大量的室内和现场试验表明软黏土存在长期变形难以收敛的问题，为了更深入地认识软黏土的蠕变特性，首先，从微观物理化学角度探讨蠕变机制；然后，深入分析一维应力条件下次固结系数的演变规律以及确定方法和三轴排水、不排水蠕变特性及黏土的长期抗剪强度、室内旁压试验和现场试验等复杂应力下的黏土蠕变特性等，并且讨论黏土蠕变特性与应变速率和应变松弛特性在一维和三轴条件下的关联性；最后，从黏土次固结特性与微观结构的相关性、如何准确描述次固结系数的非线性及蠕变过程中应力剪胀剪缩关系发展等三方面更深入地探讨软黏土蠕变特性。

试验和现场观测都发现高土石坝的坝料在高压及湿化作用下会发生显著的颗粒破碎，颗粒破碎会改变土石料的级配曲线和密度，因而影响其后继力学行为，因此，土石料的颗粒破碎是当前岩土工程领域的研究热点。为了模拟土石料在高压及湿化作用下发生显著的颗粒破碎现象，以及循环加载中的颗粒破碎与应力诱导各向异性随动硬化共同影响下土石料的变形，本文提出了一个建模方法，考虑土石料颗粒破碎和密度变化的影响。所建议的次塑性本构模型在经过试验资料的验证后可用于动力有限元数值计算。

为了研究斜坡含软弱夹层地基路堤边坡的稳定性及破坏机制，采用离心模型试验和数值分析方法进行了研究。研究表明：斜坡均质地基路堤边坡仍是呈现整体圆弧滑动破坏；而对于含软弱夹层地基路基边坡来说，由于软弱夹层的影响其稳定性有了明显的降低，并有利于张拉裂缝的产生和发展，路堤边坡不再是整体圆弧滑动破坏，而是部分土体沿着软弱夹层发生滑动破坏。

黄土的湿陷性是其重要的工程特性，常用一维压缩应力条件下的湿陷系数、自重湿陷系数和湿陷起始压力等指标定量评价。影响黄土湿陷性的因素较多，包括土的粒度、密度、湿度等基本物理性质指标，且各因素之间并非完全独立，存在一定相关性。采用因子分析法，通过对西安地铁4号线黄土高台地和宝鸡—兰州高速铁路隧道黄土塬湿陷性黄土场地地层物性质指标的统计分析和相关性分析，首先确定了相对独立的含水比（含水率与液限之比）和孔隙比3个物性指标反映的两个因子。然后，依据湿陷性黄土场地的试验资料，通过多元线性回归分析，分别得到了两个场地黄土的自重湿陷系数、湿陷起始压力以及压缩模量与含水比和孔隙比之间的相关关系。最后，比较分析了两个场地黄土自重湿陷系数、湿陷起始压力和压缩模量计算值与实测值，验证了利用因子分析法寻找影响黄土湿陷性的独立因子，建立黄土湿陷性参数与独立影响因子之间相关关系的合理性和准确性。针对两个地区两类地貌单元湿陷性黄土场地，建立的黄土湿陷性参数的相关关系具有快速、准确的评价黄土湿陷性和黄土地基湿陷变形的实际意义。

从地震影响系数曲线的特征周期 出发，提出了分别取 和 作为时域计算瑞利(Rayleigh)阻尼的两个目标频率。通过3种不同厚度的单一土层和1种多层土层模型在3条不同地震动作用下的计算，比较了基于Annie方法和本文方法确定Rayleigh阻尼的时域解，以及基于等效线性化的频域解，结果表明：两种Rayleigh阻尼形式的地表加速度峰值误差都在10%以内，地表加速度反应谱基本一致，但本文方法对土层厚度和输入的地震动不太敏感，即误差随着土层厚度及输入地震动的不同离散性很小，且应用更为简便，无需求土层的自振频率，只需要根据场地类别获得场地特征周期，就可确定Rayleigh阻尼值。

基于已有的工作和Mohr-Coulomb屈服准则，建立了热-水-力三场共同作用下的圆形洞室弹塑性解析解，并分别在单力场、热-力场、水-力场、热-水-力场以及改变介质强度参数的条件下计算和比较了围岩中的应力分布、变化及塑性区范围。结果显示，温度场使得塑性区半径有所减小，但总的来看温度作用不明显；与仅有力作用时相比，孔隙水压力使得塑性区半径、径向应力和切向应力有较大幅度增长。

青藏直流±400 kV输变电工程中采用表面光滑的玻璃钢覆盖基础表面，以减少切向冻胀力对基础的冻拔作用。过去的研究鲜有涉及土体特别是冻土与玻璃钢基础接触面的力学特性，为指导冻土区基础设计和安全评价，采用应变直剪仪开展了多种含水率和温度条件下青藏粉土-玻璃钢接触面直剪试验研究。结果表明，青藏粉土-玻璃钢接触面屈服时相应剪切位移很小，应变硬化阶段短暂或不显著；冻结状态下接触面应力-位移性状呈脆性破坏型，存在明显峰值；融化状态时接触面的剪应力-位移性状呈塑性破坏型，其应力-位移关系曲线为弱软化型和屈服型，没有明显峰值；融化状态时接触面抗剪强度值随含水率的增加而缓慢减小，冻结状态时其强度随负温绝对值和含水率的增加而增大，且随着土体含水率的增大，温度降低导致接触面抗剪强度增强效果更加显著，土体含水率大于19%后抗剪强度趋于稳定；温度对抗剪强度的影响主要体现于黏聚力的改变，且随着含水率的增加，温度影响增强。接触面内摩擦角随负温绝对值增加而减小，随含水率的增加而减小。

土-水特征曲线是非饱和土力学研究中的一条重要曲线，其拟合参数对于分析非饱和土的各种性质具有重要意义。基于渗析法及滤纸法试验，测定了合肥市某工地非饱和膨胀土的土-水特征。以van Genuchten模型为基础，采用科学计算语言Matlab中的Lsqcurvefit函数对试验结果进行了曲线拟合，分析了土-水特征曲线拟合参数的多解性及其影响因素。拟合结果表明：渗析法试验得到的吸力范围偏低，拟合参数多解性较为明显；综合2种试验结果，可以得到较大吸力范围内的土-水特征曲线，且参数多解性较小；参与土-水特征曲线拟合的试验数据点的吸力范围应足够大，试验数据点应能够代表整条曲线的形状，试验点不必太过于密集，否则土-水特征曲线拟合参数的多解性较为明显；另一方面，只要试验数据点能代表整条曲线的形状，试验数据点的个数不必太多。这一研究结果对提高土-水特征曲线拟合参数的精度、提高试验效率有重要指导意义。

采用MTS815型岩石力学试验机进行了页岩层理面不同角度取芯的力学试验，获得了其力学参数及破坏模式特征。试验表明：层理面不同角度试样力学性质存在较大差异性，平行层理面试样其抗压强度最高，与层理面夹角为30°时抗压强度最低，弹性模量随取芯角度的增加逐渐降低。单轴压缩，夹角为0°时破坏模式主要为沿多个平行层理面竖向劈裂，夹角为30°时沿层理弱面剪切破坏，夹角为60°时为大角度剪切破坏并贯穿60°弱层理面，夹角为90°时主要为层状拉张破坏。三轴压缩，夹角为0°时试样有多条破裂面，呈劈裂与剪切破坏共同作用；夹角为30°时，沿层理面剪切破坏；夹角为60°时，呈现剪切破坏，剪切破裂面与水平面夹角在45°~50°之间；夹角为90°时，以剪切破坏为主，有多条平行开裂层面。页岩层理面表现出明显的弱面特征，研究结果为水力压裂施工设计提供了技术参数。

