利用深部岩爆模拟试验系统对花岗岩进行室内瞬时岩爆模拟试验，同时利用声发射系统采集试验过程中声发射信号，得到试验全过程应力和声发射波形信息时域图。结合声发射累计能量曲线特征，找到5个关键拐点，即花岗岩初始加载能量激增后产生的第一个拐点A、岩爆发生前两次明显的上升台阶处拐点B和C、岩爆发生时的能量突跃点D、最终峰值点E。将关键点处波形信号从全时域波形中提取出来并进行快速傅里叶变换，得到各关键点二维功率谱图，结果表明：花岗岩声发射主频值在加载初期时为106 kHz，随着荷载的增加，频率由低频向高频过渡，频带变宽且由单峰向多峰转化，频率成分复杂预示多种破裂模式的发生。岩爆前和最终岩爆时刻频带又变窄并恢复单峰，主频值降低至与初始加载时一致，约为106 kHz，预示着岩爆时刻花岗岩岩石高能量的释放。

核电厂址非基岩场地的地基液化问题是核电厂选址的关键问题，亟需建立核电厂址地基液化判别方法。回顾了以标贯试验和地表峰值加速度为依据的砂土液化判别方法的演化历史，依据Idriss-Boulanger确定液化临界曲线的基本方法，提出了确定液化临界曲线的基本原则，分别依据美国液化数据库、中国抗震规范液化判别式所用的液化数据及综合两者的液化数据资料，给出了相应的液化临界曲线，验证了液化临界曲线的位置对不同的细粒含量、有效上覆压力、现场试验方法的液化数据的合理性，分析了测量或估计土层循环应力比和修正标贯击数各种因素的不确定性对液化临界曲线的敏感性，结果表明：所提的液化临界曲线不易受各种因素的影响。利用Monte Carlo模拟、加权最大似然法和加权经验概率法，给出了液化临界曲线的名义抗液化安全系数与液化概率的经验关系式及概率等值线，并对核电厂Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类抗震物项地基，给出了相应的液化临界曲线。

结合微生物对岩土工程特性影响的研究现状，选取黑曲霉、放射型土壤杆菌及地衣芽孢杆菌3株菌种，首先通过压缩试验研究了不同微生物菌种及其培养液掺入土样后对土样固结特性的影响情况，然后借助矿物和化学成分分析及土粒比表面积测定等手段，初步探索微生物改良吹填土机制。研究表明，掺入微生物菌种及其培养液后土样的压缩系数av1-2均有降低，压缩模量Es1-2均有增加，最大降幅和升幅分别为29%和37%；土样的矿物成分没有改变；土中高价阳离子明显减少，但这不是造成土体压缩特性变化的主因；掺入放射型土壤杆菌、地衣芽孢杆菌后土样土粒的比表面积分别增大到1.49倍、1.45倍，菌株改变了土颗粒间的连接状态，从而导致土体颗粒的增多或者土体结构的变化。

用碎石桩对软弱土进行地基处理是一种常用的地基处理方法，桩间土的固结问题是碎石桩复合地基中非常关注的问题，该问题在不同假设条件下的研究也取得了大量成果。在考虑桩土模量比（即应力状态稳定时的桩土应力比）及碎石桩面积置换率影响的前提下，基于等应变假设，将任意变荷载转化为傅里叶级数，从而推导出了变荷载作用下碎石桩桩间土固结解析解，给出了任意时刻桩土承担的应力变化关系，对现有理论进行了合理的修正。通过算例与现有理论对比分析表明，本算法合理可行，当碎石桩面积置换率及桩土模量比比较大时应该考虑其对固结的影响。此外，根据上述理论对Carrillo假设进行了分析，证明竖向和径向固结分别独立考虑的假设并不精确，但得出的总体规律与实际较为接近。

采用双线法，对十堰—天水高速公路安康西段的变质软岩路堤填料，在两种密度条件下进行了大型三轴试验，同一竖向偏应力下饱和与风干状态填料应变的差值即为湿化引起的应变，对其变化规律进行分析，结果表明：填料的湿化变形发展呈两个阶段，临界湿化应变的大小与竖向偏应力和围压的比值密切相关，同一密度、不同围压条件下的各曲线变化点的湿化应变值较为一致；填料密度增大，则变化点的湿化应变值增加，说明密度和围压不仅影响湿化变形的大小，还影响其发展规律。根据3种围压条件下的试验结果，对两种密度的填料，分别建立了填料湿化变形发展规律的公式，并用新的第4种围压条件下的试验结果进行校核，吻合程度较好。该公式可用于分析高速公路施工中路堤湿化变形的大小及发展规律。

