应变软化是指应力-应变曲线中轴向应力随应变的增加而减小的现象，许多种类的岩土介质在工程扰动的作用下呈现应变软化的行为。在分析应变软化问题时，其应力-应变关系式中的切线刚度矩阵是非正定的，由此导致计算求解的困难。将岩体应变软化过程简化为一系列脆塑性过程，于是应变软化问题的求解归结为一系列脆塑性过程的分析。基于经典弹塑性力学理论，提出了应变软化过程模拟方法及其相应的有限元求解过程，编制了计算程序，研究了应变软化本构模型中不同强度弱化速率对圆形洞室围岩塑形区分布的影响，进一步分析了应变软化模型对应的隧道径向变形沿洞轴方向的分布特征，并与已有监测数据得到的分布规律进行了对比。初步的研究结果表明，应变软化模型得到的计算结果是比较合理的

管涌对堤防工程的危害极为严重，人类对管涌的认识也逐渐加深。目前，对管涌破坏开始的条件及其破坏后通道贯通的后果了解较多，然而，因其破坏及发展机制的复杂性，对于管涌发生后涌砂及流量的研究并不深入。通过自行设计的室内模型，改变上覆黏土的厚度对3组土性相同的无黏性土试样进行试验。对测压管水头、通道范围、涌砂量和流量等进行对比分析，研究孔隙率、渗透系数以及流量的变化规律，发现涌砂随时间变化满足非线性关系——Boltzmann模型。最后，利用渗透系数与孔隙率以及孔隙率与累计涌砂量的关系，推导并验证了流量随时间变化的理论公式。这对于认识管涌和有效控制管涌发展以及减灾避难有着非常重要的意义。

为探讨循环荷载作用下夯实水泥土圆柱形桩与夯实水泥土楔形桩复合地基工作性状的差异，通过室内模型试验，并在桩顶及桩周土表面埋设微型土压力盒，进行循环荷载下夯实水泥土圆柱形桩和楔形桩的4桩复合地基及单纯软土地基工作性状对比试验，探讨循环应力比和加载周数对夯实水泥土圆柱形桩和楔形桩复合地基永久沉降、桩-土应力比的影响规律。研究软土地基加固方法对永久沉降和桩-土应力比的影响，揭示了循环应力比与桩-土应力比的关系。研究结果表明：采用夯实水泥土桩加固软土地基，能提高地基的临界循环应力比，增强地基抵抗循环荷载的能力；在相同的加荷周数和循环应力比的加载条件下，采用夯实水泥土楔形桩加固软土地基对降低地基永久沉降的效果比采用夯实水泥土圆柱形桩的效果要好，且楔形桩的楔角越大，降低永久沉降的效果越明显。循环应力比越大，桩-土应力比越大；桩-土应力比随楔形桩楔角的增大而增大，随加载周数的增加而降低，并存在一临界加载周数；当加载周数小于临界周数时，桩-土应力比随加载周数迅速降低；当加载周数超过临界周数时，桩-土应力比几乎不随加载周数的变化而变化。

利用分离式Hopkinson压杆（SHPB），以铝质套筒作为围压装置，分别研究温度为-8、-12、-16 ℃在不同应变率下的人工冻结黏土围压状态变形特征和轴向动态应力-应变关系。研究结果表明：在围压状态下，冻土呈黏塑性破坏特征；当人工冻结黏土温度为-16 ℃、平均应变率分别为410、457、525、650、827 s-1时，其最大应力分别为10.76、12.18、14.27、20.24、23.34 MPa，最大应变分别为0.081 7、0.097 2、0.105 0、0.131 0和0.166 0，表现出较强应变率效应；-12 ℃和-16 ℃时在应变率为457 s-1下的最大应力分别为8.28 MPa和12.18 MPa；当应变率相同时，温度越低，最大应力越大，冻结黏土表现出较强的温度相关性。人工冻土的动力学特性为冻土开挖方法的研究提供依据。

排土场稳定性主要取决于排土场的坡角及排弃废石的内部强度。通过低压到高压的三轴压缩试验研究了千枚岩粗颗粒散体材料强度的特性及压力对其强度的影响。试验表明：粗颗粒材料的破碎率随着压力的增大而增加，而增加速率则随着压力的增大而减小，并给出了一个用于描述压力及破碎率的关系式。提出了考虑破碎对强度影响的强度准则，该准则能描述粗颗粒材料的强度随压力的变化情况。采用该强度准则分析排土场的稳定性，其结果更加接近实际情况。而采用摩尔-库仑强度准则计算得到的排土场稳定性安全系数偏大，存在安全隐患。建议采用本文提出的强度准则分析排土场稳定性，特别是对于超高排土场的稳定性分析，更加适用该强度准则。

