随着社会经济的发展，以淤泥、污泥为代表的各种泥状物产量巨大，接近于城市垃圾的数量。而各种泥的性状及污染物种类非常复杂、多样，经济、安全地进行各种泥的处理和利用已经成为一个重要的问题。各种泥状物虽然种类不同、成分各异，但具有很多共同的物理、化学性质。在处理方面也具有以脱水为主的减量化、以污染物稳定为主的无害化、以改变性质后进行利用为主的资源化的途径上的一致性。此外，泥所具有的一些特殊性质也能够被利用来解决一些特殊的问题。长期以来，各种泥的科学研究和处理技术分布在各行各业，使用的概念、指标不能统一，技术和方法隔离发展，影响了对于泥的基础理论和技术的发展。针对这些问题，提出了建立“泥科学与应用技术”的学科方向，对于泥的主要种类和问题，处理泥中所遇到的热点问题以及几个典型的研究进行了综述，为解决泥的问题进行了分析和总结。

在膨胀土地基中进行隧道对群桩影响的三维离心模型试验研究，目标地层损失比为2%，着重研究引起的地基沉降槽、桩的附加沉降、附加弯矩、轴力的变化规律。试验得出：隧道开挖沉降槽空间效应明显；隧道开挖从-0.75D至1.25D时，桩附加沉降呈线性增长，隧道开挖至1.25D以后，桩依然沉降明显。前桩与后桩沉降值不同，桩帽会出现倾斜；前桩上部出现负附加弯矩而下部出现正附加弯矩，而后桩仅在下部出现正附加弯矩；前桩附加弯矩最大值出现在隧道轴线附近，且比后桩附加弯矩大得多；前桩附加轴力随着隧道的开挖而增加，且每步最大值在隧道轴线附近。后桩的轴力也随隧道的开挖而增加，但每步最大值出现在桩顶附近。

2009年10月3日，攀枝花机场260×104 m3万方的高填方预加固边坡整体失稳，沿基覆界面下滑，并超覆于其下方的易家坪老滑坡之上，使易家坪老滑坡再次复活。这一填方边坡失稳事件最终导致机场停航两年。通过大型离心模型试验，再现了攀枝花机场预加固高填方边坡的滑动失稳过程，获得了边坡变形破裂的特征参量，阐明了边坡的滑动失稳机制。研究表明：天然工况下，边坡变形以坡顶沉降和沿基覆界面软弱层的蠕滑为主，坡体总体处于蠕滑变形状态；降雨和地下水工况下，坡体中后部拉张破裂和中前部挤压变形显著，具有塑性流动及推移式破坏特征，并最终产生溃滑失稳；预加固抗滑桩承受较大的边坡变形推力，且越靠近坡体后部的桩推力越大，最终从后向前逐排产生累进性剪断破坏，说明该填方边坡多排抗滑桩的平面布置和受力确定欠合理；降雨和地下水工况下，坡体的最大孔隙水压力是天然工况下的3.7倍，孔隙水压力对坡体失稳有重要作用；通过模型和原型的综合对比分析，该边坡的滑动失稳机制为推移式蠕滑-累进性折断-溃滑与超覆。

对灰岩开展单轴、常规三轴与峰前卸荷试验，对比分析不同应力路径下灰岩变形过程的能量变化特征。试验分析表明，灰岩加荷破坏和卸荷破坏的能量变化规律存在明显差异。由于围压抑制了裂纹的扩展，与单轴压缩破坏相比，常规三轴压缩试验灰岩吸收的总能量 和积蓄的弹性能 更多。常规三轴试验灰岩积蓄的弹性能 在峰值强度前一直增加，而卸荷破坏的弹性能 在卸荷开始后基本不变，说明卸荷破坏释放的弹性能 主要是在加荷阶段累积完成的，岩体所处的初始地应力状态决定了其破坏的能量释放量。加荷和卸荷应力路径下，灰岩临近破坏点耗散能 都快速增加，但是卸荷破坏耗散能 增速远大于加荷破坏耗散能增速，耗散能的迅速增加表明岩石破坏的发生。随着围压升高，灰岩吸收的总能量 和储存的弹性能 逐渐升高。随着卸荷速度增加，灰岩吸收的总能量 、储存的弹性能 和耗散的应变能 逐渐减小。

针对传统仪器无法考虑岩土工程中温度和荷载等因素综合作用的缺陷，研制了一套多功能土-水特征曲线试验仪。以粉土为研究对象，开展了不同固结应力作用下粉土的土-水特征曲线试验，并测量其增减湿过程中土体的体积胀缩量，以便修正体积变化对其体积含水率的计算误差。结果表明，粉土在减湿过程中，土体的体积发生明显的收缩。其收缩量与固结应力水平有关，固结应力越小，则减湿引起的体缩量越大。但土体在增湿过程中的体积则基本保持不变。固结应力对粉土 土-水特征曲线的进气值、增减湿速率影响较大，固结压力越大，其进气值越大、减湿速率也越大。最后，为揭示固结应力对土的持水性能的影响机制，开展了不同固结应力作用下土体的细观试验。结果表明，固结应力主要改变了土体团粒间的大孔隙，而对黏土颗粒之间的孔隙影响较小。土体的持水性能与土体的孔隙大小和分布模式密切相关，大孔隙主要影响土体的进气值，而其孔隙分布模式则控制其增减湿湿速率。

