分别利用RMT－150C和多功能分离式霍普金森压杆（SHPB）试验系统对砂岩进行了不同应变率下的单轴压缩、三轴压缩和拉伸试验。结果表明，在围压为0或围压一定的情况下，应变率低于102 s-1时，抗压强度的增加与应变率的量级呈正比；在应变率高于102 s-1时，岩石的抗压强度增加趋势与应变率的1/3次方呈正比。拉伸强度也存在类似规律。针对101～102 s-1应变率范围内缺少岩石动态强度准则这一现状，根据上述试验规律，结合Mohr-Coulomb准则、Hoek-Brown准则和Griffith准则的原理，给出了不同应变率范围内动态Mohr-Coulomb准则和动态Hoek-Brown准则的具体表达形式。研究结果表明，在低应变率情况下，动态Mohr-Coulomb准则和动态Hoek-Brown准则均适用，但Griffith准则判别结果误差很大。在高应变率情况下，动态Mohr-Coulomb准则比较适用，Griffith准则仅适用于评估高应变率单轴抗压强度和抗拉强度之间的关系。

天津滨海新区有大面积吹填软土，难以直接满足工程建设的要求，需进行固化处理。现采用主剂水泥和外加剂石膏、NaOH、Na2CO3和FeCl3，通过组合配比对天津滨海新区不同含水率的吹填软土分别进行室内固化试验，以无侧限抗压强度为指标，经有效地筛选和对比分析，确定了适用于不同工程性质的两种固化剂组合配比，并对固化土的微结构特征进行了分析研究。试验研究表明，水泥加适量的外加剂加固天津滨海新区吹填软土效果明显好于纯水泥土。微观结构分析表明，与同一龄期下水泥土相比，固化土生成的水化物更多，孔隙含量更少，表现出更稳定的微结构特性，也从机制上解释了该现象。

预裂的人字形切槽巴西圆盘(Pre-cracked chevron notched Brazilian disc，简称P-CCNBD)是将人字形切槽巴西圆盘(cracked chevron notched Brazilian disc，简称CCNBD)的切槽尖端再稍加切削制成直裂纹前沿的试样。利用霍普金森压杆对P-CCNBD砂岩试样进行径向冲击，完成I型动态断裂试验后再做数值分析得到岩石的动态断裂韧度。为了验证数值模拟的可靠性，先进行了无限平面中一条有限尺寸裂纹表面受冲击拉伸作用的动态有限元分析，结果表明，数值模拟的结果与Shi得到的结果非常吻合。将试验-数值法和他人的准静态法分别确定的砂岩的动态起裂韧度进行对比，两种方法得到的结果有一定的差异。采用试验-数值法，将比较成熟的直裂纹巴西圆盘(cracked straight-through Brazilian disc，简称CSTBD)和P-CCNBD两种试样测得的结果进行对比，两者吻合较好。得到的动态起裂韧度都有随着加载率的增加而增大的加载率效应。分析了准静态法的缺陷，认为试验-数值法得到的结果更为合理。

试验路基以云贵铁路某填方路基为原型，试验路堤底部宽L=60 cm，路堤顶部宽l=10 cm，路堤高h=15 cm，采用室内模型试验研究了4组减震措施在逆冲断层作用下填方路基的变形响应。第1组是把路堤直接坐落在地基上，这组试验也是一组基本试验，其他试验组的试验结果可与该组试验结果进行对比；第2组是在路堤底部铺设一层土工格栅；第3组是在路堤中部和底部各铺设一层土工格栅；第4组是在路堤底部黏土层中打入预制的CFG桩，同时在路堤底部和中部各铺设一层土工格栅。试验中利用分离式位移计和百分表记录路堤的变形数据，通过对数据的处理分析研究路堤在不同加固措施下的变形破坏模式，研究结果表明：（1）在4组模型中，路基破坏主要是路堤本身产生了斜45°的裂缝；（2）在底部基岩错动量小于路堤高度13.6%时，路堤中加入两层土工格栅达到的减震效果最佳；当基岩错动量在路堤高度13.6%～20.5%之间时，CFG桩与路堤中加入两层土工格栅的减震措施最有效；（3）随着减震措施的加强，断层位移在地层中传播的角度变缓，影响范围加长，产生的震害程度降低了。研究结果对工程实践具有重要的指导意义。

在库水的长期浸泡-风干循环作用下，库岸边坡岩体的动力特性变化规律直接影响其长期稳定性能，其中，消落带是库岸边坡稳定的敏感地带。因此，特选取三峡库区库岸边坡消落带典型砂岩为研究对象，设计了考虑水压力反复升降变化和浸泡-风干循环耦合作用的试验方案，对不同浸泡-风干循环作用周期的岩样进行单轴循环加、卸载动力响应试验。研究结果表明：随着浸泡-风干循环作用次数的增加，相同次数加、卸载循环作用时对应岩样的轴向应变、动应力-应变曲线的滞回圈面积逐渐增大，计算得到砂岩的阻尼系数、阻尼比逐渐变大，动弹性模量逐渐减小，说明浸泡-风干循环作用对砂岩动力特性的损伤是一种累积性发展的过程。最后，基于岩样的微观结构变化，对浸泡-风干水岩循环作用下砂岩动力特性劣化机制进行探讨。研究成果对库区大量存在的库岸边坡在考虑地震作用下的长期稳定性评价具有较高的参考价值。

