高放废物处置库、垃圾填埋场等工程中常常涉及到温度场（T）、渗流场（H）和应力场（M）的耦合作用的问题。从试验和理论模型两个角度综述国内外黏土岩温度-渗流-应力耦合特性的研究进展，主要包括其传热特性、温度影响下的渗流特性、变形、强度、蠕变特性。在此基础上，重点分析了黏土岩水-热迁移模型以及热-力耦合本构模型的适应性。基于上述认识，通过试验研究了比利时Boom clay在温度作用下的强度、渗透性、蠕变性等特征。结果表明：随着温度升高，Boom clay的强度有所降低，渗透性显著增强，蠕变速率明显加快。提出了适用于Boom clay的THM耦合弹塑性损伤模型，计算结果验证了模型能合理反映温度的影响。最后，探讨了黏土岩THM耦合机理研究的不足和今后的研究方向。

剪切波速作为土性的基本参数，为评价土体抵抗地震液化的能力提供了一种方法。回顾了以剪切波速和地表峰值加速度为依据的场地地震液化判别方法的演化历史，依据他人收集的现场液化资料，合计49次地震、618例液化/不液化场地数据，提出了确定液化临界曲线的基本原则，给出了基于修正剪切波速与地表峰值加速度的液化临界曲线，验证了液化临界曲线的位置对细粒含量、有效上覆压力、震级等因素取值变化的合理性，分析了估计土层循环应力比CSR的剪应力折减系数、震级标定系数、有效上覆压力修正系数等因素的不确定性对液化临界曲线的敏感性。结果表明：液化临界曲线对各种影响因素具有很好的适用性。利用Monte Carlo模拟、加权最大似然法和加权经验概率法，给出了建议的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，分别建议了相应的液化临界曲线。该方法以丰富的现场液化数据为依据，具有广泛的应用前景。

破坏水力比降是土体渗透稳定性分析和渗流控制的基础。以渗透变形试验为基础，分析了粗粒土临界水力比降与孔隙比、级配不均匀系数和曲率系数间的相关性。利用Copula理论适合建立多个非独立变量间联合分布函数的优点，构造了拟合粗粒土临界水力比降 、孔隙比e、级配不均匀系数 和曲率系数 间相关关系的最优Copula函数，并将其应用于粗粒土临界水力比降估值。结果表明：具有单参数的四维对称Archimedean Copula函数的Nelsen No 6为最优Copula函数。利用构造的最优Copula函数求条件概率，便可得到粗粒土临界水力比降估值的保证率，或者计算在一定保证率条件下临界水力比降估值。通过比较临界水力比降试验值与Copula理论方法、Terzaghi公式及刘杰公式估值，阐述了Copula理论的可靠性，为建立粗粒土临界水力比降与孔隙比及级配特征的多变量统计概率关系及临界水力比降估值提供了一种新途径。

岩石抗剪强度参数的概率分布形态是岩石工程可靠度分析和设计的基础。在考虑完整岩石压缩强度为服从正态分布随机变量的条件下，针对Mohr-Coulomb和Drucker-Prager屈服准则的线性系数形式，基于随机变量函数分布理论推导出岩石抗剪强度参数内摩擦角 和黏聚力 的概率密度函数。 和 概率密度函数显示：不仅岩石压缩强度和抗剪强度参数概率分布具有非一致性，而且根据不同屈服准则计算得出的岩石抗剪强度参数概率分布也具有非一致性。在进一步分析屈服准则系数具有不同变异系数和相关系数时的抗剪强度参数概率密度函数特征的基础上，提出根据概率分布的偏度和峰度确定一般情况下抗剪强度参数概率分布形态的方法，从理论上解决岩石压缩强度与抗剪强度参数分布的协调性问题。最后，对大理岩常规三轴压缩试验得出的抗剪强度参数进行大样本统计分析，验证了其概率密度函数理论推导的正确性以及概率分布形态确定方法的合理性。该研究为实际岩石强度概率分析时选择抗剪强度参数合理概率分布形式提供了理论指导。