由于废弃物的堆积以及填埋场上覆盖层的重量，衬垫因此承受一定的压力，发生力学固结；由于黏土本身的结构特性，当污染物通过黏土垫层时可能会发生化学固结，而固结作用可直接对污染物的对流输运产生影响，也会引起土层体积和结构的变化，从而改变其固有的输运性质。从混合物理论出发，建立了水力-化学-力学作用下的溶质输运理论框架，统一地描述了水力-化学-力学作用下变形、水的吸附或解吸附、对流和扩散现象。将输运系数考虑为有效孔隙率的函数，由此反映固结对输运参数的影响。对所建立的数学模型进行无量纲化处理，并使用有限元软件COMSOL Multiphysics进行求解，最后进行了参数分析。研究结果表明，垫层土体中吸附水和自由水之间的化学势差异越大，层间吸附水的解吸附量越大；当土体的软硬性质不同时，当层间吸附水解吸附后，土体固结程度不同，从而对污染物输运过程的影响不同。而当垫层上覆荷载增大时，土体宏观孔隙的扩张的限制作用增强，从而对土体产生一种修复作用，抑制污染物在土体中的输运。

在研究双向压缩条件下压剪复合型裂纹应力分布特征及断裂破坏机制基础上，考虑渗透压对初始裂隙面上有效正应力的影响，提出高低渗透压环境的判定准则，并基于滑动裂纹模型理论及最大周向拉应力破坏准则，得到不同渗透压环境下初始裂隙尖端微裂纹起裂特征与规律。研究结果表明：压剪复合应力条件下，初始裂隙尖端发育微裂纹的最优倾角与裂隙面摩擦系数直接相关，随裂隙面摩擦系数的增大，最优初始裂隙倾角由45°起逐渐增大；低渗透压条件下，渗流场的存在使裂纹面摩擦系数发生弱化，进而使得最优初始裂隙倾角向45°靠近，而渗透压直接降低裂隙面上有效正应力且与裂隙倾角无关，其仅仅影响裂隙体材料的初裂强度；高渗透压条件下，初始裂隙面由压剪复合应力状态转化为拉剪复合应力状态，并在拉剪复合应力场作用下，尖端微裂纹起裂角随KI/KII的不断增大，由70.5°逐渐趋近于0°。

新吹填淤泥处于“稀泥汤”状态，工程特性极差，几乎无承载力，现有真空预压技术加固效果不理想，地基有效加固深度小，土体强度增长有限。为此，提出了“真空预压联合化学加固”的新思路。室内采用3种环保型化学加固剂设计了3种真空预压联合化学加固方案（VPCT1、VPCT2、VPCT3）和1种纯化学加固方案（CT），与现行真空预压加固方案（VPT）进行了对比试验研究。研究结果表明：(1) 添加有效的化学加固剂后，新吹填淤泥在抽真空前较短的静置时间内就基本完成了自重沉积过程；(2) 化学加固剂选取得当能有效提高土体的加固效果；(3) 宏观上，VPCT3方案加固效果较均匀，加固后土体中黏粒含量明显降低、湿密度最大，孔隙比降低幅度明显，无侧限抗压强度也最大，为66.7 kPa（为VPT方案的3.5倍）；(4) 微观上，VPCT3方案加固后，土颗粒之间的孔隙总面积、孔隙平均周长、总孔隙数、孔隙比、孔隙率等最小，单元体之间有良好的定向度、排序性最好，连结方式以面-面为主导，相互之间接触紧密，团聚现象最明显。因此，相对于现行的真空预压技术而言，VPCT3方案土体加固效果非常明显，也较均匀，可以进一步开展现场试验研究，探讨其付诸于工程实践的可行性。

现有研究采用荷载传递法时均未计算桩体自重，若直接应用于国内软土地区超长桩基的沉降计算，其精度难以满足高速铁路线下工程严格的沉降控制要求。基于佐藤?悟双折线模型提出侧阻荷载传递函数的假定模式，引入桩体自重并对荷载传递法的基本微分方程进行修正和求解，结合降水引起的桩周土体沉降计算和基于端阻弹性模型的桩端土体沉降计算，获得地下水位变化诱发的基桩沉降计算方法；采用理论推导的基桩沉降解析解，并借助嵌入荷载传递函数的有限元方法，分别对单纯桩顶荷载作用和桩顶荷载与降水共同作用两种工况下的桩侧摩阻力、桩体轴力和基桩沉降进行算例对比分析；有限元计算因考虑了由桩体沉降产生的桩周土体附加竖向位移而与理论计算略有偏差，但两种方法计算结果的变化规律基本一致，验证了降水引起的基桩沉降理论计算公式的合理性及正确性。