均质土坡变形的整体旋转角度（即转角）与其弧形滑动特征相协调，是比永久位移更为优越的土坡变形与稳定性表征量。地震动瞬态弹性变形应变能相当于土坡系统势能的动态随机性“涨落”，临界点（临界转角）作为系统本身的一个固有特性，不受地震动随机性“涨落”的影响，土坡滑动失稳的临界转角实质上对应着系统势能的突变点。基于均质土坡地震动失稳的特点，结合突变理论，给出了确定失稳临界转角的计算公式，发现其仅与滑带介质本构模型参数 、 和滑弧半径R有关，但在本质上体现了诸因素的影响而具有广泛适用性。

剪胀性是岩土材料的重要特性之一，为研究不同工况条件下粗粒料室内大型直剪试验中的剪胀特性，采用新型室内大型直剪仪对3组不同含水率、4组不同剪切速率、5组不同含砾率等3种不同影响因素的试样进行了室内大型直剪试验，分析了剪切时试样的垂直位移与水平剪切位移及垂直应力的关系。试验结果表明：在保持其他影响因素相同条件下，垂直应力的增加导致相同水平剪切位移对应的剪缩量增加；试样的最大剪缩量随着含水率的增加有一定程度的增大，而随着剪切速率的增加而减小；含砾率低于30%试样的最大剪缩量较含砾超过于30%试样的剪缩量大很多，最大剪缩量差别为3倍。当试样含砾率小于50%时，由于试样中富含细颗粒的影响，使得应力-应变曲线具有应变软化属性以及剪胀性趋于一固定值。峰值强度前的应力比-位移增量关系采用非线性的二次项拟合比线性关系的拟合度更好，认为Matsuoka提出的二维剪胀公式不适用于粗粒料，将其修正成二次多项式并给出试验中的经验参数μ的取值区间。

为了寻找实用而有效的方法来降低用黄土填筑的桥头路堤沉降并提高其强度以避免桥头跳车，提出了在黄土中掺砂、用土工格栅加筋或两种方法同时采用的建议。为了研究这些建议的可行性，采用室内回弹模量试验和无侧限抗压试验分别研究了土工格栅加筋黄土和加筋掺砂黄土的变形和强度特性。对黄土和掺砂黄土分别完成了压实度为88%、92%和96%，加筋层数为0~5层组合工况下多组试样的回弹模量和无侧限抗压试验，对试验结果进行了详细的对比分析，得到以下结论：（1）掺砂和土工格栅加筋都可以明显提高黄土的回弹模量，两种方法同时使用效果更佳；（2）不管有无土工格栅加筋，掺砂都能使黄土强度大幅度提高，尤其在小应变下其提高的幅度更大；（3）在压实度不变而加筋层数增多时，或加筋层数不变而压实度下降时，土工格栅加筋掺砂黄土的应力-应变曲线由应变软化型逐渐向应变硬化型转变；（4）加筋掺砂黄土存在筋-土强度合理匹配问题，压实度高时应布置较密的加筋层，以使二者变形协调，从而实现加筋掺砂黄土强度的最大化。

为了明确桩板结构桩-板-土体相互作用机制，基于推导的相似理论，制作了桩板结构在2种跨度、有无板下土体支承等不同条件下的竖向分级加载试验和水平加载试验，系统研究了桩板结构桩-板-土相互作用力学特性。初步得出以下结论：（1）板-土相互作用对桩板结构的受力影响明显。当不考虑板下土体支承作用时，板的位移、应力、桩的受力、板-土接触压力等都会明显增大，且跨度越大，影响越明显。表明目前在工程设计时不考虑板下土体的支承作用进行设计，偏于保守。因此，建议桩板结构在设计时应考虑板下路基土体的支承作用。（2）在横向荷载作用下，桩-土相互作用明显，其主要作用区域在桩的上部1/2范围内。同时试验表明，板的跨度对桩-土相互作用影响较小，但对板的横向位移影响较大，且桩板结构的跨度越大，在横向力作用下，板的弯拉应力也越大。因此，建议在进行桩板结构跨度设计时，应检算横向荷载作用下板的拉应力指标。

阐述了岩质边坡岩体力学参数研究的意义，介绍了国内外常用的几种岩体力学参数的确定方法，但其准确性值得商榷和论证。针对Hoek-Brown强度准则D值的确定存在的困难，基于模糊综合评判，对产生扰动的影响因数综合考虑，确定了依托工程的D值，工程应用表明更加接近实际情况，并且探讨了岩质边坡的岩体以滑动面为界限划分扰动区与非扰动区的合理性，克服了其他公式的不足。以利比里亚邦矿铁矿岩体力学参数研究为例，分别用计算出的修正参数和其他几种方法进行计算分析对比，结果表明所计算出的修正D值更能反映实际的扰动程度，并论证了划分扰动区与非扰动区的合理性和意义，具有重要参考价值。

由于软黏土渗透系数很小，目前针对饱和软黏土的循环荷载试验绝大多数都是在不排水条件下进行的。但对交通荷载而言，软黏土承受经年累月的长期循环荷载作用，实际的排水条件应该是部分排水的。基于此，通过对温州原状饱和软黏土进行不同循环应力比下的不排水和部分排水大周数（50 000次）循环三轴试验，分析了长期循环荷载作用下排水条件对饱和软黏土动力特性的影响。研究结果表明与不排水条件相比，部分排水条件下软黏土试样的动力特性表现出很大的不同。随着循环次数的增加，部分排水条件下的孔压随先增加后降低，存在一个峰值；经过较大的循环次数后，回弹应变逐渐减小，应力-应变滞回圈逐渐缩短，面积也明显减小。为了准确预测交通荷载作用下的长期沉降，采用部分排水条件进行试验是十分必要的。

沙漠区修筑公路，优质路基填料匮乏。依据就近原则，选用沙漠区储量丰富的风积沙作为路基填料，分析其矿物成分、化学成分、酸碱度、含盐量与级配特征。进一步探究不同试验方法（击实试验、振动台法、表面振动压实仪法）与试验控制条件下，风积沙干密度受因素控制的变化规律与压实特征。风积沙击实曲线与振动压实曲线均呈现“振实—振松—再振实”造成的“多峰”特征, 振动法所得干密度一般优于对应含水率条件下击实试验所得干密度。振动台法在风积沙含水率接近饱和时振动的效果最好，风积沙的干密度最大，表面振动压实仪法3层填料的振动压实效果明显好于1层填料方式，进而可用于施工指导。

绢云母片岩属极软岩，强度低，直接作为路基填料难以压实，易造成路基沉陷、路面开裂等不良工程现象。通过对绢云母片岩及其4种改性方案进行表面振动压实试验、室内重型击实试验、室内CBR试验以及回弹模量试验研究，探讨绢云母片岩经改性后用作高速公路路基填料的适用性。试验表明，绢云母片岩最大干密度采用室内重型击实与表面振动压实试验结果相差较大，采用表面振动压实时为1.92 g/cm3，采用室内重型击实时为2.01 g/cm3。主要原因是由于绢云母片岩颗粒破碎的结果。绢云母片岩及其4种改性粗粒土的在最优含水率附近的较宽范围内的变动对压实效果的影响不大，有利于填料的压实。绢云母片岩的回弹模量E较低，小于32 MPa，经改性后的土料的回弹模量均有显著提高，均达到50 MPa以上。添加20%红砂岩和20%黏性土的试料CBR值均只有3.7，添加3%水泥和5%水泥的试料CBR值上升明显。绢云母片岩经添加3%、5%的水泥化学改性后可用于高速公路上路堤及路床填筑。

本文根据非饱和土体的渗流理论，建立水分运移模型，研究真空预压在稳态下的水分运移机制，给出了孔隙水压力分布的控制方程及其解析解。根据工程实测数据验证解析解的结果，并对不同参数进行分析。结果表明：稳态下真空预压水分运移模型计算的结果和现场实测数据基本吻合。扩散通量Q和降饱和系数?对上层非饱和区域的形成位置、强度及厚度的影响较大。扩散通量Q越大，土体表层的基质吸力越大，孔隙水压力变化趋势就越大；降饱和系数?在0.3~1.0 kPa-1内对非饱和土体部分基本没有影响。