经典强度折减法的出发点是对强度值进行折减，进而导致对强度（准则）中的参数使用同一个折减系数。使边坡处于整体临界平衡状态的折减系数恰是边坡的强度储备安全系数。一些学者陆续提出了对黏聚力和内摩擦角采用不同折减系数的所谓双折减法，但尚无严格的理论依据。提出双折减法的出发点是对强度（准则）中的参数进行折减，或简称“强度参数折减”，这样可自然导致采用不同的折减系数，但此时已无法自动得到基于强度储备的安全系数。为此，提出了定义安全系数的新框架——基于参照边坡的安全系数定义，为双折减法建立了理论基础。将新提出的一种双折减法与经典强度折减法进行了比较，发现可以将经典强度折减法纳入该双折减法的计算过程，并从理论上证明了该双折减法的安全系数几乎总是小于经典强度折减法的安全系数，数值模拟实例也证实了这个结论。这表明，经典强度折减法有可能高估了边坡的安全性，建议的双折减法可作为边坡稳定分析的备选方法之一。

基于室内试验，研究了土颗粒与土孔隙在冻融循环过程中的变化情况，发现在反复冻融过程中，土样产生了颗粒破碎，从而导致土的液塑限、塑性指数、比表面积均有所增大。通过压汞试验，发现冻融循环还会使土样中的大、中孔隙含量总体增加，小孔隙的含量减少，而微孔隙的含量基本保持不变。在经历了15次冻融循环后，颗粒组成、孔隙分布及比表面积等均趋于稳定。通过分析土的三相组成在水分相变和迁移过程中的相互影响和作用，认为土的三相组成是冻融过程中水分相变和迁移的基础，冻融过程中水分相变、冰晶生长和水分迁移对土颗粒和孔隙的反作用力，是冻融循环对土结构性影响的根本原因。

静压桩侧阻力的实质是桩-土之间的摩擦，但其机制研究并未使用目前成熟的摩擦学理论。系统地介绍了摩擦学中黏着摩擦机制和变形摩擦机制，进而利用其分析解释静压桩桩-土界面的滑动摩擦机制，并得到较好的效果，为桩侧摩阻力的研究提供了新的思路。研究结果表明，桩-土之间的干摩擦是外摩擦；沉桩过程中桩-土之间的滑动摩擦是泥浆润滑下的湿摩擦，从而使桩侧阻力远小于载荷试验时的桩侧阻力；沉桩停顿使压桩力急剧增大的主要原因是：泥浆润滑膜的消失使桩-土之间的摩擦从湿摩擦变为干摩擦；载荷试验在桩破坏前桩-土之间的摩擦是干摩擦；桩端附近桩侧阻力强化的主要原因是：桩端土的强度提高引起桩端附近切向力的增大，从而导致桩-土之间摩擦系数提高。

路堤本体的沉降问题一直是公路和铁路路基研究解决的主要问题。路堤本体主要是非饱和土，其变形由3 部分组成，即瞬时压密产生的变形、主固结产生的变形和次固结产生的变形，但主固结和次固结并不是两个完全独立的过程，它们是相互影响的，即路堤本体的变形是非饱和固结-蠕变耦合的结果。以单轴压缩红层蠕变试验为基础，提出了非饱和单变量理论、路堤沉降计算理论；同时采用离心试验和数值模拟方法，对各种压实系数的路堤本体的沉降与填筑高度关系以及工后沉降与时间的关系进行了研究，并对工后最终沉降进行了预测，结果表明，模拟结果与离心试验数据预测的结果相符，说明该理论是正确的?

根据饱和多孔介质中考虑释放效应的一维渗透作用的可溶性污染物的迁移控制方程，通过Laplace变换和Fourier变换及其逆变换求得相应的通解形式。根据半无限体表面可溶性污染物点源注入情形下的基本解，通过积分方法得到半无限体表面圆形区域上作用循环浓度污染物后，在多孔介质内部污染物迁移过程的求解方法。作为一个典型算例，对渗透作用下循环浓度污染源引起的多孔介质中的迁移过程进行分析。算例表明，当污染源浓度为周期变化时，多孔介质内部污染物的浓度随时间增长由不稳定的周期变化过程逐渐过渡到稳定的循环过程，而某一深度处污染物浓度的相位则相应滞后。此时，稳定后的污染物浓度周期与污染源浓度周期相同。实际上，随多孔介质表面污染源浓度的周期变化，在靠近多孔介质表面一定深度范围内的污染物浓度在深度方向也呈增大或减小的交替变化过程。另一方面，在污染源循环变化过程中污染物不断向深处推进，而最终其影响范围限定在某一深度内。