由于结构性的存在使得很多天然黏性土的强度和变形特性不同于重塑土和非结构性土。首先回顾了适用于确定重塑土和非结构性土不排水抗剪强度的有效固结应力法，并推导了相应的方程。在此基础上，对于结构性黏性土，采用两段不同斜率（内摩擦角正切）和截距（黏聚力）的直线模拟其抗剪强度包络线，建立了确定其不排水抗剪强度的有效固结应力法方程；当有效应力小于结构屈服应力时，有效固结应力方程中有效应力部分需乘以0.8的修正系数；只要已知剪切前的有效应力，利用相应的有效固结应力法公式，可确定结构性土体的不排水抗剪强度。利用连云港结构性软黏土的等压固结三轴试验数据，验证了有效固结应力法的适用性。分析表明：对于连云港软黏土的不排水抗剪强度，有效固结应力法的计算结果与试验结果吻合较好；对于结构屈服应力，有效固结应力法的预测结果与试验数据点的拟合结果有一定偏差，但并不明显。

通过大量的人工冻结黏土蠕变试验研究，获得在高偏应力下人工冻结黏土具有显著的蠕变特性：当应力水平较低时，人工冻土发生黏弹性蠕变变性；当应力水平较高时，人工冻土发生黏塑性蠕变变性。因此，以西原模型为基础，增加一个黏弹性元件项和用抛物线屈服函数代替塑性屈服项，构建了高应力下抛物线型黏弹塑性蠕变本构模型。改进的西原模型可以较好描述人工冻土剪切蠕变特性。基于小生境技术的遗传算法和人工冻土黏弹塑性模型有限元理论，在FEPG（有限元程序生成器）自动生成平台上研发了位移反分析程序。利用现场实测数据对深井冻结井筒开挖过程进行了位移反分析，获得了与试验相一致的冻土本构力学模型参数，数值分析结果与实测数据之间的误差在6%以内，反演结果验证了模型的可行性。冻结井筒开挖过程的位移反分析获得的人工冻土本构模型参数，能反映冻结壁施工过程和有效冻结范围内冻土本构参数平均值，因而具有广泛的代表性，对冻结壁应力场、位移场和稳定性预测具有重要工程意义。

利用动静组合加载试验装置，对具有不同轴压和围压的砂岩进行循环冲击试验，研究循环冲击过程中砂岩单位体积吸收能的变化特性、单位体积吸收能与平均应变率的关系以及轴压和围压对循环冲击作用下岩石能量耗散的影响。围压分别设置为4、8、10、12 MPa等4个系列，轴向静载荷分别设置为49、84、105、125 MPa等4个系列，入射杆上的入射波峰值大小近似相等，入射能大小为230 J。研究结果表明，砂岩单位体积吸收能随循环冲击次数的增加而增加。平均应变率和单位体积吸收能具有良好的正线性关系，围压从低到高增加过程中，二者间拟合直线的斜率K随轴压增加的变化关系为“增加-基本不变-减小”。当轴压较小时，K随围压的增加先增加后降低，轴压越小K由上升到下降转折点处的围压越大；当轴压增加到125 MPa时，K随围压的增加始终降低。研究结果为具有不同地应力条件下工程岩体爆破设计提供理论依据。

天然岩土材料具有结构性和各向异性。在岩土破损力学的理论框架下，建立了初始应力各向异性结构性土的二元介质模型。岩土破损力学把结构性岩土材料抽象成由胶结强的胶结块（胶结元）和无胶结的软弱带（摩擦元）组成的二元结构体，变形过程中胶结块逐步破损并向软弱带转化。假定胶结块为横观各向同性的理想弹脆性体，胶结块破损后转化成的软弱带为可用邓肯-张模型描述的非线性弹性体。通过引入考虑各向异性影响的破损率和局部应变系数，建立了初始应力各向异性结构性土的二元介质本构模型，并给出了模型参数的确定方法。最后给出了模型的表现，且通过人工制备初始应力各向异性结构性土的三轴压缩试验结果验证了模型的适用性。计算结果表明，所提出的本构模型可以较好地模拟初始应力各向异性结构性土的应力-应变和体积变形特性。

基于正交试验方案，研究了温度、卤水浓度及浸泡时间3个因素对泥岩夹层软化的影响规律。分别运用极差分析法和方差分析法对试验结果进行分析。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泥岩夹层单轴抗压强度及弹性模量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。试验结果表明：温度和浸泡时间在泥岩夹层软化过程中起着决定作用，影响权重达到98%以上；浸泡时间的影响最大，权重达到80%；卤水浓度的变化对泥岩夹层软化影响较微弱，在实际的工程中可以忽略不计。随着浸泡时间的延长和温度的升高，泥岩夹层内部裂隙逐渐被溶液侵入，单轴抗压强度和弹性模量呈递减趋势。鉴于卤水浓度影响甚微，仅利用温度和浸泡时间建立了软化方程。

采用Barron轴对称固结及大变形固结问题的某些简化与假定，推导建立了砂井地基大变形固结控制方程，利用建立的双层砂井地基大变形固结方程及编制的计算程序，通过引入软土渗透系数、有效应力与孔隙比之间的幂函数关系k =ced与e=a( )b，对瞬时加载下双层砂井地基固结性状进行算例计算。结果表明：（1）双层软土幂函数渗透关系及压缩关系中诸参数对双层砂井地基固结性状有重要影响：随着两层软土幂函数渗透关系中参数c1、c2的增加（渗透性增加）、或幂函数压缩关系中参数a1、a2的增加，各土层水平径向与竖向孔隙比减小更快，沉降发展速率与超静孔压消散速率也相应增加，且沉降发展速率快于孔压消散速率。（2）两层土在分界面处的孔隙比及平均超静孔压均出现明显的突变，将沿深度分布曲线分成形状不同的两段，表现出不同的固结性状。

