近些年非饱和土力学的研究非常活跃，但对一些基本问题的认识并不一致，有时甚至概念混淆。针对非饱和土力学的几个基本问题：非饱和土状态变量的选择、非饱和土有效应力变量的选择、吸力概念的界定和轴平移技术的局限性、非饱和土的结构的表征方法等问题进行了分析和探讨。其中非饱和土状态变量和有效应力的选择对于非饱和土力学的理论和相应本构模型的建立具有重要影响，因此，首先深入讨论了这一问题，概括论述了非饱和土有效应力的演变并深入探讨了目前各种形式有效应力的优缺点。其次，指出由于受负压孔隙水气化（液-气相变化）的影响，在实际场地中大于某一界限值的基质吸力是不存在的；目前被广泛使用的轴平移试验技术却掩盖了这一情况，而基于此所建立的非饱和土强度和变形理论的适用性需要进一步的研究和论证。再次，指出非饱和土的结构除了包括组构和颗粒之间作用力的综合效应外，还建议增加孔隙水和孔隙气的分布以及各相之间的相互作用和物理-化学作用。最后对一些容易混淆的概念进行了梳理。其目的是希望国内同行在今后的研究中对这些问题加以关注，并建立正确的认识，促进非饱和土力学沿着正确的方向发展。

库仑土压力理论至今仍是计算土压力的重要方法而被人们所熟知。通过分析库仑土压力的墙后土楔体的受力特点，特别是深入研究了土楔体与墙的作用力关系，对库仑土压力理论给出了一些修正。认为土楔体和挡土墙之间的作用力（即定义的土压力），并非一定要达到极限状态，所以不能确定土压力的作用方向，但土压力的作用方向必须在其允许的角度范围之内。所以，认为库仑主动土压力为作用方向角度变化范围内的最大值，库仑被动土压力为作用方向角度变化范围内的最小值。对于墙后土楔体，认为墙体和土楔体是两个不同物体，土楔体的形成是因为土中产生潜在破裂面，而原库仑土压力理论要求墙体与土之间也达到临界状态是不必要的。墙体对土楔体的作用力（即土压力）实质就是相当于一物（墙）施加于另一物（土楔体）的力，即使土楔体滑动了，两物之间也并非要滑动。推导了主动土压力计算公式，给出了被动土压力的近似计算方案。算例证明，计算结果与原库仑理论有明显不同。该研究对库仑土压力的修正和求解值得引起重视。

膨胀土的失水收缩、吸水膨胀过程分别对应着土-水特征曲线的脱湿和吸湿阶段。土-水特征曲线对于研究非饱和土的水力与力学特性有着重要作用。用压力板法（吸力范围0～1.5 MPa）、滤纸法（吸力范围0～40 MPa）和蒸汽平衡法（吸力范围3～368 MPa），分别对南阳膨胀土进行了土-水特性试验，得到全吸力范围内的土-水特征曲线。试验结果表明：初始孔隙比大致相同土样的土-水特征曲线，在低吸力范围内脱湿曲线与吸湿曲线具有明显的滞回现象。当吸力大于300 MPa时，土-水特征曲线的滞回效应基本消失，即脱湿曲线与吸湿曲线基本重合。滤纸法所测出的土-水特性落在主脱湿和主吸湿曲线的滞回圈内。当吸力等于367.54 MPa时，含水率仅为0.325%，几乎近于0。孔隙比随着吸力的变化规律中，不仅受到吸力大小的影响，还受到吸力历史和吸力路径影响；孔隙比与吸力关系中，相同吸力时吸湿路径的孔隙比要比脱湿路径的大；在吸力低范围，吸湿路径与脱湿路径的孔隙比相近。孔隙比与饱和度关系因吸力路径的不同也存在着明显的滞回效应，接近饱和时趋近一致。变吸力情况条件下，饱和度随着孔隙比的增加而增加，蒸汽平衡法得出的孔隙比与饱和度的关系具有明显的线性关系，而压力板法做出来的低吸力范围内的线性关系不明显。

月面着陆器着陆过程中巨大的冲击作用会影响着陆安全和精密仪器的正常工作，因此，研究着陆器足垫与月壤相互作用对着陆器软着陆具有重要意义。足垫的水平滑移是着陆过程中较为复杂的阶段，利用自行研制的水平拖曳模型试验装置，在模拟月壤中开展足垫水平滑移的模型试验，研究滑移过程中足垫水平力和竖向轴力的变化，并进一步探讨模拟月壤的相对密实度、足垫的水平速度、刺入深度和转动角度等4个因素对足垫水平力和竖向轴力的影响。试验结果表明：足垫所受到的水平力与竖向轴力呈近似线性关系，当足垫受较大的水平力时，相应的竖向轴力也较大；足垫受力随相对密实度、水平速度和刺入深度的增加而增大；足垫的转动角度对其受力影响显著，当足垫的转动角度为(8°, 26°)时，足垫所受到的竖向轴力和水平力最小，当转动角度为(0°, -26°)时，足垫的受力最大，在滑移过程中该角度姿态利于着陆器的缓冲机构对能量的耗散。