随着西部电网建设的发展，越来越多的架空输电线路需经过黄土地区。输电线路杆塔基础抗拔能力通常是其设计控制条件。掏挖扩底基础因具有较好的抗拔承载性能而在黄土地区输电线路工程中得到广泛应用。根据甘肃黄土地区2个试验场地12个掏挖扩底基础实测上拔荷载位-移曲线，分别采用Chin双曲线模型以及初始直线斜率法、双直线交点法和L1-L2方法确定了基础抗拔极限承载力及其对应位移，得到了抗拔基础归一化荷载-位移曲线，采用归一化荷载-位移双曲线模型对试验结果进行拟合，给出了不同保证概率下基础荷载-位移预测曲线。结果表明：初始直线斜率法得到的承载力最小，双直线交点法次之，Chin数学模型法最大，宜采用L1-L2方法确定黄土地基掏挖扩底基础抗拔承载性能；荷载-位移曲线归一化处理可显著减小实测荷载-位移曲线的离散性，按双曲线拟合参数a、b均值确定的归一化荷载-位移曲线代表了试验平均值，而试验荷载-位移曲线刚度远大于95％保证概率的预测曲线。

针对目前量测土体膨胀力的主要方法所存在的不足，提出近似完全限制条件下测量土体膨胀力的改进方法。以压实红黏土为研究对象，测到不同初始状态（含水率、干密度）试样的膨胀力，并与膨胀反压法测得的膨胀力进行对比分析，发现限制膨胀方法测得的膨胀力要小于膨胀反压法的试验值。同时，显现出限制膨胀法测膨胀力具有3个主要优点：试验过程中保持土体不发生变形，更加符合膨胀力的物理定义；试验耗时少、占空间少；能测较宽含水率范围内的膨胀力。最后，利用压汞法和氮吸附法测得不同状态下土体的细观孔隙结构分布特征。结果表明：相同干密度试样，制样含水率对压实土体的孔隙分布影响显著；黏土晶间和粒间吸水自由膨胀后发生“不可逆”膨胀变形；土体发生“不可逆”膨胀变形程度是引起限制膨胀法和膨胀反压法所得试验结果出现差异的主要原因。

采用相似材料模型试验对不同节理倾角、节理贯通度、节理条数、载荷应变率、节理充填物厚度、节理充填物类型及试件长径比等7种工况下的节理岩体动态强度及破坏模式进行了分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验研究。结果表明：节理岩体动态破坏模式及强度与节理构造形态密切相关。对于单节理岩体，其强度及破坏特征在很大程度上受节理倾角控制，节理倾角0°、90°试件动强度分别为完整试件的90%和71%，且其破坏形式均为张拉破坏；倾角60°试件动强度几乎为0；倾角30°、45°试件的动强度分别为完整试件的50%和18%，且其破坏以剪切破坏为主，兼有张拉破坏。中心1/4、1/2、4/5及全贯通节理试件的峰值强度分别为完整试件的95%、74% 、28%和17%，即随节理贯通度增加，试件动强度逐渐降低。含1~3条节理的试件动强度分别为完整试件的54%、23%和10%，即随节理条数增加，试件动强度随之有较大幅度降低，但节理条数的增加并没有改变其破坏模式。随着节理充填物厚度增加及节理充填物强度降低，试件强度依次递减，但破坏模式并没有改变。完整试件和节理试件的动强度均随着载荷应变率的增加而变大，且前者对载荷应变率的敏感性要远远高于后者，相应地试件的破坏模式也变得更加复杂。两类试件的动强度均随着试件长径比的增加先增大后减小，即存在一个最佳长径比。

基于碎屑岩组织结构疏松、含水率较高、物理力学性能较差、呈孔隙式胶结接触等特点，对碎屑砂岩首先开展了物理特性试验分析，认为其微、细观结构复杂、内部破坏严重，矿物成分为石英、长石、绢云母等，化学成分以SiO2为主，属微透水、小孔隙率砂岩，且渗水化学侵蚀并不显著。其次，开展了静水压力、单轴压缩和三轴压缩试验，研究了碎屑砂岩的强度和变形破坏特性。最后，初步探索了物理特性与强度变形特性的关系。结果表明，静水压力为2.6 MPa时，岩样内部微缺陷压密完成；单轴压缩曲线呈明显6阶段特征，峰值应力达0.98 MPa，属脆-延性破坏；三轴压缩条件下，岩样呈压缩为主的延性扩容破坏，轴向压缩和环向体积扩容达6%和4%；曲线无明显破坏荷载，呈现非线性、塑性硬化、存在屈服平台和体积由压缩向扩容过渡等特性。且体积扩容破损应力与屈服应力基本相同，扩容转折点随围压增加而增大，围压可增强岩样抵抗变形破坏的能力。试验结果旨在为岩石工程稳定分析及本构模型构建提供可靠的依据。

根据包边法施工中填芯重塑膨胀土和包边石灰改性膨胀土的实际工程状态，设计了反映其运营状态的干湿循环过程，对6次干湿循环前、后膨胀土的强度特性进行了较为系统地试验研究。结果表明，在压实度为90%~96%时，干湿循环前重塑膨胀土和石灰改性膨胀土慢剪强度及强度参数均随干密度单调增加，而干湿循环后其黏聚力c随干密度单调增加，干密度对内摩擦角φ的影响则明显变小；重塑膨胀土和石灰改性膨胀土干湿循环后的残余强度受干密度制约性不大，但干湿循环前、后重塑膨胀土和石灰改性膨胀土的残余强度参数存在差异，且干湿循环幅度对膨胀土强度参数也有一定的影响；在分析干湿循环前、后反复剪切试验结果及膨胀土边坡长期破坏机制的基础上，认为对于膨胀土路堤，在进行强度参数选取时宜适当考虑干湿循环及其幅度对于残余强度参数的影响；利用石灰改性膨胀土包边处理填筑膨胀土路基较为适宜。