以水泥砂浆为相似材料，制备3种岩壁强度、5种起伏角度的锯齿型节理试样；利用试验设备，进行了在4种法向应力下的循环剪切试验。根据试验结果，结合循环剪切试验特点，定义剪胀角来表征节理循环剪切的法向变形特性，以及剪切刚度来表征节理循环剪切的切向变形特性。基于不同起伏角、不同强度等级和不同法向应力下的节理试样循环剪切试验结果，分析了循环剪切过程中剪胀角和剪切刚度的变化规律；并利用不同条件下的试验结果，对比分析初始起伏角度、法向应力、岩壁强度对节理循环剪切变形特性的影响规律。研究发现：剪胀角、剪切刚度均随着剪切循环次数的增加而呈现先快、后慢的降低趋势，并且中低起伏角度节理的剪胀角、剪切刚度的降低趋势随着初始起伏角度、法向应力的增加而加快，随着岩壁强度增加而变慢，高起伏角度节理的剪胀角、剪切刚度的降低趋势基本保持不变。

斜坡岩体的岩性及岩体结构是斜坡在地震作用下产生变形破坏的主要控制因素。基于振动台模型试验，对4个斜坡模型探讨了这2个因素对斜坡地震动力响应的影响。岩性包括强度相对较高的硬岩和强度相对较低的软岩，对这两种岩性的斜坡又分别考虑了不含结构面的均质斜坡和含水平层状结构面的斜坡。基于传感器采集到的大量数据，以主频相近的天然地震波和10 Hz正弦波加载为分析工况，获得了以下几点认识：（1）4个模型斜坡坡面和坡内的水平向加速度均具有高程放大效应，尤其是软岩斜坡坡顶放大效应最显著；（2）软岩斜坡对水平向加速度的高程放大效应强于硬岩斜坡，尤其是在均质斜坡中表现最显著，均质软岩斜坡的高程放大效应呈现出明显的非线性特征；（3）当加载方向与水平层面平行时，含水平层状结构面的斜坡比均质斜坡产生了更强的高程放大效应，且在软岩斜坡中体现最显著；（4）岩性差异对斜坡水平向加速度高程效应的影响比结构差异的影响更为显著。研究结果为岩质斜坡的抗震设计提供了一定参考。

最新研制了一种完全透明、较低温度下拉压比可达1/6.6的树脂，其与岩石特性的相似性较前人的研究有大幅度提高。制作了一组含三维内置平行双裂隙组的试件，详细描述并分析了单轴加载下试件的裂隙扩展与贯通过程，研究其产生的条件和机制。试验结果表明：试件的破坏大致经历4个阶段，三维裂隙组的断裂比二维情况复杂得多，产生了多种不同形态的裂纹。在FLAC3D软件框架内建立了一种新的弹脆性本构关系，并采用超细单元和合理形态的网格建模。将数值模拟结果与相关试验进行对比，相符程度良好，表明新数值模拟方法的有效性。当双轴加载时，模拟结果也与前人类似试验结果有很好一致性。

针对传统煤层预裂爆破增透存在的问题，对定向聚能爆破控制裂纹演化方向的理论和方法进行研究，即通过聚能射流的初始导向裂纹与后续高压气体形成的气楔联合作用，达到控制裂纹演化方向和长度的目的。基于模型试验和数值模拟，探讨了定向聚能爆破聚能方向和非聚能方向裂纹演化的机制。在潘三矿掘进工作面现场运用定向聚能爆破技术，达到增加煤体裂纹与保护围岩稳定性有机的统一。试验结果表明：爆破后3 h内抽采瓦斯量变化最为明显，其中最大抽采量是原始抽采量的470倍。有效抽采半径为7 m以内，爆破后顶板振幅约为0.23 cm。

为研究天然沉积土的物理特性、结构状态与应力水平对其渗透特性的影响，采用固结渗透联合试验，对太湖湖沼相粉质黏土原状样与具有不同前期固结压力的重塑样的渗透系数变化规律进行了测定。原状样和重塑样的渗透系数均随固结压力的增大呈非线性减小，且两者的孔隙比与渗透系数的变化模式相一致；而前期固结压力仅影响渗透系数大小。试验结果表明：土体渗透系数随孔隙比的变化规律不受土结构性（颗粒间胶结作用）和应力历史的影响；对于同一土体，渗透系数大小主要由孔隙比决定，进而对试验和相关文献中不同土体渗透系数在压缩过程中变化规律进行了分析，建立了线性的lg(1+e)-lgkv渗透模型，并考虑了液限的影响，对渗透指数 的经验关系进行了修正，修正后的 计算结果更接近于实测值。研究结果对准确分析原位地基实际受荷过程中非线性固结性状具有重要意义。

