为研究彭水页岩气区块储层的各向异性特征，开展了石柱县龙马溪组页岩的单轴和三轴压缩试验，分析了其力学特性、强度特征和破裂模式的各向异性，并揭示了其破坏机制的各向异性。结果表明：(1) 龙马溪组页岩具有明显的各向异性特征，弹性模量在平行层理方向最大，垂直层理方向最小，且围压的增加使其增加速率不断减小；0°、30°和60°、90°页岩的泊松比随围压的增加呈现出了相反的变化规律，这可能与页岩层理间孔隙和微裂缝的良好发育有关。(2) 相同围压下，0°试样强度最高，90°次之，30°最低，总体上呈现出两边高、中间低的U型变化规律，而不同角度的Hoek-Brown强度准则能较好地反映其强度的各向异性特征。(3) 页岩破裂模式的各向异性是由破坏机制的各向异性引起的，而强度的各向异性是由破坏机制的各向异性控制的。单轴压缩时，0°页岩为沿层理的张拉劈裂破坏，30°为沿层理的剪切滑移破坏，60°为贯穿层理和沿层理的复合剪切破坏，90°为贯穿层理的张拉破坏。三轴压缩时，0°为贯穿层理的共轭剪切破坏，30°为沿层理的剪切滑移破坏，60°和90°为贯穿层理的剪切破坏；页岩地层的层状沉积结构和层理间的弱胶结作用是破坏机制各向异性的根源。研究结果为水平井井壁的稳定性分析和水力压裂施工设计等提供了技术参考。

基于大型振动台试验，研究小角度成层倾斜场地在倾向、走向、垂向、坡面方向、坡面垂直方向上的地震动响应特征，以及地层倾角对场地反应谱的影响规律。试验结果表明：在倾向方向，随着地层倾角的增大，倾斜场地的放大效应增大；在走向方向，当地层倾角小于12.5°时，放大效应强于水平成层场地；在倾向、走向方向，当地层倾角达到12.5°时，场地对反应谱短周期T≤0.1 s部分具有放大作用，对T＞0.1 s的部分具有削弱作用；在垂向方向，随着地层倾角的增加，倾斜场地的放大效应强于水平成层场地；在坡面方向，倾斜场地的放大效应弱于水平成层场地；在坡面垂向方向，倾斜场地的放大效应强于水平成层场地。该研究成果对小角度成层倾斜场地上的建筑物抗震设计具有一定的参考意义。

在压缩位移控制加载条件下（加载速率为5 mm/min），针对不同含水率（12.7%~16.5%）砂样，利用自主开发的基于粒子群优化的数字图像相关方法，开展了最大剪切应变场的观测研究，获取了子区尺寸对砂样不同位置最大剪切应变的影响规律。研究发现，随着砂样含水率的增加，变形更加均匀，最大剪切应变高值区分布变得宽广，反映了剪切带的数目增加，微裂纹出现之前的最大剪切应变提高；随着纵向应变的增加，在应变高值区，最大剪切应变以非线性方式迅速增加，但在应变低值区，一般以线性方式增加。当剪切带出现以后，特别是在变形后期，子区尺寸对最大剪切应变有明显的影响。最大剪切应变随子区尺寸变化的演变规律与子区所处位置密切相关。

石灰稳定土工程翻修改造后会产生大量的石灰土弃渣，为避免污染环境和节约工程投资，需重新利用破碎的石灰土进行填筑。但石灰土破碎后强度急剧降低，需要添加胶凝材料提升其力学性能。以重塑石灰土为研究对象，通过添加5%石灰或水泥进行再改良，对比分析两种再改良土的强度和压缩性等力学指标，结果表明，石灰再改良土的力学特性优于水泥再改良土。借助粒度分析、电镜扫描、X衍射和热重分析试验手段揭示了石灰再改良土性能优越的内在机制，发现石灰再改良土中的石灰和石灰土团粒能形成很好的胶结；但水泥未能和石灰土团粒形成有效胶结，自身形成了边-面和边-边接触的片状多孔架构。重塑石灰土残存的氢氧化钙是引起水泥再改良土性能劣于石灰再改良土的主要诱因。

重载铁路常常通过提高货车轴重来达到增加运量的目的，而大轴重货车运行会对路基粗颗粒土填料产生较大的循环动力作用，这容易导致路基塑性变形过大甚至使路基发生破坏，而这些病害均与粗颗粒土填料的动力破坏规律有关。为研究该类填料在动力作用下的破坏规律进行了一系列大型动三轴试验，分析了围压和含水率对填料塑性变形增长的影响，根据塑性变形增长的特点将试样分为了稳定试样和破坏试样，由此得出了临界动应力的表达公式，并探讨了不同轴重下路基破坏的可能性。此外，还分析了围压和含水率对粗颗粒土填料动强度的影响，结果表明，填料静、动强度之间具有很好的相关性，通过归一化处理提出了利用静强度推求相应动强度的公式。

