的试验结果和振动排水的机制分析，对改进当前碱渣土压滤脱水技术及其工艺设计具有重要的指导意义和实用价值。

蒋家沟流域内大量泥石流由滑坡引发，滑坡转化为泥石流的3个过程中，首先是在斜坡体内大范围剪切破坏。在其物源区与沉积区内分布大量砾石土，其强度特征对于蒋家沟泥石流的起动机制具有重要意义。由于砾石土颗粒粗大，粗细粒配比和试验尺寸对强度特征有一定的影响。为此在室内现场两用大型直剪仪下进行蒋家沟砾石土不同粗粒含量下的直剪强度试验，结果表明：在干密度为2.0 g/cm3、含水率为7 %时，砾石土除在粗粒含量为74.31 %的低垂直压力（50，100 kPa）时剪应力-水平位移关系有峰值外，其余土样没有明显峰值；同一粗粒含量试样在水平剪切应变值为0.02时的剪切模量 随垂直压力增加而增大；在相同垂直压力下， 随粗粒含量增加而增大，且在较低垂直压力下的 随粗粒含量增长更为显著。内摩擦角值随粗粒含量增加而增大；黏聚力在粗粒含量为48.7 %时最小。粗粒含量小于 48.7 %时，试样黏聚力值随粗粒含量增大而减小；当粗粒含量大于48.7 %时，黏聚力随粗粒含量增加而显著增大。

将弹性半空间地基受任意竖向荷载作用下的静力位移积分变换解与弹性半空间地基上四边自由矩形板受任意竖向荷载作用的弯曲解析解相结合，建立了求解板下地基位移的方法。对一些算例进行大量数值计算分析，得出弹性半空间地基上四边自由矩形板板下地基水平位移和竖向位移的分布规律；并基于该位移分布规律，提出地基位移沿深度按一定的函数关系变化的假设，考虑板下地基水平位移，利用板地基系统的总势能最小原理，通过复杂的变分运算，得出弹性地基板的简化模型。在不考虑板下地基水平位移时，该模型退化成双参数地基模型，并给出了求解其上四边自由矩形板的近似边界条件。

通过对大岩淌滑坡滑带土在固结压力为300，500，625，800，1 000 kPa下进行蠕变试验，得到了各级压力和剪切力的蠕变曲线。采用Burger模型来模拟流变过程，介绍了该模型参数的求取方法，并得到了模型的所有参数。通过等时曲线簇确定该滑带土的长期强度。在上述结果基础上，对该滑带土的流变特性进行了分析，讨论了Burger参数同剪切力与固结压力关系，并得出长期强度约为慢剪结果的0.76～0.77倍的结论。

土颗粒之间的联结方式和排列方式是影响土的结构性的两个主要因素，而水和外力可以改变土颗粒间的联结方式和排列方式，破坏了土的结构性。当排列是影响黄土结构性的主要因素时，在外力的作用下，K0结构性黄土表现出临界状态力学性状。对饱和K0结构性黄土进行不同试验，应用临界状态土力学理论进行归纳，分析其规律，总结出在外力作用过程中K0结构性黄土的结构性特殊物理力学性质，为建立结构性土的本构模型提供有力的试验依据。

双曲线接触面本构模型能比较真实地模拟堆石材料与混凝土面板间的接触关系，扩展Lagrange乘子法能比较精确地计算接触面间接触状态。在吸取Clough双曲线接触面本构关系应用于无厚度的Goodman单元和有厚度的Desai薄层单元的成功经验的基础上，将Clough双曲线接触面模型引入扩展Lagrange乘子法进行摩擦接触问题的求解。介绍了基于扩展Lagrange乘子法的序列二次规划法（SQP）提法，详细推导了在扩展Lagrange算法的非线性接触计算中引入Clough双曲线接触面本构关系的数值列式和实施步骤。数值算例和工程实例的计算结果证明该方法是成功的，能够比较真实地模拟堆石-混凝土墙（混凝土面板）之间的接触状态。

为了尽可能减少隧道长期大量排水带来的严重环境问题，高水位地区的深埋山岭隧道应采取“以堵为主，限量排放”即“堵水限排”的防排水设计准则。但在堵水限排情况下围岩的力学特性如何？是当前隧道衬砌结构设计急需解决的关键问题之一。首次建立了山岭隧道堵水限排情况下围岩力学特性分析的解析模型并进行了理论推导，分析了不同排水工况下围岩力学特性的变化并绘制了相应的围岩特征曲线，为堵水限排衬砌结构设计提供了理论依据。