为了确定软土中张紧式吸力锚的破坏标准，采用自主研发的电动伺服加载装置，在荷载和位移控制方式下进行了张紧式吸力锚在最佳系泊点受静荷载作用的承载力模型试验。结果表明：不同的破坏模式，锚破坏时对应的位移也不同。当锚为竖向破坏时，对应锚沿系泊方向的位移约为0.6倍的锚径；当锚为水平破坏时，对应锚沿系泊方向的位移约为0.3倍的锚径。同时，按照模型试验所得的破坏标准确定的吸力锚的极限承载力与极限分析法的预测结果吻合较好。对足尺锚进行了有限元分析，将分析结果与极限分析法的预测结果进行比较，验证了模型试验所得位移破坏标准的合理性。

在近年来的岩土工程实践中，土工合成材料加筋土技术得到越来越广泛的应用。采用平板载荷板试验方法，进行了多组加筋砂土地基模型试验，监测和分析了不同加筋材料（双向格栅与四向格栅）和加筋层数对土工格栅加筋土地基承载特性的影响。研究结果表明：土工格栅加筋土地基与无筋地基相比，承载性能得到改善，双层加筋明显优于单层加筋；土工格栅加筋限制了浅层地基的侧向变形，相同荷载下地基沉降减小，可恢复变形增大；模型试验中测得加筋材料应变和拉力很小，与土工格栅强度相比，拉伸模量对加筋土地基承载力的贡献更大。

通过一系列模型试验研究了倾斜荷载作用下吸力式沉箱基础的最佳作用点位置，试验中考虑了荷载作用点、荷载作用角度和长径比3个重要因素。基于模型试验得到的荷载-位移曲线，采用合适的破坏标准确定了各工况下吸力式沉箱基础的抗拔承载力，根据承载力的变化规律分析确定了吸力式沉箱基础的最佳作用点位置。结果表明，荷载作用角度对吸力式沉箱基础承载力的影响显著，当荷载水平作用于基础时，其承载力最大。荷载作用点位置对吸力式沉箱基础承载力的影响取决于荷载作用角度的大小，当荷载作用角度较小时，荷载作用点位置的影响显著，且最佳作用点位置位于沉箱高度的2/3～3/4处；当荷载作用角度较大时，荷载作用点位置的影响很小，可以忽略。结合荷载与吸力式沉箱基础的转角关系，分析了荷载水平作用于最佳作用点下吸力式沉箱基础的破坏模式。

利用智能声波仪对红砂岩、大理岩和花岗岩试样在干燥及饱和条件下进行了声波纵波透射试验，研究声波在岩石中传播的速度特征，同时利用傅里叶变换及小波变换研究声波在岩石中传播的波形、波幅衰减规律、波谱特征。结果表明： （1）红砂岩、大理岩和花岗岩在饱和状态下的纵波波速比其在干燥状态下略高。（2）岩石纵波速度受到岩石的致密程度、孔隙度、密度及硬度的影响。（3）在同样的激发信号下，饱水的砂岩、大理岩、花岗岩岩样声波信号能量集中在低频部分较多，而干燥岩样声波信号能量集中在高频部分较多。（4）饱水的3种岩样声波信号能量衰减较快，尾波不发育；干燥的3种岩样声波信号能量衰减较慢，尾波较发育。（5）穿过岩石的声波信号的波速、波形的时域特征、频域特征及时-频域特征能在一定程度上反映出岩石内部的孔隙及微裂隙的发育情况和岩石含水情况等特征。

基于X射线的CT扫描技术，因其具有多层位、对同一岩石试件可连续、无损扫描等优点，在岩石力学与工程研究中得到了广泛应用。对岩石单轴压缩破坏过程进行实时CT扫描，也是岩石力学研究的重要内容之一。针对三维显微CT试验系统实时监测煤岩单轴压缩破坏过程中，因位移误差会引起扫描层定位不准确，进而影响试验结果这一基本问题，提出了基于图像检索技术的CT扫描图像处理方法。通过对煤岩试样在单轴载荷作用下破坏过程的CT实时监测，并引入基于Manhattan距离的相似性计算方法，检索出岩石试件同一层位在不同应力状态下的相似扫描层。结果表明，采用图像检索的方法，可以有效地减小煤岩在加载破坏过程中位移误差的影响，更好地通过CT图像来描述煤岩在不同应力状态下的微裂纹分布状况和演化规律，从而在细观层次上揭示岩石在单轴压缩条件下破坏的基本规律。

为研究季节性冻土地区冻融循环作用下土工袋防冻融、冻胀效果，对不同冻融循环作用下土工袋和土进行了室内模型试验，在开放系统和封闭系统中分别研究了土工袋和土冻胀量、融沉量之间关系，试验结果表明，经历4次冻融循环作用后，封闭系统中土工袋冻胀量、融沉量分别小于土的冻胀量、融沉量；开放系统中土的冻胀量为土工袋冻胀量的1.9倍，土的融沉量为土工袋融沉量的2.2倍，开放系统中地下水对土工袋的补给量远小于土的补给量，试验验证了土工袋可以有效防止渠道及建筑物基础冻融、冻胀破坏，可为渠道防冻胀提供理论基础。

