基于Fredlund非饱和土一维固结理论，研究了有限厚度的表面透水透气、底面不透水不透气的线弹性和黏弹性非饱和土地基在加荷随时间指数性变化时的一维固结特性。分别得到了两类地基在固结过程中同时考虑液相、气相渗透系数非线性变化和仅考虑液相渗透系数变化两种情况下的半解析解答。利用典型算例进行计算，分析了不同情况下两类地基中超孔隙水、气压力消散以及地基固结度随时间的变化规律，并与不考虑渗透系数变化时的半解析解计算结果进行了对比。结果发现：固结过程中渗透系数呈非线性变化；只考虑液相渗透系数变化时，超孔隙气压力的消散变化不大，超孔隙水压力的消散加快；气相渗透系数变化对超孔隙气的消散产生明显影响，对超孔隙水压力消散影响不大。同时考虑液相和气相渗透系数变化时，土体中超孔隙水、气压力的消散均有明显变化，土体固结速度也相应加快；分析结果对非饱和土固结的进一步研究具有重要意义。

射孔孔眼是储层油气进入生产井筒的通道，聚能射孔过程会在孔眼周围砂岩储层产生不同程度的损伤。基于射孔效能物理试验和数值模拟，提出了一种用于定量评价射孔压实带孔隙度和渗透率损伤程度的方法。应用塑性随动强化材料模型表征高应变率冲击载荷下的砂岩形变特性，通过显式动力分析程序LS-DYNA数值模拟孔眼压实区域的砂岩动力学响应，获得了砂岩骨架应力、塑性应变、体积应变等关键数据，结合射孔压实带孔隙度与渗透率演化模型，量化分析了砂岩射孔压实带损伤程度。以胜利油田粒间孔隙砂岩靶为例，数值结果与靶心流动效能测试、CT扫描数据能够较好地吻合，验证了定量评价方法的有效性。结果表明，聚能射孔对压实区域砂岩的损伤主要表现为塑性挤压和剪胀两种机制。在孔道内壁区域，砂岩骨架主要受剪胀作用，孔隙度增加；但塑性挤压又改变了原始孔隙结构，造成流动通道阻塞，渗透率降低。

水泥和化学浆材是土体加固中最为常用的胶凝材料，但由于存在着高能耗、高污染排放和高成本等缺点而限制了它们的应用。微生物灌浆加固技术是最近发展起来的一种新型的土体加固方法，通过向松散砂土中灌注菌液以及营养盐，利用微生物矿化作用在砂颗粒间快速析出方解石凝胶，改善土体的物理力学性质。系统总结了国内外关于微生物灌浆加固土体的室内及现场试验研究，同时对固化土体的工程特性、原位无损测试方法以及灌浆效果的影响因素等进行了论述。研究表明，微生物灌浆技术具有施工扰动小、灌浆压力低、环境友好等优势，并可显著提高土体的强度、刚度及抗液化性能，在土体加固领域有着非常广阔的应用前景，但关于微生物固化土体的耐久性以及灌浆的经济性等问题仍需进行深入的探讨与研究。

深入研究盐岩受力变形、破坏机制及力学模型，对于保证油气地下储库的安全和稳定具有十分重要的意义。以盐岩在多组围压下的三轴试验为基础，由热力学定律出发，将损伤引入到改进的摩尔-库仑(Mohr-Coulomb)准则中，提出了与围压相关的损伤准则和塑性硬化函数，建立了一种能够描述盐岩力学特性的弹塑性损伤模型，该模型能够反映盐岩的塑性与损伤耦合、应变硬化-软化和围压影响。将研究成果与ABAQUS软件相结合，通过二次开发，编制了相应的计算程序。通过模拟盐岩室内三轴压缩试验表明，数值模拟曲线与试验曲线吻合较好，所建立的力学模型可以较好地描述盐岩在不同围压状态下的力学损伤发展、应变硬化-软化以及脆-塑性转换的力学特征。

无法大量制作表面形态完全一致的含自然结构面的剪切试样一直是困扰岩石结构面力学试验深入研究的难题之一。借助最新发展的3D打印和表面快速扫描技术，提出了岩石自然结构面试样制作新方法。该方法采用三维扫描仪获得岩石自然结构面表面形态的高精度点云数据，然后通过逆向工程软件重构自然结构面的表面形态和含自然结构面的虚拟剪切模型，进而通过3D打印技术制作含自然结构面的PLA（绿色环保材料聚乳酸）塑材模具，最后借助PLA结构面模具在制样盒内通过相似材料浇筑成型出剪切试样，从而实现批量制作结构面形貌完全一致的相似材料结构面剪切试样，满足多种组合试样方案下岩石自然结构面的深入分析。采用这一方法针对3种岩石自然结构面进行了批量制作和剪切试验测试表明：（1）浇筑制作成试样的结构面表面高程与原始结构面高程之间的误差分析显示，岩石自然结构面可以高精度地复制到剪切试样中；（2）相同剪切试验条件下多个剪切试样的剪切位移-剪切力曲线的重合度非常高，表明制作的结构面剪切样的一致性好且试验结果离散性小；（3）通过剪切结构面试样在剪切前后的表面形态扫描分析发现，相同试验条件下自然结构面的剪切破坏形态具有非均匀性。

