通过对具有不同初始含水率和干密度的两种压实黏质砂土的脱湿曲线进行测试、分析和对比，并结合核磁共振技术，探讨了干密度、初始含水率和土样组分对压实黏质砂土脱湿过程的影响规律。利用核磁共振测得了试样在各级吸力下的T2时间（横向弛豫时间）分布曲线，定性地探讨了不同吸力下试样中的水分分布特征，揭示了干密度、初始含水率和土样组分对试样脱湿过程的微观机制影响。试验结果表明：干密度仅在低基质吸力条件下对试样脱湿过程产生重要影响，而在高吸力条件下初始含水率和试样组分起主导作用；核磁共振结果证实在压实黏质砂土中，小孔隙结构主要由初始含水率和试样组分控制，而大孔隙的结构主要取决于干密度；试样组分对压实土的内部结构和孔隙大小分布的影响比初始含水率大。

突涌水灾害对地下工程危害严重，实践表明，注浆是治理突涌水灾害的有效方法。近年来，裂隙岩体注浆理论的研究成为热点，但裂隙动水注浆理论发展缓慢，不能有效指导工程实践。在水平裂隙动水注浆U型扩散理论基础上，研发可变倾角小比例裂隙动水注浆模型试验系统，开展多组室内模型试验，研究倾角对裂隙动水注浆扩散规律的影响机制，同时，利用COMSOL软件对一定倾角的裂隙动水注浆扩散进行数值模拟。研究表明：当裂隙水平时，满足U型扩散形态；当裂隙存在倾角时，在动水水头差和浆液自身重力因素作用下，浆液呈现彗星状扩散形态；相同扩散效果下，注浆速率随裂隙倾角的增加呈抛物线型增长规律，增加注浆速率可以保持注浆孔附近相对于其周边区域的浓度梯度优势。该研究结论对于目前裂隙动水注浆理论是一种重要补充，对指导突涌水灾害治理有一定的实践意义。

岩石非连续变形分析方法DDARF成功实现了模拟岩体裂纹萌生、扩展、贯通、破碎的全过程，但算法只考虑了岩体的线弹性本构模型，没有分析岩体的非线性应力-应变关系。为更符合真实岩体工程，同时扩展岩石非线性本构模型的应用范围，分别采用摩尔-库仑强度准则和最大拉应力强度准则对岩体进行剪切和拉伸破坏判断；对理想弹脆性本构模型进行算法分析，并在VC++平台下程序实现；对“自定义”的岩体非连续变形分析方法弹脆性本构模型与室内单轴压缩试验进行比较分析；将岩体非连续变形分析方法弹脆性本构模型应用于大型地下洞室开挖，并与线弹性本构模型进行对比。结果表明，非连续变形分析方法中自定义岩体弹脆性本构模型是可行的，它能够反映岩体变形的非线性特征，与室内试验吻合度较好；非连续变形分析方法弹脆性本构模型应用于大型地下工程，能更安全且真实地分析洞室围岩的稳定性，进而更好地指导地下洞室的防护措施。

因预应力锚索锚固力损失而导致锚固失效的工程事故屡屡发生，锚索锚固力损失与岩土体蠕变之间存在复杂的耦合效应关系，建立二者之间的耦合效应模型，确立二者之间的计算关系式，为预应力锚固工程的设计、施工、安全运行管理以及锚固力损失的控制与补偿技术提供理论基础和技术手段。通过理论分析和模型研究，在岩土体常用流变模型基础上建立了基于应变相等的耦合效应计算模型，并进行了模型验证。研究结论：（1）建立了与工程实际相符合的锚索锚固力变化和岩土体蠕变的耦合效应计算模型，正确反映了预应力锚索锚固力损失和岩土体蠕变之间的关系，推导出了其本构方程、松弛方程和蠕变方程，从理论上解决了锚固力变化与岩土体蠕变之间的计算关系。（2）通过耦合效应计算模型的蠕变方程，在材料参数已知的情况下，可以计算出边坡蠕变影响引起的锚索锚固力损失量，并结合实际工程中监测到的锚索应力数据进行对比分析，就能够准确地了解、评价锚索锚固力的异常变化情况，指导实际工程中的设计和施工，保证工程建设过程中的安全性。（3）通过耦合效应计算模型的松弛方程，可以对预应力锚索受力状态的监测数据进行分析整理，通过对锚索锚固力损失量的数据进行反分析，分析岩土体的蠕变参数，根据蠕变介质的材料特性，计算岩土体蠕变量，根据蠕变量判断预应力锚索锚固工程的安全性和可靠性，指导锚固工程的安全运行管理。