基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则，结合极限分析上限法和拟静力分析法，建立功能方程，推导了地震效应下裂缝边坡的安全系数计算方程。采用数学规划方法，计算了不同参数组合条件下的边坡安全系数值，详细分析了非线性条件下一系列参数对边坡稳定性的影响。研究表明，边坡安全系数随非线性参数和地震效应的增大而减小。对比分析可知，在非线性破坏准则下，裂缝深度较大时，裂缝对边坡稳定性影响显著，且边坡越陡影响越大；当裂缝深度超过某个值后，临界破坏面起始端可能不穿过裂缝最底端，而是从裂缝中间某部位穿过。在地震效应作用下，非线性抗剪强度参数对安全系数影响显著。研究成果进一步完善了裂缝边坡稳定性分析内容，所列图表为边坡的设计与施工提供有益参考。

岩土工程数值计算中粗粒土常采用邓肯-张本构模型，为了验证该模型在轴向加载、卸载、侧向加载等复杂应力路径条件下的适用性，进行了粗粒土的三轴试验获取其力学特性及本构模型参数；根据相似性原理制作了堆石坝的离心模型试样，并采用与三轴试验同样级配与粒径的粗粒土进行复杂应力路径的堆石坝离心模型试验，试验中通过改变离心加速度模拟加载、卸载，利用上游蓄水模拟坝体的侧向加载；采用ABAQUS对离心模型试验进行三维数值模拟，并研究了模型箱侧壁摩擦系数与土体的初始应力对数值结果的影响。通过比较离心模型试验与数值模拟成果，表明土体的初始弹性模量对计算结果影响较大，初始应力应选择自重作用下的应力场；邓肯-张本构模型能较好地描述堆石坝的加载应力路径，而模拟卸载应力路径有一定的差异，需要改进邓肯-张本构模型中卸载模量的确定方法。

模型土的设计是土与结构相互作用（SSI）振动台试验的重要组成部分。对当前振动台试验模型土的设计方法进行简要介绍，分析当前设计方法的不足。基于土体动应力-动应变关系的骨干曲线方程推导出控制原型土与模型土动力特性相似关系的指标，提出利用土体的剪切模量比 随剪应变 的变化关系曲线和参考应变 的相似比作为模型土设计的控制因素。开展模型土的动三轴试验，得到了模型土 - 关系曲线和 值，对模型土与原型土 - 关系和 值相似性进行了比较，并建议将曲线相关系数、曲线不均匀系数和曲线的曲率系数作为原型土和模型土 - 曲线相似度高低的评价指标。研究结论对于振动台试验中模型土的设计具有指导意义。

由于基桩纵向截面形式的差异，竖向荷载作用下桩侧摩阻力和桩端阻力发挥存在明显的差异，尽管纵向截面异形桩在工程中得到了一定的应用，然而针对极限荷载下桩端和桩侧土体破坏形式的研究却相对较少。基于透明土材料和粒子图像测速（particle image velocimetry）技术，针对等体积的扩底楔形桩、楔形桩和等截面桩的承载特性及破坏形式进行对比模型试验，测得桩顶荷载-沉降曲线，研究了各级荷载下桩端和桩侧土体位移场的变化规律以及极限荷载下桩端和桩侧土体的破坏形式；同时分析了不同桩长情况下各类型桩的承载力特性。研究结果表明，在此试验条件下，扩底楔形桩的极限承载力约为常规楔形桩的3.5倍和等截面桩的2.5倍；极限荷载作用下各类型纵向截面异形桩桩端的破坏形式规律基本一致。

膨润土因具有湿胀、干缩特性，其水力-力学性质易受干湿循环的影响。采用饱和盐溶液蒸汽平衡法研究了干湿循环对压实高庙子钙基膨润土持水特性的影响。对相同条件下制作的试样进行0～6次干湿循环，选取其中的原试样（0次）、循环3次和6次试样，进行蒸汽平衡法试验，测定其土-水特征曲线。同时，在0～6次干湿循环过程中，对每一次脱湿后试样表面采集图像，用数字图像处理技术提取了收缩及裂隙开展区域，分析得到收缩率与裂隙率。试验结果表明：随着干湿循环次数的增加（0→3次时），土-水特征曲线向下平移、持水性下降、孔隙比增大、平均骨架应力减小，试样烘干时收缩率和裂隙率增加明显；但随着循环次数的继续增加（3→6次时），持水性、收缩率和裂隙率趋于稳定。