黏土作为一种松散多孔材料，其波阻抗较低，采用传统分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置进行单轴压缩试验时，存在透射信号弱、应力不平衡等问题。针对以上问题，提出利用石英压电晶体测定试样的应力并监测试样两端的应力平衡，采用入射波整形技术，考察应变率、含水率对非饱和黏土动态力学性能的影响规律。试验结果表明，非饱和黏土试样的单轴抗压强度与应变率及含水率的关系密切，强度随着应变率的提升而上升，但随着含水率的提升而下降。通过对试验结果的分析，分别提出单轴抗压强度与含水率及应变率之间的关系式，并通过拟合确定参数，拟合结果较好。

为研究深部近距离煤层群下向卸压开采高应力演化的特征，根据潘二煤矿深部近距离煤层群8煤和6煤地质与开采技术条件，设计了下向卸压开采的二维相似材料模拟试验模型，对8煤和6煤开采引起的采动应力进行监测。系统分析了8煤下向开采与6煤开采后的采场围岩采动应力、岩层运移及不规则煤柱对采动应力演化的影响，获得了近距离煤层群8煤下向卸压开采的顶底板采动高应力演化特征及6煤回采期间覆岩运移、采动应力裂隙演化和来压特征，得出了下向卸压开采不规则煤柱对采动应力、裂隙分布的影响规律。研究不仅为以采动高应力演化为主导作用的煤岩动力灾害防治提供了理论基础，也为卸压开采采场参数设计与优化提供了技术支撑。

由于降雨、季节引起地下水位升降等原因，地壳中岩体常处于干湿循环状态。为研究干湿循环对岩石动态力学性能的影响，以安徽恒源煤矿北风井-259 m处砂岩为研究对象，采用?50 mm变截面分离式霍普金森压杆试验装置，对长径比为0.5的煤矿砂岩试件经干湿循环作用后实施单轴冲击压缩试验，获得了砂岩动态单轴压缩应力-应变曲线。研究发现，由于自由水的Stefan效应，干湿循环1次对砂岩具有增强作用，单轴动态抗压强度最高；其后，随着干湿循环次数的增加，砂岩受水侵蚀物理弱化作用，砂岩动态单轴抗压强度呈乘幂关系降低，砂岩试件的冲击破碎块度逐渐变小。试验结果表明，干湿循环12次时砂岩动态抗压强度比干湿循环1次降低约24%，表现出较强的劣化效应。

为研究渗透水压对节理应力-渗流耦合特性的影响，通过对6组人造节理试件恒定法向载荷和恒定法向刚度的压剪渗流试验，分析了应力和位移、节理水力开度以及透过率随剪切位移的变化趋势，获得了渗透水压对节理岩石应力-渗流耦合特性的影响规律。结果表明：节理试件的剪切应力和位移、水力开度以及透过率都与渗透水压密切相关。剪切应力随渗透水压的增大而减小，法向变形、水力开度和透过率却随渗透水压的增大而增大。在压剪渗流试验过程中，不同渗透压力的节理试件都发生了剪胀效应。研究可为深部岩体工程围岩遇水作用稳定性及渗流灾害控制技术提供科学的理论依据。

研究由顶板-煤体-底板所构成的煤岩组合体变形破裂声发射和微震的规律，对于研究冲击机制具有重要意义。利用SANS材料试验系统、Disp-24声发射监测系统和TDS-6微震信号采集系统，对单轴受压的不同煤岩组合试样进行声发射和微震试验，得到不同组合试样在受载破坏过程中的声发射和微震信号。试验研究表明：组合试样发生冲击破坏时的声发射和微震信号的强度随试样的单轴抗压强度、冲击倾向性以及其顶板与煤层的高度比值的增加而增强；微震信号的振幅可以反映组合煤岩体的冲击倾向性强弱；微震频谱幅度的分布随着抗压强度和冲击能指数的上升而向高频移动。上述结论对指导现场冲击矿压的监测预警以及评价有着重要意义。

垃圾填埋场沿底坡和背坡衬里界面发生平移破坏的工程实例较多，也有破坏面沿垃圾体内部和底坡的组合破坏形式，相应的计算分析方法有待完善。对组合破坏，根据垃圾体内部破坏面为库仑主动破坏面和组合破坏面上各点安全系数相同的假设，由刚体极限平衡条件，建立组合破坏的稳定计算方法。运用双楔体和组合破坏稳定分析方法对算例和Kettleman Hills填埋场工程实例进行计算分析。结果表明：双楔体法计算得到的最危险平移滑动破坏安全系数大于组合破坏最小安全系数；最危险破坏面是组合破坏面；对Kettleman Hills填埋场，组合滑动面也是可能的滑动破坏面。由此可见，组合破坏是垃圾填埋场可能的破坏形式之一，在进行垃圾填埋体滑动稳定分析计算时应进行组合破坏形式的计算分析。