以相似理论为基础，采用砂土模拟围岩，铁丝模拟锚杆。实测隧道开挖过程中，不同洞周支护力、不同锚杆长度以及锚杆与洞周支护力共同作用下围岩应力分布、稳定性及分区的变化规律。采用有限元模拟不同锚杆长度下围岩的应力分布规律，并基于D-P屈服准则得出围岩塑性区的范围。研究结果表明，采用锚杆与洞周支护力联合支护，更能充分发挥围岩自身的承载能力。锚杆的支护长度应不小于无支护时的松动区外包半径大小。松散围岩条件下，锚杆的长度不宜小于隧洞跨度的1/5，综合支护时洞周支护力大小宜为原岩垂直应力的5%左右。对比试验与有限元模拟结果，有限元模拟所得结果相比于试验较为保守。

采用宜昌劈裂砂岩，在有、无砂岩填充条件下，分别从轴压、围压、劈裂面面积、凹凸高差、迹线长度、劈裂面2D投影面积、进出口长度、结构面粗糙度对渗流量的影响规律进行了对比分析。研究结果表明：有、无砂粒填充下轴压与渗流量均呈线性递增关系；无填充时围压与渗流量呈对数递减关系，有充填时围压与渗流量呈线性关系；无充填时渗流量与流面积呈三次函数关系，而充填后过流面积对渗流量几乎无影响；凹凸高差、2D面积与渗流量的关系也有相似规律，分析认为，这主要是砂粒充填后带来的过流通道要远大于上述三因素对过流通道的改变；无充填时，渗流量随迹线长度线性递减，有填充时该规律被淹没；无论有、无填充，渗流量与过流面粗糙度系数在一定范围内均呈现二次函数关系。这些规律能指导渗流测量时各因素的优先次序，可有效减少对次要影响因素的测量工作，同时可对渗流的数值模拟提供参考。

锚索抗滑桩的设计计算包括锚索拉力计算和桩体内力计算，而锚索拉力又直接影响桩体内力，因此，锚索拉力计算对桩-锚结构设计十分关键。在常规和修改变形协调条件的基础上，考虑锚索预应力作用在滑动面处桩身产生的位移和转角对第i排锚索作用点处桩身位移的贡献，除去其他排锚索预应力Rj0对桩身作用产生的位移，同时考虑锚索拉力增量的水平分量作用对桩体变形的影响，对滑动面处桩身位移、转角以及其他排锚索拉力对某一排锚索作用点处桩身位移的贡献进行优化，建立优化的桩-锚变形协调方程。结合结构力学中的虚功原理和图乘法理论，编写Visual C++计算程序，通过滑坡工程实例对锚索预应力和总拉力进行计算。3种变形协调条件的计算结果表明：优化的变形协调条件不仅能使抗滑桩在预应力施加阶段处于有利的受力和变形状态，而且适用于锚索与水平面成不同角度的情况，弥补了常规和修改变形协调条件的不足。

垫层料冻胀变形过大会影响面板坝的正常使用，研究表明，垫层料冻胀变形量大小与其级配及孔隙分布有关。为了研究寒冷环境下垫层料冻胀变形机制和规律，基于土颗粒为理想球体且完全均匀分布的假定，提出了垫层料孔隙分布模型，确定了等效孔隙直径及等效孔隙数量的计算办法。利用单向固结仪，进行了不同孔隙尺寸和不同孔隙数量垫层料的冻融循环试验，冻胀试验结果表明：垫层料冻胀量大小随孔隙尺寸和孔隙数量变化而变化。存在一个临界孔隙尺寸，小于该尺寸的孔隙越小、小孔隙越多，冻胀量越大；反之，冻胀量越小。基于孔隙分布模型，构造定义了孔隙分布指数，发现垫层料冻胀变形量与孔隙分布指数呈线性正相关关系。研究结果可为工程设计确定合理的垫层料级配提供参考。

合理选用由杆塔结构传递而来的作用效应是地基基础设计的重要前提，为了确定输电杆塔开挖类基础基于极限状态设计的作用组合值，分析了输电杆塔对基础的作用特点，并针对上部杆塔对基础作用的3种主要工况，利用静载荷试验结果研究了开挖类基础与地基结构体系的承载特性、破坏特征及其易超越的主要极限状态，并给出了地基基础体系设计时所采用的作用组合，研究表明，上拔和倾覆工况下常规条件开挖类基础承载过大时表现为脆性破坏，按承载能力极限状态设计，采用由可变荷载控制的基本组合；下压工况下开挖类基础的荷载与位移关系曲线一般为非陡降型，按正常使用极限状态设计，主要采用标准组合和准永久组合。

岩体赋存于一定地质环境中，经过漫长的地质构造作用，形成由连续性状的岩石材料和非连续性状的各种地质结构面组成的复杂地质体。渗透率是影响这种复杂岩体渗透特性的重要参数之一，渗透率选择的正确与否直接关系到裂隙岩体渗流分析结果的可靠性与工程稳定性。采用室内试验的方法，结合达西定律确定裂隙岩体的渗透率。通过自行研发的5种尺寸压力室测定不同尺寸岩石试样的渗透率，得到由不同裂隙、孔洞组合的岩石试样在稳定流、非稳定流下的渗透率，并由此分析得到多尺度岩石的渗透特性。从多组试验结果中分析可得，随着岩石试样的尺寸增加，岩石的渗流通道增多，从而渗透率增大，但增大到一定程度后会趋于稳定，这一渗透规律对实际工程有指导意义。