对横观各向同性地基上刚性矩形板进行了求解。首先，利用表面受矩形均布荷载作用下的层状横观各向同性地基的位移解答，获得地基的柔度矩阵；然后，通过刚性矩形基础与层状横观各向同性地基的协调条件，建立刚性矩形基础与横观各向同性地基共同作用的方程，进而求得基础的地基反力。通过编制相应的程序，确定了合理的网格划分值；最后，进行算例分析，分析了地基横观各向同性性质、矩形刚性基础的长宽比以及地基分层性对地基反力的影响。分析表明：以上3种因素对地基反力有重要影响。

针对图解法求取孔隙结构特征值使用条件严格，同时误差较大，而矩法饱和度范围又受限于试验。采用积分法求取特征值，即对孔隙半径进行积分求取特征值。积分法必须先获取孔隙半径数学表达式，即毛管压力数学模型。对毛管压力数学模型进行了探究，在双对数坐标系下推导并建立了毛管压力幂函数模型，采用最小二乘法求取模型参数，并通过对比Sami论文数据验证了推导的模型。深入分析矩法与积分法的联系可知，代入孔隙半径数学表达式即可用积分法求取岩石孔隙结构特征值。最后，对3种方法求取结果进行分析讨论，得出积分法算法严谨，更加接近真实值。这一研究加深了对岩石微观孔隙结构认识。

对以水泥和石膏为胶结材料、石英砂和重晶石粉为骨料的相似材料，规范了其制作原料与工艺，以砂胶比（骨料与胶结材料质量比）、水膏比（水泥与石膏质量之比）和重晶石含量（重晶石质量占骨料百分比）为控制因素，设计了一个正交试验，开展了称重、单轴压缩试验，获得了不同配比相似材料的密度、单轴抗压强度和弹性模量等物理力学性质指标。采用极差分析法分析了各因素的敏感性，研究了各因素对相似材料参数的影响规律。研究表明：重晶石含量对相似材料密度有明显的控制作用，而砂胶比和水膏比对密度也有明显的影响；砂胶比对相似材料单轴抗压强度和弹性模量影响最大，水膏比和重晶石含量的影响次之。相似材料密度随砂胶比的增大而降低，随水膏比和重晶石含量的增大而增大；抗压强度随砂胶比的增大而显著降低，但随着水膏比和重晶石含量的增大而缓慢增大；弹性模量随砂胶比的增大而显著降低，随重晶石含量增大而增大，随水膏比增大而缓慢升高。采用MATLAB程序对试验数据进行多元线性回归分析，得到确定相似材料配比的经验方程。工程应用证明，采用经验方程计算得到相似材料配比，并按规范的制作工艺，可以得到满足试验要求的相似材料。

楔形桩是一种可以有效提高桩侧摩阻力的纵向变截面异形桩，然而针对该变截面桩沉桩效应特性方面的研究却相对较少。基于透明土材料和粒子图像测速技术（简称PIV），开展静压楔形桩沉桩模型试验，测得沉桩过程中桩周土体的位移场变化规律；沉桩过程中桩周土体位移场由激光射入透明土材料，与透明土材料之间的相互作用产生的独特散斑场，通过CCD（charge-coupled device）电荷耦合元件相机成像处理而获得。同时进行了等截面桩的沉桩模型试验，并对等混凝土材料用量情况下楔形桩和等截面桩的沉桩效应进行对比分析。最后，将此试验结果与基于常规试验手段的静压楔形桩沉桩模型试验和圆孔扩张理论计算结果进行对比分析，验证了基于透明土材料的静压楔形桩沉桩模型试验的准确性和可靠性。研究结果表明，基于透明土材料和PIV技术可以有效地开展静压楔形桩沉桩模型试验研究；楔形桩静压施工过程中对桩周土的影响范围约为等混凝土用量等截面桩的1.2倍。

基于运用霍普金森压杆（SHPB）装置对节理岩体动载试验得出的数据，从节理面倾角、贯通度、厚度、组数、填充物及应变率等不同方面分析各因素对节理岩体力学特性的影响，通过对节理岩体在高应变率下的损伤机制和破坏形式进行分析的基础上，基于复合损伤理论，对广义Bingham模型进行改进，构造了节理岩体材料在不同应变率下动态响应的本构模型，对模型计算和试验结果的比较表明，该模型能够很好地描述节理岩体动荷载下初始弹性变形阶段、稳态塑性变形阶段和加速变形破坏阶段的应力-应变关系，并且理论与试验结果吻合较好，从而证明了该模型的正确性和合理性。

