通过对煤体蠕变特性的分析，提出采用五元粘弹塑流变模型能很好地描述煤体的蠕变特征。在考虑煤层瓦斯的作用下，得到了含瓦斯的煤蠕变状态方程。由于揭开的煤层裸露面由原来的三向受力变为二向受力，在合适的条件下煤体会产生蠕变。而煤体在双向受压时，裸露面方向的应变为拉应变，当裸露面方向的煤体的拉应变大于煤体破坏时的拉应变时，煤体将产生蠕变失稳。从而可以预测煤体蠕变失稳的时间。研究成果可以解释揭煤工程岩体失稳。

将隧道上覆岩层简化为弹塑性双参数基础梁力学模型，分析研究了拱顶上覆岩层挠曲线微分方程和隧道围岩变形弹性基础梁挠曲线微分方程，探讨了隧道基础屈服区宽度R满足条件，得到了拱顶下沉速度的表达式，从理论上解释了隧道围岩变形问题，为开展隧道监控工作提供了依据。

隧道和地下空间工程的稳定性和可靠性评价的问题一直是岩土工程界关注的难点问题。针对隧道围岩-支护系统的稳定性、可靠性、安全性的问题，采用以隧道及地下工程围岩变形位移为判据的隧道及地下工程围岩稳定性分析方法，分析了隧道及地下工程围岩位移的极限状态，提出了隧道及地下工程围岩极限位移的确定方法和大变形隧道及地下工程围岩极限位移的分析方法。结合工程实例，建立了以DGM（2，1）模型和Verhulst模型为理论的隧道及地下工程围岩稳定性分析的位移预测预报方法；在此基础上，提出了隧道及地下工程围岩稳定性及可靠性位移判别准则。其研究和分析结果将有助于构建隧道及地下工程围岩稳定性分析的位移预测预报系统。

盐膏层套管损坏是由于盐岩蠕变对套管产生一个严重的非均匀附加外挤力而造成的，目前，国内外仍没有一套成熟的非均匀外载作用下的套管强度设计方法。根据实际全尺寸套管承受非均匀外载作用下的强度实验，研究了非均匀外载作用下油井套管的强度特性，提出了用“等效破坏载荷”及椭圆载荷的短、长轴之比来定量描述套管所受非均匀外载的概论，建立了非均匀外载下的套管强度设计图版，可用来检测盐岩等流变地层中下入套管的安全性或在已知套管外载时进行套管强度设计。实验结果表明：套管承受非均匀外载作用时其强度与承受均匀外压相比要低8～21倍。

针对阳泉矿区一次采场巷道，采用正交数值分析方法和灰色理论中的关联度分析，进行了支护参数的优化决策。选择了8因素3水平的正交数值试验方案，进行18次数值计算，研究了不同的一次动压条件（应力环境）和支护参数的巷道稳定性与变形特征。在计算中，考虑了围岩锚固的“强度效应”，提出了锚固效应在数值计算中的实施方案；提出了巷道稳定性和变形收敛率两类评价准则，确定了相应的局部优化方案。在此基础上，综合支护成本和施工难易程度等因素，采用了灰色理论进行最佳方案的关联度分析，由此获得一次动压巷道的最优支护方案。该研究已应用于阳泉矿区一次采场巷道支护设计，取得了较满意的支护效果。

采空区充填体可以改善围岩应力状态、限制围岩移动的规模，维护空区的稳定性和地表的生态环境。根据充填体作用的机理，利用正交试验研究影响尾砂充填体强度的因素，优选出符合工程需要的尾砂胶结充填体材料配比，分析了该配比下的充填体强度特性。结果表明，充填体可以有效地限制该矿区的地压活动，对于资源的二次利用和环境保护也有较大意义。

对武汉地区具有代表性的粉质粘土，用基坑开挖过程中坑周土体的应力路径在真三轴上进行模拟试验，得到平面应变条件下固结不排水卸荷试验结果，将其整理成应力-应变关系曲线、孔隙水压力-竖向应变关系曲线、中主应力系数-竖向应变关系曲线和卸荷试验应力路径图。试验结果表明，竖向( )压力不变，侧向( )卸荷时，其应力-应变关系随固结压力的增加，由应变硬化型向应变软化型转化；固结压力较低时，表现为剪胀，固结压力较高时，表现为先剪缩，后剪胀；当中主应力( )始终大于但接近于侧向压力( )，按所定义的中主应力系数bd值较稳定；有效应力路径随固结压力增大产生偏转。这些结论为进一步研究粘性土中主应力的作用奠定了基础。