假设桩周土体为饱和黏弹性介质，采用Burgers流变模型进行描述，同时考虑竖向和径向固结，建立了固结控制方程。根据不排水和自由排水情况，将边界条件分为3类并分别得到超孔隙水压力消散的级数解答，该解答能够为孔压静力触探反求固结系数提供一定的理论依据。在此基础上编制了应用程序，对Burgers流变模型中主要参数进行了分析。结果表明，地基表面自由排水、桩端地基不排水条件下，在一定深度以内的桩周土体的固结速度随深度降低，但超过某一范围后固结速度趋于稳定；上、下边界均自由排水条件下，固结速度随深度增加呈现下降、稳定、升高；上、下边界均不排水条件时，孔压消散速度不随深度变化，可简化为本解答仅考虑径向固结的特例。同时土体的流变特性对超孔隙水压力消散的影响比较显著，流变参数G1/??1的变化使超孔隙水压力趋于某不为0的定值，且该值随G1/??1比值的增大而增加；其他参数不变时，土体剪切刚度比G1/G2的增大会引起孔压消散速度的下降。

不同土层结构的堤基，其管涌发生和发展的情形不同。以前的研究多集中于双层堤基的情况。事实上，含夹砂层堤基中，位于砂砾石层内的细砂层会对堤基管涌的发生产生重大影响，并且这些影响随细砂层在砂砾石层中的位置不同而不尽相同。利用室内砂槽试验，模拟当细砂层位于砂砾石层内部不同深度时含夹砂层堤基管涌的发展过程，研究细砂层埋深对 堤基管涌的影响。试验结果表明，细砂层埋深存在一个临界深度，当细砂层埋深较浅时，堤基的临界水力梯度较小，易于发生管涌，且管涌发生以后，堤基被侵蚀的速率较大，出砂较多；堤基破坏的临界水力梯度随着细砂层埋深的增加而增大，当细砂层埋深大于临界埋深时，堤基的临界水力梯度基本不变，同时堤基抵抗管涌破坏的能力较强，其破坏形式与双层堤基 相类似。

为了准确认识水平井多段压裂过程中井筒周围应力场变化，指导裂缝起裂和延伸机制研究，综合考虑井筒内压、地应力、压裂液渗流、热应力、射孔和先压开裂缝等因素的影响，根据应力叠加原理，建立了水平井多段压裂应力场计算模型。该模型利用位移不连续法，重点考虑了先压开裂缝在水平井筒周围水平面上产生的诱导应力大小，克服了裂缝诱导应力解析模型只能计算裂缝高度平面诱导应力大小的局限。结果表明，通过应力场模型进行的破裂压力预测与实际破裂压力值吻合度较高，验证了建立模型的准确性；人工裂缝形成后会对水平井筒周围应力场造成很大影响，在裂缝尖端出现应力集中，造成应力分量降低，在裂缝周围一定区域造成应力分量有较大的升高；多段压裂压开人工裂缝越多，应力之间干扰越严重，水平井筒周围应力分布越复杂。该研究对认识多段压裂存在先压裂缝干扰下后续裂缝的起裂和延伸机制，指导压裂施工具有一定意义。

PCC能量桩是河海大学岩土所开发的一种新型能量桩技术。在常规桩基静载荷模型试验基础上，将PCC能量桩放置在南京典型砂土中，并通过导热管内水体的循环对模型桩体施加温度场，以模拟PCC能量桩在实际运行过程中的承载力特性与受力机制，PCC能量桩先加载至工作荷载（极限荷载的一半），再施加热-冷循环一次，最后加载至极限荷载，测得不同温度下PCC能量桩的荷载-位移关系曲线、桩身应力-应变关系曲线等变化规律。试验结果表明，能量桩换热过程中，热量更容易从桩体传向土体（即夏季模式的热循环）；热循环及制冷循环都明显改变了桩顶位移值，且往复循环作用下产生的塑性变形不能完全恢复，其积累变形可能危害上部结构安全；桩身受温度场作用产生的热应力相对较大，且不同约束条件下其变化值有所差异；在制冷循环下，桩底部甚至可能产生较大拉应力。

接触角是研究三相界面的一个基本物理量。非饱和土是典型的三相体，然而在非饱和土力学中对接触角的研究还比较少，目前还停留在假设阶段，通常假设接触角为某一固定值，甚至忽略接触角的影响。实际上接触角是随外界环境的改变而变化的。通过化学方法对砂土表面改性，从而提高砂土的接触角，使砂土由亲水性变为斥水性。在亲水性砂土中加入斥水性砂土以提高砂土的表观接触角，以此为基础制备不同接触角的试样进行吸力测量试验。试验结果表明，接触角对非饱和土中的基质吸力有重要影响，含水率相同时，随着接触角的增大基质吸力是不断减小的，当含水率增大到一定值时，基质吸力不受土体（亲水状态下）接触角的影响。当接触角增大到一定值时，非饱和土体中的基质吸力消失，即非饱和土体中不再存在负的孔隙水压力。