墙背土压力分布与挡土墙的位移大小和转动模式密切相关。针对绕墙底向外转动的刚性挡土墙，基于土压力形成机制的分析及已有的研究成果，建立挡土墙位移与墙背土体内摩擦角发挥值之间的关系式，反映了墙背土体内摩擦角随着挡土墙位移的增加而渐进发挥的过程。在此基础上，提出一种改进的考虑位移影响的主动土压力计算方法。计算结果表明，随着挡土墙位移的增大，墙背土压力由静止土压力逐步减小。当挡土墙位移达到临界值后，相应的墙背土压力均收敛于库仑主动土压力。墙底背面土压力也是随着挡土墙位移的增长而逐步收敛于库仑主动土压力。与模型试验结果对比表明，理论计算值与试验实测值基本吻合。

运动距离作为滑坡防灾减灾的主要评价指标之一，不仅受到滑坡体积和落差的控制，还与滑坡的下垫面场地的地形作用相关。通过分析坡脚型和偏转型两类典型的地震滑坡运动特征，研究了滑坡体积V、落差 、坡度差 和偏转角度 对最大垂直运动距离H、水平运动距离L以及坡脚以下或偏转后的水平运动距离 的作用。由于偏转型滑坡受偏转前、后坡度和偏转角度对运动距离的共同影响，导致 指标小于坡脚型滑坡，而两类滑坡的 的均值较为一致，表明地形因素对不同类型滑坡的水平运动参数的作用具有一致性特征。分别建立了体积、落差与地形参数的坡脚型和偏转型滑坡运动距离拟合方程。拟合方程的参数指标表明：体积对H的作用指数较小，体现了高位滑坡的运动特征； 对 的影响指数较小；坡脚型滑坡的坡度 对运动距离的影响指数都较为显著，偏转角度 对偏转型滑坡的 的影响较为显著。研究结果为滑坡运动距离的预测和地形因素控制提供了参考，并且对于坡脚型和偏转型滑坡运动距离的模拟和机制研究而言，不应忽略坡脚坡度差和偏转角度的作用。

以程潮铁矿西区为例，通过对现场结构面和裂缝分布特征的调查，以及结合地表变形监测数据的分析，揭示了矿区结构面对地表变形的影响。研究结果表明，在矿区较大的水平应力条件下，岩体结构面改变了地表拉伸变形分布和破坏形态，加剧了岩体变形，在ⅰ区（剖面Ⅲ以东区域），目前最外侧裂缝以内的岩体沿着NNW结构面发生倾倒滑移破坏，地表变形以快速变形为主，而最外侧裂缝以外的岩体沿着NNW结构面发生弯曲变形，地表变形以线性稳定增长为主，进入了倾倒破坏阶段，该区域的岩体主要发生水平位移；在ⅱ区（剖面Ⅲ以西区域），岩体在开采沉陷引起的南北向应力作用下，分离成平行的块体，地表变形以快速变形为主，在局部区域，产生的一部分平行块体在近东西向的应力作用下，沿着NNW结构面产生倾倒破坏。所得成果对类似金属矿山的地表征地及安全高效生产具有实际指导意义。

针对深部破碎软岩巷道围岩稳定性控制难题，以邢东矿-980车场巷道为研究对象，采用现场调研、数值模拟、井下试验及现场观测等方法分析围岩变形破坏特征，揭示其破坏机制，针对性地提出了以高强锚杆密集支护、新型喷层结构护表、滞后注浆加固为主体的多层次锚喷网注联合支护系统，详细阐明了具体支护措施的围岩控制机制，并用数值方法分析了锚杆间距、喷层厚度对于围岩应力场和位移场的影响规律。研究表明：（1）随着锚杆间距减小（0.7 m→0.3 m），锚杆承压拱和喷层结构的承载能力呈幂函数增长趋势，锚固区围岩压应力呈线性增长趋势，围岩变形量明显降低；（2）随着喷层厚度增大，喷层结构承载能力近似线性增长，锚固区围岩压应力亦呈增长趋势，各部位围岩位移量显著降低；（3）当喷层厚度达到200 mm时，非锚固区内围岩大部分处于压应力状态，拉应力区大幅减少。基于上述研究，结合现场地质、生产条件确定试验巷道围岩支护方案，并进行现场应用。工程实践表明，多层次锚喷网注联合支护技术可有效控制深井破碎软岩巷道围岩大变形，实现深井巷道围岩的稳定性控制。