在大量冻融试验和动三轴试验的基础上，深入研究和分析了经历多次冻融循环后粉砂土动模量和阻尼比的变化规律。研究结果表明：同一动应变水平下，动应力大小与冻融次数、含水率呈负相关性，而与围压、加载频率、压实度呈正相关性；粉砂土的动应力-动应变关系存在明显的非线性，且随动应变水平的提高，动模量成倍减小，而阻尼比则成倍增大；随冻融次数的增加，动模量降低而阻尼比则增大，且经历6次冻融后均趋于稳定，建议将6次冻融后的力学特性作为设计与计算指标；围压和压实度的提高有效增强了土颗粒之间的骨架作用，动模量随围压和压实度的增减而增减，阻尼比则随围压和压实度的增加而降低；含水率的变化对阻尼比的影响不大，而当土样达到饱和状态时，动模量成倍降低；加载频率对阻尼比的影响较大，并随频率的提高而迅速降低。

目前对于土体的干湿循环过程中变形、强度变化规律研究较多，而对经过多次干湿循环后土-水特征曲线的试验研究较少。由于吸力平衡需要时间太长，对干湿循环过程中土-水特征曲线的研究也多限于单次的干湿循环试验。但考虑到实际岩土工程中气候条件的多变性和自然环境的复杂性，一般土体均要经历多次干湿循环，因此，对多次干湿循环后的土-水特性曲线研究显得非常重要。结合已有的试验数据总结脱湿曲线与吸湿曲线随着干湿循环次数的变化规律，通过引入一个与干湿循环次数有关的函数，提出能预测多次干湿循环后土-水特征曲线的方法。本方法仅需土-水特征曲线的首次干湿循环脱湿与吸湿曲线和塑性指数，就可以预测多次干湿循环后的土-水特征曲线。

即一定模数硅酸钾溶液，是保护加固土遗址的一种无机化学材料。通过近20年的实践证明，PS材料具有增强遗址土体强度和抵抗外界环境破坏的作用。但PS渗透加固遗址土的微观机制以及加固后遗址土宏观特性的改变如何，并没有取得显著的突破和统一的认识。利用3%体积浓度的PS溶液渗透加固室内击实制备的良渚遗址土试样，渗透初始含水率为13%、17%、19%、21%和25%，并对加固前、后试样进行非饱和直剪、压汞和扫描电镜试验，旨在解决上述两个问题。基于压汞试验得到的双峰孔隙分布模型，提出了PS渗透加固遗址土的两种微观加固机制，并通过扫描电镜试验结果验证了加固机制，同时提出了用于表征两种加固机制指标参数P1和P2。通过研究发现，加固指标P1和P2能够较好地描述在不同含水率下经PS加固试样的相关改进特性如土-水特征曲线和剪切特性的变化规律。研究成果为PS的进一步应用和加固保护土遗址研究提供了新的方法和手段。

对岩土三棱柱堆积体的基底应力分布进行了研究，在基底应力的理论解难以求得的情形下，基于瑞利-里兹法求解出基底应力分布的近似解，并具体计算且对比了不同坡比、泊松比、基底边界条件下基底应力分布的变化，得出如下结论：基底法向应力存在应力凹陷现象，坡度越陡，应力凹陷程度越大，底边有约束时应力凹陷程度更明显；泊松比对基底法向应力的分布几乎无影响，泊松比主要影响基底切向应力分布的形态，且泊松比越大，基底切向应力值越大；坡比改变基底切向应力的最大值及其所处位置，坡比越大，基底切向应力值越大，且基底切向应力最大值距离基底中心越远。

由固结系数Cv与有效应力 和孔隙比的关系，推导了考虑固结系数变化的分级连续加载固结控制方程。根据方程的解析解得到了分级连续加载的沉降计算公式。结合云桂高速铁路建设，以高路堤分段堆载方式为研究依据，在GDS三轴试验系统开展原状膨胀土分级连续加载K0固结试验。结果表明：沉降与时间关系在加载期呈折线式发展，稳载期呈双曲线变化；膨胀土的应力-应变关系呈阶梯式变化；当 ≤ 时，固结系数随有效应力呈先增大而后减小，当 ＞ 时，固结系数随有效应力呈波动持续减小。固结度理论计算值与试验结果相比，考虑固结系数变化的固结度计算比固结系数为定值更准确。分级连续加载沉降计算公式可作为分析高速铁路路基沉降-时间关系的参考方法。

为深入探究岩体非线性软化应变特性对隧洞围岩力学行为的影响，提出了一种考虑软化系数的岩体弹塑性软化模型，并推导了圆形隧洞围岩应力-应变的求解方法。然后，通过将本文方法与Brown方法、换算后的Mohr-Coulomb屈服准则方法进行对比，验证了本文方法的合理性。最后，探究了软化系数对围岩变形及支护压力影响规律。结果表明：软化系数较大时，采用弹塑性软化模型与弹脆塑性模型算得结果基本相同；对围岩变形及稳定性起主要控制作用的是松动区域范围；控制塑性区域出现时的临界支护压力在数值上与弹塑性区域交界处径向应力是相等的。