CFG桩复合地基广泛应用于土木工程各个领域，但就CFG桩复合地基的工作性态及桩-土共同作用机制尚不十分清楚，需要进一步研究。通过对CFG桩复合地基在川北某高层建筑中现场测试项目的资料分析，得出了CFG桩的桩-土应力分担的变化规律，对褥垫层上下的应力状态有了更为清晰的了解。测试荷载是实际的结构荷载，测试环境是实际的基础环境，测试结果更具实用性。测试结果显示，随着外加荷载的增加，桩-土应力比比例增加。当施工荷载为210 kPa时，桩-土应力比可达16。随着施工荷载的增加，桩体所分担的荷载增加较快，桩间土体分担荷载增加较慢。

分层介质中瑞利面波有多个模态，表面瞬态响应是多个模态响应的叠加。在近场，面波模态响应传播速度随传播距离而变化；在远场，其趋于模态相速度。由分层介质表面两不同点响应互谱分析(SASW)得到的有效相速度并不对应于面波基阶模态相速度，它与波场中高阶模态能量分配比例有关。有效相速度随传播距离而变化，近场体波对有效相速度影响较大。对分层介质在简谐荷载下表面质点位移响应进行了互谱分析，得到了有效相速度理论值，通过理论值与测试值匹配分析可估算分层参数，该分析方法考虑了近场及高阶面波模态对有效相速度的影响。

在以有限元法来分析评价坝基、边坡的稳定安全度时，多重网格法将有限元分析网格和滑移块体的滑面网格作为独立的两套网格，滑面网格可随意切割有限元单元。这样一套有限元网格和一套应力成果就可以进行任意的滑块稳定分析。着重分析了多重网格法的精度。针对三维柱体和锦屏高边坡，研究两套网格如何匹配以提高计算精度进行处理，初步得出了一些有关多重网格法计算精度的知识。最后，应用基于多重网格法的第2类方法分析了锦屏左坝肩高边坡的稳定性问题。

用强度折减法分析边坡稳定性时，不需要事先假定滑面的位置和形状，具有较强的适用性。但在岩土体的力学性质方面仅考虑其弹塑性，而忽略了岩土体的流变性。流变是岩土材料的基本力学特性，很多边坡产生大变形乃至失稳都与岩土体流变具有一定关系。采用强度折减原理，分析了岩土体流变特性对边坡变形及稳定的影响。研究表明，岩土材料的流变特性使强度折减时每点的变形值增大，对边坡稳定具有不利影响。

为了揭示碎石土滑坡的变形解体破坏机制，结合工程实例，通过资料搜集整理和分析、现场工程地质调查与勘探和室内外的物理力学试验，采用不平衡推力法、数理统计分析方法和三维弹塑性接触有限元算法，以及运用碎石土边坡地下水管网状排泄系统理论，分析降雨作用下碎石土滑坡的变形解体破坏过程，揭示了降雨作用下中深层碎石土滑坡变形解体破坏的主要机制和一般的力学机制。结果表明，一定强度的长时间连续降雨或强降雨是中深层碎石土滑坡发生失稳的主要触发因素；采用考虑降雨作用的弹塑性接触有限元算法，可以更好地反映该类型滑坡在降雨作用下所处的实际状态及滑坡的滑动过程，可以为该类型滑坡稳定性的准确评价和预测预报提供可资借鉴的方法。

基于流体饱和两相多孔介质的弹性波动方程组，运用显式逐步积分格式与局部透射人工边界相结合的时域显式有限元方法对该波动方程组进行求解，对两相介质在输入地震波作用下的弹性动力反应进行计算和分析；对在是否考虑孔隙流体渗流的两种情况下计算得到的两相介质弹性动力反应结果的差异进行对比研究，从而揭示孔隙流体渗流对两相介质动力反应性质的影响。计算结果表明：两相介质弹性动力反应时程的波形与入射地震波的波形相同，且弹性动力反应的峰值出现的时刻对应于入射地震波的峰值出现的时刻；孔隙流体的渗流将对两相介质的弹性动力反应性质产生显著的影响。数值计算同时表明，时域显式有限元方法是进行流体饱和两相多孔介质弹性动力反应计算分析的一种有效的方法。