采用低场核磁共振技术测试了冻融循环过程中不同土质、不同NaCl离子浓度饱和试样的未冻水含量，结合T2分布曲线从微细观角度分析了冻融过程中未冻水在孔隙赋存分布情况。试验结果表明：冻结过程可分为过冷度段、快速下降段、稳定段3个阶段，而融化过程仅存在稳定段、快速融化段，并不存在与过冷现象对应的过热现象。冻结时大孔隙的水首先冻结，而融化时孔隙水的增加却是从小孔隙开始的，这是由水分热动力学势能的差异导致孔隙水冻结和融化在时间上的有序性。并且分析了冻融循环中土质类型、离子浓度对未冻水含量的影响，以及探讨了冻融过程出现的滞后现象的原因。

以往动力排水固结室内模型试验，通常冲击能量低，软土物理力学响应激发不够，难以寻求与工程实践相符的能量传递规律。利用可提供高冲击能的多向高能高速电磁力冲击智能控制试验系统，对淤泥类超软土进行静动力排水固结模型试验，获得了高能量多遍冲击作用下竖向与表层水平向能量传递规律：（1）冲击荷载下浅层土中相应土压增量始终最大，但随着夯击遍数增加，其下土层土压增幅随之相对增大；而就土层压缩量而言，首遍夯击下浅层土最大，此后中层与深层之值均大于浅层土之值，且其比值随着夯击遍数增加而增大，表明了主要压缩区向下移动；（2）静动力排水固结法中，冲击能量初始主要作用于浅层，此后随着淤泥力学性质不断沿深度方向改善，能量逐渐向下传递以主要加固下层及深层土体；（3）夯击作用下土层表面同一位置处竖向质点振动速度最大，径向次之，环向最小，且在一定的距离处趋向同一稳定值；振动加速度亦呈现相同的变化规律；模型试验得到的振动主要影响范围与实际工程一致。

基于人工交叉裂隙模型，通过室内透水试验，得到了不同进口与出口组合时的流量和压力变化的关系曲线。同时结合串联裂隙水力学开度的计算公式，利用最小二乘法求解超静定方程组，计算交叉裂隙中每个裂隙单元的水力学开度。通过拓扑得到裂隙交叉点的几何尺寸，并求解Navier-Stokes方程，研究裂隙交叉对其水力特性的影响。结果表明，通过室内试验和串联裂隙水力学开度计算公式相结合的方法，可以准确计算每个裂隙单元的水力学开度。当雷诺数Re较小时，交叉点内部的流体成稳态层流流动；当雷诺数较大（比如Re≥100）时，可以观测到明显的漩涡，说明流体的惯性力远大于黏性力，经典的立方定律不再适用。对于1个进口2个出口的情况，出口的流量分配比率与雷诺数成二次函数关系，随着雷诺数的增大，流量分配比率的非线性越来越明显，其最大分配比率变化超过15%。出口的水力学开度e与初始水力学开度（即力学开度E0）的比值e/E0和雷诺数Re也具有二次函数关系。当Re10时，e/E0呈现出较强的非线性；利用该关系式可以得到修正的立方定律，从而进一步求解交叉裂隙的水力特性问题。

裂缝的演化与空间展布规律是影响泥岩盖层密闭效果的关键因素。为研究泥岩失稳破坏过程中裂纹的萌生、扩展和汇集贯通等演化规律，针对龙马溪组泥岩进行了单轴压缩下的同步CT扫描试验，通过裂纹面积的变化特征及裂纹结构的分形特性，探讨了不同加载水平下裂纹的演化规律，从细观尺度揭示了泥岩裂纹演化与宏观变形特性的关系。研究结果表明：泥岩CT图像灰度频率及裂纹面积的变化均可反映裂纹的演化特征。荷载水平（即当前荷载与峰值荷载之比）为0～20%时，裂纹面积迅速增加，裂纹开始萌生，但由于受到闭合效应的抑制，相对并不活跃；荷载水平（当前荷载与峰值荷载之比）为20%～65%时，裂纹面积变化不大，裂纹萌生效应和闭合效应同时进行，且作用大致相抵，泥岩进入稳定承压阶段；荷载水平为65%～85%时，裂纹面积陡然增加，裂纹进入扩展及汇集贯通阶段，而荷载水平为65%时的突然跳跃，表明裂纹从萌生闭合到扩展过渡具有突发性和瞬时性。随着荷载的继续增加，泥岩内部结构呈复杂化、混乱化的变化趋势，且裂纹从外向内逐渐贯通。裂纹分形维数呈现的增长―下降―再增长―再下降的波状变化规律，是裂纹萌生、闭合、扩展和归并等相互转化的结果。