当挡土墙附近存在临近建筑地下室外墙时，其挡土墙土压力与传统的Rankine理论基于无限半空间体假定不符，因而在这种新的工程背景下需要采用合适的理论来计算挡土墙土压力及其作用点高度。已有的研究表明，这种条件下土体的变形趋势可分为上、下两大部分：上部土体变形类似于Terzaghi的活动门试验，土体沿着墙体下滑，而下部土体则沿着土楔形体而变形。因而将土拱效应用于求解挡土墙土压力的计算分成了上、下两大部分考虑。假定土拱形状为圆弧，基于主应力旋转概念分别给出了上、下两部分的侧向土压力系数，运用水平微分层析法基于静力平衡思想给出了两部分的水平向主动土压力分布公式。最后通过坐标平移的方式给出了主动土压力合力及其作用点高度的表达式。算例表明，计算结果与数值计算结果较为接近，其结果对实际工程有一定的参考价值。

利用SWC-150 Fredlund土-水特征曲线压力仪，对不同干密度的砾石土进行不同竖向应力作用下的土-水特征试验，探讨了干密度和竖向应力对土-水特征曲线(SWCC)的影响。采用Fredlund & Xing三参数模型对试验所得的土-水特征曲线进行最小二乘法拟合，获得了土-水特征曲线的模型参数，并探讨了其变化规律。随着竖向应力及干密度的增大，模型参数n增大，m减小。除吸湿阶段拟合参数a随干密度略微减小外，其余情况a随竖向应力和干密度密度的增大而增大。结合土-水特征曲线拟合函数，分析研究了竖向应力和干密度对土-水特征曲线的进气值或进水值以及斜率的影响规律，提出了土-水特征曲线的进气值或进水值以及过渡段斜率与竖向应力和干密度的定量关系。结果表明：进气值或进水值与竖向应力和干密度呈线性关系，但吸湿阶段的进水值随干密度变化不明显；土-水特征曲线的斜率与竖向应力呈双曲线关系，与干密度呈直线关系。

以杭州原状软土为研究对象，借助扫描电镜和PCAS微观定量测试技术，采用分形理论对波浪荷载下的饱和软土微观结构进行研究，探讨不同循环应力比和不同频率条件下孔隙的分布特征及其变化规律。结果表明：循环应力比越大或频率越低，试样破坏所需的循环次数越少；试样临界破坏应变水平随循环应力比的增加呈升高趋势，而不同频率下的临界破坏应变水平则基本一致；孔隙的尺度、排列、形态等特征均随循环应力比的变化呈规律性变化，但随频率变化没有明显的规律性；循环剪应力作用下，孔隙破碎的同时兼并生长，这是剪切带上褶皱现象的微观本质，并且孔隙排列方向与剪切带方向基本一致。通过循环加载前、后微观结构特征参数的变化规律，揭示了波浪荷载下循环应力比和频率对土体微观结构的影响以及土体宏观变形的微观机制。

注浆是处治隧道塌方、突水突泥等地质灾害的有效手段，但对于岩体结构多样、结构面发育的富水断裂带，注浆理论及控制技术尚不成熟。基于富水断裂带内部岩体结构，建立了注浆概念模型，提出了优势劈裂注浆概念。基于广义宾汉流体本构方程，建立单一平板优势劈裂注浆扩散模型，推导了考虑浆液流变特征的优势劈裂注浆扩散控制方程。由方程可知，注浆速率、注浆压力及浆液黏度是影响注浆扩散的3个主控因素。深入分析了优势劈裂注浆过程中3个主控因素对注浆扩散的影响规律，基于此提出优势劈裂注浆控制方法，形成了注浆压力差异控制、控制液动态调节及注浆速率梯度控制3项关键技术，促使浆液在优势结构面内控制性扩散。研究成果成功应用于江西省某隧道断裂带塌方处治工程中，取得良好治理效果，对隧道断裂带地质灾害控制理论研究和工程实践具有一定指导意义。

基于云南省S214思茅-江城二级公路某一边坡，利用有限差分软件FLAC3D中动力分析模块，研究了地震作用下锚杆支护的上覆红黏土岩体边坡的动力响应。基于土体与支护结构相互作用及其协同工作，建立了三维有限差分模型，给出了阻尼和动力作用下边界的选取方法，分析了地震作用下锚杆支护上覆红黏土岩体边坡的动力响应规律，研究了在地震作用下锚杆支护边坡的抗震效果。结果表明：地震作用后各层锚杆轴力和砂浆的剪应力都有所增大，但每层锚杆轴力的增幅都各不相同，锚杆轴力沿全长分布不均匀，且各层锚杆轴力均在红黏土与基岩的交界处最大，剪应力则表现为整体增大的趋势而且最大值向坡面靠近，地震作用前、后剪应力的最小值都是在红黏土与基岩的交界处；地震作用下锚杆的支护很好地限制了边坡的变形，加大了边坡的延性，具有很好的抗震性能；边坡在地震作用下产生了永久位移；坡体内加速度在竖向随高程增加而增大；平台的设置削弱了坡面加速度的增大趋势，起到了一定减震作用。研究结论对锚杆支护边坡的抗震设计与动力分析有一定参考价值。