从弹性波在介质中传播的特点和弹性波法在岩体工程中的实际应用情况方面，分析了弹性波在含裂隙岩体介质中的传播特征。将岩体中裂隙呈随机分布的裂隙岩体似为准各向同性裂隙岩体，根据能量平衡原理、岩石断裂力学理论和卡氏最小功能定理(Castiglano’s theorem)，确定了准各向同性裂隙岩体的有效动弹性参数( 、 、 )与裂隙密度参数(Xv)的数学关系。在此基础上，根据各向同性介质中传播的弹性波理论，建立了准各向同性裂隙岩体中弹性波速( 、 )和 / 与裂隙密度参数(Xv)之间的关系。理论研究表明，在此裂隙岩体中，有效动弹性参数和弹性波速与裂纹密度参数之间相互的关系均近似成倒数函数的非线性关系；裂隙密度参数增加，有效动弹性模量( )也减少，弹性波速( , )也减小；在裂隙密度参数较小时，此裂隙岩体的有效弹性模量和弹性波速随裂隙密度参数的变化较大，说明裂隙体的有效弹性参数和弹性波速对裂隙体非常敏感。

针对岩石具有应变软化和剪胀的特点，推导了巷道围岩松动圈理论计算公式，理论分析了巷道埋深、围岩强度、应变软化程度以及支护阻力对围岩稳定性的影响，提出了锚喷、锚注和锚索“三锚”支护的新概念，并成功地应用于工程实践，取得了良好的技术和经济效益。

通过实测发现了厚砂土层载荷传递现象，提出了顶板关键层载荷层载荷传递因子的概念。运用动态载荷相似材料模拟实验，得出了初次来压期间厚砂土层的“拱形”和“弧拱形”破坏特征，建立了载荷传递力学模型，得出了初次来压载荷传递因子的计算公式。

在土工结构物地震有效应力分析中，往往采用Hardin经验公式计算动荷作用过程中由于孔压变化对砂土初始弹性剪切模量Gmax的影响，但由于以往试验手段的限制，这种方法的有效性至今没有得到验证。为此，采用多功能三轴仪和压电陶瓷弯曲元剪切波速测试系统，研究了不排水循环荷载过程中孔压对细砂Gmax的影响。试验结果表明，细砂Gmax可由 Hardin型经验公式计算，但材料参数应通过试验确定；不排水循环荷载作用过程中，细砂Gmax随孔压上升而降低，其值可由其实际平均有效应力和固结后的孔隙比通过由试验得到的Hardin型经验公式计算。

结合重庆某开发建设项目，采用2D-σ有限元结构分析程序，具体分析了4种典型分析计算状态下地下隧道围岩与地表构筑物地基中的应力演变规律。分析结果表明，地下隧道与地表构筑物之间将可能产生相互影响，其应力分布曲线在隧道附近都将产生较明显的突变，且将在隧道围岩中发生相对应力集中现象，在隧道侧墙处出现较大压应力，在隧道拱顶处将出现拉应力，地表构筑物地基对地表上部荷载的传递是向下逐渐扩散的，进而探讨了地下隧道与地表构筑物之间的相互影响问题。

根据综放开采坚硬顶煤预先弱化爆破作用的目的和特点，认为在爆炸载荷作用下坚硬煤体的动态断裂破坏也是一个连续损伤演化积累过程。通过大煤样爆破超动态应变测试，提出坚硬顶煤预先弱化爆破的爆破中区应变波峰值体积应变符合幂函数衰减规律，并在此基础上，结合Tarlor、Drady等岩石爆破损伤演化模型，建立了坚硬顶煤预先弱化爆破宏观损伤破坏程度的分布函数，给出了相应的计算参数和系数，为分析和确定顶煤弱化爆破合理参数提供了基础。

在对盾构施工变形规律认识的基础上，引入了智能控制学科的思想与方法，采用模糊逻辑控制技术建立了变形的智能模糊逻辑控制系统模型，并进一步在地铁盾构法区间隧道工程中进行了初步实证研究。控制分析结果表明，采用本文提出的理论控制模型能够实现定量化盾构诸施工参数的主动与实时控制。