拱北隧道是港珠澳大桥连接线的重要组成部分，隧道基底采用水泥土加固体处理。在加固体所处的环境中，由于地下承压水与海水相连，海水中所含的侵蚀性离子易对加固体产生一定的影响。通过室内试验和理论推导，研究侵蚀环境下水泥土的力学性能和耐久性。自制水泥土试块并模拟侵蚀环境，水泥土试块在侵蚀环境中浸泡时间分别为90、180、270 d，对浸泡后的水泥土试块进行无侧限抗压试验。试验结果表明：在侵蚀环境的影响下，水泥土试块强度的最大值出现在90～ 270 d之间。浸泡时间超过90 d，氯化镁和氯化钠的混合溶液（MCN）使水泥土试块的抗压强度表现出明显的衰减响应。在低浓度（1.5 g/L和4.5 g/L）条件下，MSN中的硫酸镁与水泥土中的3CaO•2SiO2•3H2O充分反应，使水泥土的抗压强度达到最高值，同比情况下对水泥土的抗压强度损伤最小。在相同的浓度下，氯化镁对水泥土试块的抗压强度影响比硫酸镁大。从化学动力学基本原理出发，基于硫酸镁与水泥水化产物的化学反应过程，推导得出侵蚀性溶液浓度与侵蚀时间之间的关系式(C1/C2)β=t2/t1，即当水泥土被侵蚀后达到同等抗压强度时，侵蚀性物质浓度的反应级数次方与侵蚀时间成反比。根据公式，可以通过较高浓度的侵蚀性溶液对水泥土试样浸泡较短时间条件下的强度试验结果，预测分析较低浓度的侵蚀性溶液对水泥土试样浸泡较长时间条件下的水泥土强度。最后结合试验数据对理论结果进行了验证。

在岩土工程中，裂隙岩体经常处于峰后变形状态，研究裂隙岩体的峰后应力-应变关系对预测结构的稳定性有重要意义。基于峰后软化阶段强度参数的逐渐演化行为，首先提出一个求岩石峰后应力-应变关系和裂隙峰后应力-切向位移关系的一般方法。然后采用摩尔-库仑强度准则，以岩石的最大主应变和裂隙的切向位移作为软化参数，假设强度参数为软化参数的分段线性函数，分岩体沿裂隙滑移破坏和沿岩石剪切破坏两种情况，提出多组贯穿裂隙岩体峰后应力-应变关系式的求法。最后，在算例中，分岩体沿裂隙滑移破坏和沿岩石剪切破坏两种情况给出了裂隙岩体的峰后应力-应变曲线，讨论了裂隙的平均间距、法向刚度和剪切刚度对峰后应变的影响。结果表明，裂隙的平均间距、法向刚度和剪切刚度越小，裂隙岩体的轴向应变越大。

岩土体的渗透破坏、地下工程的防渗设计等无不与渗流计算有关。针对渗流自由面问题，提出一种重心拉格朗日插值的配点型无网格方法。由于渗流自由面问题的求解区域是不规则区域，该方法通过将不规则求解区域嵌入一个正则矩形区域，在正则区域上采用重心拉格朗日插值近似未知函数，利用配点法离散渗流问题的控制方程，将重心拉格朗日插值的微分矩阵离散成代数方程表达的矩阵形式。将自由面上的边界条件通过重心拉格朗日插值离散，通过置换方程法和附加方程法施加边界条件，利用正则区域上的重心插值配点法，通过迭代确定最终自由面的位置。数值算例表明所提出的无网格方法对于求解渗流自由面问题的正确性和高精度。

传统的分层总和法不能考虑地基三维变形，计算基础沉降的误差非常大。为了减小分层总和法修正系数的范围，基于侧限压缩试验的e-p曲线，推导了能够考虑三维变形的柔性基础沉降算法。只要把传统算法的分层压缩量乘以一个修正系数，新算法就可以在分层总和法基础上考虑地基土的侧向变形。进一步地，通过调整基础底面的压力分布，推导了条形刚性基础沉降的近似算法。算例分析表明，考虑三维变形的沉降算法可以解决传统分层总和法在计算小尺寸基础时沉降过小的问题。计算表明，小尺寸刚性基础沉降计算结果比传统分层总和法大，大尺寸刚性基础沉降计算结果比传统分层总和法小，这可能是导致分层总和法修正系数范围过大的原因之一。应用文中方法有希望减小分层总和法的一部分误差。

通过试验模拟盐岩储气库建腔期腔体围岩围压动态降低过程，开展单轴压缩和三轴卸荷扩容试验，并分析温度对盐岩试件卸荷扩容特征的影响。试验结果表明：由于都是应力增加的过程，卸荷试验的扩容特征与常规单轴试验相比，在扩容阶段划分上具有一些共同点，都存在体积压缩段、稳定扩容段和加速扩容段。卸荷试验和单轴试验的压缩极限基本相同。但由于加载方式不同，卸荷试验的稳定扩容段在整体扩容中所占比例更小，扩容速率和扩容幅度也较单轴试验小。在相同的偏应力作用下，卸荷试验产生更大的扩容。温度升高能够促进盐岩的扩容，表现为加速扩容点前移、初始稳定扩容段缩短、加速扩容段变长、扩容速度加快、扩容幅度增大等。

为更深入地研究桩板墙背侧的土拱效应，分析其土压力荷载的作用规律及传递特性，进一步揭示桩板墙土拱效应与荷载分配之间的联系，采用现场大型试验及室内模型试验开展相关的监测研究工作。基于对土拱结构承载机制的认识，将作用于桩背侧与桩间挡板中部土压力的比值作为衡量土拱效应作用效果的直观标准。在某一自然边坡上，设计施工桩板墙堆载试验的模型槽，在挡土板与抗滑桩背侧分别安装土压力计，并开展持续21 d的现场试验监测。现场试验结果表明，随着时间的发展，该土压力的比值呈现先增加后趋于稳定的特点，时间效应相对较显著。还设计多工况室内模型推桩试验，为深入分析桩板墙背侧土拱效应与土压力传递特性之间的关系，试验重点对挡板刚度、桩间距、填料性质和挡板布置方式对桩板墙土拱效应的影响进行对比研究，并揭示被动状态下桩板墙背侧的土压力传递特性。