临界滑动面的获得是土质边坡稳定性分析中一个必要的过程，然而现有分析方法难以保证该临界滑面的准确性，而且部分分析方法在计算过程中会陷入局部最小值陷阱。基于单变量方法和最速梯度法，提出了交替变量局部梯度法，该方法能够突破最优化方法应用在边坡稳定性分析上的瓶颈。首先，通过斯宾塞极限平衡方法和网格搜索法（或者其他确定临界滑面的方法），获得边坡初始椭球状临界滑面；其次，在该滑面上布置若干节点作为变量，目标函数为安全系数Fs关于空间节点坐标Zi的方程，为了使目标函数快速降低，沿负梯度方向循环优化每个节点，当满足一定精度要求时，即可获得三维土质边坡非圆弧状临界滑动面；最后，通过算例证明该方法可行，计算结果可靠。

市政工程中管线埋入地下采用的基本流程是先开挖沟槽，将开挖的原土作为渣土处理，待管线在沟槽中安放后再用二灰土石填埋沟槽，经夯实后铺设沥青或混凝土路面。为了有效利用沟槽开挖土、减少二灰土石用量，建议采用土工袋技术处理，即将沟槽开挖土装入土工编织袋后回填至沟槽中。阐述了土工袋技术原理，并依托南京市雨污分流工程，对用土工袋回填的沟槽进行了平板载荷试验、落锤式挠度检测和路面振动测试，评价土工袋沟槽的回填效果。结果表明：土工袋在提高沟槽承载力、减少沉降变形、削弱交通振动干扰等方面具有明显效果。土工袋避免弃土外运，减少了扬尘污染，不失为一种绿色、环保、经济的工程新技术。

滚石坡面运动影响因素众多，分析预测困难，确定崩塌滚石危害范围，对崩塌灾害防治具有重要意义。在实测汶川地震399条崩塌滚石剖面基础上，通过统计分析研究了滚石运动特征和危害范围参数，得出如下结论：(1) 滚石坡面运动可划分为启动阶段、运动阶段和堆积阶段；56º为启动区滚石自由坠落模式和滑动、滚动模式界限，堆积区最大角度为39.6º，26º以下区域为减速带。(2) 滚石运动距离与高度的比值，随着地震烈度以及边坡岩石强度的增高而增大，并给出了统计公式。(3) 滚石最大运动距离与坡高之间以及陡坡段坡度与滚石运动扩散角之间有较好的线性关系，根据堆积区在边坡高度上所占比例，划分了两种坡面形态，给出了两种坡面形态边坡陡坡段坡度与滚石运动扩散角之间的统计关系图，可作为崩塌滚石危害范围判定的参考。

条带开采广泛应用于深部煤层，合理的条带煤柱尺寸对提高煤炭采出率和保护地表地貌都具有十分重要的意义。通过总结平面应变状态下Wilson准则、Mohr-Coulomb(M-C)准则、广义Matsuoka-Nakai(M-N)准则、广义Lade-Duncan(L-D)准则和外接圆Drucker-Prager(D-P)准则等5种强度准则的统一表达式，进而建立条带煤柱的极限强度、屈服宽度和留设宽度的统一计算公式，探究条带煤柱设计的强度准则效应，并得出煤层黏聚力和内摩擦角的影响特性。研究结果表明：建立的统一计算式涵盖文献已有解，且应用非常方便；条带煤柱设计的强度准则效应显著，Wilson准则和M-C准则的结果过于保守，外接圆D-P准则应用需谨慎，应优先选用广义M-N准则或广义L-D准则；煤层黏聚力和内摩擦角对条带煤柱设计的影响明显，应充分考虑煤层的强度参数变化。该研究结果可为条带煤柱的合理设计与施工提供一定的理论指导。

由于地下工程处于一定水平的地应力环境中，块体边界法向应力概化的正确与否直接关系到块体的稳定性分析结果，现通过实测途径确定块体边界法向应力的研究还较少。基于大型地下厂房块体稳定性分析，通过在块体范围及邻区不同方向布置多个钻孔，首次将原生裂隙重张试验引入到块体边界法向应力的测定，对开挖后与块体主要边界产状相近的所有原生裂隙的法向应力进行了测试，成功取得了块体边界上的法向应力状态及其空间变化规律。研究结果表明：洞室开挖完成后，块体边界应力分布不均匀，但具一定规律，垂直向表现为从浅部到深部结构面的法向应力依次增大，在水平向上，随与洞室开挖面距离的增大而增大；结构面的法向应力实测值稍小于基于围岩应力的估算值，但总体一致。该成果可为确定围岩块体的边界力学状态和应力模型简化提供参考和依据。