传统的非连续变形分析法(DDA)采用线性位移模式存在诸多缺陷。为准确计算块体应力场，传统上一般直接增加位移函数的多项式阶次，或进行子块体划分或耦合有限元等改进措施，但应用上仍不够方便有效。建议引进无网格节点位移插值模式，采用自然单元法中的自然邻接点插值(NNI)法，具有插值特性，易于准确实施边界条件或材料连续性条件，且具有无网格特征和良好的计算精度，计算更快效。可在此基础上进一步分析大块体弯曲、裂纹扩展破坏形式等，以解决线性位移模式等的不足。

预制桩的沉桩过程产生了对桩周土体的挤密作用，桩周土体的力学特性发生了相应的改变，这种改变会直接影响预制桩桩基础的承载力。利用有限元计算分析方法对砂性土地基预制桩沉桩过程进行了数值求解，得到了桩周土体的位移和应力变化规律；在应力路径控制的三轴试验中，模拟土体在受到预制桩沉桩影响的应力状态，试验研究了标准砂在再受荷载作用时的力学特性；在荷载传递法中，运用桩周土体性质的变化试验结果，进行了有限差分数值分析，得到了考虑和不考虑挤土作用的单桩P-S曲线。研究结果表明：预制桩的沉桩过程对桩周土中的径向和轴向应力都有明显的影响，对径向应力的影响大于对轴向应力的影响；挤土效应提高了桩周土的剪切模量值和强度，影响范围大致相当；考虑沉桩侧向挤土影响单桩承载特性有明显的提高，现行的预制桩设计偏于安全。

隧道施工过程中，沿着洞轴方向进行分区，通过专家经验对隧道各个分区的围岩地质条件、隧道开挖规模进行评价、赋值，以各个分区的不同时段内收敛监测作为评价客观标准，在此基础上计算动态的隧道加固支护需求度。根据隧道不同区段、不同时段内隧道加固支护需求度大小来动态地评价隧道一次支护的效果。在鹙窝梁隧道的应用中，根据加固需求度评价了鹙窝梁隧道一次支护后各个区段在不同时段内支护稳定情况，为隧道安全施工提供判断依据。

平面非均质是河流相沉积的重要特征。如果采用常规等井距五点井网开发该类油藏，往往会导致注入水在高渗透方向的突进，造成部分生产井见水时间早，含水上升快，而渗透率较低方向上的生产井注水受效不明显，当井组内的综合含水达到98 %时，注入水在该方向上还没有突破，即注水驱替往往不均衡，开发效果差。在渗流力学基础上，推导了平面非均质油藏矢量井网的井距设计公式。根据矢量井网的井距设计公式，建造了物理模型，开展了水驱油对比试验研究，检验了用矢量井网开发平面非均质油藏的有效性。试验结果表明：矢量井网能增大平面非均质油藏的波及系数，提高注入水的利用率，大大改善油藏开发效果。

公路、铁路等工程中通常利用实测沉降资料推算最终沉降，双曲线是最常用的一种沉降推算方法。工程实践表明，常规双曲线法即增量双曲线法推算沉降往往小于实际沉降，且需要较长时间的沉降资料。依托大量监测工程，在增量双曲线法的基础上，提出了全量双曲线法和TS双曲线法。工程实践表明，这两种新的双曲线法推算沉降与增量双曲线法推算沉降基本相同，可用于较短预压时间的沉降推算。

虽然边坡灾害治理实践已经积累了大量的成功的或失败的边坡治理工程案例，但这些工程案例产生的大量数据信息未被充分利用与开发，造成了极大的资源浪费。为此，基于边坡工程案例，应用数据挖掘与知识发现和递归的自-组织模糊神经推理网络的方法，初步提出了一种基于案例挖掘的边坡稳定性智能评价系统，并通过案例挖掘的应用实例表明了该系统的有效性和可行性。

应用一个具体问题展开了波在固体在弹性、弹塑性和应变局部化阶段的传播特性的研究。当经典本构计算到材料出现应变局部化时失效、控制方程出现分叉现象时，非局部效应本构描述得以继续分析，破坏过程变形进一步体现。本构内引入梯度项的贡献，以牺牲了特高频率( )特性为代价，增强了控制方程的稳定性。阻尼的影响复杂得多，考虑滞变阻尼、且仅与质量有关时，阻尼对控制方程的稳定性没有贡献。如果阻尼考虑为与质量和刚度联合相关时，阻尼对控制方程稳定性是有一定的贡献。

