随着地下工程的发展，对于埋置较深和地质环境较为复杂的隧道工程，高地温问题已经成为一个重要的工程问题并引起了国内外学者的广泛关注。研究隧道的温度场分布问题对于解决寒区隧道冻融问题、高温隧道问题、隧道火灾灾害等是十分必要的。针对高地温环境中的圆形隧道，假定其具有一定长度且承受轴对称的温度荷载和地应力作用，建立两端简支的二维稳态的热传导方程和平衡方程。利用无量纲化和微分方程级数求解的方法，得到了包含温度场、位移场及应力场的热弹性理论解。依据上述研究结果，以某包含衬砌的圆形断面隧道为例进行了热弹性分析，并得到了由于隧道开挖而引起的围岩的温度变化范围。研究所得结论可为隧道施工及运营过程中隧道的保温隔热提供重要的理论依据。

动态载荷作用下软弱岩土加速流变，引发更多的岩土工程事故和地质灾害。采集厦门海相沉积软土，采用人工重塑试样，在动态三轴仪上测试正弦荷载作用及不同频率条件下试样流变过程的动应力-应变、流变过程动应变-时间、流变应变等动态流变力学特性，对比分析了动载作用频率对海相沉积软土动态流变特性影响。试验测试分析表明：软土的动态流变特性对低频动载作用更敏感，流变效应更明显，而在高频动载作用下流变敏感性差，流变变形缓慢。研究结论为探索动载作用频率对软弱岩土动态流变力学特性影响，揭示动载作用诱发重大岩土地质灾害的流变动力学机制等具有一定的理论和现实意义。

Y型沉管灌注桩是在传统圆形桩基础上通过改变截面形状以增大桩土接触面积、增加侧摩阻力进而增加承载力的一种新桩型。由于桩身截面的特殊性，在振动沉管的过程中Y型沉管灌注桩截面不同处对土有不同程度的挤压作用，其侧摩阻力分布性状比圆形桩复杂，若将Y型桩侧摩阻力看作沿桩身矩形分布、沿桩周均匀分布与实际不符，工程经验亦表明其不适。通过孔扩张理论与Y型截面的解析方程相结合，推导Y型桩侧摩阻力沿桩周及桩身的不均匀分布模型，同一截面最大侧摩阻力为最小侧摩阻力的1.24~1.75倍，同时分析外包圆半径R、模板弧度θ、桩长L对侧摩阻力的影响。将侧摩阻力沿Y型截面周边的9个区间积分，然后沿桩长积分，得到Y型桩总侧摩阻力，结合端阻力模型计算了Y型桩单桩极限承载力，与静载试验数据吻合。

利用四联装等应变直剪仪，对南宁非饱和重塑膨胀土进行一系列室内剪切应力松弛试验，探讨南宁非饱和重塑膨胀土的剪切应力松弛特性，得到诸多有益的结论。试验结果表明，不同初始条件下的剪切应力松弛曲线均属于不完全衰减型，剪切应力逐渐减少并趋于一个稳定值；膨胀土的松弛曲线都可以明显的分成3个阶段：瞬间松弛阶段、衰减松弛阶段、稳定松弛阶段。不同初始条件下不同时刻的剪切应力-应变等时关系曲线都是非线性的曲线，说明南宁膨胀土具有明显的非线性流变特性，是弹、黏、塑性体。膨胀土的含水率越高，或者竖向荷载越小，或者初始应变越大，或者时间越长，则膨胀土的流变特性及其非线性程度就越高。对试验结果的分析，通过改进剪切应力对数与时间对数的线性关系，建立南宁膨胀土在直剪条件下的非线性剪切应力松弛经验方程，能较好地拟合试验结果。非线性经验模型考虑了应变水平对应力松弛的影响，直观地反映出南宁膨胀土的非线性应力松弛特性，更加符合工程实际，可为膨胀土非线性应力松弛问题的计算分析提供理论依据。

采用黏弹性半空间体上无限大双层板模型模拟路面结构，通过三重Fourier积分变换得到单位脉冲荷载作用下路面动力响应的Green函数。根据线性系统的叠加原理，利用广义Duhamel积分推导出移动荷载作用下路面动力响应的解析解。采用自适应Simpson法编制了计算奇异、振荡函数的广义积分计算程序，完成了路面动力响应从波数-频率域到时间-空间域的转换。结合算例，对移动荷载作用下路面的振动规律进行研究，讨论上、下层板厚度和板材料的弹性模量对路面动力响应的影响，明确了路面结构的振动特性，研究结果可为路面结构的设计、施工提供理论指导。

针对岩爆试验及监测研究的不足，开展了直墙半圆拱形巷（隧）道岩爆单轴压缩试验、声波监测及岩爆破裂的劈裂与剪切分析。结果表明，巷（隧）道围岩呈现起伏粗糙破裂面和劈裂后的薄块体，试样整体也呈现出明显的劈裂岩爆现象；波速可以很好地反映围岩内部损伤演化进程，将围岩波速由持续不变到开始变小点作为临界损伤点，可以通过监测波速变化进行围岩岩爆的预测预报；通过监测声波波形尤其是对波形稀疏、周期变长的监测，可以很好地掌握围岩内部的全程发展变化情况；通过综合监测声波的波速、波形稀疏、周期变长，达到定性、定量相结合，及时、准确地预测、预报岩爆，以保障人员、设备安全；得出了由应力强度比和压拉比来判定劈裂岩爆发生的综合表达式以及与应力强度比岩爆烈度分级标准相对应的压拉比数值；劈裂岩爆发生的应力强度比即应力判据在0.27～0.80之间（R为10～30时）；随着满足劈裂岩爆发生的应力强度比的增大，其越接近满足剪切破坏条件，破坏主要形式将向剪切破坏方向发展。

通过开展围压卸载试验，研究不同三轴应力状态下围压卸载对岩盐试件扩容特征的影响，以及扩容与卸载形式之间的关系。研究发现，（1）围压卸载时岩盐的体积扩容量与偏应力存在较为明显的对数关系；（2）卸载的初始围压对岩盐的扩容影响几乎不存在；轴压增大能够促进岩盐的扩容，使加速扩容点前移，且加速扩容点对应的偏应力与轴压的增加呈线性关系；（3）岩盐的膨胀系数(即横向应变与纵向变形的比值)随着偏应力的增大，呈现先线性增加后指数增加的趋势。

通过抗爆模型试验，研究了爆炸平面波作用下大跨度毛洞和锚喷衬砌支护洞室的受力变形和稳定状态。介绍了模型试验原理及方法，根据试验实测数据分析了洞室围岩的受力特征、洞壁的运动变形特征、洞室的破坏形态及承载能力等。研究表明：设计工况和超载工况下，锚喷衬砌支护洞室侧墙部位垂直应力、拱顶加速度正峰值、拱顶位移峰值及残余值、洞壁环向应变峰值均明显小于毛洞；超载试验后，毛洞破坏严重，丧失了承载能力，而锚喷衬砌支护洞室破坏明显轻微，承载能力可提高约60%。

工业废渣的资源化是解决工业废渣环境污染的有效途径之一。以粉煤灰和高炉矿渣为固化剂，石灰为碱性激发剂，对黏土进行加固。通过室内试验的方法，分析固化剂掺入量、养护龄期等对固化土无侧限抗压强度、pH值和饱和度等发展规律的影响。试验结果表明，固化土的无侧限抗压强度随固化剂掺入量的增加而增大，随养护龄期的增加而增大，提出一个综合反映固化剂掺入量、养护龄期和压实度等因素对固化土强度影响规律的综合影响因子，固化土强度与综合影响因子呈负指数函数关系；粉煤灰+石灰和高炉矿渣+石灰可有效改良土体无侧限抗压强度特性；石灰是一种有效的碱性激发剂，可提供工业废渣发生火山灰反应的高碱性环境。试验成果为工业废渣改良不良土质的设计提供试验依据。

降雨入渗过程中孔隙水压力的升高与基质吸力的降低引起边坡稳定性的下降，是导致边坡滑塌的主要诱导因素。利用饱和-非饱和渗流有限元计算得到的孔隙水压力场，基于Fredlund提出的非饱和土抗剪强度理论，对边坡临界滑动场进行改进，提出可以考虑降雨过程的边坡临界滑动场数值模拟方法，能够方便、快速地计算出边坡局部、整体安全系数和相对应的临界滑动面在降雨过程中的变化历程。将该法用于一个典型均质边坡和一个非均质边坡在降雨过程中的稳定性计算，分析降雨持续时间、降雨强度和非饱和强度参数取值等因素对边坡稳定性的影响，并将计算结果与其他方法进行比较，结果表明临界滑动场方法能搜索任意形状最危险滑面，计算的安全系数合理。