利用GDG型高压固结仪和自行研制的非饱和土湿陷三轴仪对陕西蒲城电厂Q2黄土一维和三维应力状态下的湿陷性进行了试验研究，分析了Q2黄土的湿陷特性。试验结果表明：一维状态下，Q2黄土以中等和弱湿陷为主，峰值湿陷系数随深度增加而变小，常规压力下不湿陷的Q2黄土在高压力下可能湿陷，Q2地层中黄土层的湿陷性总体上强于古土壤层，湿陷的敏感性较弱，大型工程宜用实际压力评价湿陷性。三维状态下，湿陷应变随浸水量的变化曲线可以近似分为3段，即湿陷应变缓慢增加段、快速发展段和基本不变段；浸水前的吸力、净围压、偏应力对湿陷过程均有影响，且偏应力和吸力的影响更明显；三轴浸水过程湿陷体应变随湿陷轴应变的增加而增大，几乎是一条直线，体现了湿陷变形的特殊性。

利用GDS应力路径三轴试验系统对南阳膨胀土进行3种应力速率下、4种超固结比（OCR）的被动压缩三轴试验及3种超固结比的被动挤伸三轴试验，分析了不同超固结比和应力速率下其应力（孔隙水压力）-应变关系、有效应力路径及变形模量的演化规律，对膨胀土变形模量各向异性特性进行了初步探讨。结果表明，应力速率、超固结比及卸荷路径均对膨胀土力学特性有一定影响。在被动压缩路径和被动挤伸路径下，随着应力速率和超固结比的增加，相同轴向应变时的偏应力值单调增加；不同超固结比和应力速率时膨胀土的孔隙水压力始终为负值，且其降幅总体上随超固结比的增加而增大，但其降幅随应力速率的变化规律与剪切路径有关。在被动压缩路径下，相同应变时不同应力速率下的孔压降幅基本相同；而在被动挤伸路径下，其降幅随应力速率的增加而增大。边坡开挖路径的选择对于边坡变形影响显著，被动挤伸路径下达到设定极限偏应力时的轴向应变明显大于被动压缩路径。膨胀土变形模量E100随着超固结比和应力速率的增加而增加，但各应力速率下变形模量的各向异性特性则随着超固结比的增加而变弱。

由于天然沉积的黄土具有显著地结构性，在湿度及荷载变化条件下，其宏观力学特性发生显著的变化。为了分析增湿和加载条件下黄土的结构性损伤演化特性及应力-应变关系的变化特性，引入上、下加载面的概念，在原有超固结及结构性参数的基础上，考虑了含水率变化的影响，定义了新的初始超固结及结构性参数；运用上、下加载面概念，通过引入构度及黄土结构屈服强度，推导了结构性黄土的一般应力-应变关系，并进行了参数的影响变化分析；最后，通过不同含水率条件下的黄土压缩及三轴试验数据与模型预测数据的对比分析，验证了模型的合理性。

近海地区黏土的微观结构单元——黏土畴中含有大量的粒内孔隙，其孔径小至纳米级，这部分孔隙对黏土的物理指标、水稳性、膨胀性、收缩性等具有重要影响，一般方法很难准确地描述其孔隙特征。试验利用扫描电镜、压汞法、氮气吸附法对湛江黏土的微观孔隙特征及其孔隙发育的控制因素分析，建立微观结构与物理指标、力学行为的相互关系与灵敏性分析。结果表明，湛江黏土具有不良物理性质和良好力学特性指标的异常组合，是一种高灵敏性的强胶结结构性黏性土，其机制主要是：湛江黏土的微观结构为带有胶质联结特性的、定向性无序的开放式絮凝结构，孔隙结构为具有较高的强度和空间稳定性的边－面－角联结的空间网架系统。由于特殊的孔隙网架结构以及“墨水瓶”型孔隙的存在，导致退汞过程出现滞留现象及产生吸附回线。研究表明，联合扫描电镜、压汞法、氮气吸附法能够准确、完整地对近海地区黏土孔隙体系特征进行定性与定量的评价。

隧道施工会对邻近管线造成危害，但目前对土体位移与管线位移两者之间的关系还没有清晰的认识。针对这一问题，设计砂土中考虑不同管线管径、埋深及抗弯刚度的3组隧道施工模型试验，分析垂直下穿隧道施工过程中砂土和管线位移规律。研究结果表明，Vorster修正高斯公式能较好地拟合砂土沉降分布，其控制参数?值在0.2～1.0之间变化，且与地层埋深成正比；土体沉降槽宽度系数i对管线变形有较大影响，埋深相同的条件下管线抗弯刚度与沉降值成反比；深埋管线的变形主要受上拱效应支配，且管径越大上拱效应越明显，而下拉效应主要支配着浅埋管线的位移；Smax /i为影响管土相对位移一个关键参数，在此基础上提出了修正的管土相对刚度计算公式。

为探讨石灰改性膨胀土与红黏土的强度发展规律，以生石灰与消石灰改性的南阳膨胀土与郴州红黏土为研究对象，进行了无侧限抗压、固结快速直剪和固结压缩试验的对比研究。研究发现：在1 a养生龄期内，石灰改性的南阳膨胀土与郴州红黏土无侧限抗压强度与养生龄期的对数基本呈线性关系；按大于最佳含水率3%制样的强度在养生28 d以后高于按最佳含水率制样；生石灰改性效果比消石灰改性效果好，由于矿物成分不同，石灰改性南阳膨胀土的效果比石灰改性郴州红黏土好

边坡的三维稳定性分析比其二维平面应变模型在理论上更能反映边坡的实际情况。为研究软弱夹层对边坡稳定性的影响，引入三维圆锥体平动破坏机构和牛角状螺旋圆锥体转动破坏机构，建立三维转动-平动组合破坏机构，并通过平面插入的方法实现破坏机构沿边坡的纵向拓展以便用于任意长度的边坡稳定性分析。结合算例分析，通过与弹塑性有限元数值模拟结果进行对比，验证了本文方法的有效性。分析表明，组合破坏机构能够很好的用于含软弱夹层边坡的稳定性分析并为实际工程提供一个简单有效的设计方法。

为了揭示软土固结蠕变机制，计算软基“工后沉降”，开展了室内模拟真空、堆载以及真空-堆载联合预压加固软土的固结蠕变三轴试验及三轴试验前、后的微观结构试验。建立了能考虑微观结构改变的弹黏塑性(EVP)软土蠕变模型。研究结果表明：原状软土样在真空预压、堆载预压、联合预压3种预压荷载作用下，固结过程和蠕变过程具有耦合效应；土体微观结构参数的改变与宏观工程性质的改变具有相辅相成的关系；EVP模型弱化了具体应力路径的变化，其反映弹性的参数和反映黏塑性的参数可由微观结构参数确定；改进的EVP模型既能计算土体的弹黏塑性变形，也考虑了土体微观结构的变化，能更全面地反映土变形的实质。

基于不同干湿循环作用下砂岩单轴压缩试验结果，分析了干湿循环效应对砂岩变形、强度、破坏特征等力学特性的影响规律，认为随着干湿循环次数的增加，弹性模量及峰值强度均有降低的趋势，降低幅度先大后小，而且会以某一具体值为临界值发展变化，就本次试验而言为干湿循环20次时的抗压强度和弹性模量值；砂岩的破坏特征亦会受到干湿循环试验次数的影响，干湿次数越少，脆性破坏越明显，反之则延性特征增强，即砂岩会呈现一种从脆性到延性转化的破坏规律。以应变和干湿试验次数为输入层，应力为输出层，构建了2-12-1的三层神经网络本构模型。通过样本的学习与检验，证明该模型能较好地描述干湿循环作用下砂岩的力学性能，验证了利用神经网络方法建立岩石本构模型的可行性与可靠性。基于预测结果，建立了完整的考虑干湿循环效应的砂岩力学特性变化规律的数学函数关系式。