为了研究Q3砂黄土强度变形特性，以甘肃永靖黑方台Q3砂黄土为研究对象，利用西安理工大学研制的真三轴仪，进行了3个围压（50、100 kPa 和200 kPa）、3个b值（0、0.25和0.5）和3个含水率（5%、10%和15%）不同工况试样破坏情况的真三轴试验。试验结果发现：（1）真三轴条件下Q3砂黄土剪切破坏方式以侧胀破坏、单缝剪切破坏为主，其次少数土样发生锥形破坏、双缝剪切破坏和T型缝剪切破坏。（2）相同围压和含水率、不同中主应力比（b）的情况下，Q3砂黄土的主应力差随中主应力比增大而增大，应力-应变关系曲线为强硬化型，剪胀现象明显；中主应力比对广义剪应力和广义剪应变之间关系有一定影响，随b值增加，曲线依次增加；随b值的增加，强度降低，广义剪应力与平均球应力比（q/p）与主应变关系曲线逐渐变缓，且曲线依次降低。（3）随含水率增加，Q3砂黄土由固态向半固态转化过程中，不同中主应力比时黏聚力均出现明显降低，但内摩擦角则出现微小增加。

采用二次掺水法制备氧化钙胶结砂样，为加速碳酸化将试样放置在充满干冰的养护箱中养护，养护完成后对不同氧化钙掺入比的试样进行固结排水三轴试验和碳酸钙定量化学试验，分析了氧化钙掺入量对胶结砂物理力学特性的影响，定义了反映胶结物生成量的化学指标 ，利用 修正了摩尔-库仑强度理论。结果表明：二次掺水法可有效控制人工胶结砂的初始含水率，CaCO3胶结物的形成对试样物理力学特性有极大影响。在不同围压下，试样均表现出应力软化。随氧化钙掺入比的增加，试样应力软化现象逐渐增强，并且黏聚力及内摩擦角增量逐渐增大。胶结砂具有压硬性，围压、氧化钙的掺入比对试样剪胀有抑制作用。随着 的增加，试样黏聚力、摩擦角增量均有明显提高，通过试验数据得到了 与试样黏聚力、内摩擦角增量之间的函数关系，进而对摩尔-库仑强度理论进行了修正，修正后的公式能够反映胶结物的形成对胶结砂强度的影响。

探究路基湿度场演变规律是解决路基工程水损害的基础问题之一，为研究路基湿度场受压实方式影响所产生的变化与分布问题，在相似准则推导的基础上构建了4种具备不同压实方式的室内路基相似物理试验模型。通过分析二维入渗方式的降雨试验结果，总结了不同压实方式影响下路床湿度场扰动区扩距、前扰动区湿度分布、湿度梯度和路堤湿度值变化的主要规律，并阐述其作用机制以及提出了相关工程建议。研究结果表明：路床湿度扰动区扩距随着路床压实度的增加呈线性递减；整个湿度扰动区可划分为前、后两个区域，前扰动区湿度分布基本呈线性速降状态，湿度梯度值随着路床压实度的增加呈线性提高；路床压实度对其下的路堤湿度影响效果显著，综合效应表现为路堤湿度随路床压实度增加呈线性递减；工程中严格控制上部路基压实效果对防止下部路基水毁病害有显著作用。

随着高速铁路建设的兴起，轨道以及沿线附近建筑物承受低幅值小应变振动荷载的作用。对于小应变振动下土体的有限元计算，如何确定连接应力和应变之间纽带的刚度张量E，对于建立合理的预测模型来分析高速铁路轨道以及沿线建筑物的沉降变形至关重要。低幅值小应变振动下剪切模量G和阻尼比D随剪应变幅值的变化是反映土体刚度及阻尼特征最重要的两个参数。通过共振柱试验发现，振动荷载作用下土体的剪切模量G必须通过振动应变幅值和固结围压共同来确定，即使在小应变（剪应变幅值10-6<? <10-4）振动下，也会表现出明显的非线性特征。Davidenkov模型是在双曲线模型基础上为了更好地拟合剪切模量曲线G/Gmax-? 和阻尼比曲线D-? 的试验结果而提出的，不足之处在于Davidenkov模型的拟合参数过多，关键参数γ0的取值没有明确的物理方法。对于低幅值小应变振动情形，为了简便起见，忽略大应变振动情形下由于循环效应和速率效应引起的强度变化，在Mohr-Coulomb破坏准则的基础上，通过引入由给定应力状态下的静抗剪强度τf与最大剪切模量Gmax的比值来确定的参考剪应变?ref来代替Davidenkov模型中的拟合参数?0，尝试提出简化的两参数Davidenkov模型，并通过共（自）振柱试验验证了该方法对计算低幅值小应变振动情形下剪切模量和阻尼比的可行性。