土体的结构是其强度、变形的内在决定因素，黄土的结构性由黄土颗粒之间的联结结构强度和摩擦结构强度所决定。由此，提出了黄土静力结构性参数即联结结构静力强度势参数m? 1、摩擦结构静力强度势参数m? 2以及结构静力强度势参数m? 。这些结构性参数具有明确的物理意义，既能反映黄土的综合结构性，又能分别反映黄土联结结构性和摩擦结构性。分析了静三轴应力条件下黄土的应力-应变特性以及黄土静力结构性参数的变化规律，建立了考虑黄土结构性的原状黄土应力-应变关系式，从而可以由结构性最弱的饱和重塑黄土的应力-应变曲线，通过结构参数模拟得到考虑结构性的原状黄土的应力-应变关系曲线。利用考虑结构性的原状黄土应力-应变关系式可整理计算出原状黄土的强度指标c、初始切线模量Ei、破坏比Rf、应力水平S以及切线弹性模量Et等参数，可应用于静荷载作用下黄土应力-应变有限元分析计算。

导管架海洋平台群桩基础的桩头约束是一种弹性约束。针对具有弹性约束桩头的群桩，提出了一种利用非线性地基梁群桩模型，通过迭代计算确定导管架平台群桩p-y数据的方法。该方法首先依据单桩p-y曲线，利用具有弹性约束桩头的群桩模型，计算桩头在总荷载作用下的水平位移；再利用Poulos相互作用系数确定由于群桩相互作用引起的桩头附加水平位移，将总荷载作用下的桩头水平位移与桩头附加水平位移叠加后的结果作为迭代计算的初始桩头水平位移。然后，依据桩头荷载与初始桩头水平位移，通过对单桩p-y数据的标定，确定其修正系数Ym，进而得到与第1次计算对应的群桩p-y数据。在接下来的迭代计算中，利用每次更新后的Ym确定该次计算使用的群桩p-y数据，并据此由群桩计算模型计算桩头位移，通过对单桩p-y数据标定确定相应的Ym，直到第i次与第i-1次计算出的Ym(i)和Ym(i-1)之间相对误差小于允许误差为止。由于该方法考虑群桩效应的p-y数据，且借助具有弹性约束桩头的群桩模型进行分析，从而使计算结果能客观反映具有弹性约束桩头群桩之间的相互作用与变形特性。

基于均匀化方法和椭球夹杂问题基本解给出了非饱和岩土体的有效热传导特性模型。该模型可以考虑夹杂形态、体积分数和空间分布及夹杂间相互作用对有效热传导特性的影响，反映了由于非均匀夹杂引起有效热传导张量的各向异性特性。讨论了夹杂宽高比以及夹杂与基质热传导系数比对有效热传导张量各向异性系数的影响。将岩土体看作固体基质和孔隙夹杂构成的非均匀材料，探讨了岩土体有效热传导系数随孔隙形态、孔隙率和饱和度的变化规律。最后，应用上述模型对高庙子膨润土(GMZ01)有效热传导系数进行预测并与其他模型预测结果进行对比分析。研究表明，本文模型对GMZ01膨润土有效热传导系数具有较好的预测能力，但更准确的预测需根据膨润土的孔隙结构采用多层次均匀化方法。研究成果对于高放核废料深地质处置库缓冲材料的热-水-力耦合特性具有一定参考价值。

节理中接触面积的存在使得渗流曲折效应更加明显，将对渗流产生显著影响。为了研究节理接触面积对节理渗流的影响，建立节理渗流概念模型，推导得到了节理渗流的接触面积影响系数；然后在节理渗流计算公式中引入该影响系数，得到了考虑接触面积影响的渗流计算公式。同时，由于接触面积的存在使得渗流曲折因子的计算更为复杂，在获得节理隙宽分布的基础上提出了计算节理渗流曲折因子的五点比较法。然后以人工大理岩节理试件为研究对象，在获得其三维表面形貌的基础上，一方面对其进行不同接触状态下5级法向应力作用下的渗流试验；另一方面，在根据节理试件的三维表面形貌数据计算节理的渗流平均曲折因子和接触面积比的基础上，分别采用考虑接触面积影响的渗流计算公式和Zimmerman计算公式对节理试件在不同法向应力作用下的渗流体积流量进行计算，并将计算结果与实测值进行比较。结果表明：考虑接触面积影响的渗流计算公式计算结果与实测值吻合较好，从而验证了考虑接触面积影响的渗流计算公式的正确性，而Zimmerman计算公式高估了节理的渗流流量。

采用宏细观结合各向异性破坏准则对主应力轴旋转条件下砂土的破坏特性进行分析。该准则是加载应力、组构各向异性程度和应力与组构几何关系3个因素的函数，可描述细观特性对任意应力旋转角度条件下破坏特性的影响。根据空心圆柱扭剪试验的特点推导一般正交坐标系下主应力轴旋转条件下的破坏关系式，考虑应力与砂土细观组构的几何关系，推导的关系式即可分析该条件下破坏特性。材料为各向异性时，主应力轴旋转造成破坏特性发生变化，细观各向异性程度越小变化越小；材料为各向同性时，则不会造成砂土破坏特性的变化。该式表明主应力轴旋转条件下不同破坏特性存在的根本原因是砂土各向异性的存在。采用空心圆柱试验结果进行验证，结果表明建立的关系式能较好描述不同应力加载角度条件下砂土的破坏特性。初步验证了由于砂土各向异性的存在使得主应力轴旋转造成了不同的破坏规律。