基于深部非连续自应力等级块系岩体构造理论，研究冲击载荷在块系岩体中以摆型波形式传播时岩块间黏弹性性质对摆型波传播的影响。当岩块间具有五种不同黏弹性性质时，通过对块系岩体的始端和末端区域中间岩块加速度响应计算及各岩块加速度正负摆幅幅值分析可知：岩块间黏性变化时，对岩块加速度衰减周期没有影响，但黏性增大时各岩块正负摆幅下降幅度比黏性周期增大时大；岩块间弹性变化时岩块加速度衰减周期均发生变化，但弹性减小时正负摆幅值向平衡位置平移，弹性周期减小时块系岩体的前半部分岩块正负摆幅曲线均出现波动且负摆波动较大，岩块间弹性梯级增大时，岩块加速度迅速衰减，同时各岩块加速度的正负摆幅曲线在初始端区域出现波动。

为了研究冻土-混凝土接触面的力学特性，开发了一种低温动荷载直剪仪，它是在普通直剪仪框架的基础上，安装了动力加载系统和温度控制系统。该装置能够保证在负温条件下对冻土进行动荷载直剪试验，从而测定冻土的动力学参数。为了研究寒区冻土与混凝土构筑物的相互作用，使用该仪器进行了一系列的多因素接触面动直剪试验，试验结果表明了冻土-混凝土接触面在动荷载作用下的行为特征，多因素对比试验则揭示了接触面动剪强度的影响因素和变化规律。

我国黄土厚度大，黄土地区地下水位深，降雨量少，黄土多处于非饱和状态，土-水特征曲线是非饱和黄土应力状态、强度及渗透性研究的基础。以陇东高原马兰黄土为试验对象，采用张力计法测定原状土样的土-水特征曲线，采用三种理论模型对试验数据拟合，其中Gardner模型简单、参数少，但Fredlund & Xing模型拟合效果最好。基于已测得的土-水特征曲线，采用Childs & Collis-Geroge预测非饱和渗透系数的模型，计算得到非饱和黄土渗透系数与基质吸力或含水率的关系，发现黄土从饱和到非饱和，其渗透系数急剧降低，黄土非饱和渗透系数与基质吸力或体积含水率的关系均可用指数函数表示。本文对典型黄土土-水特征曲线的研究及渗透性的预测为黄土工程问题，如降雨入渗的边坡稳定性评价、非饱和地基湿陷变形计算等提供理论基础。

为了研究膨胀土自然状态下的膨胀及力学特性，对南阳弱膨胀土进行了不同增湿程度时的膨胀及力学特性试验。通过对相同初始条件下不同增湿程度膨胀土的膨胀特性试验得到，随着含水率的增大自然膨胀力和有荷自然膨胀率均是先逐渐增大后有小幅减小再逐渐稳定，无荷膨胀率的变化趋势是前期接近线性的增大后逐渐稳定。通过不同增湿程度膨胀土的抗剪强度试验，建立了黏聚力、内摩擦角与增湿含水率的线性关系曲线及关系式。对于已建工程，通过监测含水率得到膨胀土的实时膨胀特性以及抗剪强度，进而评价工程的安全运行情况。

采用 “整区→微区→胶结点”的逐步分区测试方法，对湛江原状黏土与重塑土开展SEM-EDS试验研究，观察土体微观结构的胶质联结特征，确定胶结物质的元素组分及其空间分布状态，建立微观结构-化学物质-宏观力学行为的相互关系与灵敏性分析。结果表明，土的基本性质很大程度上取决于微观层面的颗粒联结特征。湛江黏土的结构单元实际上是以许多黏土矿物薄片堆叠而成的黏土畴，开放式的絮凝结构加上以游离氧化铁为主要成分的胶质联结特征是导致湛江黏土具有高灵敏性、强结构性的根本原因。当应力水平超过土体的结构屈服应力后，力学性能迅速劣化，结构单元体逐步转为联结强度弱，分散性强的凝聚体或叠聚体。研究还表明，土的颗粒联结强度、结构形态特征及其对结构强度的贡献是导致原状土与重塑土性质差异的本质，天然状态下的湛江黏土土性受控于微观结构特征，而重塑土土性受控于黏土矿物颗粒本性。

红黏土是一种富含胶结作用物质的塑性黏土，与普通黏性土相比，红黏土的强度特性更为复杂。通过直剪仪对不同含水率和不同含丙三醇溶液的重塑红黏土进行了抗剪强度试验，发现红黏土的强度、黏聚力随着溶液含量的增加出现了“双峰”值现象，且内摩擦角基本保持不变，用丙三醇溶液替代水溶液配制的土样其强度有了明显的降低。结合核磁共振仪对红黏土试样的孔径分布研究情况，基于Bishop提出非饱和土的有效应力原理，探讨了非饱和红黏土的强度随含水率变化出现“双峰”现象的影响机制，认为红黏土本身孔径大小分布特征起了非常重要的作用。

分散性土具有遇水易分散的特性，可导致堤坝等水利工程的冲蚀破坏。基于黏性土分散机制的研究，选用AlCl3• 6H2O、MgCl2•6H2O、CaCl2及CaO作为分散性土的化学改性材料，采用针孔试验和碎块试验对其改性效果进行判别和比较。试验表明，上述改性材料均可将分散性土改性为非分散性土，显著提高土体的抗冲蚀能力。结果说明：在分散性土中掺加高价态阳离子的可溶性盐，通过置换土粒表面钠离子或降低土体碱性，减小颗粒扩散层的厚度，可抑制土体的分散性，从而达到改性的目的；根据黏性土分散机制以及改性试验结果，提出了分散性土化学改性的原则，即改性材料中含有高价态的可溶性阳离子，或改性材料呈酸性，且环境友好，价格低廉，施工方便。

地应力是边坡稳定性分析的重要因素。在杏山铁矿露天高陡边坡实测地应力数据的基础上，采用多元线性回归方法，在充分考虑岩体自重与构造应力影响的情况下，对5类11种边界条件工况进行了有限差分FLAC3D的模拟加载，反演得出研究区域内的地应力场。鉴于该方法只能对地应力场进行线性和全区反演，这对内部结构极其复杂、矿区内各个区域岩性和地形差异较大的金属矿山矿体显然是不够准确的。为了克服以上缺陷，采用了非线性的神经网络反演方法，并根据岩体的岩性分布和地形起伏将整个矿区划分为5个分区，通过引入侧压力系数k0实现分区域反演，从而得到整个矿区的地应力场。研究表明，在复杂地质条件下，神经网络方法反演出的初始地应力分布更加合理。

预浸水是黄土力学性质研究和地基处理的一种重要手段。简要分析了进行现场浸水试验的必要性，详细评述了我国现场浸水试验的研究历史和发展现状，重点介绍了浸水试验的关键技术、湿陷变形规律和湿陷性评价等方面所取得的成果，指出了现行规范中湿陷性判定、地基处理厚度、剩余湿陷量及停水标准等方面存在的问题并给出了相应建议，最后指出了今后研究工作的主要趋势。

通过对一个100 m高典型硬填料坝的应力变形分析，指出坝体填筑过程和硬填料随龄期和应力状态变化的应力-应变特征的模拟对坝体应力变形结果影响显著不容忽略。采用二元本构模型和仿真计算方式，研究了地基弹性模量对坝体应力和强度安全性的影响。地基的变形对坝体应力有显著的影响。地基弹模较低时与较刚性地基的坝体应力情况差异很大。地基弹模较低时，竣工期坝基面中部的拉应力和坝址与坝踵处的压应力都很大，可能并不满足抗拉和抗压强度。与竣工期相比，挡水期坝基面的压应力增加，拉应力减小，抗压强度安全性减小，抗拉强度安全性增加。对于硬填料坝，竣工期和挡水期的抗剪强度安全系数均很高，一般可不进行抗剪强度的计算。