基桩的完整性检测不一定都能够检测到基桩中的缺陷，这些缺陷将会影响到基桩的安全性。为此，提出了考虑基桩可能出现缺陷时的基桩可靠度分析方法。以单桩桩底可能出现的沉渣缺陷为例，采用全概率理论将完整桩的失效概率和桩底含有沉渣的桩的失效概率有机地结合起来，得到了单桩的失效概率。采用基桩承载力折减系数来定量地考虑沉渣对基桩承载力的影响，并进一步推导了桩底含沉渣的基桩承载力偏差系数和变异系数的计算公式。算例分析表明，所提方法能够定量地反映基桩中可能出现的沉渣对基桩可靠度的影响。桩底沉渣对桩的可靠指标具有明显的不利影响。随着沉渣厚度和桩的直径的增加，桩底含有沉渣的桩的可靠指标逐渐减小；桩的可靠指标随着桩长的增加逐渐增大。如果不考虑桩可能出现沉渣的质量问题，基桩的安全性将明显地被高估。基桩的完整性检测可以有效地提高基桩的安全性。

管片设计一直是地铁设计中亟待解决的难题之一。管片计算模型的建立主要是考虑接头和土层抗力两种因素对结构的影响。对现有管片计算模型的接头简化进行了改进，推导了改进惯用法模型的内力和位移求解公式；并结合北京地铁10号线工程实例资料，对惯用法模型及改进模型进行了对比分析，与数值计算结果进行了综合验证分析。研究结果表明，推导的公式是可靠的，对地铁管片的设计和施工具有理论和实践意义。

地下工程围岩体系是高度非线性的复杂大系统，其稳定判据至今没有一个统一的认识。突变理论注重研究系统状态发生突变时外界的控制条件，主要阐述非线性系统如何从连续渐变状态走向系统性质的突变。应用突变理论对围岩体失稳的突变过程进行探索，旨在从理论上弄清其突变条件。能量突变判据和熵突变判据从物理学的观点考虑了围岩系统失稳的可能性，位移模突变判据、洞周屈服区面积突变判据和广义黏塑性剪应变突变判据则主要是根据数值计算中直观判别条件（关键点位移、洞周屈服区面积和广义黏塑性剪应变）考虑围岩失稳的可能性。将以上5种判据应用于某地下洞室断面，对围岩系统的稳定性进行分析，根据系统突变条件从不同的方面判别其发生失稳的可能性，可为工程的设计施工提供一定参考。

输电线路铁塔属高耸结构，不同于一般建筑物，输电线路电塔加固纠偏有其特殊性。结合厦门电业局所辖110 kV输电线路倾斜铁塔加固纠偏工程实例，深入探讨了输电线路倾斜铁塔加固纠偏关键技术。分析了铁塔倾斜原因，应用FEM技术研究基础倾斜对塔身的应力和变形的影响机制，分析了倾斜铁塔的健康状况，在此基础上提出经济有效的加固纠偏设计方案；对加固纠偏设计计算方法、加载控制指标分析及信息化施工控制等关键技术展开了讨论，并指出需要进一步研究的问题。

科学合理地确定安全顶板厚度是回采铜坑矿重叠区下92号矿体的基本依据。在分析影响92号矿体顶板稳定性因素的基础上，通过建立有限元数值模型和反复多次模拟计算得出了不同影响因素组合下顶板的安全厚度值。根据计算结果绘制了影响因子与安全顶板厚度的相关关系曲线，利用多元逐步回归分析方法建立了一能够综合反映多因素共同作用下的复杂充填体下矿体开采安全顶板厚度的数学预测模型。结合工程实际及数值模拟的验证结果表明了预测模型的有效性。

结合南京地铁某盾构施工区间，对纵向地表沉降进行了理论分析，提出了盾构掘进对纵向地表的影响范围，总结了盾构推进不同阶段引起地表沉降量占总沉降量的百分比。针对引起地表沉降因素的复杂性和不稳定性，将纵向地表沉降视为随机过程，基于延迟差分方程建立模型进行动态预报，并与实测数据进行比较。结果表明，该方法具有较高的准确性。