临界滑动面搜索是边坡稳定分析中很重要的内容，针对现有方法的不足，提出了一种新的搜索方法。基于边坡稳定性的整体分析法，建立了确定临界滑面的非线性优化模型。该模型将滑面离散点的纵坐标和安全系数都视为独立变量，目标函数取为安全系数本身，约束条件是平衡方程组和滑面凸性。由于目标函数是线性函数，约束条件至多是二次多项式，非线性程度较低，可采用经典优化算法和常见的非线性优化工具求解，比如Matlab。通过实例分析并与传统的滑面搜索方法进行对比表明，所建议的方法在数值稳定性及收敛性方面均具有优势。

识别出广州白云区岩溶塌陷风险因素，构建岩溶塌陷层次递阶结构模型，运用层次分析法的相关原理计算出基本风险因素对岩溶塌陷风险事件的影响权重。定义极易塌陷区Ⅰ、易塌陷区Ⅱ、次易塌陷区Ⅲ、不易塌陷区Ⅳ和稳定区Ⅴ共5个岩溶塌陷等级分区，建立各基本风险因素5个等级与岩溶塌陷等级分区的对应关系。为实现岩溶塌陷风险的定量评价，定义单因素致塌概率pi，引入伯努利试验建立岩溶塌陷概率计算模型，选取覆盖层厚度、岩溶发育程度、地下水位埋深、基岩岩性、覆盖层结构与底板岩性、地下水开采强度、地下活动强度和地表施工加载与振动等8个基本风险因素参与评价单元塌陷概率计算，并据此确定岩溶塌陷风险等级狭义标准，为区域岩溶塌陷等级分区的划分提供参考依据。岩溶塌陷风险等级分区表明：极易塌陷区集中在分析区内的江村、古楼岗、泉溪、西湖、社岗一带；易塌陷区和次易塌陷区主要分布在江高镇和原石井镇等地带。风险等级分区与白云区已有岩溶塌陷历史统计资料及塌陷危害程度评价结果较为吻合，从而验证了评价方法的有效性。

基于Mohr-Coulomb应变软化模型，将收敛-约束法应用于高应力软岩巷道围岩-支护相互作用分析中，构建典型支护结构特征曲线。以FLAC3D数值模拟软件为工具，分析应变软化模型、剪胀角及不同巷道断面类型对围岩-支护相互作用的影响，并对支护系统稳定性进行评价。研究结果表明：考虑应变软化行为的围岩所需支护压力与Mohr-Coulomb模型计算结果相差较大，剪胀角对围岩应力释放过程及围岩-支护相互作用影响较小，巷道不同断面形式及断面不同位置点围岩所需支护压力有一定差异性；初期支护系统的稳定性是围岩与支护系统最终稳定的关键，采用收敛-约束法评价高应力软岩巷道初期支护系统的稳定性，对高应力软岩巷道的支护结构设计及施工具有一定指导意义。

针对填埋场衬垫系统薄弱界面容易失稳，在加肋土工膜与砂土界面力学机制分析的基础上，改进了传统双楔体分析法，考虑了加肋土工膜肋块端部端承阻力对衬垫系统稳定性的影响，建立了加肋土工膜衬垫系统稳定性分析解析解。结合某实际工程初步设计，对加肋土工膜衬垫系统进行了稳定性分析，探讨了肋块形状、肋块高度和加肋间距对衬垫系统安全系数的影响。分析结果表明，该解析解能更好地计算加肋土工膜衬垫系统的安全系数。当加肋间距为20 mm时，肋块高度对安全系数的影响较大；当肋块高度一定时，安全系数随着加肋间距增加而逐渐减小；在加肋间距大于200 mm之后，加肋土工膜已接近光面土工膜的剪切特性。

应用覆岩空间结构学术观点对孤岛顶煤综放采场冲击矿压机制及其控制技术进行研究。根据覆岩关键层的岩性、层位、范围等因素，覆岩关键层空间结构分为覆岩空间大结构和基本顶有限矿压结构。孤岛顶煤采场冲击矿压发生机制：①孤岛顶煤综放采场 ? 型空间大结构形成过程是集中压力逐渐增加的过程，是该时间段发生冲击矿压的力源；②采场基本顶形成最下位 ? 型空间结构后，随着工作面推进，基本顶块体产生滑落失稳，造成工作面冲击矿压现象。通过对分段来压理论、基本顶结构失稳理论和坚硬顶板预断裂理论对覆岩关键层空间结构运动的控制作用研究，提出采用覆岩空间结构理论分析、分阶段降低放煤率、坚硬覆岩预爆泄压技术、覆岩坚硬岩层破裂的微地震监测技术等方式方法预防冲击矿压的发生。