现有的有限元强度折减法用于边坡稳定性分析，在土体变形特性的认识和失稳判据上有缺陷。基于土体的应力-应变曲线和邓肯-张非线性弹性模型进行有限元强度折减法计算分析，在现有方法仅对强度参数——黏聚力c和内摩擦角φ进行折减的基础上，提出了切线弹性模量Et的折减算法，更全面地体现折减的内涵；提出了以潜在滑动区域的能量积分变化作为判据，根据能量积分与折减系数关系曲线的特征，将其拟合成两段直线，以其交点所对应的折减系数作为边坡的安全系数。比较分析了修正Duncan有限元强度折减法、失稳判据与文献的计算结果，同时分析了边坡滑动区能量积分计算范围对结果的影响，并用于南水北调东线实际工程计算分析。结果表明：修正Duncan有限元强度折减法能较全面考虑土体的变形和强度特性，新的边坡滑动失稳判据可行且具有较好的计算稳定性，能保证工程建设的安全。

倾倒型黄土崩塌是黄土地区常见的一种灾害。根据倾倒型黄土崩塌的形成特征，分别由静力平衡条件的临界状态与塑性流动临界状态得到倾倒型崩塌垂直裂隙长度的上、下限解；根据摩尔库仑准则，得到崩塌体底面产状。由以上结果确定倾倒型崩塌体的几何特征；再根据力的平衡、力矩平衡条件，建立倾倒型黄土崩塌的稳定性判据，实现对倾倒型黄土崩塌的稳定性评价。根据发生倾倒变形的条件，建立了倾倒型崩塌体的运动学方程。通过求解，可再现倾倒型黄土崩塌发生后的运动轨迹，确定崩塌体的致灾范围。研究结果揭示了倾倒型崩塌体的形成机制，为确定倾倒式黄土崩塌治理方法及确定建设项目的安全距离的确定提供理论依据。

降雨易引起花岗岩残积土边坡失稳。在分析降雨对边坡土体含水率影响的基础上，通过饱和度和含水率的关系推求出土体从非饱和过渡到饱和的有效降雨量。结果表明：对土质边坡，并非所有的降雨都会引起边坡的失稳，降雨入渗使边坡土体从非饱和向饱和状态发展，当边坡土体饱和度达到一定程度的时候易产生边坡失稳；土坡存在饱和区和非饱和区的临界深度，降雨对边坡的影响即为使得该深度以上的土体从非饱和过渡到饱和的过程，须采取不同的抗剪强度来计算处于临界深度上下两部分土体的稳定状态。研究结果对确定土坡失稳的降雨量阀值、进一步认识滑坡失稳机制，对滑坡的预测预报具有理论及实际意义。

根据岩土材料Merchant、Bergers和Butterfield蠕变模型的基本形式，建立3种预测混凝土面板堆石坝蠕变沉降经验模型。以蒲石河混凝土面板堆石坝为例，采用非线性有限元方法数值模拟堆石坝的顺序填筑过程。根据堆石坝沉降现场观测数据，采用回归分析方法确定3种沉降经验模型中的待定参数，确定堆石坝的蠕变沉降随时间的变化关系。工程实践应用结果表明，所提出的堆石坝蠕变沉降经验模型具有较高的拟合和预测精度，堆石坝的蠕变沉降除与时间有关之外，还与观测点的应力状态和位置以及堆石料的变形模量有关。

基土换填是常用的抗冻胀措施。目前非冻胀性土缺乏科学标准的定义，换填厚度基本按照经验公式和工程类比确定，不尽科学合理。在对垫层抗冻胀机制的分析基础之上，根据层状土毛管水土水势理论给出了垫层材料的选择依据，结合热阻等效原理在考虑了衬砌结构允许位移的基础上给出了渠道垫层厚度的计算公式，并根据传统算法与该方法对山东打渔张北干渠弧形坡脚梯形渠道进行抗冻胀垫层设计；同时采用ANSYS有限元软件对渠道铺设垫层前后进行热力耦合数值模拟。研究表明，垫层通过改善水分场、温度场削弱了冻胀发生的因素；该垫层算法比传统算法合理、工程造价较低。数值分析表明，渠道冻胀量、冻胀力明显被削减，其中对阴坡的削减可达90%以上。

高地应力软岩隧道围岩流变效应明显，形变压力导致的仰拱和边墙连接处的应力集中是导致隧道底鼓破坏的重要原因，合理的隧道断面形态有利于减小应力集中，保证隧道长期安全运营。在考虑软岩流变效应的情况下，以有限元软件ABAQUS为平台，通过Python编程实现隧道断面参数化设计和有限元计算，基于结合罚函数的Nelder-Mead函数建立隧道断面优化算法，并以隧道开挖面积，隧道最大仰拱隆起，围岩蠕变损伤区面积，衬砌最大轴力和衬砌最大弯矩为优化目标，对宜-巴（宜昌至巴东）高速峡口隧道断面形态进行优化，为高地应力软岩隧道断面设计提供科学指导。

岩土工程建设的发展极大地促进了三维数值模拟的应用。大规模三维有限元计算需要求解一系列大型线性方程组，这些线性方程组的求解直接影响着整个有限元计算的效率。复杂岩土工程问题通常涉及多相和多体耦合相互作用，各相之间或不同固体材料之间性质差别显著，可能导致Krylov子空间迭代法收敛缓慢，甚至求解失败。为了提高Krylov子空间迭代法的求解效率和可靠性，提出一种新的高效预处理技术，通过算例验证了所提出的分区块迭代预处理方法的有效性。

针对新型托换桩-土钉墙组合支护结构，假定沉降大于托换桩沉降范围内的坡顶建筑物荷载全部转移至托换桩，阐述托换桩-土钉墙组合支护的工作机制，对支护结构的变形协调机制和荷载传递路径进行探讨，提出支护结构侧向变形、坡顶沉降以及托换桩沉降及内力的计算方法。参数及对比分析表明，相对传统的复合土钉墙支护，新型托换桩-土钉墙组合支护结构可以很明显地减小支护结构的变形和内力，随坡顶荷载的增加托换支护法中支护结构的内力和变形的增速明显小于复合土钉墙的内力和变形增速，随微型桩水平间距的增加支护结构的变形和内力都增加，微型桩嵌固深度的增加对支护结构的内力和变形影响较小。

为分析高速铁路高架线列车运行对既有线路基影响，建立桥墩-大地-既有线路基有限元模型，结合测试验证模型可靠性，分析不同行车条件对既有线路基应力状态的影响关系，讨论高速铁路轨道平顺性恶化和土体模量降低对既有线路基的影响，预测既有线路基表层累计变形。研究得到，既有线自身列车运行对路基应力状态的影响占主要地位，高速铁路运营对既有线路基应力状态的贡献度很小，不会对既有线路基使用寿命造成明显影响，高速铁路桥墩与既有线距离按限界控制即可满足要求；在轨道平顺性恶化和土体模量降低条件下，高速列车运营引起的既有线路基应力增加不超过0.5 kPa。

为提高支持向量机的预测精度，提出一种基于自适应多核学习模型的预测方法。自适应多核学习算法中采用树形筛选结构，通过生枝、剪枝操作完成核函数间的相加、相乘处理，增强了多核函数的非线性与多样性。采用网格遍历和粒子群算法对核参数、权重系数及模型参数进行寻优处理，弥补了训练样本缺少先验知识对参数赋值产生的偏差。将多核学习方法用于地铁隧道沉降预测，并与单核函数的预测数值进行对比。试验结果表明，自适应多核学习模型有效提高了预测模型的预测精度及泛化性能。

发育于花岗岩出露区崩岗岩土受干湿效应影响显著，导致崩壁坍塌和工程设施受损。通过崩解和快速固结试验，采用6种干湿水平研究干湿路径、固结压力对崩壁岩土相对变形率的影响。结果显示，脱湿过程中裂隙性是影响相对变形率主要因素，而在增湿过程中基质吸力、崩解性、土壤质地则共同决定了不同压力下相对变形率高低。当超过平均先期固结压力103.06 kPa后，相对变形率随固结压力增加而增大；压缩系数与初始含水率呈指数递增关系，初始含水率超过25%后压缩系数剧增；红土层①的压缩系数变化幅度最广（0.15~0.62 MPa-1），均值最大（0.31 MPa-1）。从干湿效应导致的不均匀沉降角度揭示了崩壁崩坍机制，并讨论了崩岗区水保工程和监测设施不均匀沉降防治原则。其结论可为崩岗防治，工程设施维护提供一定科学依据。