针对干湿循环作用下填埋场封场覆盖系统压实黏土防渗失效等问题，系统开展了干湿循环作用下（室内模拟填埋场气候环境）压实黏土渗透特性及微观结构特征试验研究，探讨了干湿循环次数、压实度、试样尺寸对压实黏土渗透系数影响并从微观层次揭示其防渗失效内在本质。研究结果表明：干湿循环前，相同压实度的大、小两种尺寸渗透试样所测渗透系数基本相同，经3次干湿循环后，不同尺寸、不同压实度黏土渗透系数增加量却存在明显差异。干湿循环作用下，小尺寸高、低两压实黏土试样均只收缩不开裂，并且高压实黏土微观结构损伤大于低压缩黏土，其渗透系数的增加量也大于小尺寸低压实黏土。而大尺寸试样裂隙发育与现场压实黏土裂隙发育相似，高压实黏土内部裂隙体积小于低压实黏土，其渗透系数的增加量也小于低压实黏土。同时，大尺寸试样内部大量未闭合宏观裂隙致使其渗透系数增加量大于同等压实度条件下小尺寸试样渗透系数增加量。室内小尺寸试样无法体现干湿循环作用下压实黏土层内部干缩裂隙对其渗透性能的影响，因此，其渗透试验结果不宜作为评价压实黏土长期防渗性能的评价指标。

为研究脆硬性泥页岩水化后细观结构的损伤演化特征，利用核磁共振技术对不同浸泡时间的脆硬性泥页岩试样进行测量，得到不同浸泡时间的试样质量变化、横向弛豫时间T2谱分布以及核磁共振成像。结果表明：水化作用会对岩石内部产生损伤，岩样吸水率在最初的8 h内变化相对较大，1 d后相对接近稳定，之后变化不明显。随着浸泡时间的延长，微裂缝在水化的作用下快速扩展、贯通使岩样表面产生明显裂纹。核磁共振T2谱图和成像结果表明，水化作用使岩样微观结构重新分布，T2曲线信号幅度发生明显的变化，并随着浸泡时间的延长而增加。整个水化损伤分为3个阶段：大尺寸孔隙裂纹发展阶段；小孔隙产生、大尺寸孔隙裂纹加剧扩展；小孔隙加剧产生扩展、大尺寸孔隙裂纹归并贯通至水化破坏阶段。核磁共振图像显示同一块岩样在不同浸泡时间的内部微观结构分布，动态地显示岩石的水化损伤过程。

采用中心裂纹圆盘-霍普金森压杆(CCCD-SHPB)试验系统对大理岩中心裂纹圆盘试件进行不同加载速率下的纯Ⅰ型加载试验，研究岩石材料动态断裂韧性的加载速率相关性。考虑到试验中所使用的圆盘试件是带有中心切口的非理想裂纹，结合试件的实际加工情况，提出采用切口尖端形状为小圆弧形的预制裂纹，介绍了试件的制作方法，并利用有限元计算论证了采用这种形状非理想裂纹试件的试验可行性。结果表明，采用圆弧形裂尖、裂纹宽度为1 mm的中心切口非理想裂纹圆盘试件来代替理想裂纹圆盘试件是可行的，误差不超过2.13%。分析试验数据得出：非理想裂纹圆盘试件在纯Ⅰ型加载条件下，其断裂韧度表现出明显的速率相关性，且随着加载速率的增大而增大。

Barton剪切强度模型是目前工程实践中普遍采用的强度公式，而实践应用时，该模型中结构面粗糙性系数（JRC）的评估存在主观性和片面性的缺点。鉴于此，应用多重分形理论，提出了采用多重分形参数准确量化JRC的方法。首先应用数字图像处理技术获取了结构面三维形貌数据信息；然后采用投影覆盖法进行了结构面的分形维数计算，重点对结构面的多重分形特征进行了分析，通过对比分析了构造的15个结构面的多重分形特征值。结果表明：结构面越粗糙，多重分形特征参数 和 值越大， 或 能够很好地描述结构面的形貌特征。最后对9组石膏试件进行了剪切试验，通过不同正应力下对应的剪应力数据分析，结合结构面形貌多重分形参数 或 ，以Barton剪切强度公式为基础，应用最小二乘法原理，给出了JRC与 及JRC与 关系。这样在工程实际中，可以用参数 或 对JRC进行估算，克服了JRC人为估值主观性及采用二维标准轮廓线评估片面性的缺点，为准确评估结构面粗糙度提供了一条新的途径。在此基础上，应用Barton模型可准确估算岩体结构面的剪切强度。