根据Biot波动理论，采用复变函数与多级坐标法，求解了P波作用下饱和土体中地下输流管道的波动散射方程，分析了管道中流体介质性质、入射波角度及管道埋深等对地下输流管道周边动应力集中系数及孔压集中系数分布的影响。计算结果表明：在低频弹性波入射时，管道周边动应力集中系数及孔压集中系数分布相对均匀，而随入射频率的增加，其分布变得复杂化，但其峰值有所减小；中低频波入射作用下，管道内为水、石油介质时，动应力集中系数和孔压集中系数较空气介质时小，而在高频波作用时情况相反；对于管道内流体介质为水时，随着入射角度的变化，应力集中分布也沿一定角度的方向发生转动，入射波自管道下方垂直入射时，管道周边动应力集中系数峰值相对较大；随埋深的增加，动应力集中系数和孔压集中系数均呈震荡减小的趋势。

针对深季节冻土区的特殊环境，通过室内试验研究了粉砂土在不同初始含水率、干密度、荷载、冻融次数条件下的反复冻胀、融沉特性。研究结果表明：粉砂土的冻结温度为-1.03 °C；其冻胀融沉变形随冻融次数的增加呈现波浪式起伏变化，并最终趋于稳定状态；经历多次冻融后，干密度较大试样整体表现为膨胀，干密度较小试样整体表现为压密；上部荷载在抑制冻胀的同时加大了试样的整体融沉变形，却降低了每次冻融的冻胀率和融沉系数；存在一个最优初始含水率，该含水率条件下，试样经历多次冻融后的高度不发生变化；由于外界水源的补给，冻融后试样内部含水率均大于初始含水率；干密度和顶端荷载的增大均有效地抑制了外界水源的补给；4次冻融循环后，粉砂土的冻胀率、融沉系数均逐渐趋于稳定。

土体作为各向异性散粒体材料，其动力特性依赖于所处的应力路径。列车荷载下地基土在最大剪应力空间呈心形线旋转应力状态，但目前还未见室内试验中模拟心形线应力路径的相关研究。首先提出了土体动力响应解的简化拟合形式，并通过典型列车荷载作用下地基土所受应力特征分析验证了该简化形式的合理性。针对目前国际上已有的3类空心圆柱仪（HCA），推导出模拟列车荷载下地基土应力特征的加载方式：（1）双向振动HCA可通过确定轴力和扭矩的应力形式来实现心形线应力路径加载，此时球应力p的变化规律与轴力的加载波形一致，中主应力系数b在内、外压相等时呈余弦变化规律；（2）三向振动HCA在模拟列车荷载下的应力特征时，可以保持p不变或b恒为0.5；（3）四向振动HCA能够通过控制轴力、扭矩和内、外压的共同变化来较全面地模拟列车荷载下土单元体的应力特征，并可实现b为任意合理值且保持不变的前提下p、q之间保持恒定线性关系。并推导了3类HCA的加载参数在正应力均以压应力为主及中主应力方向维持在直径方向时的约束条件。

在农田水利建设蓬勃发展的同时，灌溉入渗在黄土塬边诱发了严重的滑坡灾害。作为黄土滑坡的典型区域，甘肃黑方台地区近年来受到了密切关注。为了研究入渗条件下黄土边坡的变形破坏机制，在黑方台典型滑坡后壁削取原状土样，开展了3组不同应力路径的三轴试验以模拟边坡的失稳过程。通过开展偏压固结不排水（ACU）试验和饱和恒载（SDL）增孔压试验研究了饱和黄土启动和变形破坏过程；通过开展非饱和恒载（UDL）增湿试验，研究了非饱和黄土启动和变形破坏过程。在此基础上，从应力路径和黄土的微观结构角度阐述了入渗诱发黄土滑坡的力学机制。此外，利用试验结果分析了黄土的典型物理力学特性，结果表明：在埋深应力范围内，该黄土的饱和临界状态线可简化为单一的直线；该黄土的状态边界线可近似为其临界状态线；由UDL试验预测的土-水特征曲线受应力状态影响，较高的应力水平对应较低含水率。

开展岩石模型结构面抗剪强度特征的多尺度（尤其大尺寸）直剪试验研究对于理解岩石结构面力学特性具有重要的理论价值和实践意义。首先，基于多尺度直剪试验仪(MSJ-DST)，对20 cm×20 cm、40 cm×40 cm、60 cm×60 cm、80 cm×80 cm和100 cm×100 cm的岩石模型结构面试样采用法向应力分别为200～1 000 kPa进行直接剪切试验；然后，研究不同尺寸岩石模型结构面抗剪强度的特征。结果表明：不同法向荷载作用下模型的受力变形特点相近，峰值剪切位移总体上随着某一数值附近上下浮动；在同一法向应力作用下，不同尺寸结构面试样的峰值抗剪强度表现出在某一数值附近上下浮动的特征，残余抗剪强度则表现出随尺寸的增加有小幅度增加；5级法向应力作用下，不同尺寸的峰值抗剪强度和残余抗剪强度随着法向应力的变化规律均近似相同，抗剪强度残余值与峰值的比值随着法向应力的增大逐渐增大并趋于稳定。