抗滑桩变形过程中产生的竖向摩阻力可以形成反力矩，有助于抵抗滑坡推力，现对竖向摩阻力对抗滑桩嵌固段内力及变形的影响进行研究。在弹性地基系数法K法和小变形假设的基础上，假定竖向摩阻力与桩岩相对位移成正比，建立考虑竖向摩阻力的抗滑桩受力模型及其挠曲变形微分方程，并推导其求解过程。通过马家沟Ⅰ号滑坡抗滑桩实例计算，分析了竖向摩阻力对抗滑桩内力及变形计算的影响。竖向摩阻力形成的反力矩能减小抗滑桩的变形及内力，对抗滑桩剪力的影响最大，水平位移次之，对弯矩影响最小。考虑竖向摩阻力的抗滑桩计算模型能改善目前抗滑桩设计中剪力计算过大的问题，使抗滑桩设计更为合理。

基于室内推桩模型试验研究全埋式抗滑桩的倾覆破坏及受力变形特征：在满足各试验相似关系的前提下，建立室内模型试验池，观察模型桩从受荷到倾覆破坏的全过程。布设土压力盒、钢筋应变片、混凝土应变片及百分表，采用多通道动态测试系统，对桩身应变、钢筋应变、桩顶位移与土压力进行全方位的动态监测，分析模型桩的受力特性。研究结果表明，在滑坡推力作用下，桩顶水平位移与荷载之间大致呈现三折线关系，而且在锚固深度不够的情况下，桩的破坏形式为整体的刚性转动（倾覆破坏）。对土压力监测结果以及反推的桩身弯矩表明，桩身土压力分布曲线表现为上下小、中间大的近似抛物线分布，桩身最大土压力出现在桩中部；各级荷载作用下，桩身最大弯矩值出现在滑面处，桩顶及桩底弯矩值较小。

基于Peck公式，对双线水平平行盾构隧道施工中土体损失引起的三维土体沉降计算方法进行研究。考虑先行隧道施工对后行隧道的影响和两条隧道开挖面的不同位置，建立修正的三维Peck公式；通过分别计算先行盾构隧道和后行盾构隧道施工引起的土体沉降，叠加得到双线水平平行盾构施工引起的总的三维土体沉降。算例分析结果表明：预测值与实测值比较吻合；随着两条隧道开挖面前后距离的逼近，地面最大沉降量会逐渐增大；随着土体深度z的增大，沉降略增大、沉降槽宽度则略减小；当两条隧道轴线水平距离L较小时，地面沉降量较大，符合正态分布规律；随着L的增大，最大地面沉降量会逐渐减小，沉降曲线形状慢慢由V型转变成W型。

水泥基速凝浆液广泛应用于富水裂隙围岩注浆工程。为研究水泥基速凝浆液在裂隙注浆中的扩散机制与压力特性，选取水泥-水玻璃浆液及高聚物改性水泥浆液，采用不同水灰比及混合体积，开展了静水条件下单一平板裂隙的注浆扩散模型试验，通过监测浆液的注浆扩散形态和注浆过程中不同测点的压力变化，研究了水泥基速凝浆液的静水扩散规律和注浆扩散压力分布规律。试验结果表明，水泥-水玻璃浆液和高聚物改性水泥浆液具有相似的扩散形态和压力分布变化，两者的显著差别在于高聚物改性水泥浆液扩散所需的注浆压力明显小于水泥-水玻璃浆液，且凝结固化时间相对较长，有利于延长注浆扩散距离。研究结果应用于张马屯铁矿注浆堵水工程，解决了裂隙岩体渗漏水问题，实现了围岩稳定性控制。研究成果具有一定的理论和实践意义，对类似工程具有参考价值。

选取宁东地区典型的孔隙砂岩，采用不同颜色示踪的化学浆液进行4次注浆试验；揭示了浆液在孔隙中的扩散、充填规律及注浆次数与被注岩层渗透系数、孔隙率之间的关系。研究发现：每次化学注浆浆液的充填情况有明显的差别，首次注浆浆液在整个岩样均有较均匀的充填，后续的各次注浆浆液均呈现部分区域积聚充填的现象；随着注浆次数的增加岩样的渗透系数减小，孔隙充填率增加，渗透系数、孔隙充填率与注浆次数的关系可分别采用幂函数及对数函数拟合；4次注浆后岩样的渗透系数减小了97%，说明多次注浆起到了很好的减渗效果。依据试验成果，建立数值计算模型，预测了不同注浆次数、不同开挖条件下注浆孔及井筒的涌水量，并与井筒实际涌水量进行对比，发现两者数据较为吻合，说明依据试验结果建立数值模型进行涌水量预测是可行的。