为了提出一种适合于岩土地震数值模拟的土体本构模型，基于土体动应力-应变关系的Hardin曲线及其在非等幅往返荷载下的Pyke修正，采用von Mises准则在偏应力平面上构造边界面，以反向加载点和当前应力点的连线在边界面上投影的比例作为硬化参数，推导了塑性硬化模量并给出该边界面本构的具体增量表述。在有限元软件ADINA中通过自定义材料的二次开发实现了该本构模型，并利用动三轴试验对该本构模型进行了验证。数值模拟与试验结果的对比表明，本构模型能如实反映土体的应力-应变关系。针对实际工程场地的地震反应，应用边界面本构模型在ADINA中进行了二维数值模拟，与SHAKE91的计算结果进行了对比，说明了该本构模型应用于岩土地震工程问题的合理性。

结合大型地下洞室群地震模拟振动台模型试验研究，根据相似原理，利用正交试验和二次细化试验相结合的试验方法，对岩体相似材料进行配比试验。选用铁精粉、重晶石粉和石英砂作为骨料，石膏为胶凝材料，甘油为调节剂。正交试验以相似材料的密度、抗压强度和变形模量为控制指标，通过极差分析得到各影响因素的重要程度，并在此基础上进行二次细化试验，二次细化试验增加测试相似材料的抗拉强度。这种组合试验方法可通过较少的试验次数得到符合相似指标要求的材料配比，大大提高了配比试验的效率。试验得出的相似材料配比与物理力学指标的变化规律及运用组合试验高效确定具体配比的方法，对类似工程动静力模型试验相似材料模拟具有一定的参考意义。

粗粒料在变形和颗粒破碎过程中伴随着明显的声发射（AE），通过监测粗粒料在外力作用下的声发射信号特征可用来研究其力学机制。为探讨不同应力路径下绢云母片岩粗粒料声发射规律，采用改装设计的大型三轴试验机，对绢云母片岩粗粒料分别开展了常规三轴固结排水、等p（体应力）和等q（偏应力）应力路径试验，同时监测其声发射信号。研究表明，对于粗粒料的声发射必须考虑颗粒间的滑动摩擦、翻滚摩擦、颗粒破碎这3种细观机制。不同围压、不同应力水平对颗粒间的滑移、翻滚以及颗粒破碎活动影响较大，因此，在不同阶段，摩擦型AE与破碎型AE所占比例各不相同。在等p路径下，当累计声发射信号出现拐点时，可判断其为应变软化点。等q试验产生的累计AE计数与累计AE能量计数要比等p试验的累计AE计数和累计AE能量计数少一个量级，说明等p试验状态下的声发射要比等q试验活跃。等p试验中，随着体应力逐渐增大，累计AE参量增长率逐渐增大，而等q试验中，随着偏应力逐渐增大，累计AE参量增长率逐渐降低。

基于弹性半空间理论，研究两个相邻明置条形基础的摇摆动力相互作用，将各条形基础与地基的接触面分割成若干个子单元，各单元的位移由基础的刚体位移决定。推导了非对称简谐条形均布载荷作用下弹性地基位移的格林函数，通过分段积分及Cauchy主值积分处理多值广义函数的积分问题。运用所得格林函数求解各单元上的接触力，根据叠加原理得到土与相邻明置条形基础的摇摆动力耦合阻抗函数，详细分析了基础和地基参数对摇摆动力相互作用的影响。计算表明，当两明置条形基础距宽比S/L≤4.0时，应考虑其摇摆动力相互作用效应。所提方法具有计算简便和精度高的特点，对全频段阻抗函数的计算均适用，研究结果为结构抗震设计中考虑土体与多基础的动力相互作用提供了理论依据。

利用含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流装置，为使得型煤力学及渗透特性更接近原煤，选取水泥作为黏结剂，进行了不同黏结剂配比条件下的型煤和原煤三轴压缩试验对比研究。基于欧式距离的相似性度量方法对能反映型煤的力学及渗透特性的特征值指标进行定量评价。结果表明：随黏结剂含量的增加，型煤的峰值主应力差、弹性模量近乎呈正指数函数递增趋势，泊松比呈负指数函数递减趋势；随着黏结剂含量的增加，型煤的初始渗透率、最小渗透率基本呈负指数函数递减趋势，且其渗透率变化率随黏结剂含量的增加越来越小，表现为渗透率-轴向应变曲线越来越平缓；基于欧式距离的相似性度量方法得出水泥黏结剂配比为IV型的型煤在力学及渗透特性方面与原煤最为接近，可以作为模拟原煤的相似材料。