切削式隧道洞门结构处于复杂的三维受力状态，需要采用三维数值计算才能得到相对正确的结果，为对计算模式进行简化，对Ⅴ级围岩条件下，1: 1.5坡度的正削式隧道洞门结构进行了尝试。首先对明挖法施工的洞门模型试验和三维数值计算所得到的拱顶围岩压力进行了验证，接着从研究围岩压力分布和结构受力特性着手，得到了结构横、纵向内力的控制截面，拱顶荷载q与 的关系，绘制了横向的压力分布图式，并给出了纵向荷载的计算方法，从而将三维地层结构数值计算模式简化成横向封闭环和纵向弹性地基的平面荷载-结构计算模式，分别计算横、纵向内力。

根据《港口工程桩基规范局部修订》关于m法的新解释，结合某码头2根大直径钢管嵌岩桩的试桩资料总结了m值与泥面处位移 的指数关系以及m值对桩受力特性的影响，发现规范建议的m值难以适应大位移情况下的取值要求。建议通过收集大量有关大位移情况下的试桩资料，根据m值和泥面处位移 的指数关系，统计分析出在各种土质条件下相应于某一大位移时m值的取值范围，为工程设计提供依据。

对不同土质中土性参数和支护参数共同影响下基坑土钉支护结构的内力和位移进行了系统的数值试验研究。结果表明，从砂土到粉土，再到软黏土介质变化时，基坑位移大小剧增，位移形态也发展成下部凸出的流鼓状，而且中下部土钉不能满足承载力要求。土性参数中，内摩擦角和凝聚力是导致位移形态发生改变的主要因素，侧压力系数主要引起位移大小的变化。支护参数中，土钉密度突出控制钉间土体位移；土钉长度在砂土中控制上部位移显著，软黏土中抑制下部位移更明显；土钉刚度的影响体现为钉土刚度比的影响，主要由插筋刚度控制，而随土类变化并不明显；并得出了各支护参数的临界值。

提出了一种计算土体渗流-应力耦合场的状态方程法。按平面应变问题，将描述渗流-应力耦合的平面固结方程进行空间离散，并用状态方程表示了有限元控制方程。利用牛顿-柯特斯公式，导出了当前时间步节点位移向量与前一时间步位移向量之间关系的递推公式。算例表明：状态方程法解决土体渗流-应力耦合问题与传统差分法相比的优势在于用较少的机时即可得到较为精确的解。

从岩性特点和外部诱发因素等方面分析了近水平岩层滑坡的形成机制，提出此类滑坡启动的主要诱发因素是暴雨或持续降雨。从力学角度讨论了滑坡启动的判别依据，推导了滑坡启动时的临界水柱高度。研究表明，裂隙水对近水平岩层滑坡启动的影响是有条件的，在滑体厚度d一定的情况下，当滑面长度L小于安全长度LS时，滑坡就会启动，否则裂隙水不足以引起滑坡的启动。同时对应于一定的滑面长度，分析了浅层、中层、厚层滑坡的临界水柱高度值。

高放射性核废料地质处置库围岩中地下水的密度因溶质浓度不同而发生变化，这将影响到饱和-非饱和孔隙介质中近场和远场的热-水-应力耦合过程, 同时温度场、应力场也要对地下水中的核素及矿物质迁移产生作用。考虑这两个因素，建立和引入了相关的应力平衡方程、水连续性方程、能量守恒方程和渗透迁移方程，并研制出了对应分析孔隙介质中热-水-应力-迁移耦合问题的二维有限元程序。通过对一个假定的核废料地下处置库在核素泄漏后多场耦合过程的数值计算，考察了近场围岩中的温度、应力、孔隙水压力、核素浓度的分布及随时间的变化。结果初步显示了所建模型及程序可模拟热-水-应力-迁移耦合现象，因而具有一定的实用性。

VMIB (Virtual Multi-dimensional Internal Bonds)模型是在VIB(Virtual Internal Bond) 模型基础上发展起来的一种多尺度力学模型。VIB认为，固体材料在微观上是由随机分布的质量微粒（Material particle）构成，微粒与微粒之间由一虚内键（virtual internal bond）连结，材料的宏观本构方程则直接由微粒之间的连结法则（Cohesive law）导出。而在VMIB中，微粒之间引入了切向效应，材料的宏观本构方程由虚内键刚度系数导出。由于考虑了微粒之间的切向效应，VMIB能够再现材料不同泊松比。依据VMIB，材料的宏观力学行为决定于微观虚内键的演化。岩石材料在围压条件下强度显著增强，破坏模式一般表现为剪切破坏，其微观机制在于虚内键的演化决定于自身的法向和切向变形，并且演化速度决定于连续层次上材料微元的应力状态。为描述这种微观虚内键的演化机制，提出了一种虚内键演化方程。通过该演化方程，可以宏观再现岩石材料在围压条件下的断裂破坏行为。作为初步应用，没有考虑材料的塑性变形机制，因此，还有待于进一步的理论完善。