国内外学者对煤与瓦斯突出过程及机制进行了大量的研究，但使用的均是型煤试验，很少涉及地质构造对突出的影响，而且数据监测均未深入到煤体内部。基于相似模拟试验思想和地质力学模型试验新思路，在实验室搭建了综合考虑地应力、瓦斯压力及煤体结构的大型石门揭煤的煤与瓦斯突出试验平台。该试验平台包括试验箱体和反力架、液压加载系统、密封系统、试验监测系统；设计了线充气和面充气系统，用来模拟煤层的瓦斯赋存差异。同时，利用该试验平台进行了石门揭构造软煤的相似模拟试验，研究了石门揭构造软煤过程中煤岩应力和位移的变化规律，以及突出过程中煤层内瓦斯压力和声发射的变化规律。结果表明，在巷道开挖过程中，掘进工作面前方存在明显的应力集中，且越靠近构造软煤应力集中现象越明显；突出发生的瞬间，在突出点附近的位移产生了突变；在突出发生前，声发射信号有一次降低；掘进工作面前方煤岩体应力释放，煤体裂隙增大，为瓦斯的快速放散提供了条件。

页岩储层的裂隙渗透率是评价页岩气开采的重要参数，基于裂隙法向刚度的概念，考虑页岩储层变形过程中裂隙系统和基质系统之间的相互作用以及页岩气解吸引起的体应变，提出了与有效应力相关的页岩储层的渗透率模型。然后分别分析了页岩气藏在单轴应变和常体积条件下的渗透率模型，分析表明，单轴应变和常体积条件下（3个方向的总应变都为0）的裂隙渗透率模型完全一致。采用脉冲衰减渗透率仪测试了煤系页岩的裂隙渗透率，当有效应力从0.7 MPa增加到14.5 MPa时，渗透率从41.81×10-17 m2降到5.43×10-17 m2。为了阐述渗透率模型的有效性，利用煤系页岩的渗透率数据对有效应力-渗透率模型进行拟合。结果表明，当裂隙的法向刚度、张开度和煤系页岩的初始渗透率分别为57 922.5 MPa/m、0.000 17 m和50.15×10-17 m2时，有效应力-渗透率模型和煤系页岩的渗透率拟合程度较好。然后利用现场渗透率数据对该模型进行拟合，结果表明，当裂隙的法向刚度和张开度的关系符合反比例函数时，拟合程度非常好。该渗透率模型适合于单轴应变、常体积和常围压条件，可用于描述页岩气开采过程中页岩储层裂隙渗透率随孔隙压力的变化规律。同时，该渗透率模型和P&M模型以及S&D模型进行了比较，结果表明，该渗透率模型的拟合结果与S&D模型基本一致，但与P&M模型存在一定的差别。

在深入探讨海相沉积原状软黏土压缩、变形等力学特性和详细分析加载屈服面随荷载情况变化的基础上，确认了海相沉积原状软黏土的强度、变形特性与结构屈服应力密切相关。即当固结压力小于结构屈服应力时，其力学特性与超固结重塑土的力学特性类似；当固结压力大于结构屈服应力时，其力学特性与正常固结重塑土的力学特性类似。为描述海相沉积原状软黏土的上述力学特性，将姚仰平等提出的超固结重塑土本构模型引入到海相沉积软黏土弹塑性本构模型的构建中。在本构模型构建过程中，考虑了海相沉积原状软黏土具有的抗拉强度及其演化规律，软黏土强度包线的特点及其进一步修正的表达式，使模型更符合海相原状软黏土的强度、变形特性。最后，将3种不同海相沉积软黏土固结排水剪切试验得到的应力-应变-体变曲线与模型预测结果进行对比。比较结果显示，本文提出的弹塑性本构模型能很好地描述海相沉积原状软黏土的剪缩硬化、剪胀软化以及变形的应力水平依存性等力学特性。

为了完善平台巴西劈裂试验测定岩石抗拉强度的理论基础，基于二维弹性理论，建立对弦载荷下的平台巴西劈裂力学模型，采用应力场叠加法求得圆盘内的应力近似解析解。该应力理论解与有限元数值解一致，证明理论求解的合理性。在此基础上，对比研究了平台加载角对圆盘内应力大小及应力集中程度的影响，其结果表明：平台加载角越大，圆盘加载处的应力集中程度和压拉应力比都急剧降低，而圆盘内的拉应力值和拉伸区却只有一定程度减小；过大或过小的平台加载角都不利于平台巴西试样发生中心拉伸劈裂破坏，其最优平台加载角在20°~30°之间。最后，依据Griffith强度破坏准则，推得岩石抗拉强度的理论计算公式，其结果与已有抗拉强度经验公式及试验所得抗拉强度相符较好。

采取加固措施可提高土体抗剪强度、减小变形等。采用聚氨酯高聚物胶凝堆石料加固土石坝以改良堆石料强度、变形特性。开展了聚氨酯胶凝堆石料三轴剪切试验研究，结果表明：聚氨酯胶凝堆石料偏应力-轴向应变曲线具有明显的非线性，抗剪强度提高；采用抛物线拟合偏应力-轴向应变曲线，可反映其应变软化和应变硬化，并得到初始弹性模量随聚氨酯含量的提高而提高；聚氨酯泡沫填充堆石颗粒间孔隙并将堆石颗粒黏结在一起，减少颗粒破碎、颗粒重排列，使堆石料剪缩特征减弱，当聚氨酯含量高时表现出剪胀；聚氨酯增加了堆石料准黏聚力，对内摩擦角无明显影响。通过有限元方法对堆石坝变形和稳定性进行分析，结果表明，聚氨酯加固堆石坝可减少边坡浅层滑动，增大滑弧深度，提高坝坡稳定安全系数。