为了研究锚杆对节理剪切性能的作用机制和模式，开展了锚固节理岩体的实验室剪切试验，模拟了不同强度的岩体在剪力作用下的变形和受力特征，对比了锚杆加固前、后岩体的剪切变形规律，分析了节理岩体强度、预应力及锚固方式对节理的抗剪能力的影响，试验过程中通过应变片测点监测锚杆轴力的变化规律，研究了节理剪切过程中锚杆的轴向受力机制和变形特性。剪切试验完成后，取出剪切变形后的锚杆，统计了变形段长度与各参数之间的关系。通过试验结果分析，剪力-位移曲线存在明显的3个阶段：弹性阶段、屈服阶段和塑性强化阶段，曲线近似呈现双直线特征，弹性段锚杆主要发挥销钉作用；屈服段锚杆的轴向作用开始调动，锚杆同时存在销钉和约束作用；塑性段锚杆不再发挥销钉作用，只是依靠其轴向约束作用限制岩体的变形；曲线表现出韧性增强的剪切性能，这就使得锚杆锚固节理岩体的破坏特性由脆性转变为塑性，从而提高了岩体的稳定性和安全度。节理面的滑动对锚杆产生剪切作用，由于切向变形而产生了附加的锚杆轴向变形，锚杆的轴向应力随着剪切位移的增大呈增长的趋势，变形剧烈区域集中于节理面附近，且距离节理面越近其轴向应力增大越多。

以陕西富平重塑黄土为研究对象，使土样在封闭系统下经历不同次数的冻融循环作用，分析不同次数的冻融循环作用下土体黏聚力的变化规律。试验利用球形模板压入试验测定冻结黄土的相对瞬时强度和长期强度，结果表明，第4次冻融循环后冻结黄土的相对瞬时强度最大，之后在第6次大幅度降低，第8次又大幅度增加，但小于第4次，第10次之后逐渐趋于稳定。冻结黄土的长期强度在冻融循环第8次时最大，第6次和10次强度相近，处于中间水平，第4、50、100次时强度最低。相对瞬时强度的变化和其孔隙比、密度的变化整体上是相互对应的，这种变化规律与冻融过程中的水分迁移有着密切的关系。长期强度与物理性质的关系并不明显，它是土样内部结构、矿物成分以及物理性质的综合反映。

随着地下工程开挖深度的增加，深部洞室围岩将产生不同于浅部洞室的分区破裂现象。为深入研究深部岩体分区破裂现象的形成机制和影响因素，以淮南矿区丁集煤矿的深部巷道为工程背景，利用模型相似材料和高地应力真三维加载模型试验系统，首次开展了带有软弱夹层的层状节理岩体的真三维地质力学模型试验。结果表明：（1）在满足一定应力条件下，带有软弱夹层的层状节理试验模型出现明显的分区破裂现象；（2）软弱夹层是影响层状节理岩体分区破裂现象的重要因素，在相同的应力条件下，软弱夹层使得巷道围岩的径向位移和应变明显增加；并且软弱夹层的间距越小，洞周破裂区的层数越多，范围越大；（3）洞周破裂区的形状近似为圆形，与是否存在软弱夹层及软弱夹层间距均无关。模型试验结果有效揭示了分区破裂的影响因素，为深入研究高地应力深部岩体的非线性变形破坏特征奠定了坚实的试验基础。

在泥水平衡盾构施工过程中，如何确保施工安全并减少对周边环境的影响受到国内外学者的广泛关注，地层土体稳定性问题显得尤为重要，但对于砂质地层开挖面稳定性的失稳机制及其稳定性分析尚处于经验阶段。利用大尺寸模型试验，研究了不同水头高度（无水、0.9 m和1.1 m）下两种地层中开挖面主动破坏的发展模式和受力情况。试验中分析了不同水头高度对开挖面主动破坏的影响，研究结果表明：砂质土层中盾构隧道开挖面失稳时，存在土拱效应，使得地表对开挖面主动破坏的响应存在滞后效应；根据水头高度不同，可将砂质地层中开挖面主动破坏发展模式划分为无水模式、低水头模式和高水头模式；在形成泥膜和提供支护力的过程中，会在砂质土层中产生超孔隙水压力，在确定支护力时，应在静止土压力和静水压力的基础上，考虑超孔隙水压力的影响。研究结果对确定开挖面极限支护压力有重要的指导意义。

建立了4组不同孔隙分布形式的多孔材料模型，在考虑孔隙分布范围和密度的基础上计算其孔隙分布分形维数，并利用假三维数值试验的方法获得了相同初始强度、不同孔隙度和孔隙分布形式试样的抗压强度。数值试验结果表明，除了孔隙度较小和孔隙分布分维数较大的试样破坏形式基本满足45° 破裂角的规律以外，该分维数较小的试样均呈现出不对称的斜截面破坏；在孔隙度相同的情况下，该分维数越大，样品的抗压强度越高；通过推导假三维情况下材料孔隙度与抗压强度的理论关系发现，该分维数越大，样组的抗压强度随孔隙度增大而衰减的速率越慢；根据损伤力学模型对试样的抗压强度进行预测分析发现，当样组的该分维数较大时，该模型能够较准确地预测多孔材料的抗压强度，而当样组的该分维数逐渐减小时，损伤力学模型的精度也逐渐降低。上述规律是由孔隙分布分维数越小、孔隙分布越不均匀、试样中应力集中的累积效应越显著的原因而造成的。