半圆堤是适用于软土地基的一种轻型重力式的新型防波堤结构，复合加载模式下软基上半圆堤的稳定性计算和结构破坏模式尚需建立合理的分析和计算方法。将加载模式与软基上大型海岸结构稳定性分析的有限元模拟方法相结合，同时考虑半圆堤在不同荷载组合时可能发生沿底板或抛石基床底部的滑动破坏及地基竖向承载力破坏，建立了复合加载模式下软基上半圆堤的稳定性分析方法，得出了结构的稳定性破坏模式和破坏包络线（面），并分析了箱内填砂量、抛石基床宽度及地基加固深度对半圆堤稳定性的影响。计算结果表明：半圆堤结构在复合荷载作用的破坏包络线（面）均由一定区域的结构滑移破坏面和地基承载力破坏线（面）组成，并将整个荷载组合区分成4个区域：稳定区、只发生滑移破坏区、只发生地基承载力破坏区和同时发生滑移和地基承载力破坏区；荷载与位移组合加载模式得到的地基承载力破坏包络线位于Swipe加载方式得到的破坏包络线之外，但对每种加载方式得到的地基承载力破坏包络线变化趋势基本一致；随着箱内填砂高度的增加沿沉箱底部和抛石基床底部的抗滑安全系数均增加，但地基承载力安全系数减小；随着抛石基床宽度或地基加固深度的增加，地基承载力安全系数明显增大。

根据大断面厚顶煤巷道顶板的破坏特性，考虑了顶板围岩应力水平与支护荷载的影响，利用Hoek-Brown强度准则及其相关联的流动法则，构造出厚顶煤巷道顶板的冒落破坏机构。基于塑性力学中的上限分析方法，结合变分原理，推导得到了大跨度厚顶煤巷道顶板的冒落破坏机制，并以赵楼煤矿某巷道现场实践为例，分析了不同计算参数对顶板冒落破坏机制的影响。计算研究表明：随着岩体经验参数A、抗拉强度、抗压强度及支护荷载的增加，冒落体尺寸随之增大，而当岩体经验参数B、围岩应力及岩体重度增加时，冒落体尺寸则随之减小；冒落体尺寸代表了巷道顶板安全性能的大小，其尺寸越大，表明使巷道顶板发生冒落破坏所需外力功越多，顶板安全性能也越高；岩体经验参数B、围岩应力水平与支护荷载对顶板围岩破裂机制影响较为显著，参数B决定了冒落体的破裂形状，随着参数B的增加，冒落破裂迹线的曲率不断减小；增大支护阻力是提高顶板稳定性的有效途径，其研究结果可为大断面厚顶煤巷道支护设计提供一定的理论依据。

石碑塬滑坡是1920年海原地震触发的大型黄土流滑，认识其破坏特征与发生机制对于黄土边坡长距离液化失稳机制的研究非常重要。对石碑塬黄土滑坡的调查和研究表明，饱和黄土或高含水率黄土具有很高的液化势和流态破坏势，在强震作用下，饱和黄土易发生液化或流滑。对石碑塬滑坡的7组原状黄土样品进行振动三轴剪切试验，并结合其微观特征分析，探讨了循环振动荷载作用下的饱和黄土孔隙水压力-应变增长模型，分析了振动液化过程中液化应力比与黄土粒度组成、土体微观结构参数及饱和度之间的关系。结果表明：黏粒含量越低，振动作用下饱和黄土孔隙水压力响应越快，液化应力比越低；黄土孔隙比越大，孔隙结构分形维数越大，液化应力比越低，振动液化后黄土孔隙分形维数降低，结构较液化之前更为致密；饱和度对黄土粒间胶结物质的赋存状态及黄土结构强度影响很大，同一土体饱和度越高，溶滤于孔隙水中的离子浓度越高，土体粒间接触点（或胶结点）越容易发生断裂，使得黄土结构强度降低，液化应力比降低。

以国内首个大型地下水封石油洞库工程为背景，在考虑洞库围岩节理裂隙的随机分布特征基础上，采用离散介质 流-固耦合理论对大型地下石油洞库水封性进行了评价。介绍了地下水封储油洞室水封原理与水封准则。通过室内结构面剪切试验获得了结构面参数，采用Barton-Bandis剪胀模型对结构面参数进行了校验。根据库区节理裂隙统计结果，建立了洞库围岩的随机节理裂隙网络模型。分析了不同水幕压力条件下洞室开挖后地下水压力分布情况、涌水量大小和洞库围岩变形与受力情况。分析表明：在水幕压力大于或等于75 kPa的条件下，洞室周围地下水压力满足水封准则；在水幕压力为75 kPa条件下各洞室涌水量在0.003~0.015 m3/d之间，拱顶沉降量在16~32 mm之间。研究结果可为地下水封石油洞库水幕系统设计提供依据。

复合筒型基础是一种新型的宽浅式基础型式。在风、波浪、海流等动力荷载的作用下，复合筒型基础内外地基孔隙水压力的变化对结构安全产生影响。模拟了复合筒型基础受到的风浪流荷载，并将风浪流荷载合理叠加，采用三维有限元方法分析了风浪流联合作用下复合筒型基础地基动力响应规律。同时对复合筒型基础内外地基孔隙水压力的变化规律及液化范围进行了系统分析，通过分析发现：复合筒型基础附近海床液化深度随着饱和度、渗透系数、波浪周期、水深的增大而增大，随着泊松比的增大而减小。