颗粒破碎对颗粒材料宏观力学行为有重要影响。 结合Hardin的破碎经验公式，将表征破碎程度的破碎参量与Cosserat连续体的内部长度参数相关联，形成一个基于Cosserat连续体且能考虑颗粒破碎的弹塑性模型。数值算例主要考察了颗粒破碎对颗粒材料承载能力、塑性应变及局部化行为的影响，数值结果表明，颗粒破碎主要发生在剪切带内，颗粒破碎使得剪切带明显变窄且剪切带内外等效塑性应变梯度明显增大。

碳化效应是石灰稳定土强度增长机理之一，但长期的碳化作用是否对其强度一直起促进作用？如果没有压实作用，碳化效果到底如何？这些关键问题还没有得到充分的论证。采用灰土拌和后击实养护和养护后再击实的不同制样方法，通过承载比CBR试验，探讨压实作用对碳化效应的影响。制备4种初始含水率的击实试样，开展碳酸溶液和纯水浸泡下的CBR试验，论证长期碳化对石灰稳定土强度的作用效果。结果表明，自然养护90 d后再击实试样的CBR值明显低于击实后养护的试样；初始含水率为34%时前者约为后者的12倍。另外，碳酸溶液浸泡15 d后的试样CBR值均小于纯水浸泡的试样CBR值，但初始含水率越大其影响程度越小，当初始含水率大于34%后两者之间的强度基本没有差别。为进一步佐证长期碳化作用能弱化石灰稳定土的强度，开展不同浸泡时间的无侧限抗压强度试验，发现石灰土的强度呈现先增大后减少的变化趋势，再次证实长期的碳化作用弱化石灰稳定土的强度。最后，利用热重分析法测试经过碳酸溶液浸泡前后的石灰稳定土，发现长期碳化溶解了部分石灰土中的碳酸钙和硅酸盐类胶结物。借助扫描电镜图片和孔隙尺寸分布曲线，从微观角度揭示不同击实和养护方式对石灰稳定土强度的影响机制。

考虑刃脚形状和切土深度，建立沉井下沉过程中极限土阻力的近似计算模型。基于Prandtl问题的滑移线场理论，建立考虑刃脚切土深度和刃脚形状的近似滑移线场，并导出平面应变和圆形沉井轴对称问题极限承载力系数的计算公式。对于平面应变问题，承载力系数Nγ等于两部分之和，即不考虑切土深度时刃脚踏面和考虑切土深度时刃脚内侧倾斜面对承载力的贡献，前者及其他两个承载力系数（黏聚力和超载项）与不考虑刃脚切土深度由Prandtl承载力机制所得的结果相同。刃脚的切土深度、踏面宽度和倾斜角是影响极限土阻力的重要因素，忽略刃脚切土深度及其范围内刃脚倾斜面与土的作用将导致极限土阻力的计算值明显偏小。分析结果表明，承载力系数随刃脚切土深度和刃脚倾斜角的增加而显著增大；若土体强度较高，刃脚倾斜角的大小对极限土阻力的影响更加显著。

《城镇污水处理厂污泥处理处置技术规范》[1]执行前，市政污泥往往直接倾倒于填埋场形成污泥库，导致垃圾设计库容显著降低。为恢复填埋场库容，许多填埋场面临污泥库的原位加固处理。通过2组模型试验，探讨真空预压处理污泥的可行性。试验结果表明，真空预压后污泥含水率显著降低，强度提高至2~4 kPa；污泥排水固结系数随预压过程发展表现出非线性；排水板周围污泥含水率和渗透系数降低明显，阻碍离排水板较远处污泥排水固结，因此减少排水板间距可显著提高污泥处理效果；真空预压过程中污泥中孔压变化规律与常规淤泥质土有明显区别，特别是远离排水板的位置孔压消散幅度小，表明污泥中孔压消散规律不符合传统的太沙基固结理论；污泥真空预压过程中，间歇式通正气压会在处理初期阶段加快排水速率，但整体改善作用不明显；真空预压可作为污泥减量化的一种途径，如要满足后续堆载垃圾的要求，还需配合其他原位处理方法进一步提高强度。

对糯扎渡水电站心墙与垫层混凝土结合部位的高塑性黏土进行现场碾压与防渗试验，采用沉降量、灌水法、环刀法等多种方法对黏土质量进行检测对比，探讨高塑性黏土的压实机制以及颗粒级配、铺土厚度、碾压遍数等不同施工工艺参数及不同参数的组合对压实与防渗效果的影响，提出结合施工工艺参数，黏土现场压实质量控制应以沉降差或沉降率为主、渗透性可以采用压实度来进行控制，该方法可有效地保证填筑质量，加快施工进度，并可对有压实机防渗要求的类似工程的质量控制、检测和评价提供参考，具有重要的实用价值。

用解析方法在频率域内研究考虑质量耦合效应的饱和黏弹性地基土中管桩的纵向振动特性。基于Biot理论，采用薄层法，推导得到饱和黏弹性地基土的位移、应力等的表达式。将管桩等效为一维弹性杆件处理。根据界面连续性条件，给出饱和黏弹性地基土中管桩的纵向振动一般分析方法和桩顶动力复刚度的表达式。在该基础上，对比分析饱和地基土中实心桩和管桩纵向振动特性。通过算例分析，考察桩周土和桩芯土的力学参数对桩顶刚度因子和等效阻尼的影响。研究表明，饱和黏弹性地基土中实心桩和管桩的纵向振动有明显的差异。

以IV级围岩为参照对象，研制可用于隧道围岩稳定性物理模型试验的软弱围岩相似材料。采用的5种原材料（重晶石粉、石膏、细砂、洗衣液和水），通过直剪试验、无侧限抗压强度试验及三轴压缩试验测得所配相似材料的强度特征和物理力学参数，包括黏聚力c、内摩擦角?、单轴抗压强度Rc、弹性模量E和泊松比?。首先，通过试验分析每种原材料的不同比例对所配相似材料强度特征及物理力学参数的影响，选择适合于模拟IV级围岩相似材料的原材料配比；其次，针对优选的材料配比所配制的相似材料，开展大量的三轴压缩试验，研究在不同围压下该相似材料的强度及其破坏特征。结果表明，含水率减少或石膏含量增加导致Rc、E和c明显增大，而?降低不明显；增加砂含量可增大E 和?，但Rc值减少；石膏含量对相似材料的脆性和延性影响最明显，而含水率对相似材料的强度影响最为突出。试验结果还表明，相似材料在低围压时呈现脆性，在高围压时呈延性；就破坏准则而言，试验所得结果小于Mohr-Coulomb准则，略大于Hoek-Brown准则，但更符合Hoek-Brown准则。研制软岩相似材料的试验数据可为下一步拟开展的隧道围岩稳定性模型试验和数值模拟提供重要的参考和依据。

假定滑面正应力分布为2个待定参数的拉格朗日函数，推导出爆炸震动作用下滑体的水平力、垂直力和力矩平衡方程。通过算例分析证实计算方法的可行性，说明爆炸振动拟静力系数与边坡安全系数的关系。研究结果表明，垂直向下、水平指向坡外的爆破振动荷载以及两者的联合爆破荷载对边坡稳定性安全系数有很大的影响；爆破荷载拟静力系数从0增加到0.3 ，每步增加 0.05,爆破振动水平指向坡外时，边坡安全系数减少6.65%～23.54%，爆破振动垂直向下时，边坡安全系数减少1.18%～2.52%, 联合爆破荷载的方向对边坡稳定性也有影响。

云南西北部三江源高海拔、高深切地区，坡积松散体稳定性是公路边坡面临的主要问题之一，模型试验是研究松散体稳定性各影响因素最有效的手段。根据相似原理，设计模型试验的主要几何相似常数，采用一系列手段改造模型试验材料，使其达到材料强度、重度相似。一系列模型破坏条件真实再现现场坡积松散体的滑坡条件，试验结果分析对相关设计、施工和科研人员有较好的借鉴作用。模型试验材料从松散状态到较密实状态，开始破坏的自然坡角提高42%～100%，c值提高约50%～120%， 值提高约6%～8%，密实状态提高，坡体的强度提高，相应坡体的稳定性提高，起始破坏的自然坡角也显著提高；降雨使坡体含水率提高近饱和时，充分软化的c值下降约70%， 值下降约7%，表明雨水下渗软化是导致坡积松散体产生滑动的最根本、最直接的因素。模拟降雨的土体强度变化过程对松散体边坡稳定性研究有较好的参考价值。

将隧道周围土体视为均质连续各向同性的饱和弹性介质，采用保角变换的方法将含有隧道的半无限平面映射为同心圆环计算域。根据Terzaghi-Rendulic二维固结理论，建立隧道在不透水的情况下周围土体超孔隙水压力分布的控制方程。然后，采用分离变量法计算得到土体超孔隙水压力分布的解析解，最后，根据弹性理论计算得出隧道中线上方地表固结沉降的计算公式。结合算例，分析盾构施工扰动程度、土体渗透系数、土体弹性模量及隧道埋深等因素对隧道中心上方地表处固结沉降的影响。研究结果表明，地表固结沉降的增加值与隧道外侧初始超孔隙水压力值C0的变化量成正比例关系，施工扰动程度越大所引起的固结沉降越大；土体的渗透系数越大固结沉降速度越快，但土体的渗透系数与最终的地表固结沉降量无关；土体的弹性模量越大，最终的地表固结沉降量越小；隧道埋深越深，地表固结沉降所需时间越长，最终的地表固结沉降量也越大。