形成于早更新世的湛江组地层广泛分布于雷州半岛地区，其最为典型的灰色黏土因具有强结构性，在实际工程中出现了一系列岩土工程问题，为众多学者所关注。根据地层学研究结果，雷州半岛各区域的湛江组灰色黏土具有不同沉积环境。由于地质成因的差异，灰色黏土在不同区域表现出不同的工程特性。工程实际中，灰色黏土工程特性的区域性，使得工程界及研究者对于该土层的工程力学效益更是难以掌握。利用X射线衍射试验及电镜扫描试验，研究了不同区域灰色黏土的矿物成分及含量、微结构等微观结构特性。结果表明：不同沉积环境灰色黏土矿物成分及含量存在区域性差异，各矿物成分按照不同比例组合，形成的土体微结构区域特性明显。灰色黏土具有强结构性微观机制的揭示及区域差异性的分析，有利于对该层黏土的全面认知和利用。

为了研究盐穴能源地下储库建造过程中，腔体围岩处在地温、卤水和地应力地质环境中盐岩的损伤演化特点，利用声发射技术分析盐岩受不同温度的饱和卤水作用后的单轴压缩损伤破坏过程。试验发现：在一定温度的饱和卤水中浸泡30 d后盐岩的单轴抗压强度和弹性模量有所降低，但降低的平均幅度很小；卤水对盐岩主要表现为溶蚀作用，而浸泡弱化作用非常小；单轴压缩过程中盐岩的应力-应变曲线与声发射-应变曲线具有较好的一致性，卤水浸泡后盐岩的累计声发射数随卤水的温度升高略有增加；卤水作用后盐岩试件的声发射率和累计数要小于无卤水作用盐岩；盐穴建造期盐岩受一定温度的卤水作用后盐岩的强度将出现一定弱化，但卤水也会促进损伤盐岩体的重结晶恢复，盐岩的这种特性有利于盐穴建造期安全和稳定。

考虑土体材料的黏性阻尼和桩-土扭转耦合振动，把桩看作一维杆，将土体视作三维轴对称黏弹性介质，对黏弹性地基中现浇混凝土大直径管桩（简称PCC桩）扭转振动频域特性进行了理论研究，采用Laplace变换和分离变量的方法求得了桩顶扭转频域响应解析解。将所得解完全退化到实心桩的解，并与经典平面应变解进行对比，验证了解析解的合理性。分析了桩长以及土体黏性阻尼系数对桩顶速度导纳和复动刚度的影响，得到了各参数对桩扭转振动特性影响的规律。分析表明：桩周土黏性阻尼系数增大可以显著提高桩顶扭转复动刚度和减小速度导纳振荡幅值，而桩芯土黏性阻尼系数的影响不明显；桩长越长，桩顶复动刚度越大，速度导纳振荡幅值越小，但当桩长增大到一定程度时，再继续增加桩长，桩顶复动刚度基本没有改变。

为研究上部采用锚索框架结构、下部设置为桩板墙的组合式支挡结构的抗震性能，开展了大型振动台模型试验。通过输入不同强度大瑞波测试了组合结构的加速度响应和动土压力响应，同时将动土压力的实测值与规范法、Mononobe-Okabe法（M-O法）的计算值进行了对比研究。研究表明：（1）组合式支挡结构在不同强度地震动激励下水平向和竖直向加速度沿坡高有不同程度的放大，且输入的激振加速度幅值越大，放大效应越明显；（2）组合式支挡结构下部桩板墙墙后的动土压力强度随激振加速度幅值的增大而增大，沿着墙高呈现出上部小、下部大的分布特性；（3）动土压力强度的计算，在低烈度区使用规范法和M-O法是合理的，但在高烈度区需要对规范法和M-O法进行修正。

斜群桩受水平荷载作用时，群桩中的基桩受到径向荷载、轴向荷载和弯矩的共同作用。为研究轴向荷载对斜桩水平承载特性的影响，完成了3根单桩以及1组1×2斜桩的大尺寸模型试验。试验结果表明：轴向拉力作用会降低斜桩的水平刚度和极限承载力；而轴向压力作用则会使其水平刚度和极限承载力提高。基于桩侧浅层土体楔形破坏假定，推导了考虑轴向荷载影响的斜桩水平极限土抗力计算公式，提出了桩侧土抗力的p-y曲线方法，并通过模型试验及现场试验验证其合理性。

为研究重塑饱和黄土在长期渗流条件下的劣化机制，以杨凌Q3黄土为研究对象，用pH=4的稀乙酸溶液作为渗透液加速劣化，通过长时间的常规渗透试验和不同围压下的三轴渗透试验，测量了渗透系数随时间的变化过程，分析了渗透系数随时间的变化规律，探讨了重塑饱和黄土在长期渗流条件下的劣化机制。结果表明：渗透系数随着渗透时间持续减小，与时间符合幂函数关系；渗透系数是反映黄土劣化最敏感的参数；最小孔隙比面的孔隙比决定了渗透系数的大小；最小孔隙比面的孔隙比与初始孔隙比的比值可以用来描述黄土长期渗流的劣化程度，其比值定义为黄土长期渗流劣化率；结合黄土的非线性渗透模型提出了在一定围压下三轴渗透试验渗透系数与黄土长期渗流劣化率的关系式，进而推导出黄土长期渗流劣化率随时间的变化关系式。