以江西城门山铜矿城门湖区软基土石坝为研究对象，基于淤泥流动过程中的冲击力特性，采用FLAC3D程序模拟和分析了淤泥冲击挤压作用下软基土石坝的水平速率、水平位移和剪应变等动态响应。研究结果表明：（1）坝体速率变化规律与冲击挤压作用周期基本一致。坝体监测点速率大小及发生运动的区域均随时间增加而增大。约在0.3 s（1/2周期）时，速率达到最大值；而约在0.45 s（3/4周期）时，发生运动的区域达到最大；之后随着冲击荷载的衰减坝体质点逐渐趋于静止。（2）淤泥冲击挤压作用下坝体发生了永久位移，平均位移值约30 mm，可看作坝身整体向下游侧移动了30 mm。（3）坝体内形成了一条明显的剪应变增量贯通带，发生区域位于上层软土坝基内，表明坝体最可能沿此位置发生整体滑动失稳破坏。

尾矿库边坡稳定性多以单一安全系数为评价指标，难以反映外界条件变化的过程中尾矿库边坡稳定性演化的全过程特征。针对这一问题，提出尾矿库稳定性的时变分析方法，以安全系数时程曲线分析尾矿库边坡稳定性。以尾矿库工程实例为研究对象，建立时变分析模型进行数值模拟。研究在不同降雨入渗、库水位变动以及二者耦合条件下边坡安全系数随时间变化的规律。研究结果表明，不同强度的均匀降雨影响下，6 h以后安全系数下降速率大致相当，6 h以内雨强越大，安全系数下降越快。降雨雨型将影响安全系数变化轨迹，研究较为广泛的均匀雨型并不是最危险雨型。边坡安全系数变化滞后于库水位变动，滞后效应随水位上涨速度的减慢、下降速度的加快和涨幅的减少而减弱。耦合条件下尾矿库边坡安全系数减小将加剧。研究成果对尾矿库设计和运营具有重要意义。

基于某大面积深厚淤泥软基加固处理工程试验，从淤泥地基承载特征考虑，为定量确定软土之上覆盖层（包括原覆盖层及人工填土层）并反映静动力排水固结法中静力、动力荷载和排水体系的相互适应关系，建立了冲击荷载下淤泥地基上覆土层合理厚度 的定量模型。对该模型参数地基压力扩散角 、地基承载力特征值 、冲击荷载允许应力比R进行分析讨论。模型中变化的允许应力比R直观和定量地反映了冲击荷载大小与软土层排水体系布置方式、软土覆盖层厚度的相互适应关系，也可作为评判软基加固效果的参数。相关试验结果还表明，对于淤泥地基，实际夯击作用下 大于《建筑地基基础设计规范》中的23°～30°。工程应用表明，建立的模型与实际情况有较好的一致性，其定量的表达式也为工程人员设计应用提供了便利，对类似的软土地基处理工程有借鉴或指导意义。

边坡最危险滑动面的搜索方法一直是研究的热点，但边坡内部次级滑动面也可能不满足安全设计要求，因此，考虑边坡多条滑动面的分析方法亦应得到关注。在传统强度折减法中，对边坡整个区域的抗剪强度参数进行折减，此方法仅可得到一个临界滑动面和最小安全系数。提出了一种基于局部强度折减法的多滑面分析方法，即首先定义单元安全系数的概念，并且计算边坡每个单元的安全系数，然后自动搜索出单元安全系数处于不同范围内的单元集合，对各个单元集合的强度参数进行折减计算，即可得到不同安全系数对应的滑动面。通过单台阶和双台阶边坡算例验证了该方法的可行性，结果表明，随着安全系数的增大，潜在滑面的深度和潜在滑动区域亦增大。最后把该方法应用到某隧道进口仰坡的稳定性评价中, 通过该方法得到的多级滑动面与现场监测数据吻合较好。

为研究降雨入渗条件下三维边坡渗流场的变化过程，在全面研究FLAC3D软件渗流分析模块功能及算法的基础上，通过编写FISH函数完善了FLAC3D软件的非饱和渗流计算功能。基于降雨入渗机制的分析，编写了降雨入渗及停雨出渗边界的FISH函数，实现边坡三维降雨入渗过程的模拟。通过降雨条件下算例边坡的饱和非饱和渗流场变化过程的数值计算，研究了降雨入渗引起的边坡暂态饱和区变化过程，并与已有研究成果进行对比分析，从而验证了自编FISH函数实现边坡三维非饱和渗流计算结果的正确性。研究成果表明，文中提出的边坡三维非饱和降雨入渗分析是可行的，同时也为三维边坡非饱和渗流场的研究提供了一条有益的途径。

随着基坑开挖规模朝更大更深方向发展，传统的单排桩、桩锚、桩撑支护结构受到一定的限制，在变形控制要求较高，又不宜采用内支撑和锚杆的情况下，双排桩能发挥较好的作用。双排桩是由两排平行的支护桩、水平压顶梁和前后联系梁形成的空间围护结构体系，具有刚度大、稳定性好、变形小、便于直立开挖等优点，因而得到广泛应用。新的湖北省《基坑工程技术规程》（DB42/T159-2012）中增加了双排桩支护结构相关章节，提出了双排桩的设计与计算模型。针对湖北省新基坑规范中提出的双排桩支护计算模型，应用VB.NET语言开发出一款操作简单、实用性强的基坑双排桩设计计算软件（DESDROP），本软件的开发与研究是为配合湖北省新基坑规程实施而进行的。该软件能对双排桩前后桩的位移、内力和稳定性进行分析，并可以通过查询结果图看到任一工况条件下的土压力、位移、弯矩、剪力图。将该软件应用于金地名郡基坑工程，结果表明，DESDROP软件运算速度快，计算结果能满足双排桩支护设计的需要。