在万州侏罗纪红层中，连续分布多层产状稳定、厚度较大的软弱夹层。经X射线衍射分析、红外光谱分析及扫描电镜观察：软弱夹层主要矿物成分为蒙脱石、长石、α-石英、伊利石、绿泥石等；其微观结构以片状结构为主，微裂隙和微孔隙发育，有少量网格结构，局部可见粘土矿物定向排列。野外调研表明：软弱夹层曾经受较强的构造挤压作用，部分已发生层间剪切破坏，从而导致剪切强度降低。对软弱夹层的物理力学性质进行试验研究可知：软弱夹层为中等膨胀性土；且一旦遇水饱和，其剪切强度将大幅度下降。这些特征说明，在特定的条件下，软弱夹层容易成为基岩滑坡的滑动面。

华蓥山隧道在施工过程中遇到岩溶、断层、涌突水、煤层段和瓦斯等主要工程地质问题，地质情况非常复杂。总结了华蓥山隧道东口右线揭穿和通过煤层的施工技术，为隧道大断面安全揭煤提供技术参考。

采空区是公路隧道典型不良地质情况之一，总结了隧道采空区处理的原则和方法。结合西山坪隧道下采空区的分布特征，分析了采空区对隧道稳定性的影响，阐述了下采空区的治理措施。

研究了3种粘土的未扰动试样和重塑试样在三轴排水固结试验条件下的粘塑性。在试验过程中，利用计算机控制应变控制式三轴仪的加载速度，实现了在不同加载阶段的不同恒应变率加载。依据应力对应变率改变的响应程度对粘土的粘塑性进行了评价。实验结果表明，粘土的粘塑性表现为等时特性，并且经过一定时间的蠕变后，粘土强度会有较大地提高。并指出粘土的粘塑性应力-应变特性可以较好地采用非线性三要素模型对它进行描述。

通渝隧道区分布的含水层属海相沉积而成的可溶岩。2004年2月22日，在隧道中间地段k21+780里程，埋深达 940 m的隧道左拱肩发生突发性特大涌突泥的地质灾害。运用3D-σ数值分析软件对隧道k21+780地段的围岩进行应力计算，得出了围岩的应力及破坏域分布特征，结合工程地质及隧道施工分析了深埋隧道涌突泥的形成原因。

利用自行研制的岩石三轴蠕变仪，对泥岩进行了系统的三轴蠕变试验。试验中考虑了轴压?1和围压?3对蠕变的影响。结果表明，当围压?3一定时，轴向应力?1增加，蠕变加快，在稳态蠕变阶段的应变率增大，试件的寿命缩短。而当应力差?? =?1–?3保持不变时，围压?3增加，蠕变减慢，稳态蠕变阶段的应变率也减小，试件的寿命增加。利用非经典粘塑性损伤本构模型对试验现象进行了分析，得到了较为满意的结果。

石油开采过程中的油藏压实和地面沉陷是海上油田开发不容忽视的问题。通过对油藏压实与沉陷的机理及影响因素分析，给出了油藏压实与沉陷量的预测模型及计算方法，并以某海上油藏实例进行了计算。对于油藏开发整体规划、海上作业平台优化设计有一定的指导意义。

利用先进的GDS应力路径三轴仪，探讨了花岗岩残积土在特殊应力路径下的三轴试验特性。做了2种应力路径下的三轴排水剪切试验：平均应力等于常数、偏应力变化的剪切试验以及偏应力等于常数、平均应力变化的剪切试验。试验结果表明：平均应力等于常数的试验其偏应力-轴应变曲线为双曲线型，偏应力等于常数的试验其平均应力-轴应变曲线为幂函数型；发现花岗岩残积土具有剪缩特性，回弹体积模量随偏应力增大而显著提高。

为了解隧道开挖后顶板岩层活动范围及其对隧道支护体的影响，对埋深为700 m的隧道多层状顶板岩体，采用两种方式对其顶板围岩破坏形式进行了数值模拟研究和理论分析。一种方式是将顶板112 m至地表的588 m范围内的岩层视为均布荷载，模拟计算隧道顶板112 m范围内岩层的应力、位移及塑性区范围；另一种对隧道至地表岩层进行全断面模拟。模拟计算分析表明，对于隧道顶板112 m范围内相应位置的压应力 、竖向位移 及剪应力 ，两种方式计算结果基本相同，说明在距隧道中心一定高度处的岩层出现离层现象；复合顶板中的两层及两层以上的硬岩层与其间的软岩层构成了若干个组合板结构，隧道支护体所受的载荷主要来源于第一个组合板以下的岩体，并将第一个组合板以下的高度定义为支护体关键荷载圈。由数值模拟分析和理论计算所得到的隧道支护体关键荷载圈高度均在75 m左右，相对误差不超过5 %。