以南水北调中线工程原状强、中膨胀土/岩为研究对象，开展压力板试验与双环注水试验，结合试验结果与土-水特征曲线(SWCC)，对比研究不同性质膨胀土和膨胀岩的持水性能及影响因素，计算并分析水体积变化系数的变化规律，在该基础上重点探讨渗透系数的变化特征及其与基质吸力的非线性关系，总结出膨胀土/岩的渗透特性及其规律。结果表明，膨胀土/岩的持水特性受岩土的物理性质、矿物成分与结构特征的影响，膨胀潜势强、细颗粒含量大、孔隙结构小的试样有着较低的脱水速率；渗透系数和水体积变化系数均随含水率的减小而减小，变化特征受到膨胀潜势与干密度的共同影响，并与基质吸力呈幂函数关系。研究成果可为工程建设提供计算参数及理论依据。

黄河冲积平原地区基坑深度范围内典型土层为黏土和粉质黏土，具有明显的流变特征，在该类土层中进行深基坑施工支护结构变形和内力值具有显著的时间效应，为掌握各控制指标的变化趋势有必要开发相应的土体黏弹塑性本构模型。根据济南市省会文化艺术中心深基坑土样室内试验数据，构造二阶非线性牛顿体黏弹塑性模型，并建立黏弹塑性模型参数与室内土样试验数据之间的数学关系。通过建立黏弹塑性增量形式的本构模型，并进行FLAC二次开发，分析深基坑施工支护结构侧向位移、弯矩，锚索内力随时间的变化，模型精度经验证符合工程分析需要。实例分析表明，支护结构侧向变形随时间变化逐渐增大，且前期发展较快，后期变形趋于稳定。与之相反，支护结构弯矩和锚索内力的变化则呈现出先增大后小幅降低至稳定的特点。

以大连市地铁2号线202标段工程为研究对象，通过相似材料模型试验绘制不同地层随时间沉降曲线，即同一时刻不同地层沉降槽曲线和不同地层水平位移曲线，得到盾构隧道施工地层移动规律。试验结果表明，不同地层各测点的垂直位移随时间的变化可用以时间为自变量的负指数函数表示；先行隧道施工对地层产生扰动，引起地层软化，导致两条隧道之间地表沉降明显叠加，沉降较大；隧道开挖时，若存在地下结构或管线，其将受到附加剪切作用，易出现裂缝，在施工中必须做好切实可行的防护措施。

对多个级配不同含水率的粗粒土进行击实试验，研究粗粒土的压实特性和颗粒破碎分形特征。结果表明，粗粒土最大干密度随级配中粗粒含量的增大而增大，当粗粒含量P5=70%时，最大干密度出现最大值；当P5＞70%时，最大干密度又随粗粒含量的增大而减小，粗粒土击实破碎后的粒径分布具有良好的分形特性，破碎分形维数为2.279 0～2.892 2，均大于击实前粗粒土粒度分形维数；相同级配条件下，粗粒土破碎分形维数随含水率的增大而增大，且粗粒含量P5＞50%时，增幅显著；粗粒土破碎分形维数D与破碎率Bg存在良好的线性关系，且击实前后粗粒土粒度分形维数差值能客观表征颗粒破碎的程度；粗粒含量和含水率是影响颗粒破碎率的两个重要因素，但相对于含水率而言，粗粒含量对破碎率的影响更加显著。

在桩基负摩阻力的研究中桩土位移需重点关注。作为一种成熟的流场测试手段，颗粒图像测速(paticle image velocimetry, PIV)技术已逐步推广至岩土研究领域，将该技术运用至桩基负摩阻力模型试验，可以弥补传统位移测试方法无法获得位移场分布等缺点。基于试验特点，设计由钢板和有机玻璃壁组成的试验箱，采用千斤顶配合置于土表的载荷板实现对土体加载。试验中，对不同土表超载作用下的土体分层沉降、桩身沉降及轴力进行测定，采用PIV技术对桩端处砂土的位移场实施了采样分析。试验表明，PIV所测位移数值与传统方法测得值吻合较好，PIV分析结果能够直观反映桩基受负摩阻力作用而产生的附加沉降；并且可以判断桩端沉降的影响范围，深度方向基本不超过1.75D（D为直径），水平方向则基本在桩底边界范围内。最后，总结了PIV技术在模型试验中的运用，提出了几点在今后试验中可待改进的地方。

依据库仑土压力理论假设，挡土墙土压力由墙后填土在极限平衡状态下出现滑动楔体产生，推导出考虑滑裂面上填土的黏聚力、墙土间黏聚力、黏性土表面出现张拉裂缝、条形荷载下的黏性土主动土压力计算式，并给出临界破裂角的显式解答。当墙后作用有连续均布荷载或不考虑黏性填土表面出现裂缝时，只需取条形荷载到墙顶的距离或计算的裂缝深度为0即可按相同的方法求解。研究表明，由于未考虑条形荷载对临界破裂角的影响，规范方法得到土压力值偏小。该公式适用范围广，尤其对于条形荷载作用墙后任意位置时均可应用，对实际工程中挡土墙的设计计算具有一定应用价值。

目前的地层损失参数和土体变形计算方法不能反映顶管施工的动态过程，重新定义顶管施工过程中的地层损失参数，使之可以反映超挖、欠挖等不同工况。基于Mindlin解，改进间隙参数g，从而可以考虑管壁与土的摩擦力。基于开挖面周围土体的扰动分区，修正Loganathan土体变形公式，并将改进的间隙参数g代入修正公式，计算顶进距离不同时的土体变形，获得顶管推进过程中地表测点的动态变化。算例分析表明，计算结果与监测数据吻合较好。

为解决在软弱岩层中钻孔易塌孔、成孔难的工程问题，认为岩体黏聚力沿塑性区呈线性弱化，得出应变软化条件下钻孔围岩二次应力、位移和塑性区分布表达式。利用FLAC3D内嵌FISH语言，自定义岩体黏聚力，对钻孔围岩弹塑性分布进行数值模拟分析。研究表明，理想弹塑性模型下的塑性区半径公式为文中解黏聚力co=cs时的特解；考虑黏聚力弱化特性后，相同地应力条件下塑性区半径显著扩大，为修正Fenner解的1.4倍，钻孔围岩最大切向应力位于距钻孔中心约2.9倍钻孔半径处，应力集中系数小于2。成果应用于四川某矿井钻孔工程，表明当加固半径约为3倍钻孔半径时，成孔率在90%以上，取得较好技术经济效果。

锚杆锚固段界面剪应力分布规律是锚杆设计研究的重点，直接影响锚固效果。锚固段界面上的剪应力会引起界面附近的岩土体较大的应变梯度，而用经典弹性理论分析锚固段剪应力时没有考虑应变梯度。偶应力理论引进弯曲曲率，考虑弯曲效应对介质变形特性的影响，基于该理论建立平面应变问题的有限元计算模型，研究拉力型锚杆锚固段界面上的剪应力分布、界面附近的边界层效应和偶应力的尺度效应，并将偶应力理论的计算结果和经典弹性理论的计算结果进行比较。结果表明，在偶应力理论下，拉力型锚杆锚固段界面的剪应力和剪应变有所减小，特别是峰值处的剪应力减少明显；界面处的剪应力不再连续；界面附近的剪应变突变有所改善，出现一个过渡区域。特征长度减小，过渡区域变小，应变梯度增大，第二剪切模量对剪应力分布的影响不明显。

为研究和分析软土地区桩板结构路基的沉降特性，采用离心模型试验方法对不同预压时间（6/12个月）下的桩板结构路基进行了模拟试验。试验结果表明，桩板结构路基沉降主要发生在施工期，预压时间超过16个月后，沉降比例超过80%；预压土卸载期间路基回弹与否与土层性质和预压时间有关；超载预压可以显著降低工后沉降，预压12个月后路基工后沉降相比预压6个月沉降减小了71%；在桩板结构路基施工过程中，桩基存在负摩阻力，中性点位置的变化是一个动态的过程，其与桩长的比例在0.47~0.70之间。

经典块体理论在进行块体可移动性分析和稳定性计算时是分步独立进行的，默认不可移动块体是稳定的，对不可移动块体不再进行稳定性分析。实际工程中，某些阻碍岩石块体运动的“岩桥”可能发生破坏，使得不可移动块体发生滑动。当块体的规模比较大时，在重力作用下破坏局部岩桥的可能性会增高。文中提出一种考虑岩桥破坏的块体稳定性分析方法，不再默认不可移动块体绝对稳定，计算块体稳定系数时，将阻碍块体移动的岩桥的抗剪切力纳入到块体的抗滑力中。该方法首先找出块体所有可能的滑动面和裂隙交线，识别块体沿每一个方向运动时需要破坏的岩桥，基于摩尔-库仑强度准则计算出块体沿每个方向运动时的稳定系数，然后，选取最小的稳定系数作为块体的实际稳定系数，最小稳定系数对应的方向即为块体最有可能的运动方向。