对取自江苏省淮安市的膨胀土进行了浸水后的膨胀变形和压缩变形试验。在竖向压力25～800 kPa范围下，研究了不同初始含水率和初始干密度对浸水膨胀变形特性的影响。结果表明：浸水饱和膨胀变形量主要取决于初始干密度，且初始含水率也有一些影响；在相同的含水率下，膨胀变形量随着干密度的增加而增大；在相同干密度条件下，含水率越大，浸水膨胀变形量略微减小。根据各组的固结状态线和浸水饱和膨胀后状态线的交点，得出了介于浸水膨胀和浸水压缩的分界状态线，此线基本上不受初始含水率的影响，进而可以判定不同孔隙比、不同竖向压力下土样处于浸水膨胀还是压缩。最后，基于浸水变形试验结果，提出了一种简便的预测弱膨胀土在不同竖向压力下膨胀变形量的方法。

以重庆松藻同华矿K3煤层制备的煤样为研究对象，利用自主研制的渗流装置，进行了不同围压和瓦斯压力下煤样的三轴压缩试验，并应用能量积聚与耗散的方法，研究了煤样在压缩过程中的能耗特征和渗流特性。结果表明：三轴压缩破坏过程中，含瓦斯煤样存在着能量积聚与耗散。煤样以弹性应变能的形式吸收并储存能量；荷载达到峰值时，煤样储存的弹性应变能在瞬间释放转化为耗散能，成为煤样破坏的源动力。围压和瓦斯压力对煤样的能耗特征有较大影响，随着围压增加，煤样吸收的总能量、储存的弹性应变能和耗散能均会增加；随着瓦斯压力增加，煤样吸收的总能量及耗散能呈现缓慢的增加，储存的弹性应变能呈逐渐下降趋势。围压和瓦斯压力对煤样的渗透性亦有较大影响。应力达到峰值前，随着围压的增加，煤样的渗透性逐步减小；随着瓦斯压力的增加，煤样的渗透性则呈增加的趋势。研究结果可为煤与瓦斯突出的防治和瓦斯抽采提供参考。

借助盐岩单轴流变-声发射试验，分析了流变3个特征阶段与声发射事件数的对应关系，并基于Weibull分布构建了声发射事件数随加载时间的关系式，进而获得了损伤变量的演化关系式。对盐岩流变-声发射试验及流变-超声波试验数据拟合分析表明，该损伤变量表达式具有很好的适用性。进一步对损伤表达式中的参数进行了敏感性分析，揭示了形状参数、尺度参数对损伤值的影响规律。引入分数阶微积分理论及损伤理论，构建了基于损伤的Abel黏壶本构关系，通过替代西原模型中Newton黏壶的方法，求解获得了盐岩分数阶流变本构模型。由盐岩单轴流变试验曲线拟合分析可知，分数阶流变模型能很好地描述盐岩流变的3个特征阶段，尤其是加速流变阶段，且验证了西原模型为分数阶流变模型的一种特殊形式。

通过不同降温条件的冻结试验，明确了土中出现过冷的条件。当环境温度高于土的最低过冷温度时，土表现出稳定的过冷状态；当环境温度低于最低过冷温度时，边界出现短暂过冷，而土样内部不出现过冷。通过分级降温的方法测定了不同含水率的粉质黏土和细砂以及不同NaCl浓度的粉质黏土的冻结温度和最低过冷温度。当含水率等于或高于饱和含水率时，含水率对冻结温度影响不大；当含水率低于饱和含水率时，冻结温度随含水率减小而降低；不同含水率土样的最低过冷温度相差不大；冻结温度降低随NaCl浓度增大的比例系数与理想稀溶液中水的凝固点降低系数非常接近。结合稳定冻结时间、冻结温度、环境温度或最低过冷温度引入了能间接反映自由水含量的指标。

将软化指数关系与非等向硬化模量场理论相结合，研究了可描述循环荷载作用下饱和软土软化特性的增量弹塑性模型。该模型借助硬化模量的插值和映射中心的移动，在偏应力空间中构造硬化模量的演化规则；通过在弹塑性模量插值函数中引入初始弹塑性模量软化系数，模拟循环荷载作用下软土的刚度软化特性；通过引入硬化模量调整系数，增强循环加载时应力-应变曲线的滞回特性；再通过引入反映应变累积速率和大小的模型参数，描述循环加载时软土的应变累积特性。利用Idriss提出的指数关系式近似拟合软化系数随应力循环次数的变化关系，并通过引入循环应力参数建立了循环软化系数与静应力水平和循环应力水平的关系。阐述了确定模型参数的方法，并利用模型预测了相关试验结果，通过预测结果与试验结果的对比，验证了该模型描述循环荷载作用下软土软化特性的可行性。