为了进一步合理确定悬臂式抗滑桩桩间距，在对以往关于开挖边坡抗滑桩桩间距分析模型缺陷讨论的基础上，提出在抗滑桩桩后局部所形成的拱脚处，两侧土拱在此交汇形成的是倒梯形受压区。在计算确定悬臂式抗滑桩桩间距时，除满足桩间静力平衡条件、土拱跨中及拱脚处的强度条件等基本控制条件外，还需满足桩计算宽度条件、桩土变形协调条件等附加条件，得到了确定桩间净距的方程组，通过迭代试算可以求解。依托一工程实例，定量地说明了在其他因素不变的情况下，桩间净距随桩后土体黏聚力或内摩擦角的增大而非线性增大，且桩间净距受黏聚力的影响更为敏感，同时桩间净距随着桩后坡体推力的增大而呈非线性减小。所提出的方法除可用于黏性土外，还可用于无黏性土。

唯象学本构模型不能很好解决诸如夹杂含量、温度、应变速率等对盐岩力学性质的影响，更难以解释盐岩变形机制。盐岩为石岩晶体组成，其变形机制主要由多晶结构所控制，故基于固体位错理论研究方法建立的盐岩塑性本构模型更能反映盐岩的变形机制。研究表明，盐岩的塑性-蠕变交互作用机制是（亚）晶粒内部位错的滑移与（亚）晶界及其干涉面内位错的攀移运动之间的耦合。基于此，可确定亚晶（或晶粒）平均尺寸与流动应力之间的关系、（亚）晶内的位错平均密度；建立微观参量（位错、亚晶直径、亚晶界宽度等）演化模式；根据Orowan定律建立盐岩微观-宏观变形联系，从而导出盐岩塑性本构方程。导出的本构方程体现了盐岩塑性-蠕变变形的物理机制，相对于传统的塑性本构方程具有更好的物理意义。

将含瓦斯煤岩体简化为气饱和的各向同性均质体，基于混合物理论建立了含瓦斯煤岩体的物理方程、几何方程、连续方程和动力控制方程。瓦斯抽采孔的长度远大于直径，将瓦斯抽采过程中抽采负压引起的孔壁的动态响应问题简化为二维平面应变问题，借助Laplace变换和Laplace逆变换分别建立了相关问题的频域和时域解答。以河南省某煤矿的煤岩体瓦斯参数为例，对孔边的动态响应进行了数值计算，分析了无量纲径向位移、径向应力和环向应力等的变化规律，结果表明：径向位移和径向应力等动态响应主要集中在孔边的一定区域内，且该区域随着抽采时间的增大而扩大；孔壁产生波动较大的环向应力，且该环向应力随着抽采负压的增大而增大。

土工袋加固地基技术已普遍应用于房屋地基、边坡加固等工程中。大量研究表明，土工袋具有显著的减振消能效果。为了进一步探讨不同的袋内充填土体材料对土工袋减振消能效果的影响，通过对不同粒径、级配、黏粒含量的填充土体材料及装有相应填充土体材料的土工袋进行水平循环剪切试验，研究袋内填充土体材料与动剪切模量及等效阻尼比2个参数的关系。试验结果表明，土体装入土工袋后，动剪切模量降低，等效阻尼比增大；当填充土体材料及土工袋内土体材料粒径相对较小、级配均匀、黏粒含量高时，等效阻尼比和动剪切模量较大。总体而言，粒径和级配对土工袋减振消能效果影响不大。

绢云母片岩是一种易崩解的片岩填料，在大气的长期干湿循环作用下，性能极易发生衰减、弱化。通过开展干湿循环前后不同初始最大粒径绢云母片岩的加州承载比试验和回弹模量试验，探讨其强度变化规律，并结合颗粒分析试验，从崩解的角度解释上述强度变化原因。结果表明，绢云母片岩在经历10次干湿循环作用后颗粒再无明显崩解，粒径为10 mm的颗粒可作为其崩解强弱的分界点，粒径大于10 mm的颗粒崩解较快，粒径小于10 mm的颗粒崩解较慢。绢云母片岩的回弹模量在初始最大粒径为5～10 mm时较大；而其承载比在初始最大粒径为10～20 mm时较大。结合崩解特性，选取初始最大粒径10 mm作为绢云母片岩路基填筑的控制粒径。