土体结构性的数学模型是21世纪土力学的核心问题。由于土体微观结构的变化造成了重塑土与原状土的力学特性上的差异。采用应变型和应力型结构性宏观参数来表征这种微观结构的变化，同时将应变性结构性参数引入到等向固结过程中去，用以描述常规三轴试验中剪切前的等向固结过程以及剪切时球应力对结构性土体的影响。实现应变型和应力型结构性宏观参数对整个三轴剪切过程的描述。修正剑桥模型对正常固结重塑黏土的三轴压缩试验能做出准确地描述，但对超固结黏土及原状土，即具有结构地土体，则不能给出准确地描述。将应变型和应力型结构性宏观参数引入到修正剑桥模型中，实现修正剑桥模型的结构化。该结构性修正剑桥模型参数的确定方法与常规修正剑桥模型参数的确定方法相差不多，只不过多了球应力与土体结构性体应变的关系式、偏应力与土体结构性广义剪应变的关系式。经过数值模拟比较，结构性修正的剑桥模型能较好地反映原状土的结构性演化过程，能描述原状土结构的整个破坏过程，在多种应力路径下具有很好的预测作用。

传统的土压力分析仅考虑了土体饱和强度对土压力产生的贡献，忽略了基质吸力及其变化对土压力的影响。运用非饱和土有效应力原理和饱和土朗肯土压力公式推导了非饱和土朗肯土压力公式，结合Iverson降雨入渗解析解，推导出降雨入渗条件下非饱和土压力公式。该公式将降雨入渗时的非饱和土压力表示为时间和深度的函数，更符合实际情况。研究结果表明：采用该方法计算得到的土压力值相对于传统计算结果偏大，作用点偏高；此外，随着降雨的发生、入渗和停止，主动土压力呈现“减小-增大-减小-稳定”趋势，被动土压力呈现“增大-减小-增大-稳定”趋势，该现象由降雨过程中基质吸力改变所致。由该公式获得的土压力分布及变化规律可用于挡土工程结构的设计。

由于可液化砂质土应力-应变特性模拟的复杂性及数值计算的不稳定性，深厚砂质覆盖层土坝的弹塑性地震反应分析是土坝抗震研究中的一个尚未完全解决的课题。采用u-p完全耦合的饱和多孔介质有限元分析方法和砂土多重机构弹塑性模型，对遭受M6.7级地震的国外某深厚砂质覆盖层土坝进行弹塑性地震反应分析，研究了坝体和地基的动力反应特性及其超静孔隙水压力产生、扩散和消散的变化规律。结果表明：计算得到的坝体加速度和永久变形与实测值存在一定的差异，但基本上反映了坝体加速度与永久变形的实际分布情况，从而说明采用的本构模型和计算方法具有一定的精度；由于坝体和坝基的超静孔隙水压力较小，且坝体永久变形不大，可以不对坝体和坝基进行加固处理；坝趾附近浅层地基的超静孔隙水压力较大，有可能发生液化，因此，须采取相应的抗液化加固措施。

多级组合支挡结构形式在高边坡防护工程中得到了广泛采用，但现有研究却较少涉及这种支挡结构形式的地震土压力计算问题。应用拟静力法和塑性极限分析上限定理，并且基于强度折减技术，推导了重力式挡墙与两级锚杆挡墙组合支挡结构形式的地震主动土压力及其系数的上限解。该上限解考虑了水平和竖向地震系数、墙背倾角、坡面形式及多级支护方式、土体黏聚力、土体与墙背的黏附力等诸多因素。二级锚杆挡墙实例分析表明：静力条件下主动土压力计算值与现有相关方法的计算结果一致，土的抗剪强度折减系数、上挡墙锚杆轴力等参数，对下挡墙地震主动土压力影响显著。二级组合支挡结构地震主动土压力影响参数敏感性分析表明：水平地震系数以及重力式挡墙墙高和倾角的敏感性较大，上挡墙锚杆的轴力和倾角等参数的敏感性相对较小

针对现行水工抗震规范中对近断层地震缺乏考虑这一实际问题，首先讨论了近断层、远场地震动的差别，对比了近断层、远场地震动对地下洞室地震响应的影响，继而提出一种新的人工合成近断层地震动时程的方法，并采用合成的近断层地震动时程对某水电站地下洞室群进行了近断层地震稳定性专门研究。结果表明：与常规地震分析中考虑的远场地震动相比，近断层脉冲型地震动的主要特征为Vmax/Amax和Dmax/Amax（Vmax、Dmax、Amax分别为速度峰值、位移峰值、加速度峰值）指标更大，且近断层脉冲型地震动的主要能量集中在1 Hz以下的频段；在相同峰值加速度幅值、相同反应谱的前提下，近断层地震动对高边墙、大跨度地下工程的破坏程度远比远场地震动大；较之前人的研究方法，文中提出的近断层脉冲型地震动合成方法考虑了[1/Tp, 1] Hz这一频段内的地震波信息，更具合理性；在设定的计算条件下，地下厂房洞室群有在近断层地震动作用下发生失稳的危险性，需要进一步针对近断层地震动进行专项风险性评价，以讨论是否需要增设针对性的抗震支护措施。

由于在抗拔承载力和深水安装中的优势，拖曳锚在深水系泊系统中具有良好的发展前景。在拖曳锚安装过程中，安装缆绳和锚之间存在复杂的相互作用，安装缆绳在海床土中的反悬链形态将直接影响锚的嵌入和运动，对反悬链形态的研究有助于提高锚的嵌入性能、准确预测锚的运动轨迹以及解决锚在安装中的精确定位问题。基于嵌入缆单元在海床土中的力学模型，推导出适用于黏性土和无黏性土的反悬链方程，利用该方程可求出安装缆绳在海床土中的反悬链形态；通过在缆绳上布置倾角传感器并运用圆弧递推方法，设计出可实时测量嵌入缆形态的试验技术，为验证试验技术的合理性，在空气中分别选取3种典型缆绳形态进行模拟，结果表明：模拟形态与真实形态吻合良好，并具有较高精度；利用实时测量技术开展模型试验，对反悬链方程进行了考察，验证了其模拟嵌入缆反悬链形态的精度，并获取了对拖曳锚安装过程中反悬链形态变化规律的直观认识。