以中国大陆地壳应力环境基础数据库为基础，选取华北地区水压致裂法与应力解除法的实测地应力数据共计1 017条，得到华北地区及研究子区宏观应力场特征：（1）华北地壳浅层最大水平应力 、最小水平应力 随深度D呈线性增加；（2）在0~4 000 m测量深度范围内，华北各研究子区中间深度 值总体表现出“东高西低”的特征；（3）华北地区侧压系数Kav=225/D+0.61，浅部离散，随着深度增加而集中，并趋向0.61，D=577 m时Kav=1，是水平作用为主导向垂直作用为主导转换的“临界深度”；（4）华北各研究子区 的优势方向统计显示，华北东部研究区 优势方向基本上为近EW、NEE、NE向。鄂尔多斯块体及环鄂尔多斯的研究区 优势方向呈现出NE向或NEE向。华北平原的研究区 优势方向主要为NE、NEE向，部分研究区呈现出NW向。分析华北区域断层稳定性发现，500 m深度以下实测差应力值不超过理论临界值，区域内断层基本上处于相对稳定的状态；0~500 m深度之间部分差应力值已达到或接近走滑临界状态，在方位合适的断裂或节理面上发生走滑断层型活动的可能性较大。

钱塘江古海塘建于明清时期，是钱塘江河口地区防洪御潮的重要屏障。为避免强水动力荷载对古海塘塘基的淘蚀和对塘身稳定性的影响，于古海塘前趾外建有护坦结构。海宁段的护坦多为无相互粘结的靠砌条石结构。为考察该护坦结构的失效机制，采用了波流水槽模型试验。试验揭示，条石覆盖缺失处，护坦易受强涌潮的冲击破坏；临江侧护坦之下的土体易受退潮渗流和纵向水流的冲蚀，并会导致护坦下沉；护坦作为覆盖层可有效保护土体，并可防止土体的瞬时液化和残余液化。

吸力式桶形基础不仅承受着上部结构及自身所引起的竖向荷载，还受到波浪、海流、海风等引起的水平荷载作用，在高纬度海域冬季还可能受到海冰的长时间挤压作用。利用三维有限元模型，研究饱和排水砂土条件下吸力式桶形基础的水平极限承载力和失稳模式，分析缓慢施加水平荷载时吸力式桶形基础失稳破坏机制，探讨不同长径比的桶形基础承载性能，研究桶体内外壁土压力分布情况和转动轴位置，并根据极限平衡解法，推导出饱和砂土地基桶形基础水平极限承载力计算公式。研究结果可为砂土地基条件下的吸力式桶形基础的设计提供参考。

在大比例尺的地质力学模型中，由于相似模型材料的脆性和低强度，很难测得其抗弯应力-应变或者荷载-位移全过程曲线。对抗弯试验的过程进行力学分析，通过对增加辅助弹性元件方案的假设推导得到弹性元件刚度设计原则。依据该设计原则，组装出一台试验原理样机，测到不同节理（均质、层状和块状）含不同角度锚杆的试件的抗弯荷载-位移全过程曲线。此外，由于相似材料的低强度重度大特性，试验中适当考虑试件的自重对实验结果的影响。试验研究表明，弹性元件的增加对抗弯荷载-位移全过程曲线下降段有着质的改善；当弹性元件与台架的复合刚度大于试件的最大刚度，即可测得抗弯荷载-位移全过程曲线；在抗弯试验中试件自重荷载可以等效为集中力荷载，对于550 mm的标准试件其等效荷载相当于其自身重力1/2的集中荷载，相当于试验中均质试件峰值荷载的9%。

目前爆破震动荷载作用下地下围岩稳定性判别主要依靠单一强度因子的独立阈值稳定性判据，这类判据多为定性分析，没有同时考虑爆破震动三要素的综合作用效果，且未建立稳定性判据与巷道围岩破坏程度之间的定量关系，在实际工程应用中存在一定的缺陷和不足。通过建立爆破荷载作用下的不同类别巷道围岩有限元模型，提取巷道围岩的响应信号，基于小波变换理论建立时间能量密度函数分析巷道围岩响应信号的时、频域特征，进而将时间能量密度曲线与时间轴围成的面积TEDI作为评估爆破震动效应的判别指标，建立了TEDI与巷道围岩损伤程度的定量关系，为进一步完善基于小波能量理论的巷道围岩损伤预警体系奠定基础。

武汉鹦鹉洲长江大桥主桥为3塔4跨悬索桥，其北锚碇采用圆形沉井形式，施工前在周围预先制作圆形地下连续墙。考虑到沉井下沉对邻近建筑物和构筑物的影响，根据沉井施工工况，结合现场实测监控数据，采用MIDAS-GTS建立三维计算模型进行有限元分析，主要讨论三维计算模型所得关键测点的位移值与实际测量值的吻合情况，在指导现阶段施工的同时，预测后续工况对周围建筑及长江大堤的影响，同时先后分析沉井下沉过程对圆形地下连续墙变形的影响。计算结果表明，关键测点的变形计算值与实测值结果比较吻合，计算误差基本在5%~30%，施工可有效地避免对周围建筑物和长江大堤不利影响；地下连续墙变形会随沉井下沉而增大，但收敛趋势明显。该计算模型对沉井下沉的姿态控制具有参考价值。

对井筒冻结壁弹性设计理论的3个解析公式进行对比分析，用图解的方式展示出用叠加原理求解基于冻结壁和围岩相互作用的力学模型两种方法，揭示冻结壁外缘载荷随冻结壁厚度和刚度变化的规律。通过对用3种冻结壁厚度公式设计的差异性分析，说明采用重液公式确定拉梅公式中载荷的不合理性，提出基于太沙基有效应力原理的自重初始应力场计算方法。结合案例，比较3种解析公式得到的地层原岩水平载荷和冻结壁厚度的函数关系，用定义域和值域的数学原理研究各个冻结壁弹性设计公式的适用范围，阐释其工程实际意义，并就弹性设计的实用意义进行审慎性评述。

以陈家坝场镇滑坡为例，通过对都坝河阶地的调查，概化出了都坝河阶地模型；根据对陈家坝滑坡的地貌学分析，结合水文地质调查和剖面对比，发现陈家坝滑坡位于都坝河的二级阶地上，是大型阶地型地震滑坡；通过陈家坝阶地地震滑坡的地形地貌、物质组成和岩土体力学性质室内试验分析，对其成因机制进行深入研究，发现陡倾的地形条件、松散的物质条件以及滑坡区前后缘高差大构成了滑坡的基本条件，而地震波反复剪切作用下饱和滑带土的残余剪切强度低和距离断裂带较近的强地震动是滑坡形成的主要原因；在对滑坡阶地模型概化的基础上，考虑滑坡的三维空间效应，采用有限差分强度折减法对其在自然状态、暴雨、地震等工况下进行了三维稳定性分析评价，并得到了不同工况下滑坡潜在三维不稳定的区域。这些分析对阶地型地震滑坡失稳机制的研究及稳定性评价具有一定的意义。

水下爆破是一个复杂的、非线性的动态能量释放过程，其涉及到的影响因素众多。为了充分利用少量的实测数据，较准确地预测水下爆破质点峰值振动速度，引入灰色关联分析理论，并结合遗传神经网络较强的非线性映射优势和全局化的搜索能力，建立基于灰色关联分析的遗传神经网络模型(GRA-GA-BP)。该模型利用灰色关联分析理论，充分挖掘小样本潜在信息特征，较合理地确定了影响爆破振动速度的主要因素，解决了神经网络在多变量复杂系统中输入变量无法自动寻优的难题，从而增强了神经网络的适应能力和稳定性。采用该模型对广东台山核电站1期工程大襟岛水下爆破开挖质点峰值振动速度进行预测，并与传统的遗传神经网络及萨道夫斯基公式预测结果进行对比，发现GRA-GA-BP模型的预测值与实测值吻合更好，预测误差更稳定。研究方法可为小样本、多因素影响下类似工程质点峰值振动速度预测提供借鉴。

结合中国移动甘肃定西分公司新城区移动通信综合楼项目，在大厚度自重湿陷性黄土场地上进行长时间的桩基浸水载荷试验（试桩直径为800 mm，桩长26 m，试坑深度为2 m），对不同深度下、不同范围内的桩侧负摩阻力的变化特征以及土体的沉降过程进行分析。试验结果表明，特殊浸水条件下桩侧负摩阻力沿桩身出现多个峰值，并且正、负摩阻力出现交错分布的现象，无法给出建筑桩基技术规范[1]规定的平均负摩阻力值；桩周土体沉降量亦沿桩身出现多个峰值，并且其变化趋势直接影响桩侧正、负摩阻力沿桩身交替变化的走势；中性点位置并未得出建筑桩基技术规范[1]所提供的单一参考值而是沿桩身出现了多个中性点；黄土的实际湿陷情况是分段发生湿陷的，而不是如传统观点所述在单一中性点以上突然出现整段湿陷。