基于锦屏二级水电站深埋隧洞钻爆法及隧道掘进机（TBM）开挖过程中大量微震监测数据及不同等级的岩爆案例，对不同开挖方式下即时型岩爆的孕育及发生过程的能量释放展开研究，并运用分形几何原理研究微震能量分布的变化规律，得到以下结论：（1）即时型岩爆的孕育及发生过程中，岩爆区围岩岩体处于破坏加速集聚并不断扩展的过程；（2）钻爆法开挖过程中储存在岩体内的弹性应变能消耗于岩体破裂过程大于TBM开挖，而转化为岩体动能小于TBM开挖；（3）钻爆法开挖微震能量分形维度在即时型岩爆的孕育过程不断增加，岩爆临近前会增加到某个临界值以上；（4）TBM开挖即时型高等级岩爆能量分形维度值大于钻爆法开挖，并且其分形维度值可以反映低等级岩爆伴随发生的特征。

基于三轴流变试验提出的非线性黏弹塑性流变模型存在蠕变门槛值、长期强度和非线性黏塑性体等组件。这种复杂的流变模型在进行程序实现时存在着诸多问题，比如一维的蠕变门槛值和长期强度推广至三维时难于表达、非线性黏塑性部分难于处理等问题。通过引入屈服接近度参数作为蠕变方程分段函数的判别准则，解决了三维情况下蠕变门槛值和长期强度的表达问题；详细推导了黏塑性部分的表达形式，并给出了三维中心差分形式，实现了流变模型在FLAC3D中的二次开发。通过算例验证了程序开发的正确性，对流变模型进行参数辨识，拟合曲线与试验曲线吻合较好，表明了所建模型的正确性与合理性。

岩爆作为深埋地下工程围岩的一种破坏方式，其发生条件受多种因素的制约。根据在锦屏二级深埋隧洞掘进过程中的岩爆统计结果，即使应力条件和岩体强度达到一定的要求，岩爆发生与否以及剧烈程度还与岩体力学特性有密切的联系。锦屏二级深埋隧洞沿线以大理岩为主，为此开展了大理岩力学特性与岩爆发生关系的相关研究工作。根据大理岩三轴压缩试验结果，验证了大理岩的脆-延-塑转化特性，确定了锦屏白山组大理岩的转化围压和相关的Hoek-Brown强度参数，并利用经验的方法初步评价了锦屏深埋大理岩的岩爆风险。为了进一步明确岩体力学特性对岩爆风险的影响，利用现场实际的岩爆破坏形态，通过考察不同深度处测点的应力路径，校核了现场岩体的力学参数。在此基础上分析了具有岩爆风险的围岩力学状态，分别研究了岩石强度、岩体完整性和岩体脆性特征对岩爆发生条件的影响。研究结果表明，锦屏大理岩岩石强度和脆性特征可以影响到锦屏深埋隧洞围岩岩爆风险程度，但其影响相对较小，而岩体完整性对岩爆风险形成具有比较明显的影响。

假定两滑移面相互平行，且与水平面呈一定角度?，对滑移面间土体沿竖向取水平薄层作为微分单元体，通过作用在单元体上的水平力和竖向力的平衡条件，基于土体主应力轴旋转理论，得到考虑土拱效应及倾斜角度的倾斜滑移面间竖向应力的理论公式，及对应不同倾斜角度及滑移面-土摩擦角的土侧压力系数。将得到的理论公式与Handy等公式进行比较，验证了该公式的合理性。研究结果表明：对于无黏性土，竖向应力沿深度先近似线性增大，后增加缓慢并逐渐趋于定值。竖向应力随着倾斜角度和滑移面间距的增大而增大，随滑移面-土摩擦角的增大而减小；土侧压力系数随着滑移面-土摩擦角的增大而增大，而随内摩擦角的增大而减小。

巷道围岩由于变形不协调而产生离层，离层对锚杆产生附加应力。在已有弹性分析的基础上，根据岩层相对移动时拉拔载荷对锚杆的作用机制，建立了离层进一步扩展、锚固体界面进入弹塑性阶段的锚杆受力模型。通过选取二阶段线性函数剪切滑移模型，确定了离层左右两侧的滑移范围，并得出锚固体的应力分布形式。总结出离层作用下锚固体的受力过程一般分为4个阶段：弹性阶段、单侧进入弹塑性阶段、离层两侧均进入弹塑性阶段和一侧全部滑移、另一侧滑移范围增大阶段。通过对不同离层值和离层位置的参数分析得出：在相同离层位置条件下，离层值越大，离层对锚杆产生的附加应力就越大；在相同离层值条件下，弹塑性阶段基本趋势和弹性阶段相同，表现为锚杆中心处应力最小，越靠近边缘离层产生的附加应力越大。