为了分析锚杆轴向力和横向剪切力分别换算的结构面抗剪强度大小规律，依据最小势能原理的变分法，并考虑结构面剪胀特性，建立加锚结构面抗剪强度计算公式。通过加锚结构面直剪试验验证理论计算的有效性，结合理论计算公式，分析了在不同锚杆倾角下围岩强度、锚杆直径和法向应力对锚杆轴向力和横向剪切力换算的抗剪强度影响规律，以及预应力对抗剪强度的影响。结果表明：加锚结构面抗剪强度计算结果与试验结果吻合较好；当锚杆倾角逐渐增大时，锚杆轴向力发挥的抗剪强度逐渐降低，横向剪切力发挥抗剪效能逐渐增大，当锚杆倾角为120°～150°时，轴向力换算的抗剪强度基本为0，而横向剪切力换算的抗剪强度最大；随着围岩强度或法向应力的增大，锚杆轴向力换算的结构面抗剪强度减小，但随锚杆直径或预应力的增大，锚杆轴向力换算的结构面抗剪强度增大；当围岩强度和锚杆直径增大，锚杆横向剪切力换算的抗剪强度会明显增大，而预应力增大会使锚杆横向剪切力换算的抗剪强度呈现降低趋势。

考虑地基为饱和半空间，研究了广义Gibson饱和地基内作用简谐扭转动荷载时地基的动力响应问题。从Biot饱和地基固结理论出发，结合扭转振动的特点，建立了剪切模量随深度线性变化的饱和地基扭转振动的动力微分方程，通过Hankel变换求解此微分方程，给出了Hankel变换域内的切向位移和剪应力关于待定系数的表达式。根据饱和地基表面为自由表面，荷载作用面位移连续、剪应力差等于动荷载大小，波的辐射条件等边界条件求解出待定系数，借助Hankel逆变换给出地基内的位移和应力的表达式。通过数值算例研究发现：在同一水平面内，地基内的切向位移和剪应力曲线的实部和虚部都呈现出非常明显的波动变化规律；在竖向平面内，动荷载作用面上部区域内随深度逐渐增大时，地基内切向位移和剪应力曲线的实部逐渐增大，而在动荷载作用面下部区域则正好相反；扭转动荷载的影响范围主要是荷载作用面上下2倍半径区域。

利用空心圆柱扭剪仪模拟斜入射地震波作用形成的斜椭圆应力路径，对比研究了等向固结条件下饱和福建标准松砂在循环斜椭圆、圆形、扭剪、三轴路径下的动力特性。试验研究表明：土体循环孔压发展存在陡升型和陡降型两种模式；圆形路径下累积孔压增长速率最快，循环扭剪最小；归一化孔压与斜椭圆的倾角无关，但受斜椭圆长短轴比及动应力比影响。砂土的不排水动强度与动应力路径密切相关，循环扭剪和循环三轴最大，循环斜椭圆次之，圆形路径最小。地震波从特定角度入射时，形成近似圆形路径，若只将地震波视为垂直入射的S波，将高估地基土体抗液化强度。

针对输电线路掏挖基础极限上拔承载力问题，根据塑性极限平衡原理，假设基础周围土体发生整体剪切破坏并服从Mohr-Coulomb破坏准则，建立静力学平衡方程式，并结合变分法原理求解不同加载条件下基础的极限抗拔力。通过变参数计算，分析土体强度及基础埋深比对中心上拔、偏心上拔及倾斜上拔时基础极限上拔力的影响。经归一化处理，分别给出水平力和弯矩存在对基础抗拔力折减的影响系数。当归一化弯矩与上拔力比值Nm 0.4时，? m减小速度放缓。相对于内摩擦角，黏聚力变化对? m的影响更明显。水平力影响系数? h同时受到土体内摩擦角、黏聚力以及基础埋深比的共同影响，规范建议值较变分解法的计算结果偏大。通过与规范公式法计算结果及试验结果进行对比，验证了所提方法的合理性和准确性。研究结果为偏心上拔及高露头基础顶部作用水平荷载时基础抗拔承载力的计算提供参考。

将小尺度含水层热机械弥散系数模型应用于对流弥散传热过程中，推导了该条件下对流弥散热量运移的解析解，结合试验进行验证，对含水层热弥散效应进行评估，结果表明，热机械弥散系数等于1×10-2 W/(m?°C)可以作为热弥散对温度场影响的临界点，从而将热机械弥散系数的分布划分为不可忽略的三角区域和可以忽略的多边形区域；明确了自然含水层结构条件下纵向热弥散度范围，从小尺度的热弥散研究结果来看，纵向热弥散度最大值为厘米数量级，它与野外大尺度条件下热弥散度的研究成果有着显著差异，表明热弥散尺度效应的存在，这将是进一步开展研究工作的方向。