在高填方地基强夯处理过程中检测与评价强夯质量是整个工程中非常重要的一部分。对某1 000 kV特高压变电站工程高填方碎石土回填强夯地基，从理论和实践的角度出发，研究瑞利波（RWT）、动力触探（DPT）和静载荷（PLT）各试验结果的相关性，表明瑞利波和动力触探试验结果可以验证静载荷试验结果。前两者可作为强夯地基检测的间接手段，适当减少费用昂贵、历时较长的静载荷试验，节省工程造价和加快工程进度。由试验结果拟合出各试验结果之间的数学表达式表明，剪切波速和地基承载力特征值近似服从幂函数相关，与变形模量和超重型动力触探击数近似服从指数函数相关，可推测出强夯地基有效加固深度和其他地基土力学参数。根据强夯有效加固深度实测结果，提出基于梅拉公式计算结果的修正系数在0.24~0.27之间，其结果可供类似工程的设计及施工参考。

岩体工程质量是影响高放废物地质处置（HLW）工程长期稳定性和安全性的关键因素，也是处置库场址比选的重要依据。在地表岩体节理调查统计的基础上，采用RMR(relative metabolic rate)分级方案，探讨北山高放废物处置预选区内以花岗岩为主体围岩的岩体质量与岩体结构的对应特征，建立结构面间距D与RMR岩体质量总评分值之间的定量关系，对北山预选区芨芨槽地表岩体质量分布进行研究。研究结果表明，RMR与D值的点群分布具有扇形发散的正相关特征，随D值的增大，RMR亦呈增长趋势，但低级序岩体结构与岩体质量比高级序岩体表现出更好的对应关系。研究认为，选用RMR与D的点群中心线对应的线性方程评价花岗岩候选区的岩体质量可达到快速评价岩体质量、查明各级岩体空间分布特征的目的，同时也便于对不同候选场区进行大范围岩体质量对比。分析结果显示，北山芨芨槽预选地段BS16钻孔周边3 km2范围内主要以Ⅰ、Ⅱ级岩体为主，岩体质量总体较好且分布相对较为均匀。

针对我国西南地区水电工程建设中经常遇到的堆积体边坡问题，以堆积体边坡的岩体结构特征及工程地质、环境条件为基础，结合现场踏勘在地表、平硐中看到的地质现象和钻孔岩芯资料，详细地分析了堆积体边坡的成因机制和演化过程，并恢复出其形成的概化地质模型。结果显示，堆积体边坡整体为崩塌堆积物，但在形成过程中堆积体一区中上部发生了较大方量的局部破坏，导致了堆积体一、二区地貌和内部结构的差异。对堆积体边坡的稳定性进行了宏观定性评价和详细计算分析，结果表明堆积体整体趋于稳定，但覆盖层浅、中部存在局部稳定性较差的区域。为保证工程的后期正常运营，在综合考虑工程、环境、经济等方面因素的基础上，对堆积体一区采取压脚的处理方式，二区采取削坡减载加挡土墙的处理方式。分析计算成果为工程设计提供了必需的指导和合理的依据，同时也可为类似工程的分析提供参考

地震易发地区的锚固岩石边坡，需要研究其地震稳定性。对于锚固典型岩石边坡，在考虑水平与竖向地震力、张裂缝积水深度、坡顶超载、锚索倾角、锚索位置、锚索拉力及静水与动水压力等的条件下，运用拟静力和拟动力方法分别推导了不同工况条件下其抗滑和抗倾覆地震安全系数。分析表明，竖向向上地震力有利于锚固岩石边坡的抗滑稳定，而竖向下的地震力有利于锚固岩石边坡的抗倾覆稳定；在相同工况条件下，当岩体放大系数等于1.0时，拟动力与拟静力方法所得锚固岩石边坡地震安全系数相差无几，但是，当岩体放大系数逐渐增大时，拟动力方法所得地震安全系数越来越明显地小于拟静力方法所得地震安全系数。因此，在抗震设计当中适当的考虑岩体放大系数，将会有利于锚固岩石边坡的安全设计。

随着地下工程的建设日益增多，部分工程穿越含气地层，含气地层会对隧道的施工产生一定不良的影响。盾构在沼气地层掘进过程中，由于管片气密性不良造成沼气通过管片环缝进入隧道，引起管片的纵向变形。针对这一现象，建立管片环缝单点气体释放条件下的管片变形模型，并用数值模拟方法与理论结果进行对比验证。通过其变形公式，分析不同含气层厚度、不同初始气压条件对管片的变形及管片接缝张开量的影响，探讨管片损坏的地层条件。结果表明，对于含气层较薄（＜1.5 m）、气体压力比较小（＜150 kPa）的地层，隧道气密性不严导致气体泄漏进入隧道会导致管片下沉，但一般不会破坏管片的防水设施。当含气层厚度大或气体压力较大时，气体释放会引起比较大的管片变形，破坏管片的防水能力，导致地下水进入隧道，引起管片的进一步变形；地层扰动大时，地层土体随地下水进入隧道，会造成管片的严重损坏，以至于断裂。

在某大型地下洞室群工程的断面变形收敛监测过程中发现其时程曲线的波动程度有着明显的规律性，引入一维盒维数来定量描述该特征，在试算结果基础上探讨了其与围岩性质相关的力学含义。进而，通过采用该指标比较不同监测断面计算结果的差异，印证了盒维数与围岩完整性的对应关系。更进一步，分析各断面的空间位置及其盒维数值的关系，得出了整个区域内围岩完整性的演变规律。最终，由后继开挖过程揭露的围岩情况，证明整个推理过程和结论的有效性。

振动波在土介质中传播包含呈幂函数关系的几何衰减和呈指数函数关系的阻尼衰减两方面，针对振动波衰减的两种性质，提出Hyperbola-Logistic组合模型来描述振动波沿地表的传播。实例分析表明，Hyperbola-Logistic组合模型既可以用来预测地面位移、速度、加速度及振级的衰减，又可以预测高架桥段、路堤段及地下列车引起的地面振动。Hyperbola-Logistic组合模型具有较高的拟合精度，相关系数R均在0.95以上，决定系数R2均在0.90以上，它对振动衰减的拟合是可信的。通过对比，文中模型无论数值大小还是分布趋势，都能更好地预测列车引起的地面振动。

为探寻沿空留巷厚层复合顶板的传递承载机制，结合复合顶板松软易变形、容易造成巷旁充填区顶板抽冒和巷内顶板切落的特征，建立巷旁支撑系统力学模型，得出顶板、墙体和底板的系统刚度算式，阐明复合顶板吸收变形的特征。直接顶、墙体和直接底组成巷旁支护系统共同承担顶板压力，系统刚度随着顶底板刚度的增加而增大，初始刚度越小增大的效果越明显；厚层复合顶板具有良好的吸收变形能力，利于缓解巷旁墙体的压力；提出可有效提高巷旁支护系统刚度、增强复合顶板传递承载能力的整体化加固技术。研究成果成功应用于10 m厚复合顶板条件。

利用有限差分程序FLAC建立连续和并排的两类非均质矿柱模型，对矿柱在动力载荷循环作用下的破坏过程进行全时程动力分析。将加卸载响应比(LURR)理论引入矿柱动力稳定性分析中，以施加的动力载荷对矿柱作用的周期性变化作为加载量，以矿柱特征点的位移变化和破坏单元的弹性应变能的演化规律作为响应参数，建立矿柱的加卸载响应比模型，确定矿柱在动力载荷作用期间的加卸载响应比时间序列。计算结果表明，矿柱整体上处于稳定状态和趋于失稳时，其加卸载响应比Y值表现出不同的特征，通过对Y值的分析对矿柱的稳定状态进行评价，预测是否临近峰值承载能力，表明在矿柱动力破裂过程数值模拟分析中引入加卸载响应比是矿柱破坏力学行为研究的一种方便而有效的方法。

分布于湛江地区的湛江组灰色黏土因其特有的强结构性在实际工程中产生一系列岩土工程问题，20世纪80年代已为国内众学者所关注。由于湛江组地层在雷州半岛区域内，具有不同沉积环境而表现出不同空间展布规律，实际工程中难以掌握其分布特性。根据现场地质调查资料，结合雷州半岛的地形地貌、地质构造以及湛江组地层的沉积环境，在雷州半岛布置27个钻孔进行地质钻探取样。不同区域典型地层剖面图说明，灰色黏土在不同的沉积环境有着不同沉积韵律、埋藏深度、地层厚度等，分布具有区域性，根据层顶埋深及地层厚度分析灰色黏土的结构性对实际工程的影响。同时，根据钻孔地层数据，利用基础 GIS软件平台MAPGIS构建湛江组结构性黏土空间展布规律三维地质模型，全面展示出灰色黏土在雷州半岛的整个展布规律，实现灰色黏土空间展布的可视化，最后简单地介绍该模型的基本应用。