以武-西高速公路桃花峪黄土隧道为研究对象，采用现场试验与数值模拟的方法，研究格栅和型钢支护结构对浅埋大跨小间距黄土隧道的影响规律。现场试验表明，施工引起的沉降比较均匀，格栅支护与型钢支护对控制整体沉降差别不明显。格栅钢架的受力比型钢钢架小且分布更为均匀，说明格栅钢架受力更为有利。格栅与型钢钢架受力状态相似且都合理。模拟计算表明，格栅支护与型钢支护相比，型钢支护的位移更小。较之格栅，型钢支护拱顶沉降减小16%~18%，边墙收敛减小23%，拱脚沉降减小18%。在V级黄土隧道中采用双侧壁法开挖大断面隧道，围岩将发生较大塑性变形。塑性区域发展范围较大，需及时支护，格栅支护与型钢支护对塑性发展范围基本一致。

为预估和控制爆破荷载作用下围岩损伤范围，在赣龙铁路梅花山隧道工程现场进行岩体声波测试，得到围岩的损伤范围。根据爆破荷载作用下岩体损伤发展规律，采用基于概率形式的损伤变量定义，运用三维有限差分软件对不同地应力状态下爆破产生的围岩损伤范围进行数值模拟，并与现场岩体声波测试结果进行比较。计算结果表明，数值计算与实测结果有较好的一致性，随着地应力大小增大，围岩损伤范围呈现先减小后增大的趋势，且增大幅度较大，地应力较高时，局部部位如顶板、底板损伤更为明显，说明地应力大小对围岩损伤分布有着显著影响；随着侧压力系数增大，损伤范围先减小后增大，但增速逐渐减小。所得到的结论可为高地应力下隧道稳定性分析和支护设计提供依据。

试验段为自重湿陷性Ⅳ级黄土场地，分3种不同地基处理措施试验分区，分区之间设地基不处理过渡段。柱锤冲扩桩段对22 m深湿陷性黄土层全部处理，水泥挤密桩段仅处理上部15 m深湿陷性黄土层，强夯段处理上部6 m深湿陷性黄土层。结果表明，处理深度范围内黄土的湿陷性已消除，地基承载力均大于标准值。柱锤冲扩桩与水泥土挤密桩复合地基沉降量小于15 mm，满足高速铁路对工后沉降量的要求，而强夯地基的沉降量不满足要求。柱锤冲扩桩区段，桩间土的最小和平均挤密系数不低于0.88和0.93的标准，但是桩身平均压实系数和压缩模量却分别低于0.97和100 MPa的标准。水泥挤密桩区段，桩间土的最小和平均挤密系数、桩身平均压实系数和压缩模量也低于同样的标准值。强夯地基的压缩模量小于15 MPa的标准。检测标准的合理取值有待深入研究。

乌东德水电站是金沙江下游河段上4个水电梯级的最上游梯级，大坝为265 m高的双曲拱坝。采用非线性有限元法，将拱坝坝体-坝基作为一个整体系统，在考虑坝体横缝影响及无限地基辐射阻尼影响基础上，模拟坝肩控制性滑块各滑裂面在地震作用下张开、滑移的非线性力学行为，研究设计与校核地震作用下大坝的抗震性能，探讨大坝-坝基整体系统在强震作用下的抗震潜力。研究结果表明：设计地震条件下，坝体仅在拱端应力集中区域拉应力超过抗拉强度，压应力则均满足强度要求，坝肩块体稳定，大坝-坝基体系的整体安全性可以保证；校核地震条件下，坝体应力值略有增加，能够满足不溃坝的设防要求；以大坝-坝基代表性的位移、变形量变化曲线的拐点作为评价极限抗震能力的标准，可知拱坝-坝基体系的抗震超载安全系数为2.7，相应的基岩水平向峰值加速度0.729g，拱坝-坝基体系抗剪参数强度储备安全系数为2.0，乌东德高拱坝具备较强的极限抗震能力。

采用有限元强度折减法分析边坡稳定性时，计算所得安全系数依赖于所采用的失稳评判标准。目前边坡失稳判据的多样性及其不确定性，使得计算所得安全系数的合理性及其唯一性受到了质疑，因此如何选择或改进一种既能满足工程需要又易于操作的失稳判定准则显得尤为重要。针对某一典型边坡算例分别按计算收敛性、特征部位位移突变性和塑性区贯通性等3 个失稳判据考查判据的合理性及其适用性，对比研究三维与二维数值所得边坡稳定安全系数的差异,然后对位移突变失稳判据进行了一种改进，通过绘制位移突变倍率(当前分析步位移与上一分析步位移之比)跟折减系数的关系曲线来确定边坡安全系数，并通过简化的实例模型证明了其适用性。

盾构法隧道施工引起的土体超孔隙水压力消散，会导致工后地表继续沉降。在前人研究基础上，提出了隧道周围土体的初始超孔隙水压力计算方法。采用分层总和法，计算由于扰动区内土体超孔隙水压力消散引起的地表固结沉降量，结合施工阶段地表沉降量，叠加得到总的工后横向地表沉降。提出了固结开始t时刻的地表总沉降量计算方法，研究了地表沉降速率随时间的变化。算例分析结果表明：本文方法计算得到的横向地表沉降曲线符合正态分布规律，与实测值吻合；地表总沉降速率的发展也与实测沉降速率曲线相符。

为研究大厚度自重湿陷性黄土地区地基处理深度与剩余湿陷量的合理控制关键技术难题，对采用不同处理深度的挤密地基进行了大面积深层浸水载荷试验。试验结果表明：对采用挤密地基处理在6～12 m深度以下进行深层浸水后均发生不同程度的地基湿陷下沉，而地基处理在15 m深度时（剩余湿陷量远大于200 mm）地基整体实际下沉量相对较小，说明现行的《湿陷性黄土地区建筑规范》对乙、丙类建筑地基关于最小处理深度的规定过于严格，不符合现有的经济技术水平，建议在采取一定措施的情况下将12~15 m作为乙、丙类建筑在大厚度自重湿陷性黄土地区地基处理的合理深度。并针对现行规范中对乙、丙类建筑剩余湿陷量控制的不合理之处，提出了“剩余湿陷量折减系数” 这个概念，并提出了该折减系数的建议值，可为同类工程建设和规范修订提供一定的参考。

高液限土具有高天然含水率、高塑性、高孔隙比和低压实度的特点。明确高液限土路基的沉降变形规律成为其科学合理利用的关键。为此，在明确高液限土路用特性的基础上，铺筑了1条26.5 m高的高液限土高填方路基试验段，并进行了长期的沉降观测。结果表明，高液限土路基填筑期间的压缩变形量很大，填筑完成后自然沉降稳定期的固结变形量较小，路面铺筑后的工后沉降量很小，约为高度的2‰；高液限土路基的沉降量与其竖向填筑厚度基本成正比。采用简化的非饱和土固结理论对高液限土路基的沉降变形进行了模拟计算，计算结果与高液限土路基的实测沉降量基本一致，说明非饱和土固结理论可用于高液限土路基的沉降计算。高液限土路基沉降变形规律的成果说明其工后沉降不会过大，为其在公路工程中的推广应用提供了技术依据。