当基坑需进行非截断条件下的承压含水层降水时，承压水抽降产生的影响范围远大于基坑开挖的影响范围，其对基坑外既有隧道的影响值得重视。进行了承压层减压降水对既有盾构隧道影响的有限元仿真模拟，考虑了既有隧道相对于承压含水层不同位置时，既有隧道周围土体应力场、既有隧道横断面内力和变形。研究结果表明，隧道全部或者大部分位于承压含水层中时，抽水除可引起隧道发生整体隆起或沉降外，还将导致隧道自身产生较大的竖向压缩变形；当隧道全部位于上、下部隔水层时，含水层抽水对其隧道的变形影响不大，但当隧道位于上部隔水层情况下，抽水将会引起隧道产生整体下沉。

预裂爆破的现场实践表明，诸如节理、软弱夹层和断层等地质不连续面是影响预裂爆破效果的一个重要因素。运用LS-DYNA 3D程序研究了不同角度的节理对预裂爆破效果的影响。通过数值模拟发现，岩体中节理的存在对预裂爆破效果影响显著，其吸收应力波能量并阻碍应力波的传播，且影响预裂缝产状。研究结果表明，节理附近的预裂缝大多沿节理垂直方向开裂，逐渐与被破坏节理连接，节理夹角较小时，易形成锯齿状裂缝，且较难贯通。随着节理与炮孔连线夹角的增大，应力波在节理处的透射率越大，节理附近位置上的质点振速也越大，预裂缝更趋于平直且更易贯通。当节理垂直炮孔连线时透射率最大，所形成的预裂缝与炮孔连线基本重合，不会出现锯齿形裂缝，相对成缝效果最佳。

差异风化型危岩多形成于由砂岩和泥岩等软、硬岩性组成的互层陡倾岩质边坡中，其崩塌破坏属地质灾害中的常见形态。以普洱渡危岩高边坡为例，推导出差异风化型危岩岩腔后壁泥岩压应力随岩腔深度增加而增大的计算公式。据普洱渡危岩高边坡地形地貌和地质构造特征建立了两类4种差异风化型危岩力学模型：第1类为主控结构面贯通率等于1时的泥岩基座压裂破坏型和转动破坏型危岩；第2类为主控结构面贯通率小于1时的坠落型和倾倒型危岩。利用岩石强度理论推导出研究区砂岩的二次抛物线型摩尔强度包络方程，以极限平衡理论和摩尔强度理论推导了4种危岩体在自重、地震力和裂隙水压力共同作用下的崩塌破坏判别表达式，并由此反演出危岩体的临界崩塌边界方程，得出危岩体崩塌边界（岩腔深度、危岩体厚度和高度、主控裂隙深度）之间的关系，为现场预测和判别危岩体的稳定性和崩落时序提供简便可靠的依据。

页岩储层天然裂缝、水平层理发育，水力压裂过程中可能形成复杂的体积裂缝。针对页岩储层体积裂缝扩展问题，基于流-固耦合基本方程和损伤力学原理，建立了页岩储层水力压裂体积裂缝扩展的三维有限元模型。将数值模型的模拟结果与页岩储层裂缝扩展室内试验结果进行对比，二者吻合较好，从而证明了数值模型的可靠性。通过一系列数值模拟发现：（1）水力压裂过程中水平层理可能张开，形成水平缝，水平与垂直缝相互交错，形成复杂的体积裂缝网络；（2）水平主应力差增大，体积裂缝的分布长度（水平最大主应力方向压裂裂缝的展布距离）增加、分布宽度（水平最小主应力方向压裂裂缝的展布距离）减小，体积裂缝的长宽比增加；（3）压裂施工排量增大，体积裂缝的分布长度减小、宽度增加，压裂裂缝的长宽比降低；（4）天然裂缝的残余抗张强度增大，体积裂缝分布宽度减小、分布长度增加，体积裂缝的长宽比增加。研究成果可以为国内的页岩气的压裂设计和施工提供一定的参考和借鉴。

对于库区滑坡来说，不能只考虑滑坡体本身造成的灾害，还要考虑滑坡体引起的涌浪灾害，为了研究滑坡涌浪的传播、衰减规律，在Geo-wave软件的技术上，二次开发形成FAST软件。以三峡库区龚家方4号斜坡为研究对象，分别在175、156、145 m的库水位条件下，在长约23 km、宽约10.4 km的区域内进行涌浪数值模拟，获得涌浪传播模拟数据。经过模拟软件数据处理模块的计算分析，形成了分析涌浪传播规律的一系列图件。对不同水位下涌浪模拟的计算结果进行对比分析发现，随着库水位的下降，滑坡产生的最大涌浪值和在对岸的爬高值都有增长的趋势，但其对航道存在威胁的时间逐渐变短。模拟区各位置的最大波高空间分布形态具有中间内凹、两翼沿岸坡延伸的特征。涌浪传播的急剧衰减区基本分布在涌浪源附近1 km的范围内，涌浪源处的波高越大，单位距离内的涌浪下降高度也越大。由于涌浪在岸边有叠加、壅高现象，建议航道内船只经过地质灾害点附近时应沿江中心快速通行。