西部地区普遍出露层片状岩体。由于强度低、自稳能力差、结构强度呈现各向异性等特点，在隧道开挖过程中常引起围岩大变形，导致初期支护结构强烈变形失稳而不得不频繁进行拆换。部分洞段二次衬砌混凝土甚至发生劈裂、掉块的破坏现象，严重影响隧道施工的进度与安全。以兰渝铁路两水隧道为工程背景，采用现场实时监测、数值模拟等手段，获取大断面隧道围岩与支护系统之间的接触压力，揭示开挖断面不同位置接触压力随时间发展规律和空间分布特征。研究结果显示，受围岩结构强度的各向异性控制，隧道开挖后支护受力极不均匀。空间上与围岩变形集中部位一致，时间上变化历时长，且由于开挖方式的影响不易稳定。初期支护钢拱架局部荷载过大而发生侧向扭曲失稳，且监测的失稳发生时间与收敛形变稳定时间相比而明显滞后。根据层状围岩的支护受力特征，提出针对此类岩体更为合理的隧道设计建议。

以南京某大直径地铁盾构隧道为背景，对盾构管片衬砌所受荷载及结构内力进行现场测试，分析了深埋高水压粉细砂地层中盾构隧道管片土压力大小及分布特征。采用3种不同竖向荷载组合（即有效上覆土压力+水压力，太沙基松动土压力+水压力，只有水压力）计算管片内力并与实测内力进行比较，评价了作用在盾构隧道管片上的土压力模式。结果表明：（1）作用在盾构隧道衬砌上的水压力大小基本等于静止水压力；（2）盾构隧道隧顶实测土压力约为太沙基松动土压力的80%，实测隧顶土压力更接近于太沙基松动土压力，隧道上方存在土拱；（3）现场实测管片弯矩较3种荷载作用下计算弯矩小，而实测管片轴力约为理论计算轴力的2倍。此外，分析了水平地基抗力系数对隧道管片内力的影响。研究成果可为大直径深埋盾构隧道设计提供参考。

针对已有利用地面三维激光扫描(TLS)技术实施变形测量的局限性，如变形提取的一维性及对小变形的不敏感性。提出了一个基于重复扫描数据实施滑坡变形监测的新方法，该方法主要包括3个步骤：原始TLS数据的获取、TLS数据的总体配准以及基于子区域的变形计算。其核心是给出的一种三维表面匹配新算法（最小二乘2维图像匹配的泛化）。该方法可充分利用TLS数据的高冗余性，实现高精度的全三维变形测量，得到监测对象的位移量和旋转量，同时，在应用上具有高度的灵活性。通过模拟试验验证了该方法的性能。此外，利用该方法分析了一个滑坡变形监测实例，进一步证实了模拟试验的结果。该方法适用于变形监测，尤其是人员难以到达的面灾害监测领域。对促进变形监测从点测绘向形测绘的转变具有一定的实际意义。

提出一种考虑能量-时间分布的边坡动力可靠性分析方法。该方法将动态最危险滑动面及其稳定系数以时间序列加以刻画，并根据边坡动力反应的能量分布特征，提取持续时间统计窗，用于对上述时间序列的统计分析，以获取边坡动力模糊失效概率、边坡动力可靠度指标和基于保证率的边坡动力稳定系数。以澳大利亚计算机应用协会边坡稳定考核题为例，应用上述新方法考察其在芦山7.0级主震波形条件下的稳定性，研究了在不同统计窗下的边坡动力可靠性。案例分析表明： （1）新方法能够抓住影响边坡动力稳定的主要时间段，使分析结果更为凝练、可信。（2）通过引入边坡失效状态的模糊判别，使得可靠性评价中能够考虑模糊性，解决了以往常规方法区分度不够的问题。（3）基于保证率的边坡动力稳定系数具有很好的应用前景，它在内涵上体现了可靠性分析，在形式上与静力稳定系数的定义兼容，在数值上反映了边坡瞬时动力稳定系数的保守估计值，在实践上与现行规范的拟静力法具有良好的可比性，因而具有多方面的优势。（4）就本案例而言，动力条件下最危险滑动面的发育位置趋向于静力条件下的最危险滑动面，体现了依据静力和拟静力理论框架所进行的防护工程设计，在动力条件下仍然具有积极的意义。（5）新方法对定量研究现行边坡规范的抗震设计冗余提供了一条途径。提出的新方法为边坡抗震研究提供了新的思路、方法和可供参考的实例。