亚塑性模型为模拟颗粒材料的非线性力学行为提供了一条新途径，特别是CLoE亚塑性模型在模拟应变局部化时具有一定的优势。然而该模型在模拟小幅应力-应变循环时表现出一定的锯齿效应。为了克服该效应，基于颗粒间应变张量的概念发展了修正的CLoE亚塑性模型以正确模拟循环荷载下密砂的力学行为。此外，为保证单调荷载作用下修正模型与原模型预测结果的一致性，改进了颗粒间应变率及颗粒间最大应变的定义。数值算例表明:（1）修正模型保留了克服锯齿效应的优点。（2）修正模型能够反映不同振幅条件下的卸载刚度。（3）在大振幅循环条件下，滞回圈的面积随着循环次数增加而增大。（4）修正模型能够保证单调加载条件下所得结果与原模型的一致性。（5）修正模型可以反映材料的疲劳破坏机制。

滑坡失稳的预测预报研究是地质工程领域中的一项重要课题，准确地确定预测预报理论模型的参数是实际应用中的难点。在实际滑坡监测中通常可以观察到位移曲线呈现阶梯形，这些阶梯形位移变化点就是滑坡的变形突变点。为研究滑坡变形突变点的变形特征，进行了不同荷载作用下的天然试样以及不同荷载、不同含水率作用下的浸水试样的流变试验，得到了累计位移-时间曲线以及变形速度-时间曲线。依据秦四清的锁固段理论以及速度倒数法滑坡预警模型对试验结果进行分析。研究结果表明：荷载和含水率的变化对模型参数没有影响，模型参数是关于材料属性的函数；变形过程中突变点的变形特征与破坏时的变形特征相似，并且速度倒数法预警模型在突变点和破坏点确定的模型参数基本一致。因此，滑坡监测曲线中早期位移突变点确定的模型参数可以用于确定滑坡破坏时的预警模型。

无纺土工织物作为一种反滤材料，在工程中常受土体作用产生平面双轴拉应变，导致织物孔径变化。基于无纺织物空间网络孔径模型，改进Rawal公式中织物孔径结构总层数的算法，并提出等双轴拉伸下织物孔径分布曲线的解析解。利用自主研发的双轴拉伸仪，将两种针刺无纺织物等双轴拉伸至应变为3%、5%、10%，采用应变控制下的干筛法，进行织物孔径分布曲线测试。将解析解与试验结果进行对比分析，解析解孔径值偏大，所得解析曲线与测试曲线对于较薄织物吻合更好。研究结果表明，随着双轴拉应变的增加，无纺织物孔径增大，其特征孔径O95、O50、O30都近似与拉伸应变呈线性变化关系。

莫尔圆在岩土材料的强度理论、应力路径以及地基承载力等方面具有广泛的应用。极点是莫尔应力圆上的一个特殊点，具有惟一性，通过极点，可以求得任意分析平面的应力状态。特别是对于求解复杂状态下的应力问题，莫尔圆极点法具有简便、快捷的优点。提出了定义极点的新方法——射线法，利用应力隔离体力的平衡法则证明了该方法定义极点的正确性及惟一性，并且发现定义极点的平行线法和法线法是射线法的两种特殊情况。通过比较，发现不同方法所得到的极点位置并不相同，但求得的任意面上的应力状态是相同的，而且平行线法更便于使用。然而，所提出的射线法能加深对莫尔圆极点的理解，从而进一步推动其广泛应用。

采用SR-6型三轴蠕变仪对陕西省泾阳县某边坡重塑黄土进行了一系列室内三轴固结排水蠕变试验，着重研究了90%压实度下重塑黄土在不同含水率与围压下的蠕变特性，并依据试验资料建立了两种经验蠕变模型。结果表明：该地区黄土具有明显的流变特性，总体呈非线性衰减蠕变；围压与含水率均对蠕变特性有着显著的影响，土样在小围压、大含水率的条件下蠕变现象明显且蠕应变较大；同等荷载增量引起的应变增量的突然放大，预示着该级荷载已经超过土体的屈服应力值，土样产生黏塑性变形；两种模型的建立均能恰当地描述土体在20% ~ 65%偏应力水平下的蠕变特性，且模型简单，参数易得。