以提高电渗效率、改善电渗效果为目标，通过室内模型试验研究了长方形、梅花形和平行错位3种不同电极布置形式对电渗排水效果的影响。试验采用铝管电极，并保证各组试验处理面积、外加电压和处理时间一致。通过比较分析各试验排水量、电流降低率、裂缝开展和能耗系数得到以下结果：电极长方形布置时，裂缝最为规则、排水效果一般；电极平行错位布置时，排水效果最好，电流降低率最大，但从能耗系数的角度来评判仍然表现最好；电极梅花形布置时，裂缝开展最复杂，且产生了纵截面贯穿裂缝，严重影响了后期的电渗效果，但在裂缝大量开展前，其电流降低率极小。总结室内试验的结果，建议优先采用电极平行错位布置形式进行电渗处理。

地下水封石油洞库是利用饱水岩体密封性进行石油储存的方式。在地下水封石油洞库的建设中，由于工程体的出现，改变了区域地下水的补给、径流和排泄条件，干扰了原来平衡的地下水渗流场，为保证地下石油洞库的水封效果，需进行裂隙岩体渗透特性及地下水渗流场时空演化研究。以国内首个在建的大型地下水封石油储库为工程背景，结合现场试验数据分析，运用等效连续介质的方法，采用裂隙岩体各向异性渗透张量，建立三维地下水数值模拟模型，预测不同施工进程时地下水位的变化。分析预测结果表明：在地下洞室开挖过程中，无水幕条件下地下水位逐渐降低，主洞室部分区域出现零水头压力区，无法保证水封性；模拟运营期水幕巷道施加定水压力，地下水位上升至设计高度35 m且趋于稳定，可以满足水封效果要求。研究结果对地下石油洞库的水封性评价具有一定的工程意义和理论价值。

多年冻土隧道修建中，施工活动产生的热量将导致多年冻土围岩中出现一定范围的融化圈，进而影响支护的受力以及隧道洞室的收敛。将围岩分为融化区和未融化区，将融化区围岩视为弹塑性介质，未融化区围岩视为弹性介质，建立并求解融化作用下多年冻土隧道围岩弹塑性模型，对不同的围岩条件及支护工况下多年冻土段隧道施工中围岩与支护的相互作用进行分析。结果表明，该模型表现了融化作用下多年冻土围岩与支护相互作用的特征；在较差围岩中，喷射混凝土支护的强度是控制融化作用下多年冻土围岩稳定以及隧道周边位移量的关键因素。在多年冻土隧道施工中，可采用本模型确定施工中容许的最大围岩融化深度，施工中应采取有效措施避免围岩中出现过大的融化圈。

岩土参数与应力环境、沉积条件、风化程度和埋藏条件等因素相关，其统计值具有空间变异性和相关性，采用非相关型岩土统计参数进行岩土工程设计具有不经济性。通过分析岩土参数的变化规律及与其相关的主要因素，说明岩土参数可用深度或参数与地层顶面或底面的距离作为相关参数进行相关型判别，论述相关型参数的判定标准和相关型标准值的计算方法，采用图解法分析相关型参数多种取值方法的可靠性。以华南某核电厂常规岛地基和某变电站边坡为例，介绍了相关型岩土参数标准值经验公式在岩土设计优化中的应用。分析表明：具有规律性变化的岩土参数宜选择恰当的相关参数划分为相关型，相关参数可取参数与地层顶面或底面的距离，相关型岩土参数标准值可使岩土设计方案更具合理性和经济性。

以在建的穿越5•12强震区发震断裂带的广甘高速公路杜家山隧道为工程依托，选取20 m典型围岩区段为试验段，对有、无系统锚杆时的洞周位移、锚杆轴力、钢拱架内力、围岩与初支接触压力、及其二衬内力进行实测对比分析，探讨锚杆支护作用效果不明显的成因，提出了在强震区软弱破碎千枚岩隧道围岩中采用“钢喷”初期支护的支护方案。研究结果表明：设置锚杆的断面，其锚杆轴力值较小，最终洞周变形值及围岩与初支的接触压力值相对偏大，钢拱架和二衬的安全储备相对不足；锚杆的施工不仅在某种程度上加剧了对深部围岩的扰动，而且还延误了喷射混凝土和钢支撑支护对暴露围岩及时封闭的最佳时机；震后深部围岩的震裂损伤和震裂岩体地下水的渗透性增强，致使围岩松弛区域超过了锚杆设置范围，且锚杆与围岩间的黏结力被削弱。

吕梁机场滑坡是机场建设前期发现的一处大型黄土滑坡，由于滑坡的东北侧为机场主跑道，因此，该滑坡对机场建设以及建成后的运营存在较大的影响。在详细的工程地质勘察和测试分析工作基础上，首先，分析了滑坡的特征和形成机制，进而评价了滑坡的稳定性；其次，通过勘察认为该滑坡为黄土层内发育的多层滑坡，在地貌上呈3级台阶，主滑坡滑动面位于离石黄土的古土壤层内；最后，利用GIS建立了滑坡的三维地质模型，并采用极限平衡法和强度折减法分析，分别评价了吕梁机场滑坡不同滑体的稳定性。三维极限平衡结果表明：该滑坡大多数分级、分块滑体在天然状态下处于稳定、基本稳定状态，强度折减分析得到的整个滑坡的安全系数为1.26，最危险区域出现在 II级滑坡后缘以及I-3滑坡，在上部加载或降雨情况下有可能再次发生滑动。总之，三维稳定性分析可以更真实地反映滑坡的真实状态，尤其是对于条件复杂的滑坡。