深部岩石的破碎与钻探中，岩石主要处在中低应变率的载荷作用下，而目前的研究还沿用中高应变率推导的动态损伤本构关系。从工程背景和试验角度分析了中低应变率下的岩石动力学特性，提出Maxwell体、Bingham体和损伤体的并联模型，借助拉普拉斯变换，引入基于岩石孔隙、裂隙劣化的损伤变量，导出了中低应变率下的岩石动态损伤本构模型。利用该模型对泥质砂岩和花岗岩在应变率为87 s-1、382 s-1、673 s-1时的应力-应变试验数据进行拟合，并将拟合结果与实测数值、原文献拟合曲线对比，结果表明该理论模型适用性较好。分析拟合参数可知，该动态损伤本构模型能够主动适应中低应变率两类情况，本构曲线和损伤变量的变化符合实际情况。

针对特厚煤层大采高工作面，将超前支承压力作用的煤体分为破裂区、塑性区和弹性区。考虑支架护帮阻力等因素，建立了支承压力作用的煤体变形破坏及煤壁片帮分析力学模型。通过摩尔-库仑准则和非关联弹塑性分析，推导出了煤壁水平位移量及破裂区和塑性区半径解析表达式，分析了影响煤壁片帮的主要因素。理论结果与现场实测结果误差仅为15.6%，验证了模型的正确性。研究表明，随支承压力集中系数的增大、机采高度的增加以及支架护帮阻力的减小，煤壁水平位移量明显增大，煤壁片帮程度严重。工程实践表明，提高支架工作阻力，减缓煤壁处压力，控制合理采高以及增大支架护帮阻力，可有效缓解大采高综放工作面煤壁片帮程度。

提出了一套基于随机响应面法的边坡系统可靠度分析方法。该方法首先从大量潜在滑动面中筛选出代表性滑动面。针对每条代表性滑动面，采用Hermite多项式展开建立其安全系数与土体参数间的非线性显式函数关系（即随机响应面）。然后，采用直接蒙特卡洛模拟计算边坡系统失效概率。在蒙特卡罗模拟中，采用所有代表性滑动面的随机响应面计算每一组样本所对应的边坡最小安全系数。最后，以两个典型多层边坡系统可靠度问题为例验证了该方法的有效性。结果表明：文中提出的边坡系统可靠度分析方法能够有效地识别边坡代表性滑动面，具有较高的计算精度和效率，并且确定代表性滑动面时无需计算滑动面间的相关系数。同时该方法可以有效地计算低失效概率水平的边坡系统可靠度，为含相关非正态参数的边坡系统可靠度问题提供了一条有效的分析途径。此外，多层边坡可能同时存在多条潜在滑动面，基于单一滑动面（如临界确定性滑动面）或者部分代表性滑动面进行边坡系统可靠度分析均会低估边坡失效概率。

锦屏一级高拱坝最大坝高305 m，是目前在建的世界最高拱坝，其坝址区地质条件复杂，存在断层、蚀变岩脉、层间挤压带、节理裂隙及深部裂缝等各类软弱结构面，坝与地基的整体稳定问题突出。为使坝体达到良好的受力状态，满足拱座的抗滑稳定与变形稳定等要求，工程上采取了大量的加固措施，主要有左坝肩垫座、左右坝肩混凝土网格洞塞置换、刻槽置换、传力洞等。加固处理后，坝肩的整体稳定性以及坝肩坝基的加固效果如何是工程上关心的重要问题。采用两个三维地质力学模型，分别开展了锦屏一级高拱坝在地基未加固和加固两个方案下的坝肩稳定综合法破坏试验研究，对比分析了两个方案下坝与地基的变形分布特性、坝肩坝基失稳的破坏机制和整体稳定安全度。结果表明：坝肩坝基加固处理后，坝体及左、右两岸坝肩变位的对称性得到明显改善，变位量值减小；在相同的超载倍数下，加固方案下两坝肩开裂破坏的范围减小，破坏程度减轻，坝肩破坏失稳的超载系数增大，超载能力得到提高；未加固方案拱坝整体稳定综合法试验安全系数为4.7 ~ 5.0，加固方案下安全系数为5.2 ~ 6.0，安全度得到明显提高。综合分析认为，锦屏拱坝采用以坝肩垫座、混凝土网格置换洞塞、刻槽置换、传力洞等为主的加固方案对坝肩坝基起到了良好的加固效果。