通过对煤岩试件进行常规三轴力学试验，并对破坏后的煤岩试件进行CT扫描，之后将处理过的CT图片导入Mimics10.01进行三维重构，得到了煤岩试件内部裂隙空间的分布情况。另外，利用自编的Matlab程序对煤岩试件的体分形维进行了初步分析。结果表明：煤岩试件在三轴加载条件下主要发生压剪破坏；且围压不同，煤岩试件表现出了特定的力学规律；利用Mimics10.01重构得到的煤岩三维裂隙空间分布情况显示，随着围压的增大，煤岩试件剪切破坏面的连通率和体密度有增大的趋势；体分形维计算的结果显示，煤岩内部破坏越严重，体分形维值越小。

利用土壤板结原理，通过对硫铝酸盐水泥固化土无侧限抗压强度试验和水稳定性试验，探讨钾盐、磷酸盐对其早期强度的影响规律；通过X射线衍射（XRD）对固化土的物相成分进行了分析，探讨钾盐、磷酸盐影响固化土强度的变化内在机制。试验结果表明，钾盐、磷酸盐对固化土强度提高的阈值为0.6%，当盐掺入量低于该阈值时，固化土强度会随着盐掺量的增加而提高，当盐掺入量超过该阈值时，固化土强度会逐渐降低。盐掺入量不超过2%时，掺盐固化土水稳定性与未掺盐固化土差不多，7 d固化土软化系数基本保持在70%以上，但掺入K2SO4的固化土水稳定性较差，软化系数在60%左右。生成高强难溶具有膨胀性的矿物晶体是掺盐固化土早期强度提高的主要原因，但盐掺入量过高，固化土中矿物晶体过多膨胀作用，破坏固化土结构，而使固化土早期强度降低。

利用RMT–150C岩石力学测试系统，对重庆彭水含天然裂隙脆性页岩在单轴循环荷载作用下的变形及破裂特征进行了试验研究。研究结果表明：（1）在循环加卸载和裂隙的共同影响下页岩所含天然裂隙使页岩性质局部劣化、加剧裂隙扩展和破坏提前，导致屈服应力、破裂压力和峰值强度等减小，其中峰值强度降低了13.7%～58.3%；（2）轴向应变形成封闭的“尖叶”状滞回环，并呈疏—密—疏排列，而横向应变形成上开口“8”字形滞回环，并呈密—疏排列，横向应变-循环次数曲线可分为初始变形阶段、小速率等速变形阶段、大速率等速变形阶段和失稳破坏阶段等四阶段演化规律，前期横向应变突变现象可作为天然裂隙和新裂隙扩展、交汇完成，进入大速率等速变形阶段的标志，后期突变可作为整体失稳破坏的前兆；（3）含天然裂隙页岩的破坏模式主要呈拉剪贯通模式和拉贯通模式，两种贯通模式均至少包含一条贯通天然裂隙的拉裂隙；（4）在弹性阶段，有效弹性模量与损伤面积系数呈线性关系，损伤面积系数越大，有效弹性模量越小；（5）在低应力水平内循环，不可逆变形缓慢增加，轴向应变-循环次数曲线始终处于初始变形阶段，试样不发生破坏；在高应力水平内循环，经历3个变形阶段后试样发生破坏；在接近峰值应力的应力水平内循环，曲线直接进入加速变形阶段，几次循环后试样发生破坏。该研究为认清页岩的裂隙扩展形成复杂裂隙网的发展机制提供了有益参考。

研究牙齿冲击下破岩机制是提高冲旋破岩效率的理论基础，目前对牙齿低速冲击下的岩石力学研究主要集中在仿真和试验，因此，有必要研究牙齿低速冲击下的破岩机制。首先分析了单齿冲击下岩石破碎坑的形貌，提出了分区建立物理模型和力学模型。考虑到单齿冲击的低速条件和岩石围压效应，得到修正的球形空腔膨胀理论，推导了岩石破碎坑的密实区、开裂区、弹性区3个区域的应力与位移解析解。利用Matlab对各区域解析解进行数值求解，得到了围压、质点运动速度以及岩石物理性质参数等对破碎坑各区域无量纲应力和位移变化的影响，采用仿真试验验证结果的正确性。该模型不仅解释了岩石破碎坑的形成，而且也提供了一种分析牙齿冲击破岩力学模型。

锚固是岩体工程增稳的主要措施，对充分发挥岩体的自承潜力，调节和提高岩体自身强度和自稳能力有着十分重要的作用。由于锚固工程本身的复杂性和多样性，导致目前锚固机制、设计理论以及计算方法都不够完善。现有的锚固段荷载传递解析解存在两大难题，一是没有反映锚固段应力变化过程，随着荷载不断加大，接触面是逐渐被破坏，剪应力的峰值将由端口逐渐向内转移；二是在端口处是一个应力奇异点，难以很好地解决。通过对当前多种锚固段荷载传递解析解的适用性及局限性进行分析归纳，指出应将锚固段应力分布划分为弹性、塑性和破坏3个阶段，在不同的阶段应力分布形式不一样，不能一概而论。在此基础上，基于传递系数，针对沿锚固段剪应力呈非均匀性分布形式，提出了一种能反映这3个阶段变化规律的荷载传递解析公式，获得了锚固段剪应力和轴力的分布规律和影响因素。对各解析解方法求出的临界锚固长度进行了算例对比，证实所提算法是合理和有效的。该算法适用于预应力锚索锚固段工程设计。