基于ABAQUS软件自行研制的并行计算显式算法集群平台，针对苏州城区典型地层剖面，建立了大尺度深软场地的二维精细化非线性有限元分析模型，对人工地震波和大地震远场地震动作用下深软场地的非线性地震效应进行了比较研究。研究结果表明：（1）与人工地震波作用时深软场地的地表峰值加速度放大效应相比，大地震远场地震波作用时的放大效应尤为显著，由于土介质的横向不均匀性及其非线性，使不同地表的峰值加速度放大效应存在明显的变异性。（2）深软场地对周期小于0.3 s的高频地震波均具有显著的滤波效应；大地震远场地震波作用时，深软场地对周期0.85～1.65 s的长周期地震波的放大效应非常显著，但对2.5～7.0 s的长周期地震波呈现出明显的滤波效应。（3）地震动峰值加速度PGA值沿土层深度和横向的分布形态呈现出明显的高低起伏现象，在不同成因的土层更迭面附近及土介质横向不均匀性显著的区域，地震波的局部聚焦放大和过滤减小现象尤为明显，且大地震远场地震动作用时，20 m以浅土层的PGA值呈现出非常显著的放大效应。（4）地震波的频谱特性、土层的横向不均匀性对深软场地地表加速度反应谱? 谱的谱形有显著影响；给出了描述加速度反应谱沿土层深度变化特征的三维谱形曲线，可以直观地展示出深软场地中细长地下结构地震反应可能存在类共振现象的土层深度。

基于三峡库区实测降雨资料，研究了不同初始条件对不同土体边坡稳定性影响，建议了能够反映边坡含水状态的初始条件选取方法。在此基础上，采用非饱和渗流分析方法研究了前期降雨对不同土体边坡稳定性影响，以典型的砂土和黏土边坡为例初步探索了前期降雨对边坡稳定性影响规律。结果表明：初始条件对不同土体边坡稳定性影响不同；建议将多年平均降雨量对应的稳态渗流场作为初始条件进行非饱和渗流分析。边坡土体渗透系数越低，边坡稳定性受前期降雨的影响越大、影响时间也越长。砂土和黏土边坡稳定性分析时建议至少考虑15 d以上的前期降雨，对于砂土边坡还应根据这15 d前面5 d的降雨情况确定是否需要增加计算天数。短历时高强度前期降雨对砂土边坡稳定性影响更大，而长历时低强度前期降雨对黏土边坡稳定性影响更大。累积前期降雨量可以作为判断边坡最小安全系数出现时刻的依据。砂土边坡出现最小安全系数时刻与10 d累积前期降雨量最大的时刻较为吻合，而黏土边坡则与15 d累积前期降雨量最大的时刻较为吻合。

以地下水源热泵井回灌中的物理堵塞问题作为研究背景，建立基于质量平衡方程来模拟多孔介质中颗粒的迁移方程和颗粒的沉积造成孔隙损伤的数学模型。该模型充分考虑了颗粒流动速度修正系数、孔隙率修正系数以及颗粒在孔隙里发生捕获率3个因素；模型的建立考虑孔隙率变化的情况，在物质的迁移和堵塞的过程中，孔隙率的变化往往也是个动态的变化过程；与传统的过滤模型相比，考虑了速度折减系数和流量折减系数后新建模型更加系统、全面。该模型为解决回灌井物理堵塞的室内外试验研究提供理论依据。

金川三矿位于金川矿区F17断层以东，是超基性贫矿。随着选矿和冶炼水平的提高，三矿区逐渐进入开采阶段。了解矿山深部的地应力状态可以为巷道开挖和支护设计提供科学依据。为此在三矿1 200 m水平进行了系统的地应力测量，以了解三矿区的地应力状态特征。现场测量采用改进的空芯包体应力解除法，共获得了7个测点的三维应力数据，并绘出了各测点不同法线方向的截面应力椭圆。测量结果表明，在井下约520 m深度，最大主应力量值约为17～21 MPa，属于中等应力水平。最大主应力方向分为NNW～NNE和NE～WE两组，与区域应力场基本吻合，但又表现出新的趋势方向，其原因可能是受三矿区内两条断裂的影响。部分测点最大主应力倾角超过20°，最大达-49°，以水平应力为主的矿区应力场特征发生改变。研究结果对矿山设计及施工具有重要意义。

以国道G213左侧双面高陡岩质边坡为原型，采用新型连续介质离散元计算方法（CDEM），结合振动台试验结果，对高烈度地震作用下双面高陡岩质边坡的地震滑坡机制进行了研究。结果表明：在地震力和重力作用下，滑体顶部先出现拉应力集中，造成滑体沿滑体结构面后缘产生变形，进而造成该处出现拉伸、剪切破坏点；之后随着地震动的持续，滑体结构面上的剪切破坏点逐渐向滑体中前部的锁固段扩展，同时伴随着滑体表面拉伸破坏点的增加；最终造成锁固段发生渐进性破坏，滑体从剪出口滑出形成滑坡。滑床、滑体间运动的不一致性、地震动能量分布和耗散的差异性以及随地震烈度增大结构面强度的降低是诱发滑坡的3项主控影响因素。在地震动加速度较小时，滑床、滑体内加速度的瞬时频率基本一致，滑体结构面的能量透射系数及滑体内地震动能量的控制性频带均稳定在一定范围内；随着地震烈度的增加，滑体内加速度的瞬时频率逐渐下降，滑体结构面的能量透射系数逐渐减小，最后两者均趋于稳定，同时滑体内地震动能量的控制性频带也逐渐由高频带向低频带转移。