采用摩尔-库仑弹塑性模型的有限元分析方法和岩体开挖卸荷理论, 并考虑地应力对隧洞的作用机制，建立丹巴水电站双洞四机引水隧洞软岩段三维开挖大型三维模型并进行岩体力学计算，分别以不同的掌子面推进深度进行开挖，从洞口开挖至一定深度。统计不同掌子面推进深度下各步开挖不同关键点处的位移变化情况，进行比选，建议工程实际应当选用的最佳掌子面推进深度；在该推进深度下，统计不同洞段不同位置的各向位移预留量，为超前支护的必要性提供依据和超前支护的施工提供数据支持，以保证工程施工的顺利进行，为后续类似工程设计提供参考。

采用Monte Carlo模拟手段，提出描述场地土层特性变异性对传递函数变异性影响的分析方法。选取日本Kik-Net强震数据库中软（FKSH14）、硬（FKSH12）两类场地，建立场地概率模型。应用Monte Carlo技术随机生成50组场地剖面，分别计算场地的传递函数STF及STF标准差，讨论场地土层厚度、剪切波速，以及二者组合情况下场地传递函数的标准差及场地特征频率的变化。结果显示：对于硬土场地而言，场地特征频率标准差相对于软土场地较大，且剪切波速变异性影响比土层厚度变异性的影响略大，而二者组合工况下最大；而软土场地，土层厚度、剪切波速变化工况下场地特征频率的标准差相当，比二者组合工况下略低；软、硬两类场地，土层厚度与剪切波速二者组合工况下STF的标准差比单一量变化情况下略大，但3种工况下场地STF标准差相差不明显；场地STF的标准差在场地自振频率附近的频率段取值较大，极值点与场地STF的极值点相对应。

沿海地区深基坑设计施工都十分重视其抗浮问题，在深基坑开挖前掌握抗拔桩对于基坑隆起和围护结构变形及受力规律十分重要，其研究成果对于节约工程成本和保证基坑施工安全具有重要的指导意义。以港珠澳大桥侧接线拱北海关隧道明挖段为依托，首先建立抗拔桩与土体的硬接触模型，并验证该模型对于抗拔桩模拟的合理性，采用极差分析法研究底板不同桩长和桩径加固对基坑围护结构稳定性的影响规律。分析结果表明，增大桩长可更有效地减小地表沉降，增大桩径可更好地控制连续墙的变形，增大桩长和桩径都可以很好地控制坑底隆起。

基于荷载传递法的单桩非线性受力性状分析软件，可灵活选用不同的荷载传递函数如双曲线模型和软化模型等分析单位侧阻与桩土相对位移间的关系及桩端位移和桩端阻力间的关系，并将桩分成若干桩段以考虑地基土的成层性，且在分析单桩的非线性受力性状的过程中可考虑地下水的影响。该软件得出的单桩受力性状与实际情况吻合较好，提出的基于荷载传递法的单桩非线性受力性状的分析软件是合理可行的，在单桩非线性受力性状的分析上具有一定的实用价值。

利用数值方法对传统的地基极限承载力的计算公式进行了验证，结果表明传统的理论公式中基础宽度对极限承载力的贡献是正确的。通过数值计算结果，针对目前地基规范中地基承载力特征值限定基础宽度的贡献，研究了地基承载力的合理确定方法，认为地基的承载力应根据实际基础的沉降和地基承载力的安全系数来确定更科学合理。基础宽度对地基承载力的影响已在沉降和承载力安全系数上得到反映，从而计算时不必限定基础宽度，由此可以获得更合理的地基承载力值。

采用三维有限元程序建立了一长为6 m、直径为0.8 m的加筋碎石桩复合地基流固耦合数值模型，分析了其在堆载和孔压消散过程中的荷载传递和变形特性。较传统碎石桩，加筋碎石桩复合地基桩土应力比显著增大，超孔压、沉降和桩身侧向变形显著减小，且随筋材刚度的增大，其性能进一步改善。加筋碎石桩复合地基在桩间土固结过程中产生明显的桩土差异沉降，形成土拱效应，使得堆载结束后桩土应力比变化很小。筋材长度对加筋碎石桩复合地基桩土应力比和沉降影响显著，应对其全长加筋才能保证桩体刚度和有效减少沉降。

核电作为清洁型能源具有广阔的发展前景，研究核电站的地震响应具有重要意义。建立了AP1000核岛的有限元模型，进行模态分析获取核岛的振动形态。用无限元模拟远场地基，有限元模拟近场地基，并考虑基础埋置及土与结构相互作用，开展了不同地基条件下的核岛地震响应分析。结果表明：随着地基刚度的增加，核岛节点的响应加速度幅值增大，而加速度反应谱峰值对应的周期减小，核岛节点应力增大，但其相对位移减小；考虑土与结构相互作用之后，软弱地基的响应加速度峰值大幅减小，地基加速度反应谱峰值对应的周期增加，土与结构相互作用对此类地基上核岛的地震输入有较大影响；对于坚硬岩石地基，土与结构相互作用对地震输入的影响可以忽略。

基于太沙基一维固结理论，采用有限差分法对室内固结试验进行了数值分析，编制了室内固结试验的C++数值程序和自动求解固结系数的Matlab拟合程序，该程序能够模拟不同尺寸（排水高度）软土试样的固结过程。讨论了试样尺寸、渗透系数和初始固结应力对模拟结果的影响。数值结果显示随着排水高度和渗透系数的增加，由时间平方根法和时间对数法求解的固结系数比不断减小，且排水高度较小时固结系数比变化较快。土体初始应力越小，主固结完成所需的时间越长。与日本广岛重塑土大尺寸试样固结试验结果进行了比较分析。研究结果表明所采用的数值方法能够较好地模拟软土的固结试验过程，可以进行一定条件下大尺寸软土试样的固结特性研究，研究成果对于揭示软土的固结变形发展有一定的理论价值和实际意义。

PCC桩-网复合地基作为一种新型处理软土路基的结构形式，在软弱土地区高速铁路建设中已获得应用，其在列车激振荷载下的动力特性值得研究。本文确定了合理的列车动荷载加载形式，应用有限元软件ABAQUS建立了轨道-路堤-桩-土复合地基三维动力耦合有限元模型，基于基床、桩、垫层和地基模量参数变化，进行了路堤、桩体以及地基土的动力特性分析。结果表明：PCC桩复合地基动应力响应有别于实心桩，动应力波在管桩中发生反射交叠作用，桩与垫层动力相互作用大于土与垫层动力相互作用。基床表层模量变化对桩-土动力变化影响不大。垫层刚度的增加提高了桩体的动荷载分担比，同时桩顶动应力随着桩与垫层动力相互作用的增强而增大。随着PCC桩模量的提高，动应力在桩体中传播速度加快，动应力增大，使其承担了大部分动荷载，有效地降低了地基土承受的动荷载，同时减弱了上部荷载在复合地基内部影响。随着距离中心桩距离的增大，边桩动应力逐步减小。

通过建立非饱和土毛细作用的孔隙分布的分形模型，推导获得了非饱和土毛细水的最大上升高度，同时基于Richards水分运动微分方程，引入边界及初始条件，基于Laplace变换，得到了毛细作用下非饱和土路基湿度变化的解析解；同时引入算例，将所提出的解析方法计算结果与未简化参数的数值计算结果进行了对比分析；最后考虑不同因素的影响进行了非饱和土路基毛细作用下的湿度变化分析。分析结果表明：解析求解获得的路基湿度变化趋势和未进行参数简化的数值法求解结果基本一致，证明解析解法是合理可信的；路基填筑的初始含水率越大，填土的初始吸力越小，毛细水上升的高度及湿度变化量也相应越小；透水性能较好的路基填土毛细水上升速度较快，但上升高度较小，毛细水可以在较短时间内上升到最大高度；路基的填土类型不同，路基在毛细作用下的湿度变化状态也不同，需要针对不同的填土路基进行相应的防排水措施。