CO2深部咸水层地质封存被认为是减缓温室效应的一种有效的工程技术手段。针对神华鄂尔多斯105 t/a CO2捕集与封存(CCS)示范项目，用数值模拟方法对CO2在地层中的运移过程进行了详细地刻画，分析了CO2的流动迁移、地层压力积聚过程及地层封存潜力。数值模型不但可以为工程的顺利进行提供技术支撑，而且可以节省人力财力。首先，根据实际监测数据对模拟参数进行校准，得到了合适的压力拟合曲线，确定了主要的水文地质参数。然后，对为期3 a的CO2续注工程进行预测，详细分析了CO2的晕扩散、溶解情况、地层压力变化情况、储层封存潜力等。得到如下结论：CO2在3 a内的最大迁移距离约为350 m；水裂可以有效提高CO2的注入性；隔离层能有效防止CO2逃逸。研究表明，尽管鄂尔多斯盆地属于低渗咸水层仍然能够有效安全地封存CO2。

为研究河谷地形对深厚覆盖层中防渗墙应力、变形的影响，以某沥青混凝土心墙堆石坝为工程背景，模拟了狭窄河谷和宽深河谷并分别建立有限元模型，坝体材料及覆盖层采用邓肯-张E-B模型，防渗墙与覆盖层、基岩之间的接触关系采用无厚度接触面模拟，进行三维非线性有限元计算，对比分析两种河谷情况下防渗墙的应力、变形情况。计算结果表明：狭窄河谷中，防渗墙沉降和水平向位移及防渗墙与覆盖层的不均匀变形均比宽深河谷小，其中不均匀变形最大减小了24.8%；宽深河谷中，防渗墙受河谷地形约束作用较弱，竖直向压应力较狭窄河谷更大，最大增加了40.3%；防渗墙的竖直向压应力最大值位置受中性点位置和河谷地形的共同影响，其中竖直向压应力最大值约30%来自墙顶坝体土压力，70%来自与覆盖层之间的负摩擦力。其研究结果可为不同地形条件下坝基防渗墙的设计提供参考。

在总结前人提出的拱效应系数基础上，对拱效应系数的公式进行了改进，认为拱效应系数应该是实测土压力与上覆土压力和孔隙水压力之和的比值。结合瀑布沟大坝监测资料，用改进的拱效应系数计算公式对大坝心墙拱效应进行计算，并对心墙内拱效应进行动态分析。在施工期，施工工艺是影响大坝心墙拱效应系数的主要因素，填土在仪器埋设以上0～20 m时，拱效应系数较大，随着填土的增加拱效应系数减小，施工期坝体内应力分布在蓄水初期起决定性作用。在蓄水期，心墙上游侧拱效应系数与水位变化呈反相关联，拱效应系数比下游同高程和0+001 m处大；0+001 m处拱效应系数与水位变化呈正相关联，且此处拱效应系数最小；心墙下游处拱效应系数与水位变化呈正关联的关系，在心墙与基岩接触处拱效应系数大于100%。产生这种规律的原因主要有湿化、渗流、水力劈裂作用，三者共同影响，从而导致心墙内应力发生变化。

筒型基础是一种新型的海上风电基础，由于其具有减少工程量、节省投资、缩短施工时间、可重复使用等优点，在某些领域正在逐步替代桩基和重力式基础。目前工程上对筒型基础的设计还没有现成的规范可供使用，一般是将筒内部土体与筒壁视为一体，然后采用简化的极限平衡方法进行设计计算，不能反映筒内土体的工作特性。以福建近海某风电基础工程为依托，采用大型有限元软件ABAQUS对海上风机单筒基础的承载特性进行了三维有限元数值分析。根据海上风机的受力特点，考虑基础隔舱的作用效果，建立了筒型基础的简化模型与有无隔舱的计算模型。计算结果表明：筒型基础在受荷过程中，基础内部土体产生屈服变形，使得筒型基础的承载特性不同于简化极限平衡方法。两者之间的差异使得实际的地基承载能力比极限平衡方法计算所得的要小。此外，对现行简化计算方法的误差进行了估计，并对筒型基础承载力计算提出建议，可供筒型基础设计者参考。

采用离散元法（DEM）研究胶结岩土材料在不同加载条件下的结构破损规律。首先，基于微观力学理论，考虑胶结岩土材料颗粒间胶结特性，给出表征结构性损伤的破损参数式。该式具有微观物理意义，但不能直接用于建立宏观本构模型。其次，采用二维离散元源程序NS2D模拟等向压缩、等应力比压缩以及双轴压缩试验，分析破损参数在不同加载条件下随宏观力学变量（体积应变和剪应变）的演变规律。最后，根据模拟结果提出破损参数数学表达式，其为大主应变的函数。研究结果表明：胶结强度、应力比以及围压均在一定程度上影响了数值试样的结构破损规律。在等向压缩和等应力比压缩试验中，容易用函数式描述数值试样破损参数随体积应变或偏应变的演变规律；而在双轴压缩条件下，由于数值试样有剪胀特性，破损参数随体积应变的演变规律则不易描述。建议的破损参数数学表达式能够较好地描述数值试样在不同加载条件下结构破损规律。