为了研究土层隔水层在采动及渗流作用下的破坏规律，采用了固-液耦合相似材料模拟试验研究和土层破坏理论分析。试验表明，在采用的长壁间隔式开采中，浅埋煤层中的组合关键层破断后进入裂隙带，隔水土层协调运动进入弯曲下沉带。该开采方法改变了岩层的运动破坏规律，抑制了采动裂隙在隔水土层中的发展，避免了导水裂隙与含水层贯通，达到了保护土层的采动隔水性目的。土层变形、破坏理论分析表明，组合关键层的破断距亦即对应土层的跨距，在弯曲下沉过程中没达到变形破坏极限跨距，不会产生导水裂隙，满足保持隔水性能的判据。现场开采实践证明，试验工作面开采后未出现潜水渗漏。该方法并已成功实现多个工作面的保水开采。

冶勒沥青混凝土心墙堆石坝最大坝高为124.5 m，坝址区地震烈度高，地质条件复杂，两岸坝基条件严重不对称。大坝上布设了9台强震仪组成的强震监测台阵，曾获得2008年汶川地震和攀枝花地震的大坝强震监测记录。2013年4月20日四川省雅安市芦山县发生里氏7.0级地震，冶勒大坝距震中约212.5 km，坝址区震感较为强烈，强震监测台阵获得了此次地震较为完整的有效记录。对芦山地震主震记录进行时域分析和频谱分析，总结冶勒大坝在芦山地震中的动力反应规律，并与汶川地震时坝体动力反应进行对比分析。研究表明，芦山地震主震时冶勒大坝最大加速度记录为47.043 cm/s2，最长持续时间为76.98 s，坝顶动力放大效应明显；芦山和汶川地震时大坝动力反应规律的差异与地震波频谱特性及大坝自振特性等密切相关。总体而言，冶勒大坝在震后运行安全稳定，芦山地震未对冶勒大坝造成明显不利影响。

土石坝的坝坡稳定是影响土石坝安全的重要因素，传统的土石坝坝坡稳定采用的是瑞典圆弧法或者毕肖普法，其计算结果既不是下限解也不是上限解。在Sloan的工作基础上，基于有效应力的方式, 用有限单元思想离散结构物，建立满足平衡条件、间断条件、应力边界条件以及屈服条件的极限分析下限法的非线性规划模型，并且编制了相应的程序，应用到土石坝坝坡稳定性的计算中。考虑了地震荷载和渗流作用，采用迭代算法对土石坝进行非线性强度指标的坝坡稳定计算。最后，以几个典型土坡和具体的土石坝工程为算例，与多种方法的分析结果比较，表明了该方法的可行性。

岩石作为地下工程的主要研究对象，其物质组成和所赋存的复杂地质环境使其具有明显的流变特性。基于三维颗粒流程序(PFC3D)，采用由开尔文模型和马克斯伟尔模型串联组成的伯格斯（Burgers）流变模型，通过控制变量法，分析了伯格斯模型中弹性系数(Em和Ek)、黏性系数(?m和?k)和摩擦因数f对瞬时强度特性和流变特性的影响；分析得出数值试样的瞬时强度特性主要受马克斯伟尔体弹性系数Em和摩擦因数f影响：弹性模量和单轴抗压强度与Em和f均呈正相关，泊松比与Em呈正相关，与f呈负相关；而流变特性与各参数均呈现负相关性。在此基础上，进行了红页岩分级增量蠕变试验的模拟，通过与室内蠕变试验结果的对比，验证了PFC3D中的伯格斯模型用于岩石蠕变试验模拟的可行性，并将该方法用于分级增量循环加卸载蠕变试验和三轴蠕变试验数值研究。该研究内容是利用离散单元法研究岩石流变特性的一种新的尝试。

传统的离散元类数值方法存在处理角-角接触时接触力方向不确定、三维情形时接触计算极其复杂等问题。Munjiza提出的基于势的接触力计算方法很好地解决了这一问题，但同时存在势的物理意义不明确，计算出的接触力与物理直观不符、相同嵌入量计算的接触力大小不一致等问题。在已有研究的基础上，提出了一种基于统一标定的势接触力计算方法，该方法重新定义了势函数，即三角形单元内一点的势与该点到3条边的最短距离成正比。采用这种势函数定义可以对嵌入量进行统一表征。在相同的嵌入量下，计算的接触力大小是一致的，同时保留基于势的接触力计算方法所有优点。新定义的势函数，解决了原有势函数所存在的重大缺陷，只要重叠区域不变，计算的总接触力是不变的，接触力计算具有局部特性，而与划分的三角形单元的整体形状和大小无关，即新的接触力计算方法，具有更好的网格鲁棒性。该方法使得基于势的接触力计算方法建立在坚实的物理基础之上，意义重大。