采用相似物理模拟试验研究煤与瓦斯突出机制和规律是目前有效的方法，含瓦斯煤体相似材料是突出定量模拟的关键因素。研制出一种新型的含瓦斯煤体相似材料，该相似材料以一定粒径分布的煤粉为骨料，以腐植酸钠水溶液为胶结剂，混合压制成型后干燥。大量正交配比试验表明：在成型压力15 MPa下，相似材料的重度、孔隙率趋于稳定并与原煤十分接近；相似材料抗压强度高，可调范围达0.5～2.8 MPa，与胶结剂浓度近似呈线性正比关系；吸附解吸试验表明，相似材料的吸附性良好，其与原煤的吸附等温线一致；并且具有材料价格低廉、无毒副作用、配比简单、性能稳定和各物理力学参数调节方便等特点，可用来模拟不同强度原煤。采用相似材料制作的型煤开展了煤与瓦斯突出试验，成功模拟了煤与瓦斯突出现象和过程，证明该相似材料能很好地模拟具有吸附解吸特性的含瓦斯煤体。

为了解大型地下洞室群在地震过程中的动态响应特征，以大渡河流域的大岗山水电站大型地下洞室群为原型，开展地震模拟振动台物理模型试验研究。作为国内外首次进行此类振动台试验研究，系统介绍整个试验的方案设计。首先，根据本次试验的目的和特性，给出试验基本简化原则，并对模型体系进行相似设计，按照完全相似模型推导出各物理量的动力相似常数、确定模拟范围、模型尺寸和相似材料配比。然后，对试验边界条件进行设计，确定了作为柔性边界的聚苯乙烯泡沫板的材料和几何参数，制作了用于测量围岩内部应力的应变砖传感器，并介绍模型制作、洞室成型与开挖等工艺步骤；最后，确定试验输入波形，并按相似理论要求进行调整，给出模型试验的加载工况。经后期试验数据的分析，证明试验条件简化合理，模型设计与制作成功。一整套模型设计方法与制作工艺，可供今后类似试验作为参考。

针对长期动载作用下天然沉积结构性黏土地基强度和刚度循环软化问题，分别以水泥和食糖为模拟粒间胶结和大孔隙的材料，制备了不同胶结强度和初始孔隙比的人工结构性土，开展了人工结构性土与相应重塑土的动三轴试验，分析了土体胶结强度、初始孔隙比、围压和动应力幅值对累积变形和动强度的影响规律。试验结果表明：累积应变-振动次数曲线以临界循环应力为界分为：塑性安定型、临界型和破坏型；临界循环应力随胶结强度增大、初始孔隙比减小而增大；土体胶结强度越高，脆性破坏越明显，累积应变曲线转折点对应的应变越小。动强度的应变破坏标准采用转折点应变值更符合土性变化规律；动强度随胶结强度增大、初始孔隙比减小而增大；动黏聚力cd随破坏振次增大而降低，而动内摩擦角?d基本不变。试验结果可为软弱土地基动力灾变控制提供有益参考。

建立考虑吸附-解吸效应的颗粒加速迁移问题控制方程，通过Laplace变换和Fourier变换求出颗粒瞬时和周期性注入情况下点源和面源问题的解析解。同时，开展点源瞬时注入方式下颗粒迁移试验，并将试验和理论计算结果进行对比分析，两者较为吻合，从而验证了解析解的正确性。点源瞬时注入方式下颗粒迁移参数的分析进一步表明：吸附系数越大，颗粒的浓度峰值越小。解吸系数对浓度峰值左侧曲线影响较小，而对浓度峰值右侧曲线来说，解吸系数不仅影响颗粒浓度，也影响颗粒迁移时间；浓度等值线在x-y平面上的形状近似为椭圆形，解吸系数越大，相应的浓度等值线的范围越大；随着y方向弥散系数增大，浓度峰值上、下两侧的等值线梯度逐渐减小。研究成果可为地下污染物治理、地下水开采、核废料处置以及城市固体废弃物填埋等工程提供理论基础。