提出了基于支持向量机（SVM）的边坡可靠度分析新算法。该方法采用均匀设计确定样本点，通过一定数量的确定性计算来训练SVM，拟合边坡的功能函数；采用一阶可靠度方法（FORM）和迭代算法优化SVM模型，获得可靠度指标和验算点信息；在SVM模型基础上进一步通过二阶可靠度方法（SORM）和蒙特卡罗模拟（MCS）计算边坡的失稳概率。以两个典型边坡为例，通过与其他方法比较，证明了该方法的准确性和高效性。结果表明：提出的在标准正态空间（U空间）中取样并构建SVM，在原始空间（X空间）中计算功能函数的算法，有效地解决了具有相关非正态分布变量的可靠度分析问题，并且可很容易扩展到SORM的计算。算例结果证明，该方法的精度高于FORM；而效率优于MCS。分析过程中，边坡安全系数计算和可靠度分析相互独立。因此，该方法既适用于具有显式功能函数的简单问题，也适用于需要软件计算安全系数的实际边坡问题。

为分析加筋材料的抗弯刚度对加筋性能的影响，加筋材料采用梁单元形式。基于动态松弛法，通过定义梁单元的刚度矩阵，求解内力矢量，随后定义虚拟质量密度而建立总质量矩阵，将加筋材料的梁单元有限元模型嵌入到已有的动态松弛法求解程序中。通过对简支梁的简单加载模拟验证了该梁单元模型的准确性能。随后，将该有限元模型与已有的动态松弛法计算程序结合（含砂土本构及弱面单元模型），对加筋砂土地基室内模型试验进行了数值模拟。将梁单元的模拟结果与杆单元（梁单元的特例）模拟结果进行了比较，并分别探讨了抗拉刚度和抗弯刚度对加筋砂土地基承载性能的影响。结果表明：抗拉刚度对承载能力的影响较小；抗弯刚度对承载力的影响程度与加筋材料的布置形式有关，特别是当加筋砂土中出现剪切带以后，其影响逐渐增大。因此，在分析加筋砂土结构的增强机制时，建议采用梁单元（具有一定的抗弯刚度）对加筋材料进行模拟。

扩展有限元法的网格剖分不需要考虑裂纹的位置，但计算时需根据计算网格和裂纹位置关系确定加强节点和加强类型。一般根据加强单元类型确定加强节点和加强类型。确定加强单元类型，不仅要考虑裂纹位置，还要考虑单元形状。指出现有文献中只考虑裂纹位置根据节点水平集值判别加强单元类型的不足，提出相应的改进方法。对于复杂形状裂纹，采用水平集法确定加强单元类型并不方便；给出了一种确定加强单元类型、加强节点和加强类型的有效方法，即根据裂纹与单元边界交点数和裂纹拐点位置确定加强单元类型，然后根据加强单元类型确定加强节点及加强类型；给出了该方法详细的执行过程。算例分析表明了本文方法的正确性。

通过轮廓法追踪岩石裂纹扩展轨迹，将其嵌入ABAQUS扩展有限元（EFE）平台，对单轴压力下裂隙试件受压过程进行了模拟验证，裂纹起裂扩展效果良好。以此为平台，将推导得到的弧形裂纹应力强度因子嵌入其中，以最大周向拉应力准则为开裂准则，认为当其大于岩体断裂韧度时，硐室围岩体内初始裂纹将开始扩展。在此基础上，以发现分区破裂现象的圆形隧道模型试验为背景开展了分区破裂的数值模拟试验。模拟结果发现，深部巷道围岩出现了3~4层破裂分区，证实深部巷道围岩存在分区破裂现象。将数值模拟结果与模型试验完成后模型围岩破坏状态对比，发现二者破裂区分布特征基本一致。数值模拟结果表明，EFEM方法在处理复杂岩体裂纹问题方面的有效性。

为了解黄土三轴剪切过程中的微观变化，采用PFC3D建立黄土三轴试验模型，模拟围压分别为0、50、150、300 kPa的三轴剪切试验，并与室内试验进行对比分析。分析结果表明：PFC3D能够较好地模拟出不同围压下从开始到破坏到残余变形整个过程中应力-应变的变化规律，且位移场及接触应力场的变化规律与室内三轴试验宏观现象较一致；发现弹性模量、泊松比及峰值强度与数值模型中微观参数有着密切的联系，如法向刚度kn控制试样宏观弹性模量，kn /ks值控制泊松比，摩擦系数控制峰值强度；通过体应变-轴向应变曲线发现，随着围压的增加应变能增大，试样呈现出由体积膨胀到体积减缩的变化规律。其研究结果为进一步探究黄土的应力-应变性状及抗剪强度特性提供参考。