针对小河沟膨胀土隧道降雨增湿塌方现象，以围岩含水率分布变化引起膨胀应力场为主要研究内容，展开增湿对隧道支护结构的影响研究。首先，利用热传导热能量平衡方程与孔隙渗流连续方程数学描述相似性，推导出热传导膨胀模拟增湿膨胀的替代方程。然后，结合室内试验和文献资料，率定膨胀土膨胀力及渗流参数。最后，在正确考虑地质构造影响的基础上运用有限差分软件FLAC3D热-力耦合模块进行建模计算，分别对不同膨胀力模型的增湿过程进行仿真模拟，得出支护结构受力变形随含水率分布及膨胀力大小的变化规律。分析得到了对隧道支护结构造成不良影响的关键含水率和膨胀力值。研究成果可以有效指导膨胀性黄土隧道支护设计和变形控制。

黏弹性Bolt-Kelvin（简称B-K）锚固模型具有较高的计算效率，但由于无法描述岩体进入塑性阶段的力学行为特性，使得该流变模型的采矿工程应用范围受到一定的限制，为此引入修正Mohr-Coulomb（简称M-C）屈服准则对B-K锚固流变模型进行改进。首先推导了黏弹塑性BK-MC锚固模型的有限差分增量迭代计算格式；然后基于FLAC3D中UDM接口程序，采用VC++语言编写了相应的计算流程，使用Microsoft Visual Studio 2010编译态链接库DLL进行加载和调用；最后通过单轴压缩试验对开发BK-MC模型进行了数值模拟验证，并应用于口孜东矿深部巷道围岩稳定性预测分析中。结果表明，模拟计算得到的巷道表面位移演化过程与现场实测结果的规律性更趋于一致，进一步验证了新模型的正确性和适用性。研究采矿工程的流变问题时，考虑岩体进入塑性阶段的力学行为特性十分必要。

在矿山、水利、交通等工程领域中大变形锚杆已经获得了广泛的认可和应用，而相应理论水平落后于工程实践的现状则限制了大变形锚杆支护技术的进一步发展。针对大变形锚杆的力学及变形特性，提出了一种锚杆-围岩耦合作用结构模型，并基于塑性增量理论，从锚杆-围岩相互作用的角度，提出了大变形锚杆加固岩体的求解方法，推导了加锚岩体的平衡方程、位移协调方程和锚杆响应方程。在Visual Basic开发环境中编制有限差分计算程序，利用龙格库塔法求得了大变形锚杆-围岩耦合模型的半解析解，并通过数值模拟验证了理论模型的有效性。基于上述理论模型和计算方法，不仅可以计算得到大变形锚杆轴力和剪应力分布情况，定量分析其支护效应，还可以系统地求得加锚岩体的地层响应曲线及锚杆自身的响应曲线，对于地下工程中大变形锚杆的支护设计有基础性指导意义。

结合传统收敛测量和全站仪测量两种测量方法的优势，提出了一种新的收敛测量方法。传统收敛测量方法存在着操作要求高，施工干扰多，不易长期监测等缺点；全站仪测量方法由于采用间接测量策略，测点间的距离需要进行解算，施测精度较低。新方法延用了全站仪测量方法所采用的激光测距技术，同时也延用了传统收敛测量方法采用的直接测量距离策略。借助于目前市场上成熟的激光测距产品，研制和加工了新方法所需的测量装置。它由5个部分组成，依次为激光测距仪、测距仪底座、测量基点连杆、连接套筒、测量基座。按照一定的实施步骤，在程潮铁矿采空区的地面隧道进行了测量精度在现场工程环境下的试验评估。试验结果表明，新方法的成本低廉、操作简捷、稳定性好，施测精度可达到0.7 mm，有利于收敛监测在地下工程建设过程中的普及应用。

在高拱坝坝肩稳定地质力学模型试验研究过程中，坝肩岩体内各软弱结构面的相对位移变化趋势是判定坝肩失稳及分析坝肩整体稳定安全度的重要参考依据。目前的量测仪器，如电阻应变片、表面位移计只能对坝体应变和坝肩抗力体表面位移进行量测，而对于坝肩岩体内软弱结构面的相对位移则难以获取。因此，针对上述问题，以电阻应变技术为基础，研制了用于获取结构面相对位移的内埋式位移系统，该系统由信号采集仪器、惠斯通电桥和位移传感器组成。在模型试验中，通过内埋式位移系统，获得加载过程中相应测点的应变变化过程，再由应变-位移关系曲线，即可得出位移值。结合锦屏一级高拱坝整体稳定地质力学模型试验，将该系统安装于需量测的坝肩软弱结构面上，获得了结构面在加载过程中的位移变化过程线，同时与大坝应变和坝肩表面位移监测成果进行对比分析，验证了内埋式位移系统的可行性，其测试成果可为判定坝与地基的整体稳定提供依据。