以吕梁机场黄土高填方试验段为研究对象，采用数值分析、室内试验、原位监测等多种技术手段相结合的方法，分析黄土高填方地基中的土压力量测技术及其空间分布规律，探讨其土压力的计算方法及与理论土压力存在差异的根源。研究结果表明：土压力现场量测时，土压力计埋设槽的高跨比、填筑材料压实度、沟谷坡度等对土压力存在较大的影响，建议现场布设土压力计时采用开孔高跨比λ＞0.6比较适宜；根据原位监测结果和三维数值反演分析方法，得到了黄土高填方中部及边界部位的包含填方高度H、填土加权平均重度γ、坡角β等参数的土压力计算公式及其空间分布规律，初步考虑了拱效应对土压力的影响。其研究结果可为类似的黄土冲沟中高填方工程的地下结构设计和地基变形计算提供参考。

柱状节理岩体由于其内部赋存大量的隐节理面，开挖卸荷后极易出现隐节理面开裂松弛等特征，导致其破坏模式异于一般岩体。其破坏模式主要受到异常发育的节理面和较高地应力的共同作用影响。由于柱状节理岩体节理面发育，岩体结构控制型破坏占主要部分，包括单临空面节理面滑移（塌方）、多临空面节理面滑移（塌方）、与错动带、断层等弱面相组合的坍塌等破坏模式；应力控制型破坏主要为河谷侧顶拱喷层开裂；应力-结构面型破坏主要为岩性交界处的节理岩体塌落等。柱状节理岩体表层主要发生柱内竖直隐节理面和柱间节理面的拉破坏，而围岩内部的柱状节理主要发生柱间节理面的剪切破坏。因此，现场柱状节理的支护也应主要包括两个方面：以喷射混凝土钢纤维来阻止柱状节理岩体表层的张性开裂，以系统锚杆来控制柱状节理岩体内部的剪切破坏。

提出了一种提高单孔法剪切波速测量精度的新方法——能量变化率的自回归曲线法。首先把剪切波的时程曲线变换为能量变化率时程曲线；然后对能量变化率时程曲线进行长短平均处理，拾取各测点P波和S波的大致初至；最后提出采用一种二次方自回归模型对初至附近的能量变化率曲线进行二次方自回归处理，精确拾取出各测点P波和S波的精确到时。采用此方法、互相关函数法和人工拾取法对某场地的剪切波速进行了对比分析。分析结果表明：此方法相比互相关函数法，具有更好的噪声抑制能力，不仅能精确地自动拾取出各测点的S波的到时差，也能更准确地自动拾取出各测点的P波的到时差。以人工拾取结果为参考，此方法在实际测试中具有很高的准确率和稳定性。此方法丰富了场地剪切波速分析方法。基于此方法、互相关函数法和人工拾取法，设计了一套剪切波波速的测试系统，此系统能自动分析出各测点的剪切波速和形成完整的报告。

为了给布伦口-公格尔水电站地下洞室某标段围岩稳定性分析的参数选取提供可靠的理论依据，综合考虑岩体参数的空间变异性，针对常规敏感性分析方法所存在的不足，运用三维离散元计算程序，提出了基于围岩力学参数概率分布模型的变形敏感性灰关联分析方法。该方法以岩体密度?、弹性模量E、泊松比?、黏聚力c、内摩擦角φ及节理内摩擦角φj等6个围岩力学参数作为因素序列，拱顶下沉量作为目标序列，分析影响因素在整个定义区间内的变化对围岩拱顶下沉的敏感程度。结果表明：密度是最敏感因素，其次是弹性模量、黏聚力和泊松比，而内摩擦角以及节理内摩擦角敏感性最小。最后，将常规灰关联敏感性分析与该方法计算结果进行对比，结果表明：除密度、内摩擦角和节理内摩擦角一致外，其余参数敏感性均与结论不一致。因此，文中方法在考虑实际参数概率分布的基础上能够更加准确、合理地对参数进行综合评价。

岩体结构面优势分组是研究岩体力学性质与水力特性的基础，通常的分析方法是只根据产状进行划分。鉴于结构面其他特征对岩体力学性质的重要影响，考虑结构面倾向、倾角、迹长、张开度、表面形态5个特征参数，提出了基于人工蜂群算法的岩体结构面多参数优势分组方法。以样本总体离差平方和为目标函数，建立岩体结构面多参数优势分组的数学模型，应用人工蜂群优化算法求解，以目标函数值最小时的解作为聚类中心，并自动确定分组边界。对人工生成的结构面数据的计算结果验证了该方法的正确性，该方法的求解精度是令人满意的。最后，将该方法应用于怒江松塔水电站坝址区岩体结构面多参数优势组的划分，得到了较为合理的分组结果，进一步验证了此方法具有较高的运行效率与工程实用性。

基于实际工程水库岸坡失稳资料和现有岸坡失稳模型，指出现有模型的局限性，提出了新的水库岸坡承压水模型。给出了承压水模型适用条件，推导了滑带底部承压水压力的理论计算公式。得到了考虑承压水时的岸坡安全系数计算公式，验证了承压水存在的合理性。研究结果表明，在考虑承压水情况下，岸坡稳定性受降雨入渗量和库水位变化的影响显著，且两个影响因素联合作用的效果比单个因素作用再叠加更明显。承压水岸坡渗透比在（10-5~10-2）区间时，岸坡稳定性最低，安全系数存在一个最小值，最易发生失稳。渗透比相同时，降雨入渗量越大，岸坡稳定性越低。