隧道结构的围岩-支护特征曲线理论表明，初期支护强度变化及支护时机将极大地影响隧道周围围岩的变形及应力分布。相应地，作为初期支护重要组成部分的喷射混凝土，其喷射后的强度增长变化规律及硬化速度也极大地影响着围岩的变形及应力重分布。为探明喷射混凝土的强度增长规律及其硬化速度对初期支护性能的影响，结合隧道工程实践，进行了一系列喷射混凝土现场试验，建立了喷射混凝土强度和弹性模量增长规律，确定了喷射混凝土硬化速度对初期支护性能的影响规律。分析表明：（1）隧道喷射混凝土早期强度发展较快、较平稳，24 h抗压强度平均值为6.4 MPa，48 h抗压强度平均值为11.4 MPa。（2）在软弱围岩中提高喷混凝土的早期强度十分重要，是控制围岩变形和稳定的关键，喷混凝土早期强度越大，隧道初期支护作用越明显。（3）喷混凝土硬化速度对控制拱顶沉降变形效果较显著。与慢速硬化相比，喷射混凝土快速硬化时拱顶沉降减少10.4%，拱脚处减小17%，边墙水平收敛减少了30.7%。（4）喷射混凝土硬化速度对控制围岩塑性变形方面差异较小。（5）应充分考虑喷射混凝土的强度硬化过程，不考虑喷射混凝土硬化速度会在一定程度上高估初期支护性能，使其相应支护结构位移明显小于考虑硬化速度时相应的结构位移。

根据实际工程中单桩受力特点，对足尺桩基进行等比例缩尺，考虑不同埋深、砂土颗粒级配等影响因素，开展室内小尺寸模型单桩的竖向拉拔、水平推移和竖向压载试验，分析桩身变位、变形、轴力等参数与桩基埋深、桩周砂土特性等因素的相互关系，探究钙质砂地基中单桩在不同受力方向下的承载性状，进而剖析钙质砂中桩-土相互作用机制。研究表明，钙质砂地基中，单桩变位、变形特点随着受力方向、埋深、桩周砂土特性等的变化存在明显差异；增大桩的埋深对竖向抗拔桩的意义大过竖向抗压桩；相同条件下桩在承受竖向抗压荷载时，增大埋深的作用主要体现在加载初期，随着荷载的逐渐增大，最终差别将逐渐减小；竖向抗压桩承载过程由以侧摩阻力承载为主发展为以桩端阻力承载为主；颗粒破碎和重分布会引起抗拔桩εmax在加载后期出现衰减；宽级配钙质砂中桩的抗拔能力较强，而单一粒组的钙质砂则在维持桩身稳定方面占优势；桩侧剪碎时的桩侧阻力衰减是随着颗粒破碎逐渐发生的，而桩端压碎时的桩侧阻力衰减主要发生在砂土被压碎瞬间。研究结果对钙质砂地基中的不同功能桩基的优化、设计和施工具有重要指导价值。

针对基岩明显起伏、土层非均匀分布的典型河口盆地场地，考虑土体非线性特征，采用黏弹性人工边界模拟无限域对地震波动的影响，建立大尺度精细化二维有限元模型，分析了盆地地表地震动幅值、频谱、持时、传递函数特征，探讨了基岩起伏土层的地震动聚集效应及盆地边缘效应。结果表明：（1）盆地近地表土层表现出不同程度的地震动放大效应，且随土层深度增加呈非单调递减特征，基岩突变处地震动聚集效应明显，盆地两侧产生较为显著的边缘效应；场地中、长周期地震动的放大作用显著；（2）多遇地震、偶遇地震和罕遇地震水平时，场地卓越周期依次介于0.35～0.65 s、0.40～0.75 s和0.50～1.05 s之间；给出了盆地地表PGA（地表峰值加速度）、卓越周期均值等值线图及地表加速度反应谱放大因子建议值，地表设计地震动参数amax（地震影响系数）与Tg（特征周期）明显大于现行《建筑抗震设计规范》取值；（3）盆地特殊位置地表地震动持时得到不同幅度增长，且与输入地震动特性相关；（4）该盆地对0.5～2.0 Hz频段基岩地震动的放大效应比较显著，对小于0.2 Hz或大于2.5 Hz的基岩地震动，该盆地地震动放大效应不明显；（5）福州城区及其邻近区域地震动放大效应普遍较大。大尺度二维非线性分析一定程度上能合理反映微地形起伏、土层分布及土体非线性对地震波传播过程的影响。

基于数字式全景钻孔摄像系统及现场统计对井下矿体及围岩进行了节理调查分析，利用Surpac建立了采空区三维模型并进行剖分，最终建立了二维离散元模型（UDEC），研究不同水平矿体开采时位移场的变化规律和采空区上覆岩层的冒落形式，记录并分析矿体开采过程中岩石移动角变化规律并进行了对比验证。研究结果表明：充填法开采-430～-500 m矿体时，采空区最大位移为205.6 cm，小于崩落法的215.2 cm；对比充填法和崩落法新副井沉降值和水平位移值发现，充填法地表倾斜率为0.56 mm/m，小于崩落法的1.22 mm/m，水平变形率为1.03 mm/m，小于崩落法的1.31 mm/m，对于控制新副井沉降和地表移动具有良好效果。在崩落法开采时覆岩移动存在一定间歇性和跳跃性，冒落过程中可能形成自稳平衡拱，从而形成隐伏采空区。根据实际监测与模拟结果对比，在同一水平开采时间较长时，移动角减小速率呈跳跃性非均匀变化，表现为缓慢变化-加速变化-缓慢变化-加速变化的循环过程，进一步验证了自稳平衡拱和隐伏采空区的存在。