众所周知，研究复杂地质条件下的高拱坝应力和坝肩稳定对确保工程安全具有重要的意义。研究的江坪河高拱坝地质构造较复杂，坝基及坝肩岩体存在大量断层、软弱夹层、泥化夹层和卸荷、风化岩体等地质缺陷，引起两岸坝肩岩体变形不对称、压缩变形量增大以及坝肩局部岩体承载能力低，直接影响到拱坝正常运行和稳定性。因而，对各种工况下的坝体及坝肩岩体进行了三维有限元分析，研究了坝体及坝肩的应力和变形发展状态、可能失稳模式、破坏形态和破坏机制。研究成果表明，未加固时坝肩岩体不稳定，因此，通过研究采用合理的加固处理措施，右岸采用6个传力洞进行加固；左岸采用锚洞进行加固。采取加固措施以后对其进行三维有限元分析，其研究成果表明，加固有一定的效果，改善了两岸的受力状况和变形分布，提高了坝肩稳定性，但左岸坝肩仍不能完全满足规范要求，还需要进一步增加锚洞的面积。

脆性岩石在爆破载荷下的动态破碎行为是工程技术人员所关心的，采用数值法预估岩体破裂范围和损伤大小对施工安全具有重大意义，其中合理的岩石损伤模型是关键。假设岩体破坏近似服从Mises屈服准则，且考虑到岩体的应变硬化特性，把Taylor-Chen-Kuszmaul（TCK）模型中的拉裂损伤演化方程和材料双线性、弹塑性本构耦合到一起，并简洁地嵌入到有限元分析软件LS-DYNA中，通过半无限岩体中柱形药包爆破实例验证了其合理性与准确性。对球形药包爆破问题也进行了数值分析。该损伤模型及其数值模拟在工程中具有一定的参考价值。

在大规模的岩土工程建设中隧洞和洞室群是最为常见的地下结构。由于受岩土工程所处复杂地质条件的影响，针对地层和洞室的三维GIS综合建模及可视化分析是信息岩土工程面临的难题。讨论了基于栅格模型的地层三维建模技术，提出了由多层数字等高模型（DEM）生成三维地层的自适应控制算法。在此基础上，系统研究了地层中的三维洞室可视化仿真技术，提出了地层信息和洞室的三维综合建模技术，通过地下洞室的三维实体模型生成、洞室和地裙相减、洞室和地层相交等运算，实现了基于地层模型的洞室开挖与漫游，最终生成了赋含地层信息的三维洞室，并给出了一个典型的工程应用实例。

为适应日益增长的经济和交通发展需求，修建以4车道公路隧道为代表的超大断面低扁平率公路隧洞的需求初露端倪，这类隧道的低扁平率特征使传统的隧道支护体系面临许多困难，急待开发新型的隧洞支护体系。采用FLAC数值模拟平台研究了基于隧洞“先成结构法”支护理念的“先成预应力结构”新型支护体系在提高超大断面低扁平率公路隧洞洞室稳定性方面的效果，为“先成结构法”支护理念在超大断面低扁平率公路隧洞中的应用实施提供了有力的支持。

1995年阪神地震中，神户市的地下结构遭受了严重的破坏，尤其是地铁车站的破坏最为严重，其中大开地铁车站有一半以上的中柱发生坍塌，导致地面坍塌近2.5 m。对大开地铁车站的震害进行了全面地描述，基于大型商用有限元软件ABAQUS，采用在该软件上二次开发的土体非线性黏弹性动力本构模型模拟土在循环荷载作用下的动力特性，采用黏塑性动力损伤模型模拟混凝土在循环荷载作用下的拉、压应力-应变关系，对大开地铁车站的非线性地震反应进行了数值仿真分析，给出了破坏演化过程，把有限元分析的结果与大开地铁站的实际震害现象进行了对比，结果表明：数值仿真分析结果能够合理地解释大开地铁车站的主要震害现象，建模方法能够被用来进行地下结构的非线性地震反应分析。