利用MTS815岩石材料试验机试验，得到了在不同围压下砂岩的应力-应变全过程曲线及曲线上的压密、弹性、应变硬化(塑性)和应变软化(破裂)的4个阶段。分析了各阶段岩石的变形特性和围压对岩石强度的影响。根据岩石的变形特性提出以Duncan模型为基础的、能够描述岩石压密、弹塑性和破裂段的单一岩石本构模型，用改进的模型分析了岩石变形破坏机理。实验表明，提出的改进本构关系能更好地描述岩石的变形和破裂。

介绍了声发射Kaiser效应测定岩体地应力的原理、方法和测试技术，应用弹性力学理论推导出地下岩体测点处的地应力表示和地应力椭球基本方程。通过在定向岩芯9个特殊方向取样，进行声发射试验得到了各方向的单向正应力值，将其值代入地应力计算公式中得到了3个主应力的大小、方向。其实验研究结果可为工程提供借鉴和参考。

由于地质条件的复杂性，隧道施工中难免会遇到诸如岩溶突水、岩爆、围岩大变形、塌方等地质灾害问题。超前预测预报技术作为隧道勘察结果的进一步认识和补充，在隧道施工减灾、防灾方面发挥着重要的作用。以笔架山隧道为例子，针对该隧道复杂的地质条件，采用工程地质方法和物探方法相结合，以隧道内地质观测分析与设备测试相结合的超前预测预报技术，成功地预报了掌子面前方的地质信息，有效地指导了该隧道的安全施工。

在分期堆载预压过程中，需要对每一级堆载以及对下一级堆载高度下进行地基稳定性计算，并根据计算结果确定加堆高度和时间。计算时，根据不同堆载高度下的比奥固结理论有限单元法计算结果，用考虑地基强度增长总应力法和考虑超孔隙水压力的有效应力法分别进行地基稳定性计算，以保证地基在每一次加载时的稳定性。结合具体的工程实例，得到了一个很有用的结论：考虑地基土强度增长的总应力法和考虑超孔隙水压力的有效应力法进行地基稳定性计算所得的安全系数趋于相等。

高地应力以及由此诱发的地质灾害（如岩爆等）是目前隧道施工中经常遇到的工程地质问题，地应力测试则是进行隧道岩爆及其其他灾害预测预报的重要内容，利用岩石声发射Kaiser效应测试地应力应用较为广泛，作者采用岩石声发射Kaiser效应法对隧道岩体初始地应力场进行了测试，结果表明，笔架山隧道应力总体状态为稳定型，岩体应力量级普遍较低。利用所测得的地应力场数据，结合国内外相关岩爆判据判定和理论分析，进一步得出笔架山隧道不会发生岩爆的结论。通过2D-σ有限元数值模拟，对笔架山隧道开挖中是否会产生岩爆等施工地质灾害做出了最终的判定，这种综合预测方法的准确性和可靠性较以前单一的岩爆预测方法大大提高，在岩爆预测理论和工程应用方面具有很好的参考价值。

以万松岭隧道工程开挖为研究对象，对隧道工程开挖施工爆破地震波的振动监测方法及控制技术进行了研究。通过对爆破振动监测结果的回归分析，建立了隧道工程开挖爆破振动传播的数学模型；确立了其传播衰减规律。结合工程实际，提出了修正后的爆破地震波衰减经验数学公式；经对比分析，所得爆破地震波衰减规律公式预测的质点振动速度具有较高的精度。同时，结合该隧道工程开挖爆破施工，从选择合理爆破时差、最大装药量、微差起爆、掘进进尺、预裂爆破等5个方面提出了爆破振动控制技术措施使该隧道开挖施工爆破中的地面振动速度值控制在了安全范围以内，从而确保了施工段地面建筑群的安全和该隧道工程开挖爆破作业的安全。其研究对指导隧道工程开挖爆破施工和保证地面建筑物安全起到了重要作用。