为准确判断溜井受矿石冲击的损伤情况，基于影响溜井的损伤因素，构建了溜井受矿石冲击的损伤理论模型，并据此运用MATLAB计算获得矿石对溜井冲击的冲量分布。采用MADIS-FLAC3D数据耦合技术建立溜井冲击损伤数值模型，揭示了溜井冲击损伤的分布规律。综合运用空区激光探测系统（CMS）和大型矿床三维软件SURPAC，实现了对溜井垮塌三维信息的准确获取及可视化，并对所建立模型的计算分析结果进行了验证。结果表明：（1）根据溜井冲击损伤模型计算得到溜井受冲击的范围标高为-265.83～-292.28 m，冲量在此区间呈现先增大后减小的规律，在标高为-272.88 m处达到最大，为13.52 kN?S；（2）通过数值模型分析得到溜井受矿石冲击一侧在标高为-264.12～-294.88 m区间段发生了位移变化，并在相应区间段形成一定范围的塑性区，说明矿石冲击破坏了此处溜井围岩的稳定性；（3）数值分析得出的最大位移监测值出现的位置与探测模型垮塌区域的最大断面标高一致，实际探测获得的溜井垮塌最严重区域形态与数值模拟确定的塑性区相吻合。

为研究主应力对交岔点围岩稳定性的影响，以某矿为工程背景，建立5组交岔点数值计算模型，研究了交岔点开挖前的扰动应力场偏转规律，并引入点安全系数法研究了主应力和交岔角度对交岔点围岩位移场、扰动破碎区的影响规律。研究结果表明：在交岔点开挖之前，交岔点附近围岩的主应力方向发生偏转，偏转后的应力场类型由σh型变为σv型，交岔点开挖过程中围岩受σv型应力场影响；交岔角（α≤90°）越大，交岔点越稳定；交岔角度相同时，新掘巷道轴向较靠近最大水平主应力方向的交岔点更稳定。交岔点现场实测数据验证了研究结果。

介绍了磁西超千米井筒设计和地质条件，展示了井壁受力的实测方案以及依据包神解析公式进行地层原岩应力反演计算的原理。实测结果反演得到了井筒1 208 m深处的水平应力平均估值以及不均匀分布情况，水平应力与垂直应力之比符合自重应力场的规律，侧压力系数估值约为0.256~0.278之间。通过有限元数值模拟，图形化展示了井筒地应力分布，验证了实测反演数据的合理性，同时也反映了岩层剪切模量和构造等地质条件对水平应力不均匀分布的影响规律。结合对该矿区宏观地质构造运动演化和地质力学的定性分析原理，综合地分析了实测结果、解析反演和数值计算之间的一致性，对水平原岩应力Hoek & Brown统计规律的普适性提出了质疑，讨论了现有原岩应力解析计算方法，为采用包神公式进行井壁设计供了参考。

为研究浅埋黄土隧道锚喷初支+初衬+二衬构成的3层支护体系力学特性，以某黄土隧道为依托，采用钢弦式传感器对围岩压力、初衬与二衬接触压力、二衬钢筋轴力、二衬混凝土应变、钢拱架应力等进行了系统测试与分析。结果表明：(1) 作用在左拱腰处的围岩压力较大，且稳定值为240 kPa；(2) 浅埋段按不同围岩压力计算公式得到压力值均大于围岩压力实测值，其中采用太沙基公式得到的压力值与实测值相对接近；(3) 该黄土隧道二衬全部受压，其分布形态呈明显的猫耳形，初支、初衬、二衬承受的荷载比例分别为51.34%、37.29%、11.38%；(4) 钢拱架整体以受压为主，在拱顶和拱腰处受力较大，接近屈服状态；(5) 初支发挥了一定的围岩自承能力，其与初衬共同承担了大部分围岩荷载，二衬主要为结构安全储备。

盾构机是地下工程中的典型掘进装备，具有结构复杂、体积庞大、重型巨载等特点。刀盘载荷是装备的核心力学参量，实现刀盘载荷的合理计算是装备正向设计的理论基础，也是不同地质情况隧道施工中载荷控制的重要科学依据。盾构刀盘中心刀结构在掘进过程中承受很大比重的轴向载荷，为了进一步分析中心刀结构的改变对刀盘载荷的影响，采用数值仿真方法与模型试验方法对盾构刀盘与土体的相互作用进行了研究，得到了刀盘法向和切向切削载荷空间分布规律以及掘进过程中刀盘总推力和扭矩随掘进时间的变化规律，重点分析了偏置中心刀结构对刀盘推力和扭矩的影响。对比几种不同的中心刀结构，研究表明，偏置中心刀结构刀盘的总推力与总扭矩小于鱼尾中心刀结构刀盘的总推力与总扭矩。刀盘模型试验结果与数值仿真结果趋势一致。从载荷角度考虑，偏置中心刀刀盘优于鱼尾中心刀刀盘。该研究结果可为新型刀盘结构设计提供参考。