桩承式加筋路堤在高速公路软基处理中得到了广泛应用，但目前对其承载变形机制还缺乏深刻认识。结合南京长江第四大桥北接线段软基加固工程，基于数值方法对现浇X形桩桩承式加筋路堤中桩土沉降、桩土应力、桩身轴力及超静孔隙水压力的发展变化规律进行了分析。研究结果表明，受土拱效应影响，路堤填筑荷载主要由桩体承担，桩及桩间土土压力在路堤填筑过程中均逐渐增大，在软基固结过程中，桩顶土压力继续增大而桩间土土压力逐渐减小，最终趋于各自的稳定值；路堤填筑过程中桩身轴力增长较快，现浇X形桩桩身上部较大部分区段存在负摩阻力，桩身中性点位置经历了先逐渐上移、而后向下移动，最终趋于稳定的过程。

基于轮轨相互作用原理，建立了城轨交通高架线路列车振动荷载激励函数。将该激励力作用在有限元软件建立的三维轨道支承结构和土体传播路径计算模型上，对地铁运行引起的周边环境振动响应进行了仿真模拟，并利用现场实测数据进行了比较和验证。进一步，分析了列车运行速度和场地土特性对环境振动的参数影响。在对各参数的影响特征进行了定量分析的基础上，通过统计分析，建立了城市轨道交通高架线路环境振动的振级预测公式，并利用现场实测数据进行了验证。研究表明，仿真模拟和预测结果能够较为真实的反映城轨交通高架线路运行引起的环境振动的实际情况。

以一个工程实例为例，探讨利用数值模拟监测值的突变特征来确定工程参数。综合考虑稳定性安全系数、特征部位位移量及受拉程度跟随工程工况的变化特征，推断工程结构的承载极限，从而确定合理的工程参数。与常用方法相比，该法受人为因素影响小，推断结果更为客观。研究方法列出了分析步骤，对类似工程问题的分析具有一定借鉴意义。

节理岩体中富含结构面等不连续体，其中很多结构面之间具有一定黏结强度，在冲击荷载作用下会发生脱结（debond）行为，从而消耗岩体应变能。在该结构面之间的黏结性质在很大程度上决定着岩体的破坏行为，发生脱结后，结构面之间不再具有黏结强度，岩体的力学性能发生弱化。为了对该类结构面进行模拟，在改进的Xu-Needleman势函数基础上推导出结构面单元，并将其嵌入到单元劈裂法中，模拟结构面的开裂过程，当结构面完全脱结后结构面单元就转化为一般节理单元。相应地，在数值实现过程中只是将结构面单元替换为一般节理单元即可。该结构面单元与单元劈裂法相结合，能够有效地模拟节理岩体的破坏过程。

节理岩体几何结构非常复杂，研究其渗流特性对于指导含水岩层稳定性分析具有重要价值。应用离散裂隙网络模型DFN方法，基于VC++6.0软件平台，建立了平面渗流分析方法，分析了节理岩体不同几何分布情况下的渗透率张量特征，通过定义渗流定向性系数对岩体渗流的定向性特征进行了定量分析。结果表明：单组节理岩体渗流具有明显的各向异性特征，渗流定向性随着节理角度变化显著；节理随着节理贯通性增加，节理渗透率呈现对数增加趋势；两组节理情况下，各向异性特征随着节理组间夹角变化；两组节理岩体渗流特征研究中，正交分布下，岩体仍存在各向异性，但渗流定向性系数较低；当节理倾角服从正态分布时，随着节理倾角标准差增大，渗透率增加；两组节理夹角不同时，节理渗透主方向倾角随着夹角增大而相应增大，基本沿两组节理夹角方向的角平分线方向。

利用二维颗粒流程序生成5种不同粗糙程度的节理模型，并对5种节理模型进行了5种不同法向恒定荷载作用下的直剪试验，从细观角度分析了不同粗糙程度的节理模型在法向荷载下的形貌损伤情况和裂纹演化机制。与此同时，分析了节理JRC值和节理面颗粒摩擦系数对节理抗剪强度影响，并反推出了节理面抗剪强度参数Cj与?j与JRC值的关系。结果为：法向恒定荷载越大时，节理峰值抗剪应力越大，剪胀现象越小，节理形貌损伤范围越大。随着剪切的进行，上下节理面接触范围减小，微裂纹开始主要沿节理面产生，随着剪切位移的继续增加微裂纹数量显著增加，并且不局限于节理面附近而深入到模型内部。随着节理粗糙程度（JRC值）和节理面颗粒摩擦系数的增加节理峰值抗剪应力也增大。节理抗剪强度参数Cj与?j随着JRC值的增大而增大。所得结果可以为室内试验和工程应用提供参考和依据。

围岩松动圈支护理论已被工程界广泛认同和接受，如何准确快速地探测松动圈深度更好的为工程服务，成为大家所关注的问题。以新建兰新铁路大梁隧道现场试验为依托，对测试断面围岩松动圈深度采用单孔声波测试法、地质雷达法进行探测，结合现场地应力及岩体物理力学参数实测结果进行数值模拟分析可知，以单孔声波测试法结果为基准，地质雷达测试结果与声波法测试结果基本一致，在围岩含水区域测试结果存在一定偏差，地质雷达发出的电磁波对含水区域比较敏感，发射和接收干扰较大，但地质雷达作为一种快速、无损的检测方法应该得到大力推广应用。由于数值计算时没有考虑爆破对围岩松动圈的影响，其计算结果与声波法探测结果相比偏小，但是两者的变化趋势基本上是一致的。数值计算应以现场地应力及岩体物理力学参数测试结果为依据，使计算结果更加真实，更好地为工程决策服务。

为了研究盐岩地下储气库群运行过程中注采气压变化对洞周围岩变形的影响，设计开发了一种基于光纤布拉格光栅技术的棒式光纤位移传感器，并将其成功应用在盐岩地下储气库群模型试验的位移监测中。试验结果表明，注采气压速率是影响盐岩储气库运营安全的重要因素。采气过程中洞周出现径向收敛位移，该位移随采气速率和时间的增加而增加；注气过程中洞周出现扩张位移，该位移随注气速率和时间的增加而增加。空间上，气压变化对洞腔腰部位移影响最大。为了保证储气库运行安全，应控制注采气速率。针对所研究工程原型，建议储气库的最大采气速率应小于0.65 MPa/d，最大注气速率应小于0.75 MPa/d。

将计算机辅助检测技术(computer aided inspection, CAI)引入到滑坡物理模型试验坡面位移场测量中，采用高精度的三维激光扫描设备对滑坡物理模型试验中坡体表面的位移和变形进行全方位的监测，采用“3D比较”测量坡体表面位移场。提出采用计算机辅助检测技术测量滑坡模型试验中坡体表面位移场的技术路线，并通过抗滑桩加固滑坡模型进行了实例测试，获得满意的结果。结果表明，计算机辅助检测技术可以最大限度的采集坡体表面的三维数据，获取坡体信息丰富、全面的位移场结果，避免传统单点监测以点带面的局限性；应用计算机辅助检测技术直观展现传统监测方法难以观察到的坡体边界效应、土拱效应等试验现象；计算机辅助检测技术所测位移场规律性好，与定性及理论结果相符，与试验过程中各种现象符合很好，结果可信、可靠。

冻土的动力学参数是工程设计的重要依据之一，也是数值模拟时不可或缺的因素，动力学参数的正确与否直接影响了工程设计和数值模拟的正确性。通过分析其他学者做过的冻土动荷载三轴试验，以及参考普通直剪仪器的构造，北京交通大学冻土室研制了一种新型的冻土动荷载直剪仪，该仪器将传统直剪仪的水平静载部分改造为能够提供动荷载作动器，可以提供一个0.1~6 Hz、20kN以内的动荷载，用于测定冻土的动力学参数。介绍了动荷载直剪仪的结构组成、动力系统、测控系统等，并详细分析了仪器框架、直剪盒、动荷载作动器等的参数选取方法。最后使用该仪器进行了一组验证试验，试验结果表明，动荷载直剪仪能够完成其设计目的，可以测量出冻土在动荷载下的应力-应变曲线，从而求出动弹性模量、动阻尼比等，为冻土的动力学参数测定开辟了一条新的道路。