泥岩自愈合特性是核废料库选址评价及储库安全稳定性分析的一项重要研究内容。以某泥岩高放废物处置库为研究背景，在室内和现场试验的基础上，采用指数模型建立了巷道围岩渗透性分布模型和裂隙渗透性自愈合模型；结合巷道围岩孔隙水压力的多年观测资料，通过建立能够反映实际施工过程的水-力耦合计算模型，采用精确罚函数法以及Nelder-Mead算法相结合的有限元优化反分析程序，对巷道围岩渗透性参数进行反演研究。结果表明：反演所得的围岩渗透系数量级与试验值量级均为10-12 m/s，反演孔隙水压力值与实测值比较接近；围岩垂向渗透系数的扰动程度和范围明显大于水平向渗透系数，垂向渗透系数提高了2个数量级，扰动范围约为25 m，渗透性恢复到初始水平时间约需5 a。

土石坝等复杂土工结构物有限元三维建模中多采用精度较高的六面体单元辅以部分过渡用的退化单元，而退化单元由于形态不好，会导致有限元计算精度较差。解决该问题的途径之一是采用过渡性的等参元。总结了几种常遇到的过渡等参单元（楔形体、四面体、金字塔）的插值函数和高斯积分局部坐标和权重，并编入了有限元程序。通过比较六面体单元和金字塔单元剖分理想土石坝的有限元计算结果，说明所引入的金字塔单元是满足精度要求的。将各种过渡单元应用于实际土石坝工程的有限元计算，结果表明，使用过渡等参单元是可以在一定程度上提高计算精度的。最后讨论了二次单元在弹塑性有限元动力计算中的应用。二次单元的使用，可以改善动力计算中的超静孔压分布，提高计算精度。

重力坝的深层抗滑稳定分析多采用刚体极限平衡法和非线性有限元法，但刚体极限平衡法不能反映坝基岩体渐进失稳过程和破坏的力学机制，非线性有限元法模拟岩体不连续效率低，且还未有统一的失稳判据。基于离散块体边界应力计算结果，提出重力坝坝基多滑面抗滑稳定安全系数计算公式，并探讨了以坝体-坝基系统能量突变作为坝基失稳判据的物理意义。通过与非线性有限单元法、刚体极限平衡法计算结果的比较，验证了所提方法及判据的可靠性及合理性。结合向家坝水电站重力坝泄12#坝段进行计算分析，结果表明：基于离散元强度储备系数法搜索的坝基失稳通道由坝基岩体屈服区和结构面滑移带组成，所提计算方法与判据适用于实际工程的坝基深层抗滑稳定计算分析，且计算结果偏安全。

煤层脉动水力压裂是一项大范围提高煤层渗透率的新技术，但针对脉动应力波在实际地层的传播、扰动规律研究较少。采用交错网格数高阶有限差分法，结合完全匹配层和准静态围压加载两种边界条件，建立了含围压无限大弹性地层脉动水力压裂动静态响应数值模型，并研究了不同加载方式、频率、振幅、围压条件下煤层最小主应力峰值分布规律。研究表明：由于应力波传播及干涉效应，相同围压、振幅条件下脉动压裂增透扰动区域远大于准静态压裂；煤层增透面积随震源频率和振幅的增加而增大，振幅需要克服由围压控制的启动压力才能产生增透区；增透面积与地层主应力成反相关且最小主应力起主导作用，其由3.5 MPa下降至2.0 MPa时，增透面积最高可提升600%。模型可模拟准静态和脉动加载下煤层的力学响应，其结果可为优化脉动水力压裂工艺参数提供指导。