上限原理有限元法不仅可以得到边坡的安全系数，还可以给出临界滑动面，且具有比极限平衡法更严谨的理论基础，因此，拥有更广阔的应用前景。针对传统的上限有限元法不能考虑强度各向异性的问题，提出了一种新的摩尔-库仑屈服面线性化方法。该方法在对方位角离散化的基础上，建立了线性化的方位离散塑性流动约束方程，丰富了基于线性规划的上限法理论。两个算例结果表明：该方法可以稳定地从极限解的上方收敛；且对边坡进行稳定性分析，若忽略了边坡的强度各向异性，则会高估边坡的稳定性，得到较大的安全系数。

针对现有预应力锚索抗滑桩计算模型及其相应计算理论存在的问题，基于有限差分法的原理，提出了改进的锚索桩计算模型并进行了详细的理论推导。根据实际的施工和受力过程，该模型包括预应力施加和滑坡推力作用两个阶段，通过滑坡推力分布形式的改进和桩锚协调变形方程的修正来真实反映预应力锚索抗滑桩的主动式受力特点。同时利用Matlab编制成相应的计算程序进行算例验证，并同目前普遍采用的计算理论进行对比分析。结果表明，该改进计算方法及其相应的计算程序充分考虑了预应力施加这一锚索桩特有的过程所带来的影响，且在计算中不必将锚索拉力等效为在桩顶处施加的剪力和弯矩。另外还可对桩前滑面以上存在任意厚度滑体和任意复杂地基条件的情况进行合理地设计计算，相对于目前已有的计算理论，该改进方法更加合理、可靠。

针对软土区顶部加箍碎石桩复合地基，根据理论上较为严密的极限分析上限法，通过构建协调的速度场，综合考虑土重和加箍段桩侧摩阻力等因素的影响，基于能量平衡原理推导出了单桩极限承载力递推计算公式。在此基础上，利用随机优化搜索方法搜索出临界滑裂面，从而获得更为合理、严密的顶部加箍碎石桩极限承载力计算方法。最后，结合典型的工程实例进行了对比验证和参数分析，结果表明：计算结果与实测值、既有方法计算值相比相对误差在5.4%范围内，最优顶部加箍深度约为桩体半径的8倍，可为工程实践提供一定的参考。

利用傅里叶级数计算任意函数形式的弹性纵波垂直通过非线性结构面的透射波和反射波的速度波形。采用双曲模型描述结构面的变形特性，基于位移不连续模型，结合波振面处动量守恒定律，推导了弹性纵波垂直通过非线性结构面的基本方程。假设应力波在含结构面岩体中传播时，结构面的存在不改变应力波波形函数的最小正周期，运用傅里叶级数理论和周期延拓方法，得到了任意函数形式的弹性纵波垂直入射时透射波和反射波速度波形的傅里叶级数解，并验证了傅里叶级数解是合理的。利用傅里叶级数解，分析了单一频率的正弦谐波入射至结构面时，透射波中各阶谐波的振幅和相位与谐波阶数的关系。研究结果表明，各阶谐波的振幅与阶数呈负指数关系衰减，前7阶谐波振幅的衰减指数为谐波阶数的二次函数，当谐波阶数大于7时，衰减指数为谐波阶数的一次函数；各阶谐波的相位与谐波阶数呈线性关系。

受季节性降雨或水库运行的影响，岸坡外水位及坡内孔隙水压力场的变化较大，不利于岸坡的稳定性。在水位变化过程中，利用非饱和-非稳定渗流有限元计算得到孔隙水压力场，基于非饱和土的渗流和抗剪强度理论，对水位变化过程中的边坡临界滑动场法进行改进，提出可考虑水位变化与岸坡非饱和-非稳定渗流过程的边坡临界滑动场数值模拟方法。将改进后的水位变化过程中的边坡临界滑动场法分别应用于黏土、粉土岸坡在水位升降过程中的稳定性分析，研究了水位升降速率及基质吸力对岸坡稳定性的影响，并揭示了边坡在水位变化过程中的稳定性变化历程。研究表明，该方法计算结果合理、可靠，更适用于涉水边坡的稳定性计算，且岸坡稳定性变化历程受水位升降速率、基质吸力等多种因素共同影响，只有在考虑非稳定渗流的基础上同时考虑基质吸力的作用才能正确得出水位变化过程中岸坡稳定性变化规律和实质。