针对缓倾斜极薄矿体壁式削壁充填法劳动强度大、生产效率低的问题，提出采取机械化生产。对适应机械化生产的大尺寸采场结构需进行稳定性分析，将崩落废石堆体假设成弹簧支撑件，把采场顶板简化为平面问题的固定端超静定悬臂梁结构，对顶板临界跨度计算。同时，该计算法在矿山得到实际应用，实现了机械化作业。

高速公路建设期侧向位移的控制是评价路基变形的重要依据。依据四川省遂－资（遂宁至资阳）高速公路软基沉降变形观测的数据，通过对现场监测资料的分析，分别探讨西南地区软土路基经塑料排水板（PVD）、碎石桩处理后，路基侧向变形y与深度z，最大侧向变形增量△ym与地表沉降增量△SD，平均侧向变形量Sy与地表沉降量Sf的变化规律。 研究表明，（1）根据Boussinesq解答和实测数据得到路堤荷载作用面积下变形y随着深度z大致呈“S”形变化，近地表变化剧烈，随荷载增加最大侧向位移深度基本保持不变，土体最大侧向变形深度与路堤填筑高度无关，与土性有关；（2）经PVD处理后的软基在填筑期、预压期均有大量侧向位移发生，各占总位移量的50%，最大侧向位移深度在距离地表1.0～1.5 m处；（3）经碎石桩处理后软基侧向位移在填筑期已完成总位移量的75%～80%，总位移量明显小于PVD处理后软基侧向位移量，最大侧向位移深度在距离地表2.5～3.5 m处；（4）PVD处理软基在固结阶段△ym/△SD、Sy/Sf分别为0.15～0.30和0.10～0.20，大于填筑前期2～4倍，而碎石桩处理软基固结阶段△ym/△SD、Sy/Sf分别为0.10～0.15和0.03～0.05，各个阶段变化相当。

现行的抗滑桩滑坡推力以及抗滑桩内力计算方法本质上属于定值方法，由于该方法未考虑边坡岩土体材料参数的变异性等不确定性因素，存在着抗滑桩支护不足或过度支护等问题，因此提出基于有限元强度折减法(SRFEM)的抗滑桩滑坡推力及抗滑桩内力可靠性分析方法。将极限分析法、有限元方法和可靠性分析法三者耦合，用2结点梁单元模拟抗滑桩受力状态，采用拉丁超立方抽样法(LHS)进行可靠度计算，分析求解边坡抗滑桩可靠性问题，并将该过程在数值计算程序中得以实现。对抗滑桩滑坡推力以及抗滑桩内力进行概率统计，得出函数分布关系，并根据已给定的失效概率控制值，反算出滑坡推力以及抗滑桩内力设计值。结合典型算例分析结果表明该法显著区别于一般方法，能较全面地反映出边坡整体现状特征和岩土体材料强度参数的变异性，相对更加合理，且更符合工程实际。

Verhulst生物生长模型是一种统计型的滑坡预测预报模型，针对原始Verhulst模型中把第一个数据点作为已知条件的理论依据不存在，可能导致预报精度较低问题，将前人改进Verhulst模型的方法应用到滑坡预测预报中，推导出用改进模型和速度最大值判据预报滑坡发生时间的计算公式。通过分析表明，原始Verhulst模型中以速度最大值作为预报滑坡发生时间的判据缺乏合理性，以加速度和加加速度最大值作为预报判据应更合理，并推导出用加速度和加加速度最大值判据预报的计算公式。基于推导的公式，编写Matlab程序进行计算，将原始和改进的Verhulst模型以及3种判据应用于一些滑坡实例的预报中。结果表明，（1）与原始Verhulst模型相比，改进模型的预报效果较好，其预报滑坡发生的时间更早，且更准确；（2）与速度最大值判据相比，加速度和加加速度最大值判据的预报效果较好，其预报时间较早，且较准确；（3）可把原始模型中单一的时间预报值拓展为一段预报的时间范围，该预报时间范围的上限是加速度最大值时刻，下限是加加速度最大值时刻；（4）用改进模型和该时间段范围判据进行预报能起到提前预报的作用，且预报结果较准确。此外，经讨论认为临近破坏时，裂缝的增多以及动摩擦系数小于静摩擦系数导致抗滑力降低，剩余下滑力增大，是使滑体产生加速度逐渐增大运动的原因。

含软弱层岩质边坡的动力响应研究已成为边坡工程稳定性分析中的一个重要问题。为研究软弱层的特性对岩质边坡动力响应的影响，提供动力荷载作用下边坡防灾减灾的指导依据，运用UDEC离散元软件模拟地震力作用下含软弱层岩质边坡的动力响应系统地分析软弱层的倾角、埋深、弹性模量、厚度、泊松比和剪切刚度等因素对地震波放大现象的影响，得出边坡坡顶放大系数的变化规律，即随着软弱层倾角的增大，放大系数呈现出增大→减小→再增大→再减小，并出现地震响应减弱的现象；放大系数随软弱层埋深和厚度的增加而增大，但随弹性模量、剪切刚度的增大而减小，随泊松比的增加几乎不变。结合非重复性试验二元方差分析评价理论，对所得的放大系数进行计算分析，得出软弱层的特性因素对边坡放大作用的影响强度为软弱层的倾角＞埋深＞弹性模量＞剪切刚度＞厚度＞泊松比。研究结果有助于进一步揭示地震作用下边坡的失稳机制, 对震区边坡灾害的防治有一定的指导意义。

滑动面位置和形状的判断是影响边坡地基稳定性分析合理性的主要因素，合理地确定滑动面的位置和形状是边坡地基稳定性分析首先要解决的问题。由岩土工程常用的Mohr-Coulomb度理论可知，岩土体破坏是由于某一面上的剪应力达到了岩土体的剪切强度，此时剪切面上必然发生较大的剪切变形，因此可以通过搜索最大剪应变增量的位置来确定边坡滑动面。基于以上思路，综合运用有限差分软件FLAC3D和曲线拟合技术，提出基于最大剪应变增量确定边坡地基潜在滑动面的方法。首先，利用有限差分软件FLAC3D计算极限状态时边坡内的应力、应变，在计算剖面中设置一系列的垂线，利用FISH语言编制程序搜索垂线上剪应变增量最大位置的坐标，以获得滑动面上的离散点坐标。然后，通过最小二乘的方法对离散点进行曲线拟合，得到滑动面的形状和位置。通过与极限平衡法的对比分析，验证文中方法的合理性。文中方法的判断标准物理意义明确，简便实用，且克服了对网格的依赖性。

桥梁荷载作用下跨谷岩质岸坡稳定性是保证桥梁安全运营的关键。芙蓉江大桥道真侧高陡岸坡基岩为中风化灰岩，节理裂隙发育，桥梁荷载下岸坡稳定性评价至关重要。通过基岩力学特性试验研究，得到基岩力学参数和拱座-基岩胶结面接触模型，在考虑岸坡顺层节理和垂直卸荷节理的情况下，采用强度折减法对桥梁荷载作用前后岸坡的稳定性进行三维分析，研究成果表明，受节理裂隙张开破坏的影响，岸坡将产生典型的折线型滑动面，岸坡在桥梁荷载作用下拱座底部塑性区与坡脚向上发展的塑性区首先贯通，在拱座底部产生局部破坏区，对岸坡稳定性不利，建议对拱座后部基岩进行局部加固处理，提高其稳定性。

刚性抗滑桩结构的主要失稳模式是锚固段内桩侧土体受压失稳。为计算刚性抗滑桩结构的模糊随机可靠性指标和可靠度，首先根据抗滑桩滑面以下桩侧压应力 ?y在两个深度处的极值，分别建立两个极值下刚性抗滑桩锚固深度可靠性分析的结构功能函数。计算时，利用定值法比较两个极值的大小，选择较大的极值所对应的结构功能函数作为待计算的抗滑桩可靠性分析的结构功能函数，然后，考虑抗滑桩结构可靠性分析中的随机性和模糊性，建立模糊随机可靠性分析模型。在一次二阶矩法的基础上，推导出计算模糊随机可靠度的公式，用L-R型模糊数描述随机参数的均值和方差，利用分解定理处理模糊数，得到结构的随机模糊可靠性指标和可靠度。根据上述方法，利用MATLAB程序计算了某刚性抗滑桩，得出了结构的模糊可靠性指标和模糊可靠度，计算结果与安全系数法具有很好的一致性。

用数值方法对岩质高边坡进行稳定性分析时，描述岩体结构对的精细程度会影响分析结果，但常见的有限单元法程序仍难以对复杂节理岩体进行精细建模。为解决这一问题，将结构面网络模拟与离散单元法相结合，在UDEC软件中，利用FISH语言编写网络模拟程序，依据结构面统计资料和结构面分级，实现对复杂岩体结构的精细描述。以某大型水电工程边坡为例，在对岩体结构进行精细描述的基础上，采用离散元强度折减法对边坡进行稳定性分析。通过与极限平衡法和一般离散元结果的对比，表明基于复杂岩体结构精细描述确定的边坡潜在滑动面和安全系数是合理的，为复杂岩质边坡破坏模式和稳定性的分析提供了新的途径。