为研究浅埋隧道掌子面稳定性及获取精细化的破坏模式，提出了一种上限有限元非结构化网格自适应加密策略。以单元耗散能权重指标作为网格自适应加密评判准则，该策略同时兼顾了单元尺度与塑性应变。应用高阶的6节点三角形单元并建立上限有限元线性规划模型，以多次反复计算和网格加密的方式实现了二维自适应上限有限元分析并编制了计算程序。利用条形基础地基极限承载力课题，从上限解精度和网格加密形态方面验证了该程序的有效性。针对浅埋隧道掌子面稳定性问题，展开多参数条件下的自适应上限有限元计算，分析了网格加密过程中单元总数与上限解精度的关系，列出不同隧道埋深和内摩擦角对应的隧道掌子面稳定性临界值的上限解，揭示出掌子面稳定性变化规律及精细化的破坏模式。

采用楔形体与椭球滑面算例，研究了三维极限平衡法中滑面正应力近似方法对其计算结果的影响。使用线性插值近似滑面修正应力时，插值节点和网格数目的改变未对安全系数造成明显影响，但明显改变了修正应力的计算结果，网格交界处的修正应力易出现突变。采用移动最小二乘近似滑面修正应力后，安全系数基本不变，并且相对于线性插值，能在求解更少未知量的情况下获得更有规律的修正应力分布。算例表明，在采用线性插值和移动最小二乘近似计算滑面修正应力的情况下，安全系数基本不随滑面正应力的改变而变化，这与二维极限平衡法的相关研究结论基本相同，显示三维极限平衡法满足了平衡条件和合理性条件。

基于二维离散单元法，对沉桩过程中钙质砂颗粒破碎情况进行了模拟。采用簇粒来模拟易破碎的钙质砂颗粒，并用形状与变形特性相同的聚粒单元来模拟不可破碎颗粒，对这两种单元特性进行对比，分析不同桩型的沉桩过程、桩周土体的力学响应、沉桩过程中钙质砂的颗粒破碎现象。结果表明：破碎颗粒将引起桩侧土体级配的重新调整，与桩体接触好于不可破碎土体；桩处于颗粒破碎的钙质砂中，其沉桩速度较快，对地基土扰动小于未发生颗粒破碎的情况；对于不同桩型、不同土层，桩体压入过程中，桩周土体应力场分布具有相似性；靠近桩端附近，土中水平应力和竖向应力急剧增大，形成应力核；同等条件下发生颗粒破碎的钙质砂地基土中，桩端应力峰值高于不可破碎土体。

冲击压路机已大量用于各种原位地基土以及填土的压实处理，压实深度明显大于传统压路机和平板压实设备。但冲击压路机在冲击碾压过程中的能量传递过程、土中应力和位移的分布情况等尚不清楚。为探讨冲击碾压加固地基的机制和加固效果的主要影响因素，研制了冲击碾压模拟试验设备。该设备主要由模型箱、模型冲击轮、简易缓冲装置以及支架与牵引系统四部分组成，其中核心组成部分是具有不同外接圆尺寸大小和质量的三边形模型冲击轮。模型冲击轮可通过牵引系统中电机的牵引作用，在试验土体表面沿直线滚动，对土体施加冲击碾压作用。采用该设备进行了不同尺寸的模型冲击轮冲击碾压砂土的模型试验，并采用直径为2.5 cm的小型静力触探仪对冲击碾压加固效果进行检测。结果表明：该试验设备可用于实现对非圆形冲击轮冲击压实土体过程的模拟，同时显示冲击轮尺寸对冲碾加固效果的影响与冲碾遍数有关，且该影响在不同深度的土体中会有不同的响应，增大冲击轮的尺寸可以在土体的浅层深度范围内获得更好的加固效果。

为掌握离心力场环境下微型土压力传感器与土介质相互作用引起的匹配误差特性，结合匹配误差理论，通过液体标定试验和离心力场中土介质标定试验，讨论了微型土压力传感器在模量相对较大土介质中的非线性响应特征及其主要影响因素。试验分析表明：在液压条件下微型土压力传感器具有良好的线性响应特性；在离心力场环境中微型土压力传感器表现出的显著非线性响应特性是由加载过程中土介质模量的改变引起；基于建立的匹配误差随土介质模量变化的关系曲线对测试数据进行非线性修正，可明显提高微型土压力传感器在模量相对较大土介质中的测试精度。