基于室内岩石类脆性材料圆盘试样巴西试验结果，利用颗粒流程序（PFC），获得一组能够反映其力学特征的细观参数。在此基础上，对孔槽式圆盘试样进行巴西试验模拟，分析了裂隙倾角和半径比变化对孔槽式圆盘试样力学参数和裂纹扩展规律的影响。孔槽式圆盘试样力学参数显著低于完整圆盘试样，降幅与孔槽几何参数密切相关。劈裂荷载随裂隙倾角的增大呈非线性变化，而随着半径比的增大呈近似线性减小规律。通过分析认为，在试验模拟范围内保持半径比不变，当裂隙倾角较小时，孔洞是主裂纹起裂的主要诱因；裂隙倾角较大时，裂隙成为主裂纹起裂的主要诱因。保持裂隙倾角不变，当半径比较小时，裂隙是主裂纹起裂的主要诱因；半径比较大时，孔洞成为主裂纹起裂的主要诱因。最后，从细观层面探讨了孔槽式圆盘试样裂纹扩展机制。

通过室内试验，考察了去离子水及不同浓度总氮溶液对土体物理力学性能的影响，并通过土体矿物成分含量及微观形貌分析，对总氮溶液与土体作用机制进行了初步探讨。结果表明，总氮对土体物理力学性能影响明显：（1）土体塑性指数、相对密度和有效黏聚力随总氮溶液浓度增大而减小，有效内摩擦角随溶液浓度的增大而增大；（2）各浸泡条件下，土体应力-应变关系曲线变化规律基本一致，均呈应变硬化现象，土体剪切峰值随总氮溶液浓度的增大先减小后增大；（3）孔隙水压力随轴向应变的增加先增加，然后缓慢降低，最后曲线逐渐趋于水平，表现出较大的剪胀性；（4）总氮溶液与土体间相互作用主要包括离子交换作用、微生物分解作用和溶蚀及胶结作用，这些作用通过改变土体的矿物成分含量，使其微观形貌及孔隙特征发生明显变化，最终导致土体的宏观力学特性改变。

将可靠度理论应用于岩土工程稳定性分析过程中，即使是已证明安全的工程所得到的边坡或地基的失效概率通常较大，导致这一现象的原因是估算的方差偏大。计算土性指标的试验数据仅表征了该试验点的特征，而不是空间平均特征。在随机场理论应用于岩土工程可靠度分析的过程中，方差折减函数是将点特性过渡为空间平均特性的必要参数。首次对闫澍旺等提出的完全不相关距离理论中完全不相关距离的确定方法进行改进，不但理论上有所突破，而且计算方法更为简洁。对折减函数值的确定过程进行了分析，得到了用完全不相关距离方法确定折减函数的一般规律。

具有内支撑结构的围护系统在基坑边角处具有更大的系统刚度，使得基坑边角附近处土体的位移小于距离边角较远处土体的位移，即基坑的变形问题表现出空间特性。为了更好地研究L/He（L为沿基坑纵向方向上的距离；He为开挖深度）、开挖深度等因素对空间效应的影响，量测了两个狭长形地铁车站深基坑不同位置处土体的侧向位移、土体沉降等。通过对现场监测资料的分析发现，边角效应能够减小侧向位移的平面应变比，灌注桩围护结构、SMW工法桩围护结构和地下连续墙在边角附近处的平面应变比(PSR)分别为0.50、0.61和0.72。当平面应变比(PSR)接近于1.00时，对应的L/He值分别为2.50、6.00和4.00。随着L/He值的增大，土体的纵向最大沉降呈先增大后保持稳定的趋势。随开挖深度的增加，边角效应的影响范围呈增大的趋势。在基坑纵向沉降的空间效应中，灌注桩围护结构、SMW工法桩围护结构的土体最大沉降值达到稳定时对应的L/He值分别为2.50和5.20。土体沉降和侧向位移的空间效应有一定的相关性。

国内盐矿具有埋藏浅、盐层薄、夹层多、品位低等特点，导致盐岩地下储气库建设和运营面临诸多技术风险。在盐岩地下储气库风险因子模糊综合评价基础上，建立了层状盐岩储气库破坏、油气泄漏、地表沉降的3大事故风险层次分析模型，并构建了风险因子对3大事故影响程度判断矩阵；将建立的模型用于评价江苏金坛盐岩地下储库气的运营风险状况，确定出储气库3大事故风险因子影响权重分布和风险等级。研究结果表明：（1）储气库破坏应重点控制低压运行压力、运行时间和矿柱应力状态；（2）储气库泄漏应重点控制套管靴位置、夹层结合面滑动、高压运行压力和管道阀门受损；（3）储气库地表沉降应重点控制顶板厚度、低压运行压力和运行时间；（4）储气库破坏和泄漏属中等风险水平，储气库地表沉降属高风险水平。油气储库3大事故风险因子权重分布和风险等级的确定，为盐岩地下储气库风险调控提供了理论指导。