采场内结构体的存在对矿块安全回采影响较大，开展其解算方法与稳定性计算方法研究具有重要意义。应用一般块体理论，以采场四周的开拓巷道结构面调查数据为基础，运用GeneralBlock程序初步解算出采场内结构体，分析结构体的真实性，制定真实性分级表。结合3DMine软件，用定义包裹长方体的方法准确刻划结构体的位置，建立简单材料力学模型，计算出固定结构体的最小固定面面积。对于解算出的结构体，在块体可移动性定理和稳定性原理的基础上，运用材料力学、集合等方法，分析矿块回采过程中结构体可移动性，计算结构体稳定性系数。研究成果成功解算出采场内结构体并进行了稳定性分析，对于裂隙岩体加固与采矿工艺优化具有较好的指导意义。

针对隧道内水平超前劈裂注浆中浆液劈裂方向随机性的问题，提出一种诱导劈裂注浆方法，可以控制和改变浆液的劈裂方向。首先，基于弹性力学理论及其基本假定，分析竖向地应力大于水平地应力条件下对单一土层进行劈裂注浆时浆液沿竖向劈裂的力学机制，在此基础上探讨改变浆液劈裂方向为水平劈裂的必要性和诱导方法，并从应力集中的角度分析诱导劈裂注浆的力学机制；其次，采用有限元法研究注浆孔孔周劈裂方向控制点的应力随侧向压力系数和诱导孔与注浆孔间距变化而变化的情况，得出实现诱导劈裂注浆时两孔间距及侧向压力系数应满足的条件，并拟合两孔间距临界值的计算公式。结果表明：在离注浆孔上、下方4倍注浆孔径以内对称布设诱导孔，改变了注浆孔孔周劈裂方向控制点的应力场。当两孔间距小于实现诱导的临界距离值时，注浆孔孔周控制点的应力大小发生转换，浆液的劈裂方向发生改变，将沿水平方向劈裂。诱导孔与注浆孔间距的临界值会随着侧向压力系数的增大而逐渐增大。

应用饱和土动力固结理论和Pastor-Zienkiewicz III动力本构关系，对波浪作用下黄河三角洲粉质土海床的动力响应特征进行了有限元分析，应用总超孔压准则对海床进行了液化判别，并将计算结果与现场观测资料进行对比。结果表明：波浪导致的海床超孔压由瞬态孔压和累积孔压两部分组成；相比均质海床，拥有表面硬层的海床瞬态孔压沿深度衰减更快，累积孔压在表层增长速度更大；不同波浪条件下，瞬态孔压值及其变化趋势较为一致，累积孔压则具有较大的不同。年平均波浪条件下海床不会发生液化；5 a和50 a一遇极端波浪条件下，考虑三维效应和具有表面硬层的海床更容易液化，最大液化深度在海床表面以下2～3 m范围内。计算所得的海床最大液化深度与实测的黄河三角洲海底灾害地貌深度有较好的一致性，表明了文中方法的有效性和合理性。

首先对嵌岩桩进行了现场钻孔抽芯试验和静力载荷试验，试验结果表明：当采用冲击成孔工法施工且桩侧存在弱胶结土层时，桩底沉渣厚度普遍较大，远厚于规范允许值；当荷载达一定值时，呈现突发性下沉且下沉量较大，主要与厚层沉渣导致端阻力未发挥作用有关。试验结果说明：当采用冲击成孔工法施工且桩侧存在弱胶结土层时，现有嵌岩桩设计方法同时考虑端阻和侧阻作用是不妥的，嵌岩桩单桩承载力宜仅按土层和嵌岩段侧阻力确定。进一步基于数值分析对嵌岩段摩阻力分布及变形等承载性状进行研究。在施加荷载一定条件下，嵌岩深度与基岩强度越大，下沉量越小，且厚层沉渣嵌岩桩沉降存在嵌岩深度效应。随着桩顶荷载增大，嵌岩深度与基岩强度差异导致的下沉量的差值增大。嵌岩段桩侧摩阻力沿深度呈马鞍型分布，嵌岩深度与基岩强度较小时，嵌岩段下部峰值比上部峰值大；嵌岩深度与基岩强度较大时，嵌岩段下部峰值则比上部峰值小。在桩顶荷载一定条件下，嵌岩深度越小，下沉量越大，越有利于侧摩阻力发挥，嵌岩段桩侧摩阻力越大。由于厚层沉渣存在，嵌岩段桩身轴力沿深度方向从桩顶荷载逐渐衰减为0，嵌岩深度越小，衰减速度越快。

粗粒料是一定级配的岩石颗粒集合体，具有独特的物理力学特性。以粗粒料室内三轴固结排水试验成果为基础，基于离散元颗粒流理论，从细观角度出发，以PFC3D为工具，通过自编程及二次开发，得到按级配生成的粗粒料三轴试验数值模型。引入clump颗粒考虑颗粒形状对粗粒料强度及变形的影响，分析剪胀、颗粒形状、颗粒重排的关系。结果表明：颗粒形状是影响粗粒料强度与变形的主要因素，在其他细观参数一定的情况下，改变颗粒形状，可以显著影响粗粒料的力学行为；BPM模型的应力-应变关系只在低围压下与试验值吻合，随着围压的增大，偏差越来越大；而引入clump颗粒的PFC3D数值模型能很好地模拟粗粒料室内三轴固结排水试验的应力-应变特性，但由于BPM及clump都是刚性颗粒，没有考虑颗粒变形及破碎，造成应变剪胀偏大。