对某水利枢纽工程坝址区工程地质三维可视化与FLAC3D数值模拟耦合进行了研究。利用钻孔信息，采用多层DEM技术建立三维格网地层模型，然后，将各种工况几何形体映射到地层格网上。在此基础上，根据FLAC3D建模特点，用一系列横截面切割此三维地质模型，并保证相邻两剖面拓扑一致（或退化），再通过对相邻剖面网格调整、连接形成FLAC3D基本单元。运用此方法实现了该水利枢纽工程三维数值模拟。

米箭沟尾矿坝为了进行加高设计而进行了尾矿库区的地质钻孔勘探。基于实际钻孔勘探成果的最佳反演分析各分区—尾矿砂、风化岩体和初期坝堆石体的模型渗透参数和加高设计方案，采用三维有限元数值计算方法，应用自主开发的3D-Seepage-Stress程序进行了该尾矿坝加高后渗流场数值分析，得出渗流场各要素分布图。可以看出，在此加高方案下，尾矿坝库区浸润线和溢出点都很高，不利于尾矿坝的稳定安全和运行管理。为此提出了在加高方案设计中加强排渗设施设计的初步方案与建议。

运用动态非线性有限元法和Hoffman破碎准则，研究了高压水射流破碎岩石的规律，提出了高压射流破碎岩石过程分为射流冲蚀破碎和锤冲破碎及两个临界压力的概念。研究结果表明，提高射流冲击速度、喷射直径、横移速度、射流束数，在35°至40°之间合理选择射流入射角可以提高射流破碎岩石的效率。

采用大型有限元数值模拟软件ANSYS，对深部软岩巷道锚注支护前后围岩变形破坏规律进行了数值模拟，对锚注支护前后围岩的应力、位移及塑性区的变化情况等进行了系统分析，结果表明，锚注支护显著提高了围岩的强度和承载能力，有效地控制了深部软岩巷道的损伤变形。

在岩石材料的加载过程中，当荷载超过某一临界值时，岩石的变形从稳定变形阶段突变为不稳定变形阶段，即使是保持荷载不变，破裂也会继续发展，表现为“雪崩”式的破坏过程。基于自组织临界性理论及沙堆元胞自动机模型，对岩石失稳破坏过程中的损伤演化、裂纹扩展规律进行了探讨，从新的角度研究了岩石失稳破坏的细观演化规律。

拼装衬砌是盾构隧道主要承重结构，其受力性能的好坏直接影响到隧道安全，因此，正确分析拼装衬砌的受力特征，对于衬砌的合理设计非常重要。而且，施工阶段作用在盾构衬砌的荷载与使用阶段相比存在很大差异。通过运用可以考虑接触问题的三维有限元对连续模型及通、错缝拼装的隧道衬砌在施工阶段的受力性能进行了分析，得出衬砌的应力变形规律，为盾构隧道衬砌的设计提供有益的参考。

把块裂结构岩质边坡看作拟连续介质与块裂介质广义双重介质，运用现代分形理论，建立了1-2级主干裂隙分形网络，并根据两类介质接触处水头相等及节点流量相等建立了合理的块裂结构边坡三维水力学模型，给出了有限元解法，模拟了三峡工程的蓄水位至175 m时边坡渗流场与应力场的变化，在应用上有较好的可靠性与广泛性。

在探索多场耦合理论基础上，研制出了一个考虑饱和-非饱和渗流场和温度场对应力场作用的三维弹塑性有限元程序，该程序采用了以下简化假设：不考虑力学过程和渗流过程对温度场产生的影响，而只考虑变温对力学过程产生的影响；不考虑力学过程和温度场对渗流场产生的影响，而只考虑渗流场对力学过程产生的影响。经与弹性力学解析解对比，验证了该程序计算结果是合理的。

收集大量岩石力学参数数据，利用数据预处理、统计分析、灰色系统理论、人工神经网络、经验分析等多种数据处理方法, 并参照各行业规范对力学参数取值的方法和范围，建立起岩石力学参数数据库系统。该系统可以根据工程岩体的名称、风化程度和饱水状态等工程地质情况，对实际工程中工程岩体的力学参数作出查询、预测、判断和决策。文中介绍了该系统的功能、特点、数据收录范围、数据库结构以及系统的框架组成，并以一个工程实例描述了系统的使用方法。