软弱岩体的阶段性、持续性流变，导致软岩巷道围岩深度破坏和支护失效。软岩巷道顶、帮、底三者在围岩系统稳定过程中所起的作用不同，软岩巷道围岩稳定性控制应做到整体性和协调性支护。在分析巷道顶、帮、底相互作用效应基础上，针对软岩巷道强流变四周均表现出大变形的破坏特征，提出了全断面、全支全让O型封闭控制的支护原理。该原理强调，开挖初期就应对软岩巷道顶、帮、底全断面进行强力支护，同时全断面又适时让压，在高阻支护力作用下又能适当释放围岩应力，达到对软岩巷道的整体性和协调性控制。通过力学模型对软岩巷道围岩塑性区范围和表面位移与支护力的作用关系进行了分析计算，得出巷道围岩变形破坏与支护力呈负相关关系。工程实践表明，采用该支护原理有效控制了深部软岩巷道的大变形。研究成果对类似工程实践具有一定的参考借鉴价值。

甬江沉管隧道位于甬江下游河湾处的软土地基上，地基承载力较低，使隧道发生了较大的沉降。此外，甬江严重的淤积及每天2.67 m的潮差对隧道的沉降产生了显著的影响。依据甬江沉管隧道运营期间16 a的沉降监测数据，结合地层条件、潮汐和清淤资料，对该条沉管隧道的长期沉降进行了分析，并提出了基于流-固耦合理论的有限元方法计算沉管隧道的长期沉降，计算结果与监测结果具有较好的一致性。此外，采用上述计算方法分析了影响沉管隧道沉降的3个主要因素（即地层条件、基槽淤积和回淤与清淤）对隧道运营期沉降的影响。分析表明，地层条件是影响沉管隧道沉降的主要因素，软土地基隧道沉降远大于其他地基。潮汐作用会使隧道沉降发生周期性变化，该变化约占隧道运营期沉降的4%～10%。淤积对隧道长期沉降影响显著，但定期清淤只能短时间减小隧道的沉降，使隧道沉降产生周期性变化。上述结论均可为相关工程提供参考。

2009年8月8日莫拉克台风重创南台湾，嘉义阿里山区72 h的累积雨量高达2 500 mm以上，百年历史的阿里山森林铁道因沿线路基严重流失而停驶。其中两处大崩塌路段的复建工程以顺应自然为原则，采取迂回隧道方式避开崩塌区，需克服沿线地质变化及地下水问题，评估结果是以凿岩机工法及钻爆工法进行开挖。两座隧道的西口段崩积层分别长达109.8、99 m，是隧道开挖阶段的关键地段。隧道开挖支撑设计系依据台湾岩体分类与支撑系统（PCCR系统）及新奥工法的理念，沿线采用先进支撑材料包括超前管棚钢管、桁型钢支护、钢纤维喷射混凝土及自钻式锚杆等，除了可确保施工安全外，亦可提高施工进度。目前两隧道均已贯通且变形量控制均符合安全，说明隧道采用先进支撑方式穿越破碎崩积层段的成效良好，其研究结果可为相关工程设计提供参考。

在岩质边坡滑动-倾倒组合破坏地质力学模型的基础上，采用改进的传递系数法，提出了岩质边坡滑动-倾倒组合破坏的解析分析方法，并对初始下滑推力及岩块底部的凝聚力进行敏感性分析。与传递系数法相似，将边坡体几何力学参数及潜在倾倒岩块编号作为变量，使得每个倾倒岩块的稳定性分析具有统一的表达式，并易于采用Microsoft excel进行程序化分析。分析结果表明：岩块底面的凝聚力对下部潜在倾倒区域的破坏模式影响较大，随着岩块底面凝聚力的增加，潜在倾倒区域发生倾倒破坏的块体呈逐渐增加的趋势，而发生滑动破坏的块体则明显较少，岩块底面倾角对坡体整体稳定性影响较大；随着岩块底面倾角的增大，整个坡体的稳定性逐渐降低。

针对现有方法在上软下硬岩质地层中浅埋大跨隧道松动压力计算方面存在的问题，通过离散元数值模拟和正交试验，分析了围岩的松动破坏机制、风化层厚度和岩体中节理分布状态对隧道松动区形状和范围的影响规律及敏感性。结果表明：影响松动区的主要因素依次为风化层厚度、隧道埋深、贯通倾斜节理的倾角和间距、风化层水平节理间距；松动区可分为拱形和塌穿形两种类型，其边界曲线分别可用抛物线和乘幂函数近似表示。针对塌穿形松动区，通过回归分析建立了地表松动宽度和拱顶松动土条水平长度的计算公式。按照应力传递原理，在松动区内以梯形微分岩土条为对象，通过分层积分，推导出可反映节理产状和风化层厚度影响的浅埋大跨隧道围岩松动压力计算公式。工程实例计算表明，与现有方法相比，所提方法计算的松动压力值最小。