基于CLoE与Gudehus-Bauer亚塑性模型数值模拟了平面应变条件下Hostun砂的应变局部化现象。从侧向压力和初始缺陷两个方面对比研究了两种模型所预测应变局部化的产生及演化模式。结果表明：（1）两种模型均能反映Hostun砂刚度随着侧向压力提高而增大的现象。（2）相比Gudehus-Bauer亚塑性模型，CLoE亚塑性模型所得出的应变局部化形态与试验结果更加一致。（3）CLoE亚塑性模型能够反映随着荷载增加，砂的体积先膨胀后缩小的特点。（4）相比Gudehus-Bauer亚塑性模型，CLoE亚塑性模型所得到的应变-应力曲线能够更明显地反映应变局部化带中单元的软化现象。（5）CLoE亚塑性模型能够更好地模拟由初始缺陷导致的不均匀应变。总的来说，所得的数值结果表明，CLoE亚塑性模型能够较好地模拟侧向压力和初始缺陷对应变局部化的影响，在模拟应变局部化现象方面较Gudehus-Bauer更有优势。然而，现有CLoE亚塑性模型无法考虑孔隙比，也未包含颗粒材料内尺度变量，有待进一步完善。

强度折减有限元法是当前较为有效的边坡稳定性评价方法，且应用越来越广泛。但影响强度折减有限元法的因素有很多，单元阶次是其中比较重要的一个。通过3个经典算例，这些算例分别是二维地基承载力问题、二维边坡和三维边坡问题，分析了单元阶次的选择对强度折减法的影响。计算结果表明：随着单元的增多，线性单元和二次单元都从大于真实解的一侧来逼近真解；相对于二次单元，由于线性单元过“刚”，因此，会过高地估计安全系数，对于实际工程会偏于危险，且误差大，二次单元的误差是线性单元误差的1/8左右。在采用系统最大位移收敛与否的评判标准的基础上，利用二次单元来进行强度折减分析，则可以弥补这种线性单元的不足，得到更加合理的安全系数。二次单元比线性单元更适合于强度折减有限元法。

针对颗粒流法中颗粒几何参数等对土体宏观力学性质的影响进行了数值模拟，并将数值模拟结果与室内模型试验验证进行了对比。对二维、三维下土体级配及孔隙率进行了理论分析，并提出二维数值试样颗粒数目及孔隙率转换公式。采用PFC2D软件进行了6组参数验证及24组交叉对比（含4组级配、3组孔隙率及2类接触模型）双轴压缩试验。结果表明：孔隙率对土体力学性质的影响大于级配；随着孔隙率增加，土体强度峰值逐渐降低，对应轴向应变增大，体应变则由剪胀性逐渐向剪缩性过渡。当孔隙率较低时，采用线性及Hertz-Mindlin (H-M)接触模型得到的模拟结果均较接近；而当孔隙率升高时，建议采用H-M接触模型，以更好地反映土体到达强度峰值后产生的后续剪胀效应。

为研究矿石溜放对溜井井壁围岩的磨损破坏规律，保证溜井安全连续稳定生产，需要对溜井井壁进行检测。为实现溜井直径大、有浮石、粉尘多、湿度高和无光源等特殊条件下的井壁安全检测，研制了垂直溜井全景扫描成像装置。该装置采用4台高分辨率工业摄像机目标跟踪技术、4个高照度LED冷光灯照明技术、千兆网数据传输技术、旋转编码器井深定位技术等，实现对井壁全断面、无缝式扫描；通过组合式电缆与自锁绞盘提升系统实现装置提升；通过图像筛选与拼接处理，得到溜井井壁全景图。将该装置应用于矿山溜井进行井壁检测试验，采集到的井壁图像清晰直观，为溜井井壁磨损破坏规律研究、制定和实施溜井检修方案提供了直接依据。试验结果表明，该装置能适用于复杂条件垂直溜井的井壁检测。

近年来许多研究者致力于通过孔压静力触探(CPTU)确定土体的渗透系数，但是存在偏差大，而且不能从机制上清楚地解释孔压静力触探确定土体渗透系数的原因。为了应用孔压静力触探现场快速地确定土体的渗透系数，在总结前人对孔压静力触探确定土体渗透系数方法的研究基础上，提出孔压静力触探时锥头处呈球冠形孔隙水流动的计算模型，假定锥头处初始超孔隙水压力为负指数型分布，推导出土体渗透系数的表达式，并且结合现场实测数据，将所提出的方法与已有的方法进行对比分析。研究发现：所提出的方法扩大了现有方法的应用范围；渗透系数计算结果受锥头角度的影响较大，随着锥头角度的增大而增大；针对国际上通用的60°角的标准锥头，所提出的方法计算的渗透系数大于前人的方法，而且更接近室内外试验结果。

采用双膜油腔结构研制了一种双膜式光纤Bragg光栅土压力传感器，偏压试验表明，此土压力传感器有效改善了与土压力传感器接触部分土压力分布不均的问题。在土压力的作用下，一次膜片变形产生的压力经传压油传递给二次膜片，传压杆与等强度悬臂梁刚性连接，二次膜片中心发生的挠度变化推动传压杆，使等强度悬臂梁的自由端发生同样大小的挠度变化。通过检测粘贴于等强度悬臂梁表面中心轴线上的光纤Bragg光栅的波长移位可获得土压力。载荷试验表明，传感器的灵敏度为 412.7 pm/MPa，非线性误差为1.97%FS，重复性误差为3.68%FS。