针对上海地铁11号线上、下穿越既有地铁4号线的多线叠交复杂工况，构建三维弹塑性有限元模型，研究在不同净距、不同土仓压力、不同注浆量下新建隧道盾构穿越对既有隧道管片变形的影响。根据模拟结果和实测数据，结合因素正交分析，提出多线叠交隧道施工影响系数的概念。研究结果表明，在新建隧道穿越既有隧道的过程中，新旧隧道之间的净距在影响系数中所占权重最大，土仓压力次之，注浆量权重较小。研究成果可为多线叠交盾构隧道施工微扰动控制技术以及隧道变形计算提供一定的理论基础。

孔隙比是评价粉土密实程度的重要指标，研究表明饱和粉土地基的液化指数与孔隙比有关。对于振冲法处理严重液化的饱和粉土地基，只要工后孔隙比降到0.75以下，就能达到消除液化的目的。利用试验成果，通过振冲桩施工前后土体的三相组成分析，量化振冲碎石桩的挤密、振实功效，推导出饱和粉土经振冲法处理后的工后孔隙比估算方法，估算结果与实测值的误差在±1.5%以内。利用该方法可以迅速接近最佳的桩距、桩径组合，为节省试验费用和加快试验进度提供可靠的依据。

针对挤压型大变形问题，通过木寨岭隧道科研试验与相关资料分析，得出挤压型大变形具有变形量大、持续时间长的特点，一般两侧为变形优势部位。测试数据表明，刚性支护中围岩压力、拱架应力、锚杆轴力值均较大，其中拱架应力值可能超过材料屈服强度，边墙锚杆较拱部锚杆作用明显，围岩压力与变形增量呈反比关系；在挤压型变形隧道中允许有控制性地释放围岩变形，能够减小支护结构上的围岩压力，有利于隧道结构的长期稳定。文中阐述了可让式支护原理，对可让式支护结构预留变形量进行初步预测，数值计算表明，采用刚性支护将位移控制在较小的范围内需要足够大的刚度，而可让式支护具有能够允许围岩一定程度的变形同时减小支护结构受力的优势，可在铁路隧道中推广使用。

鉴于以往很少考虑黄土结构性对基坑开挖的影响，针对目前普遍存在的基坑稳定性问题，开展室内平面应变条件下的真三轴试验，建立黄土结构性与强度之间关系，通过FISH语言将其引入到基坑开挖数值模拟中，分析结构性对基坑开挖的影响。研究表明，结构性参数与强度指标的变化规律与以往研究结果基本一致，表现为结构性参数与黏聚力呈双曲线关系，但参数略有不同，其受摩擦角的影响较小；结构性影响下基坑侧壁出现明显滑带，且此时连续墙的侧向位移大于不考虑其影响时的位移，坑底隆起量亦如此。研究结果对黄土基坑工程的设计和施工具有一定的指导意义。

材料的破坏模拟方法对计算结果的正确性有着非常大的影响。基于对破坏判据的分析认识，指出在破坏问题数值模拟过程中容易忽视的两个问题，包括计算过程中单元的侵蚀问题和单元侵蚀后的内部接触问题。以圆柱状试块受压破坏问题和岩石坑道震塌破坏试验问题为背景，考察这两个问题对材料破坏问题的影响。理论分析和算例分析表明，通过定义节点约束失效和内部单元接触条件，可以比较合理地模拟诸如岩石坑道的震塌破坏等材料和介质的破坏问题，常用的侵蚀算法对材料破坏问题的模拟存在很大的局限性。

假定一个核废料地质处置库位于具有一定水头的饱和节理岩体中，开挖完闭施作系统锚杆和喷混凝土支护。对坑道建造和一个50年期的热-水应力（T-H-M）耦合运营过程，使用UDEC程序进行数值模拟，分析无、有支护时近场围岩中的应力、变形、塑性区、温度、渗流的变化状态，以及不同场（温度、渗流、应力）耦合条件下的锚杆和喷混凝土中的承载情况。结果显示，喷混凝土和系统锚杆支护不仅具有常规的支护功能，并且可阻滞地下水从坑道表面的自由渗出，使得围岩中塑性区减小，裂隙水压力和温度升高；相比于应力单场作用的情况，在热-水-力耦合的条件下洞室围岩的稳定性下降，支护结构的受力状况变差。

为利于判断巷道围岩在爆破荷载作用下的稳定性及巷道内壁混凝土衬砌的安全，采用ANSYS/LS-DYNA分析了巷道钻爆法掘进爆破荷载作用下震动区岩体的动力响应。结果表明，近区岩体内部爆破压力、单元有效应力、质点振动速度随爆心距的衰减规律基本符合萨道夫斯基经验公式，单元有效应力与质点振动速度的衰减规律具有很强的相关性；巷道围岩临空面上的质点振动速度以沿巷道方向的振动速度为主，巷道横截面内垂直临空面方向次之，横截面内沿临空面方向为最小。巷道同一横截面处各质点的振动波形基本相同，拱顶的振动速度峰值比帮部的要大10%左右，拱与帮的连接处振动速度峰值较小。巷道围岩沿巷道方向临空面上质点振动速度衰减规律也基本符合萨道夫斯基公式，以上分析结果对采用钻爆法进行岩巷施工时，控制近区震动区爆破荷载对结构的影响具有一定的指导作用。

考虑大气温度以及管内流动介质温度的影响，建立由多个土层构成的岛状冻土物理模型，研究塔河地区埋地输油管道周围热-水-应力（T-H-M）耦合作用，分析水-热-应力耦合作用下管道的受力情况并进行管道强度验算。采用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics进行数值模拟，计算在T-H-M三场耦合及非耦合两种工况下岛状多年冻土管道周围应力和沉降曲线等。分析比较表明，岛状多年冻土区的温度，冰水相变以及水分迁移对应力场存在较大的影响；水分场、温度场以及应力场三者之间耦合作用明显；岛状冻土随季节呈周期性冻融，管道周围出现较大应力集中和沉降现象，会对管道安全产生一定影响。

深埋隧洞爆破开挖荷载构成复杂，对围岩损伤区的孕育发展具有重要影响。利用颗粒流程序（PFC）软件，讨论了不同初始地应力状态下爆炸荷载及地应力瞬态卸载所分别诱发围岩损伤的特性，并通过锦屏2级水电站引水隧洞爆破开挖损伤区检测数据对数值模拟的结果进行了验证。研究表明，爆炸荷载和地应力瞬态卸载所诱发的围岩损伤程度和范围均随地应力量级的提高而显著增大；爆炸荷载作用条件下损伤区的分布有随着侧压力系数的增大而向应力集中区发展的趋势，而地应力瞬态卸荷所产生的围岩破坏以受拉破坏为主，表层损伤区沿开挖呈轮廓均匀分布的趋势；在相同的初始地应力状态下，爆炸荷载和地应力瞬态卸荷所分别诱发的围岩损伤区深度均明显小于实测值，考虑二者的耦合效应后，计算值与实测值基本吻合。这说明这两种荷载是高应力条件下爆破开挖荷载的主要成分，但二者耦合作用对围岩的损伤大于它们单独作用效应的线性叠加。

基于层面法向局部坐标系中的横观各向同性弹性本构模型，根据层面产状方位角，推导出整体坐标系中弹性应力的转换方法。针对层状岩体的各向异性特征，将岩体的破坏模式细分为5种，分别对每一种破坏模式建立各自的判别函数和屈服准则，根据塑性流动正交法则推导出相应的应力修正迭代计算方法。通过单轴、三轴压缩数值试验，对层状岩体的强度和变形性质进行研究，分析层面倾角和围压对层状岩体力学行为的影响。将所建模型与FLAC3D自带的横观各向同性弹性模型以及遍布节理模型进行对比，验证模型的正确性及精度。同时，将模型应用于三向等压理想圆形隧洞的开挖计算中，分析层状岩体破坏方式受层面方位角影响的变化规律，分析结果表明层面对围岩破坏模式和塑性区扩展方向起到了控制作用。

考虑岩石介质的非均匀性，把爆破过程视为爆炸应力波和爆生气体压力共同作用的结果，基于损伤力学理论建立了岩石爆破的力学模型，并对不同地应力条件下岩石双孔爆破裂纹演化规律进行了数值模拟，分析了不同侧压力系数和埋 深对裂纹扩展规律的影响。数值模拟结果表明：①爆炸应力波导致裂纹的萌生，爆生气体压力则会使裂纹进一步扩展和贯通； ②裂纹演化过程与地应力密切相关，裂纹扩展的主方向趋于最大地应力方向；③随着埋深增加和初始地应力增大，裂纹扩展半径和裂纹区面积减小，地应力对爆破致裂的抑制作用明显。