利用非连续变形分析方法（DDARF）对单节理锚固试件在单轴压缩条件下的变形破坏及裂隙扩展过程进行分析，并以深部厚顶煤综放沿空掘巷——赵楼煤矿11302工作面轨道巷为工程背景，应用DDARF对沿空巷道围岩的变形破坏及控制机制进行研究，同时利用地质力学模型试验及现场试验进行对比验证。重点分析了沿空巷道围岩裂隙演化规律，并定义裂隙率 及裂隙减少率 两个指标对DDARF计算中的沿空巷道裂隙演化规律进行定量分析。研究结果表明：采用DDARF方法对单节理试件在无锚和加锚条件下的单轴压缩试验计算与室内试验结果相吻合；对沿空掘巷过程中巷道围岩变形情况进行DDARF计算，结果显示，围岩变形呈现沿空帮>顶板>实体帮>底板的变化趋势，与模型及现场试验监测数据相符；根据 及 两个指标对计算得到的无锚和加锚沿空巷道围岩裂隙发育情况进行定量分析，结果显示，沿空巷道围岩破坏趋势为 ，与变形趋势相一致；虽然锚固效果明显，但由于Ⅰ区、Ⅱ区本身围岩破碎严重，支护后裂隙率最大的 仍然是裂隙率最小的 的2.13倍，为了维护围岩稳定性，除了进行锚杆（索）非对称支护外，还应对Ⅰ区、Ⅱ区关键部位增加支护措施。DDARF方法关于沿空巷道围岩变形破坏的计算结果与实际工程相近，可有效开展裂隙演化与变形破坏机制研究，分析此类巷道的控制对策。

山西西龙池抽水蓄能电站地下厂房围岩为水平薄层岩层，工程竣工发电已多年，施工及运行期安全，但工程开工前，还没有在水平薄层岩体中开挖大跨度高边墙地下洞室的成功范例，鉴于此，以山西西龙池抽水蓄能电站工程为依托，从工程地质角度，对水平薄层围岩岩性特征、岩体结构特征、岩体力学特性、大跨度高边墙地下洞室围岩分类、围岩变形特征等方面进行了研究，依据研究成果，对洞室开挖支护施工、围岩变形监测等进行了分析，依据围岩变形监测成果对围岩力学参数进行了反演，验证了前期勘察成果，取得了在水平薄层状地质环境中开挖大型地下洞室的宝贵经验，进而为在水平薄层状地质体中修建大跨度、高边墙地下洞室提供了更多的技术支持，对此类不良地质条件下大型地下洞室群建设具有重要的指导意义。

针对急倾斜软硬互层巷道围岩大变形控制难题，采用现场试验、理论分析和数值仿真等多种手段，研究急倾斜巷道围岩变形破坏机制，研究结果表明：急倾斜软硬互层巷道的变形与破坏具有非对称性，偏压作用明显，呈现顶板下滑，底板臌起的相互错动变形特征，底臌严重且易片帮冒顶。巷道断面与岩层倾斜方向的钝角部位受侧向约束小，因而剪切滑移变形较大，是产生非对称变形破坏的关键部位；下帮围岩变形破坏较上帮更为严重。基于急倾斜巷道的变形破坏特点，提出在锚- 网-索耦合支护的基础上利用锚索、底角锚杆等对产生差异变形破坏的关键部位进行加强支护的方法，巷道大变形得到了有效控制。

以热力学和弹塑性力学理论为基础，分析岩石热-力完全耦合作用及其对力学参数和热特性参数的影响，建立了岩石热-力-损伤耦合模型及其参数演化方程，以ABAQUS软件为平台对其进行二次开发，并通过典型算例验证了岩石热-力完全耦合的重要性。然后以某深埋软岩隧洞为例，研究温度和开挖卸载共同作用下的隧洞围岩力学行为和损伤过程。计算结果表明：温度对岩石的力学性质和损伤演化过程影响显著，开挖损伤和热应力诱发的损伤对围岩热力学参数的影响不可忽略；所提出的力学模型可以有效反映围岩损伤演化、调热圈演化以及热力学参数演化，具有一定的借鉴作用。

数值流形方法（NMM）的最大优势在于可以统一地处理岩土力学中的连续和非连续变形问题。它在求解断裂力学问题时无需强制裂纹与数学网格保持一致，非常适合应用于岩土工程中由连续到非连续的破坏过程模拟。在裂纹扩展过程中，裂纹与数学网格的相对位置将会是任意的，如裂纹尖端可能落在网格内部、网格节点上或网格边上等。因此，对同一条裂纹，通过旋转和移动数学网格构造了它们之间的这种相对位置关系以及一些可能对计算结果产生影响的极端情况，并以应力强度因子作为衡量标准，研究了NMM在处理线弹性断裂力学问题时的网格依赖性。研究表明，NMM即使在处理强奇异性问题时依然有着很好的网格无关性，进一步证实了它在模拟裂纹扩展问题时的鲁棒性。