考虑裂隙的连通率、间距、孔隙基质和裂隙材料在表征单元（REV）中的体积分数，并假定双重孔隙-裂隙介质的等效内摩擦角保持常数，而等效黏聚力是固有黏聚力、等效塑性应变、基质吸力、溶质浓度及温度的函数，提出了一种在热-水-应力-迁移耦合条件下确定表征单元内任一平面上等效的黏聚力及内摩擦角的方法。针对一个假定的位于非饱和双重孔隙-裂隙岩体中的高放废物地质处置模型进行了数值模拟及分析。结果表明，基质吸力对于等效黏聚力的增强作用大于等效塑性应变和溶质浓度的减弱作用，使得等效黏聚力得到了提高，故减少了围岩中的塑性区；由此岩体应力、孔（裂）隙水压力及流速、孔（裂）隙溶质浓度的分布及量值也发生相应的改变。

岩体材料的各向异性导致其中的光滑裂纹在扩展后会变为折线裂纹。对于折线裂纹，其折线处裂纹面外法线方向不惟一，不能用连续单元离散。为此，在光滑裂纹问题方法的基础上，引入4种新的不连续单元来离散折线处裂纹面，建立了适用于折线裂纹问题的对偶边界元方法，该方法基于横观各向同性基本解。算例验证表明，该方法具有较好的精度。最后用该方法分析了横观各向同性岩体中的折线裂纹，得到了该类裂纹的应力强度因子。当裂纹面上作用法向均布力，横观各向同性岩体介质中的矩形光滑裂纹发生弯折时，折线两侧的裂纹面在张开时存在抑制效应，从而导致折线裂纹裂尖应力强度因子小于原光滑裂纹。同时还发现，随裂纹面的逐渐弯折，其裂纹面对各向同性面的倾角发生变化，因此，其裂尖断裂特性还受到岩体各向异性的影响。

非连续变形分析（DDA）是一种隐式求解的动力学计算方法，且采用在块体界面加减刚硬弹簧的方式来满足块体界面无张拉和无嵌入的接触准则，其中时间步长和弹簧刚度两个物理量的取值直接影响DDA的计算结果。基于对DDA时间步和弹簧刚度在程序运行过程中的调整策略和块体接触的简化力学概念模型，研究了惯性力在DDA收敛求解中的作用过程。采用数值模拟试验对自由落体和斜面单滑块模型在3种力学状态下的相关力学问题进行了数值模拟研究，通过对自由落体运动的模拟，研究了时间步长单一因素对计算结果的影响规律，并初步确定了时间步长的合理取值区间。在此基础上，采用斜面单滑块模型，研究了时间步长和弹簧刚度对计算结果的共同影响，确定了不同时间步长条件下弹簧刚度的合理取值区间。研究成果表明，合适的时间步长和弹簧刚度的取值组合构成一个单连通参数取值域，当时间步和弹簧刚度的取值组合位于此“域”范围内时，DDA的计算结果是合理的。

碳捕集、利用与封存（CCUS）能够有效降低传统能源产业CO2排放量，缓解气候变化。地层中CO2泄漏，作为潜在风险之一，可能改变浅层地下水水质，影响地表动植物生长，甚至危及周围人群安全。为监测CO2是否泄漏至地表并评估泄漏对浅层地下水的影响，进行浅层地下水连续取样十分必要，为此开发了一种新型浅层井CO2监测系统。详细介绍了该系统的构成、工作原理、技术难点应对措施和操作步骤。该系统基于U形管原理：渗入井筒的地下水通过单向阀进入U形管内，而后采用氮气对U形管的一端加压，U形管的另一端得到样品。该系统能连续对地下不同层位（层位数根据实际需求确定）进行取样，为封存现场环境风险预警系统提供组成数据。

大型原位直剪试验的试样尺寸大，对土体扰动小，是获取岩土体强度参数的有效方法。中国科学院武汉岩土力学研究所在参考室内、现场两用大型直剪仪后，又改进研制了一套大型原位剪切设备。与传统原位直剪设备不同，该设备采用上、下两个刚性剪切盒，可完成尺寸为50 cm×50 cm×41 cm，最大粒径为5 cm的原位土体试样的剪切试验。该直剪设备组装方便，采用高精度传感器可自动采集数据，更适合于复杂的现场试验环境。介绍了该设备的结构组成、工作原理、技术优点。结合实例详细介绍了大型原位直剪试验的试验方法及注意事项。将此大型原位直剪设备应用于向家坝库区两个滑坡现场试验，得到了滑坡滑带、滑体的原位抗剪强度参数，分析了不同试样大型原位直剪试验剪切曲线的特点，进一步论证了该直剪设备的优良工作性能。