分析了锚固边坡锚杆与岩土体在动力荷载下的黏结机制，提出了一种简化的锚杆岩土体相互作用的动力学模型，推导了锚杆岩土体系统的动力响应解析解。结合该简化的锚杆岩土体动力学模型，借助ANSYS有限元程序建立锚固边坡数值模型，分析了在地震荷载作用下，锚杆参数（弹性模量、横截面积、长度、间距）变化对锚固边坡抗震性能（位移、加速度、应力）的影响。分析结果表明：锚杆参数对锚固边坡抗震性能影响强弱不一，增大横截面积可以有效提高边坡抗震稳定性，减小间距也可以改善边坡抗震性能；而弹性模量和长度对边坡抗震性能提高不大，甚至还会起反作用。这些结论对于锚固边坡的抗震设计有一定的借鉴作用。

煤矿冲击地压一直是困扰中国煤矿安全的主要问题，而煤矿开采过程中跳采形成的孤岛工作面由于容易产生应力集中，来压强度提高，极容易发生冲击地压。基于唐山矿T2193下孤岛工作面的地质条件，从数值分析的角度研究了煤岩体材料的非均匀性，揭示了孤岛工作面顶板周期来压时煤岩体能量释放的动态特征，分析了工作面前方能量释放激增机制。数值模拟结果显示，长壁工作面回采过程中直接顶的不断垮落造成了老顶悬空距离的不断增大，工作面周期来压时，积聚于老顶岩层内的弹性应变能将瞬间释放，容易引发工作面及巷道的冲击失稳。孤岛工作面由于其特有的矿压显现特征，老顶周期破断时所释放的弹性应变能将更加剧烈，冲击地压势必愈加强烈。孤岛工作面顶底板和煤层的能量释放激增可以作为判断煤岩体冲击失稳的前兆信息。孤岛工作面前方发生冲击破坏的主要原因是由于工作面回采过程中围岩所积聚的大量弹性能在顶板断裂时所伴随的巨大能量释放而造成的。

转动阻抗被定义为作用颗粒接触上的一对对称力偶，用来抵抗颗粒之间的相互转动。将转动阻抗引入到离散元模拟中是对传统离散单元法的重要改进。开发出考虑颗粒转动阻抗的接触模型，并将其嵌入到PFC2D中，利用该模型进行粗粒土的双轴剪切数值模型试验，研究剪切过程中转动阻抗对粗粒土的宏细观力学性质的影响。结果显示，在宏观方面，颗粒转动阻抗对粗粒土的宏观力学行为（应力-应变及体应变-轴应变行为）有重要的影响，随着转动阻抗的增加，粗粒土的剪切强度和最大摩擦角随之增加，这与已有的研究结果一致，证明所建模型是可靠的；在微观方面，考察转动阻抗对粗粒土内部微观结构的影响发现，随着转动阻抗的增加，粗粒土的内部的接触数目减少，而粗粒土的剪切强度增加，表明转动阻抗能够提高粗粒土力链网络的稳定性，同时发现随着转动阻抗的增加，粗粒土的各向异性增加主要是强力链各向异性的增加，说明转动阻抗增强了强力链的传递力的能力以及抵抗力链屈曲破坏能力。数值模拟结果表明，增加颗粒转动阻抗，粗粒土出现组构与轴应变非共轴的现象。

针对塑料排水板(PVD)安装热源能提升PVD性能、加速竖井地基固结这一工程现象，基于热-水-应力 (T-H-M) 三场全耦合的有限元方法来模拟利用热源进行地基处理新技术(PVTD)。首先，以微分形式与等效弱形式分别给出T-H-M耦合控制方程，并推导出其有限元方程组。然后在多场耦合有限元软件中建立饱和土的T-H-M全耦合模型，并通过与已有解析解比较，验证了模型正确性。最后，对一个经典有涂抹区的竖井地基算例，分不耦合温度(UT)、耦合温度但不考虑其对饱和土物性影响(CT)、耦合温度考虑温度对饱和土渗透性影响(CTP) 3种情况进行固结计算分析。研究结果表明，相对于无热源竖井地基，CT情况下由于热源产生的附加孔隙水压力，固结速度略有下降；CTP情况下，由于热源有效改善涂抹区的渗透性能，竖井地基固结速率明显加快。上述研究结论从理论上较好地阐明了PVTD的作用机制。

现有的土拱效应计算方法中，由于采用的计算模型不同，计算结果差异很大。文中克服传统连续介质力学模型的宏观连续性假设，采用二维颗粒流程序（PFC）建立基于模型试验的细观数值分析模型，对桩承式路堤中土体接触力、应力分布、主应力方向、竖向位移进行分析，并比较计算和实测结果，研究土拱效应的荷载传递机制。同时，对不同桩帽、桩间距、填土高度、颗粒大小、摩擦角的情况进行PFC方法的参数敏感性分析。研究结果表明，桩承式路堤桩顶处局部范围可按弹性核考虑；土拱的分布型式受桩帽型式、桩净距、格栅的影响；实际土拱作用的影响范围主要集中在路堤底面以上约1倍桩净距的区域；土拱内部的竖向应力和水平应力均随深度非线性改变，桩土应力比随着荷载水平、土体内摩擦角、颗粒大小的增大而增加。

以石人沟铁矿为工程背景，选取典型矿段，采用相似材料模型试验和数值模拟计算相结合的方法，对该区域内采空区群形成过程中围岩的应力应变的演变规律进行研究。首先，利用相似材料试验，对采空区顶板的应力和位移以及矿柱的应力演变规律进行系统分析。然后，用数值模拟软件，对采空区群形成过程中开采对围岩的扰动范围进行系统研究。研究结果表明，在采空区群形成过程中，围岩应力-应变演变规律与采空区单独开采差异较大，每个采空区的围岩应力应变始终处于动态变化中，尤其是处于群区域中间部位的采空区，该处围岩的应力-应变状态也是最差的。群区域中，由开采对围岩造成的扰动较单独开采时急剧增大，且最终的影响范围并不是单独开采的简单相加，说明在区域内形成一种采空区的“群效应”，加剧采空区的危险程度。

高台阶爆破可行性研究属于多因素影响、复杂的系统工程。针对高台阶爆破的研究现状，提出了从爆破机制角度证实高台阶爆破可行性的方法，基于数值模拟方法对台阶爆破过程进行分析。通过对比现行普通台阶爆破与高台阶爆破过程中台阶难爆部位（台阶底部与顶部）应力场变化趋势，发现采用高台阶爆破可以得到与普通台阶爆破相当或更好的爆破效果。从爆破机制角度证实，高台阶爆破技术在巴润铁矿具有可行性。数值分析结果表明，高台阶爆破时采用的最佳起爆方式为全药柱同时起爆方式，其次为中间起爆和两端起爆方式，不适宜采用孔底起爆方式。

针对笔者开发的双重孔隙-裂隙介质热-水-应力（T-H-M）耦合二维有限元分析程序中使用的应力腐蚀和压力溶解模型，引入水饱和度修正因子。以一个假设的位于含水地层中的高放废物地质处置模型，拟定3种初始裂隙水饱和度的计算工况（Sw20=1.0、0.8、0.2）进行热-水-应力耦合的数值模拟，考察岩体中的温度、裂隙开度的闭合速率、闭合量、孔(裂)隙水压力、地下水流速和应力的变化、分布等情况。结果显示，随着初始裂隙水饱和度的由高值到低值，应力腐蚀和压力溶解产生的闭合速率从大变小，裂隙开度由初始值趋于残余值，粗糙面接触率由初始值趋于其名义接触率的时间也增加，裂纹应力强度因子的下降亦变慢；近场的裂（孔）隙水压力的变化、分布及其流速矢量场的形态有明显的不同；3种工况的岩体中的应力量值及分布的差别不大。

目前所广泛采用的平面应变分析手段，针对排土场边坡稳定性评价时有时会出现某剖面安全系数高于设定允许值，实际中却遭破坏的现象，除了常被提及的力学参数、本构模型等因素，排土场凹形夹持效应和凸形发散作用突出以及滑体端部效应的影响，是分析结果不能准确反映实际的根本原因之一。鉴于此，从平面高程数据、地质剖面、钻孔资料等条件，配合插值效果较为稳定的Kriging法对空间数据进行插值，建立排土场三维地质整体模型。然后，采用自编FISH语言接口程序，将地质模型导入FLAC3D中离散化并计算，较为简单、有效地实现三维地质建模、模型可视化、岩土工程计算分析三位一体功能，有效地克服了平面分析无法解决的上述问题。以攀钢兰尖铁矿尖山第7排土场为实，对其整体稳定性进行应力、应变分析，采用三维强度折减法计算排土场三维整体安全系数，与现场调查及平面计算结果较为一致。基于该模型的计算结果可以有效避免排土场空间效应和滑体端部效应，得到的排土场全域应力-应变规律，对露天矿排土场的生产管理，具有一定的指导意义。