采用渗流力学理论并结合Monte Carlo方法描述岩体裂隙的随机分布，研究渗流模型的尺寸效应并确定表征单元体积（REV），得到了3种开口度分布形式的等效渗透系数椭圆曲线，建立了等效渗透系数方向性的判别标准。离散裂隙网络（DFN）模型假定流体只在岩体裂隙内部流动，而不通过岩体本身渗流。基于二维离散元程序UDEC并进行二次开发，建立DFN模型，通过改变流体的流动方向，得到不同流动方向下岩体裂隙网络的等效渗透系数，并分析不同的开口度分布形式对岩体裂隙网络等效渗透系数方向性的影响。计算结果表明，表征单元体积存在的条件是等效渗透系数保持稳定且渗透椭圆比较光滑。等效渗透系数的方向性受开口度分布形式的影响很大：当开口度-长度关联分布时，等效渗透系数各向异性；当开口度对数正态分布时，等效渗透系数各向同性；当开口度恒定分布时，等效渗透系数的特性介于二者之间。变化系数（CV）是否大于5%是判定岩体裂隙网络渗透系数是否具有方向性的判别标准。

非连续变形分析（DDA）方法严格满足平衡要求和能量守恒，具有完全的运动学及数值可靠性，但对大规模岩土工程问题的数值模拟耗时太长，尤其是线性方程组求解，并行计算可以很好地解决该问题。首先基于DDA方法的基本理论，阐述了适用于DDA方法中的基于块的行压缩法和基于“试验-误差”迭代格式的非零位置记录；其次，引入块雅可比迭代法并行求解DDA方法的线性方程组，并改进了相应的非零存储方法；最后，基于OpenMP实现了DDA线性方程组求解并行计算，并将其应用于地下洞室群的破坏过程分析，以加速比为并行效率的指标评价，结果表明，该并行计算策略可以极大提高DDA的计算效率，而且适合各种规模的问题。

将数字图像技术与Munjiza提出的有限元法-离散元法（FDEM）耦合分析方法结合，研制了可表征岩石真实非均质性的FDEM分析系统，为从细观角度对岩体进行建模以及研究岩体的破裂机制提供了新途径。该系统借助数字图像技术从岩石断面的图像获取岩石材料的真实细观结构，借助成熟的网格剖分技术，将其映射到FDEM计算网格中，从而克服了原有FDEM在考虑材料非均质性所存在的不足。利用该系统，进行了巴西圆盘劈裂试验的数值模拟，再现了花岗岩在荷载作用下的真实破裂过程。数值模拟结果表明，考虑非均质性的岩样应力分布呈现出非对称性，岩石的细观结构对岩石中裂纹的扩展及应力分布有重要影响。

在地下流动系统问题的研究中，热-水动力-力学（THM）耦合过程是研究的热点问题。在地下多相非等温数值模拟软件TOUGH2的框架内，基于Biot固结理论和摩尔-库仑破坏判定准则，建立了THM耦合模型；采用积分有限差和有限元联合的空间离散方法，开发了THM模拟器TOUGH2Biot。该模拟器中热和水动力过程是全耦合，力学过程是部分耦合。通过与解析解的对比，验证了其正确性。基于鄂尔多斯盆地CCS示范工程，采用TOUGH2Biot研究了CO2注入地层后的THM响应。结果显示CO2的注入引起流体压力急剧增加，地层有效应力减小，地表隆起，隆起大小在几十个厘米，同时孔渗增加，利于CO2注入引起的压力上升向外消散。CO2注入最有可能导致剪切破坏的位置位于最大速率注入点上部盖层，其次为靠近地表的位置。

在沉管隧道的应用中，渗漏水已经成为威胁到沉管建设和运行过程中的重大问题。针对沉管隧道接头渗漏水的问题，通过建立等尺寸模型进行室内试验，模拟港珠澳大桥沉管隧道接头渗漏。采用红外技术建立无接触、无明水渗漏监测系统，收集沉管接头渗漏的红外辐射图像数据，并采用Matlab对图像数据进行分析。采用温度突变法，通过分析不同温度的水渗入接头OMEGA中导致构件红外辐射特征发生变化，从而对是否有渗漏水发生进行有效的判断，同时对影响判别的因素进行分析。试验结果表明：采用温度突变法的红外监测系统在沉管隧道中的监测，可以对突发渗漏水进行判别；当快速渗漏的水体与沉管接头处构件存在较大温差，则会造成构件表面温度突变；温差越大，造成的温度突变越明显，监测系统判定出渗漏所需时间越短。研究成果为红外监测在沉管隧道以及其他类似工程中的应用提供了一种思路，并验证了其可行性。