传统有限元强度折减法在边坡稳定性数值分析中取得了一定的成功，但由于未考虑岩土体材料参数的变异性等不确定性因素，尚不能直接应用于边坡稳定性特别是动力稳定性可靠性分析问题。为此提出了基于有限元强度折减法的地震边坡动力稳定性可靠性分析方法。将有限元极限分析法、动力分析法和可靠性分析法三者耦合，分析求解边坡在地震作用下的动力稳定性可靠性问题，并将这一过程在数值计算程序中得以实现。在计算分析过程中，克服了原方法需不断人工试算才能得到边坡安全系数而无法量化处理问题，并对边坡动力失效准则进行了适用于程序化的改进，使其计算过程完全实现自主运行。结合典型算例分析结果表明，该方法显著的特点是能较全面地反映岩土体的动力特性和边坡岩土体材料强度参数的变异性及相关性，所得结果相对更加合理且更符合工程实际。该方法既是对有限元强度折减法的应用范围的有益推广，也为边坡动力稳定性可靠性问题研究提供了一条新的有效途径。

基于系统能耗最小原理的极限分析上限定理，利用MATLAB强大的数据处理功能，对边坡稳定系数Ncr采用序列二次规划法（SQP）进行优化计算，并与枚举法相结合，从而解决SQP算法求解优化解容易陷入局部最优解的问题。同时开发了一款简单实用的边坡稳定性分析软件，实现了计算结果与临界滑裂破坏面图形的可视化输出。与经典算例对比分析，计算结果具有较好的一致性，表明了程序的可靠性。分析了内摩擦角?、边坡倾斜角?、? 3个参数对边坡稳定系数Ncr的影响。计算结果表明：边坡稳定性系数Ncr对?、? 较为敏感，而对? 的敏感次之。其次，当?、? 比较接近或在小范围内波动时，对稳定性系数Ncr的影响特别敏感；当?、?值较小时，滑动面通过坡趾下方，而当?值比较大时，滑动面通过坡趾。

为了研究岩体局部化现象，基于轴向压杆稳定实例，运用数理和力学知识，根据Drucker-Prager（简称D-P）准则，推导了基于分叉理论的通用表达式。在此基础上，结合有限差分理论得出FLAC3D计算中岩体内发生分叉的判定条件，之后在自带的FISH编译语言的辅助下，在FLAC3D中建立数值分析模型，采用D-P本构关系，研究了岩体局部化现象及其发展过程。研究结果表明：在FLAC3D中以20 000步为间隔所得的不平衡力比率模型系统逐渐趋于稳定，不平衡力比率逐渐降低，局部化现象的规模逐渐扩大至稳定，清晰度逐渐增加，证实了分叉理论能够有效地分析研究岩体局部化现象。给出的岩体局部分叉判定条件和数值验证，较为科学合理地阐述了常用分叉判定条件的由来，为解释岩体局部化现象的机制和过程提供了理论支撑，从而对岩体局部化现象研究起到了一定的推进作用。

岩土体爆炸破坏问题是岩土工程领域的研究热点，为开展小当量集团装药在不同埋置深度时的土中爆炸效应分析研究，在LS-DYNA框架内建立基于光滑粒子流体动力学-有限元耦合方法（SPH-FEM）的砂土地基爆炸效应分析模型。计算结果表明：浅埋装药时最大爆坑深度到达时刻远在最大爆坑直径之前，地基表层砂土体剪切流场对爆坑直径的发展具有决定性作用；随着药包埋置深度的增加存在一个临界爆坑直径，爆坑直径近似认为只与药包当量和埋置深度相关，经简化与经验假定之后得到的爆坑直径与埋药深度之比与比例距离近似呈直线关系；砂土中爆炸波在近区表现为强间断的冲击波形式，压缩作用是造成近区砂土大变形流动的主要因素，而在爆炸远区则转变为连续的应力波形式；土中爆炸波峰值压力随比例爆距的衰减规律与经验曲线基本一致。研究结果可以为地基工程的抗爆设计及加固提供参考。

基于Biot饱和多孔介质U-W格式动力控制方程，采用Galerkin法和Fourier变换，推导了饱和土体2.5维有限元方程及黏弹性人工边界，建立了饱和土地基中空沟分析模型，并在波数域中进行求解，通过快速Fourier变换（FFT）进行波数展开，获得三维空间域中结果。算例分析了移动荷载作用下均质饱和土地基、分层饱和土地基、上覆单相弹性层饱和土地基3种饱和土地基模型中空沟的隔振效果。结果表明：饱和土地基中空沟的隔振效果不仅与空沟自身深度有关，还与地基中成层土体的分界面以及土体参数有关，波在不同土体分界面上的透射和反射会影响空沟的隔振效果；饱和土地基中上覆单相弹性层厚度对空沟的隔振效果影响显著，随着上覆单相弹性层厚度的增加，饱和土地基中空沟的隔振效果变好。

新型螺旋成孔根植注浆竹节管桩是一种新的组合桩型，具有承载力高、技术含量高和安全性能好等特点。为了更好地了解新型组合桩的抗压承载机制，应用ABAQUS软件进行抗压数值模拟。通过将模拟结果与现场试验结果对比，验证了数值模型的可靠性。分析模拟结果，发现桩身竹节处存在2～3倍桩径的应力影响范围，并且存在1.6～1.8倍桩径的空壳区，竹节极限承载力从上到下排列线性增长（除第1节和最后一节）。结果还表明，竹节间距、水泥土厚度、桩侧土弹性模量以及桩端土弹性模量都对组合桩极限承载力有影响，而水泥土弹性模量的影响则可忽略。以往相似工法的极限承载力公式都不能很好地诠释本桩型的受力特性，因此，结合理论分析与抗压受力机制，提出考虑侧阻竹节影响系数的单桩极限承载力公式，与现场试验结果对比，较为接近。