提出了一个考虑循环衰减作用的软黏土弹塑性损伤弱化模型，在此模型基础上建立了一个基于剪切位移法的单桩竖向承载力简化计算方法，并利用大型有限元软件进行了不同循环荷载水平下单桩竖向承载力的计算。为了证明简化方法的准确性与有效性，将计算结果与有限元计算结果进行对比，二者的吻合度较高。先期循环荷载能引起单桩竖向承载力弱化，并且弱化程度随先期循环荷载水平的增加而增加。最后将简化方法应用于某海上风电场桩基础承载力的计算中，结果表明，提出的简化方法可应用于实际工程问题的分析。

首先利用遗传算法(GA)的全局优化能力，解决了Kriging插值预测算法中相关参数的精确求解问题。针对衬砌结构力学状态表征量与基本参数是高度非线性关系而无法明晰表达的难题，建立了基于Kriging插值预测法的状态表征量等代显式通用模型。以抗拉强度控制参量为例，提出了采用拉丁抽样等代显式通用模型的具体隧道工程衬砌结构力学状态方程构造程序。基于以状态方程为约束条件建立的可靠度指标计算模式，构建起Kriging与GA协同优化的隧道衬砌稳定可靠度求解方法。实例应用对比表明，该方法与精确解的相对误差为4.8%，计算工作量仅为其2.5%。与目前已有的同类方法相比，具有明显的优越性。

基于青藏铁路多年冻土区34个路基监测断面2005－2011年的变形与地温资料，分析路基的变形特征及其来源。监测结果表明：①监测期累计变形量大于100 mm的断面均为普通路基，其变形主要来自路基下部因冻土上限下降而引起的高含冰量冻土的融沉变形以及融土的压密变形，其次为路基下部多年冻土因地温升高而产生的高温冻土的压缩变形。②监测期累计变形量小于100 mm的普通路基与块石结构路基断面，其变形主要来自路基下部多年冻土的压缩变形。③总体而言，块石结构路基变形量明显小于普通路基，从而验证了主动冷却措施的长期有效性。其研究结果可为冻土区路基稳定性判断及病害预警提供数据支持。

首先，引入蒋明镜等提出的考虑水合物胶结厚度的深海能源土粒间微观胶结模型，用以反映能源土颗粒之间水合物微观胶结接触力学特性；其次，采用C++语言将模型程序化，并将其引入离散单元法中；然后，对选定的水合物饱和度经过实际二维离散元模拟调算，得出相应的水合物胶结尺寸，以修正水合物临界胶结厚度、最小胶结厚度及胶结宽度，进而确定水合物微观胶结参数；最后，根据所确定的胶结参数，针对不同水合物饱和度试样进行能源土宏观力学特性离散元双轴试验模拟，并从应力-应变、体变、剪胀角等方面与Masui等所进行的能源土室内三轴试验进行对比分析。结果表明：采用考虑粒间胶结厚度的水合物微观胶结模型，能够定性反映深海能源土的宏观力学特性，能源土试样的峰值强度、黏聚力和剪胀角均随水合物饱和度的增加而增加，但水合物饱和度对内摩擦角的影响规律不明朗；能源土试样的峰值强度、残余强度及体积剪缩量随着有效围压的增大而增大；剪胀角随有效围压的增大而减小。

基于细观损伤有限元方法，模拟分析了刀具在单一动载、动静联合荷载、静态围压条件下动静联合荷载3种情况下岩体破碎的全过程。模型采用黏弹性人工边界剔除了边界应力波反射对模拟结果准确性的影响。数值模拟结果表明：在弹性情况下，静压的存在对岩体内部最小主应力值影响不大，却显著提高了材料内部最大主应力水平，增大了剪应力的大小，导致剪切破坏可能性增加；当有围压存在时，岩体内部受拉区域减少，岩体强度有所提高。单一动载和动静联合荷载破岩时，岩体内部除刀头附近呈现少量压破坏外，破坏均以拉破坏为主；而围压条件下，岩体破碎面积相对减小，裂纹在围压的作用下向两侧自由面延伸，岩体内部破坏形式则趋于多样化，压破坏比重明显增大，整体表现为拉压复合作用。模拟结果还表明，刀头侵入量主要受动载力大小影响，在相同幅值增量下，动载力增加导致的刀头侵入量远大于静压增加所导致的侵入量。相对单一动载和静压作用下的岩石破碎机制来说，动静组合加载破岩的研究还需更为深入的探讨。研究结果可望对岩体破坏机制以及地下工程作业等实际应用提供一定的参考。

通过理论分析和数值计算研究深埋地下隧洞开挖卸荷引起的围岩开裂，并分别对准静态和瞬态开挖缷荷引起的围岩开裂机制与开裂特征进行分析。采用双向受压条件下的压剪裂纹扩展模型和应力强度因子计算公式，分析了开挖面上岩体应力瞬态释放和围岩应力瞬态调整对围岩开裂过程的影响，并分别对准静态和瞬态卸荷引起的围岩开裂机制及影响因素进行探讨。研究结果表明，围岩开挖缷荷是深埋隧洞围岩发生开裂的重要原因之一，高地应力条件下围岩以剪切型断裂破坏为主；瞬态卸荷存在动态拉应力效应，开挖卸荷时间越短，引起的拉应力区及围岩开裂范围越大；围岩开裂深度及范围随着侧压力系数增加而增大，且开裂区近似成V型。深埋隧洞围岩开裂特征及影响因素研究，对进一步认识围岩开挖破坏的力学机制具有重要的意义。