黏性土微结构的SEM图像是了解土微结构特征的重要方法，但多数研究仍然以定性分析为主。由于SEM图像在拍摄过程中蕴含了土样中颗粒表面到成像表面的距离信息，因此利用GIS的三维分析模块实现了土样颗粒表面起伏状态的三维显示。利用GIS提供的面积和体积计算方法，分别研究了利用SEM图像计算土样孔隙度的二维和三维方法，并对其进行分析和比较。研究结果显示，基于二维图像处理得到的土样孔隙度受图像处理中阈值的影响较大，阈值越小，图像中颗粒体积越大，土样的孔隙度越小。而基于三维图像处理得到的孔隙度，由于直接采用灰度图像进行计算，得到的孔隙度更加符合实际情况。

岩体的渗透破坏、岩体中石油渗流、地下工程的防渗设计等无不与渗流计算有关。但由于岩体渗流介质的非均质性和各向异性特性、边界条件和几何形状的复杂性、初始条件的不确定性等因素制约着解析法在渗流计算中的广泛应用。应用无网格方法来求解岩体的渗流问题，通过变分原理详细推导无网格方法求解岩体渗流的离散方程及相关的计算公式，并利用有限元耦合方法对边界条件进行了处理。通过两个数值算例说明该方法的正确性和有效性。

深入研究了加锚节理面的变形特点和节理面附近锚杆的变形特点；把断裂力学与损伤力学相结合，采用应变能等效的方法，建立了加锚断续节理岩体在压剪应力作用下的本构关系；按自洽理论的方法，得到了加锚断续节理岩体在拉剪应力状态下的本构关系，并将其理论模型应用于某大型地下厂房的三维稳定性分析中。应用加锚断续节理岩体断裂损伤模型模拟锚杆的支护效应，锚杆通过与围岩的联合作用，有效地限制了围岩变形，改善了围岩的应力状态，阻止了围岩破损区的发展演化，从而提高了围岩的稳定性。将断裂损伤计算结果与一般弹塑性（FLAC3D）计算结果进行了对比分析。相比于普通的弹塑性模型，加锚断续节理岩体断裂损伤模型考虑了岩体中节理裂隙对洞室围岩稳定性的影响，以及锚杆针对节理裂隙的加固作用，能更好地反映裂隙岩体洞室围岩稳定性特征，从而验证了该模型的有效性和优越性。

利用大型有限元软件ABAQUS所提供的用户材料子程序UMAT接口，针对修正的剑桥本构模型开发了隐式积分算法，并且与自动选择时间步长的增量有限元方程迭代解法相结合，对正常固结土与超固结土的三轴排水与不排水试验进行了数值模拟。结果表明，所发展的隐式本构积分算法与时间步长自动选择方法具有较好的稳定性和较高的计算精度，能够得到比较合理的数值分析结果。

对包含断层的复杂地质体三维构模技术展开讨论并提出相应的解决方案。分析了实际勘察所获取的断层数据类型，设计了标准的断层数据库格式；系统地评价了两类基本的断层构模方法（即基于地层恢复的断层构模技术和基于分区插值的断层构模技术），分析了各自的特点和不足，在此基础上提出了断层与地层的统一构模技术；该技术既能应用于同沉积断层，又能适应断层终止于地层内部的情况，还能处理具有多值面的逆断层构造的拟合问题，在理论上能够构造任意复杂的断层系统。通过北京奥运公园场址的断层构模实例验证了该方法的有效性。

地下连续墙用于平面不规则形状基坑支护时，对任意直线段墙体，其受力与变形实际上是三维的，而不是一般经验简化方法假设的二维变形与受力，并应考虑相邻墙体之间的相互作用。采用考虑墙土相互影响的地下连续墙与土共同作用的三维有限元方法，研究了墙端铰接和墙端自由两种边界条件对等刚度及变刚度墙体内力与变形的影响，计算结果表明，建议的理论计算方法与模型试验结果吻合较好。通过与模型试验实测值的对比，指出了以往采用平面有限元进行分析的方法的不足，并重点分析了墙端铰接对墙体横向弯矩的影响，研究结果表明，三维变形产生的横向弯矩是可观的，必须加以考虑。

介绍了在ABAQUS有限元框架内，建（构）筑物爆破拆除仿真模拟的基本方法。提出了爆破缺口高度的确定方法、结构坍塌的力学判据与结构的离散化方法，利用ABAQUS有限元软件的非线性瞬态显式动力学模块模拟结构的失稳及倒塌过程，并用该方法对一个拆除爆破实例进行了仿真模拟。模拟结果表明，结构的坍塌过程及爆堆形状与实际接近。