考虑隧洞瞬态开挖卸载并分析围岩的动态响应对研究其变形破坏机制非常重要。在静水压力圆形隧洞动态卸荷模型理论分析的基础上，采用FLAC3D的Fish语言开发了隧洞开挖动态卸载围岩响应模拟计算程序。验证算例模拟结果与理论结果对比，证明了程序的正确性，围岩的应力变化和体积应变增量均呈现由表及里的波浪型变化，能较好地模拟围岩的动态卸荷响应。根据Griffith强度准则计算得到的不同时刻围岩的损伤范围表明，考虑动态卸载时围岩的损伤区比采用静态分析要大。采用该程序分别模拟了不同卸载时间、卸载路径、隧洞形状、隧洞直径、地应力等条件下，隧洞动态卸载围岩的动态响应。结果表明，在卸载时间变短、先慢后快卸载路径、洞形为方形、洞径变大和地应力差值增大的条件下，隧道围岩内最大、最小主应力应力差也增大。深部隧洞采用瞬态卸载分析对于深入研究围岩变形破坏机制具有重要意义。

极限平衡法在边坡稳定性分析中处于主导地位，该算法通常建立在一定的假设之上，没有考虑边坡土体的非线性应力-应变关系，不能用于未达到极限状态以及加固后边坡的稳定性分析。为了解决以上问题，将有限元计算与多种群遗传算法（MPGA）相结合，建立一种基于MPGA的复杂应力状态边坡稳定性分析通用模型，通过数值应力场求解安全系数，并为多种群遗传算法构建适应度函数；再利用多种群遗传算法为安全系数的计算提供滑移面。为了保证分析的高效、合理，根据滑移面发展趋势，动态产生初始滑移面，并增加一个滑移面约束条件。最后，通过均质边坡和软弱夹层边坡两个典型算例分析验证了该方法的合理性；通过分析土钉加固的软弱夹层边坡，证明了该方法可用于加固等复杂应力状态边坡的稳定性分析。

对砂岩进行水-力耦合三轴试验和声发射实时监测，得到水-力耦合作用下砂岩应力-应变曲线和声发射数据。根据试验条件和结果建立离散元颗粒流的水-力耦合双轴模型，研究砂岩声发射和能量演化规律。通过定义耗散能，用耗散能增量较好地诠释了声发射的发展规律。利用微破裂源可追踪声发射局域源，得到水-力耦合条件下的声发射空间分布和裂纹类型。研究表明：（1）孔隙水压力对颗粒的拖拽力削弱了颗粒间的平均接触力，从而降低了砂岩整体强度。（2）孔隙水压力反映出对弹性应变能有一定程度的反复“贮存和清空”作用，造成声发射能量相对离散和峰后的应力波动。（3）渗透压的存在提升了总输入能的耗散效率，降低了总输入能和弹性应变能，须综合考虑总输入能（弹性应变能）和耗散效率才能确定累计耗散能。（4）裂纹分布表现为可能出现与主剪切带呈一定夹角的伴生裂隙带，且受水-力梯度影响，进水端比出水端更密集。（5）张拉裂纹与剪切裂纹的比值于峰值强度处显著增加，峰后趋于稳定。

岩体蠕变参数是岩土工程设计必不可少的重要资料，为准确确定岩体的蠕变力学参数，综合考虑解析反演法和智能反演法的优点，将这两种反演方法耦合，建立了岩体蠕变参数的解析-智能反演方法，将这种方法应用到大岗山水电站工程中，解析智能反演获得坝区岩体的压缩蠕变参数。计算结果表明：解析-智能反演蠕变曲线与试验蠕变曲线的拟合程度比解析反演蠕变曲线与试验蠕变曲线的拟合程度好，说明解析-智能反演法获得的坝区岩体蠕变参数更为准确可靠，同时也验证了这种参数反演方法的有效性和合理性。该方法为高效快捷地反演坝区岩体的蠕变参数提供了重要理论指导。

在三维空间中，常规应变状态由3个正应变和3个剪应变来描述。因此，确定一点的应变状态至少需要6个应变测试元件。基于应变状态理论，设计了一种能测试混凝土、岩土等材料内部应变状态的接触式三维应变花。该测试装置的核心由6个常规应变片组成，且应变片的布置需要满足特定条件。根据任一方向上线应变与常规应变表示方法中三维应变各分量之间的关系，建立了三维应变花各测试数据与常规应变之间的转换矩阵。进一步给出了求解该问题的必要条件，并进行了误差分析。考虑施工便利性要求，着重阐明了直角式三维应变花和正四面体式三维应变花的应变片布置方式，并给出了对应的计算方法。两种三维应变花的自身测试和对某试样应变状态的测试表明，该方法可对混凝土、岩土等材料内部的三维应变状态进行测试。