基于Biot动力固结方程，应用Novak薄层方法研究了饱和土中单桩在水平冲击荷载作用下的动力响应问题。首先引入势函数对方程解耦，再通过算子分解和分离变量法，结合初始边界条件，并联立桩基振动微分方程，推导了Laplace变换域内桩身位移函数及内力表达式。采用Laplace逆变换的优化模型求得了时域内瞬态响应的封闭解。将该解退化到单相介质条件下的桩顶位移-时间曲线与已有的边界元方法的结果基本吻合，验证了解答的正确性。参数分析结果表明：桩-土模量比、长径比、渗透系数对桩身位移均影响显著，而同条件下长径比超过一特定值后则影响较小，且桩土模量比是影响桩身弯矩大小及其分布的重要参数。

为了研究全断面岩石掘进机盘形滚刀的破岩过程以及盘形滚刀的结构参数（刀刃宽、刀刃角）对滚刀破岩特性的影响，利用离散元方法建立岩石与盘形滚刀的二维数值模型，研究了滚刀侵入岩石过程中贯入度、切削力以及裂纹数三者的关系，在此基础上通过仿真得到滚刀结构参数与岩石破碎特性的规律。研究结果表明：裂纹的扩展与滚刀受到的切削力密切相关；破岩过程中切削力先增大后减小的循环模式，证实了岩石跃进破碎特性。在盘形滚刀作用下，岩石中的应力是向下、向四周无限扩展的对称的应力泡。滚刀刀刃作用区域，应力值最高，随着滚刀贯入度增加，最大应力减小；远离滚刀刀刃区域，应力呈应力泡形式逐层降低至0。选择滚刀刀刃宽在10～15 mm之间，既避免滚刀受到的推力过大，又能提高滚刀的破岩效率；岩石破碎以滚刀刀刃下方向下发展裂纹的扩展为主，刀刃角在10°～20°之间，既能减少滚刀的磨损又能提高破岩效率。

平面波的传播问题通常可以归结为一维波动方程的定解问题。在非均匀介质中，即使简单的一维波动方程也需要借助于数值方法获得近似解。3层5点古典差分格式是计算偏微分方程一种常用算法，作为一种显式迭代格式，需要满足稳定性条件 ，其中 为波速， 为空间采样间隔， 为时间采样间隔。当 时， ，古典差分格式达到临界稳定状态。在这种情况下，平面波在 时间内的传播距离恰好等于空间采样间隔，差分格式真实地反映了平面波的传播原理，因而可以得到一维波动方程的精确解。但是，由于在非均匀介质中存在不连续的波阻抗界面，此方法不适于计算非均匀介质的波场。为了将临界稳定情况下的古典差分格式推广应用至非均匀层状介质，提出了一种能够处理波阻抗界面的有限差分格式，并应用傅里叶分析法得到其稳定性条件。模型算例验证了此算法的正确性。

为了考察不同方法确定的动态载荷对测试岩石动态断裂韧度的影响，在SHPB压杆系统上动态冲击直径80 mm的大理岩圆孔裂缝平台巴西圆盘，获得了弹性压杆上的应力波形，间接计算得到3种不同的作用在圆盘端部的动态载荷。将载荷输入ANSYS动态有限元模型中，求得了相应的动态应力强度因子，并根据试验-数值分析方法确定了岩石的动态断裂韧度测试值。结果表明，在加载速率约为4.0×104 MPa•m1/2/s的条件下，采用三波法确定的大理岩的平均动态断裂韧度为 3.92 MPa•m1/2，采用一波法比三波法计算的结果偏低11.22%，采用二波法比三波法计算的结果偏高20.15%，3种方法得到的结果差异较大。应力波在传播过程中，通过圆盘表面和预制裂缝面发生散射，部分能量不断发生释放是造成圆盘试件两端加载载荷不相等的主要原因。三波法是3种方法中比较理想的动态载荷确定方法，但需要考察试件的动态应力平衡性。

以应力封闭壳理论为基础，对花岗岩介质中地下强爆炸产生的应力封闭壳效应进行了数值模拟。以100 t TNT当量的强爆炸为例，模拟了爆后空腔的回弹和封闭壳的动态形成过程，给出了形成稳定封闭壳后的径向应力、环向应力和爆心距的关系。计算了不同爆炸当量形成的应力封闭壳尺寸及其形成时间与爆炸当量的关系。计算结果表明，当空腔膨胀到最大尺寸之后，空腔开始回弹，此时开始形成应力封闭壳；当空腔回弹结束即形成稳定的空腔尺寸时，稳定的应力封闭壳也在该时刻形成；爆炸当量越大，形成的应力封闭壳的范围越大，当爆炸当量低于10 t TNT时，不能形成应力封闭壳。