岩土工程中常用的屈服准则多以压缩剪切为其破坏机制，然而硬脆性岩体的脆性破坏包括拉伸破坏、张拉剪切破坏和压缩剪切破坏3类，且随着岩体工程向深部发展，张拉剪切破坏成为了洞壁围岩的主要破坏机制。针对此问题，开展了硬脆性大理岩的室内拉剪试验，分析了大理岩拉剪破坏特征，并结合压剪试验结果，建立了考虑张拉剪切破坏机制和应力状态影响的Mohr-Coulomb准则。研究结果表明，硬脆性大理岩破裂面在拉剪应力状态和低正应力压剪应力状态下均具有张拉剪切破坏特征，高正应力压剪应力状态下则只具有压缩剪切滑移特征；拉剪应力状态下，大理岩破裂面张拉破坏特征明显，无明显剪切痕迹，剪切力固定时，剪切位移随着轴向拉力增加而增加；凝聚力和内摩擦角受应力状态影响，凝聚力随正应力增大先减小后增大，内摩擦角则随正应力的增大而减小；凝聚力、内摩擦角随正应力的变化趋势可分为4段，拉剪段、低压应力段、中压应力段和高压应力段，每段的凝聚力、内摩擦角与正应力皆可认为是线性关系，靠近抗拉强度处，内摩擦角趋近90°，凝聚力趋于无穷大；考虑张拉剪切破坏机制和应力状态影响的Mohr-Coulomb准则曲线分为两部分，可采用二次抛物线进行拟合的拉剪段和考虑凝聚力、内摩擦角随正应力演化的压剪段，由此建立的Mohr-Coulomb准则更全面、精度也更高。

流变对工程岩体的长期变形稳定具有十分重要的影响，但目前关于卸荷流变的试验研究中通常只考虑恒轴压卸围压的应力路径，与隧洞开挖过程中围岩的应力调整过程存在一定的差距。以砂质泥岩为试验研究对象，设计进行了加轴压卸围压和恒轴压卸围压条件下的分级卸荷流变试验。试验结果表明：恒轴压卸围压和加轴压卸围压方案下岩样的流变变形趋势总体一致，但相同初始围压条件下，加轴压卸围压试样破坏的围压相对较高，偏应力相对较大，但长期强度与破坏应力的比值相对较小；在围压卸载至岩样临近破坏时，加轴压卸围压方案下岩样的流变应变增长速率明显较快，试样破坏的更加突然；恒轴压卸围压条件下岩样的破坏形态相对简单，一般只存在一条完整的剪切破坏面，而加轴压卸围压条件下岩样的破坏形态要复杂得多，除了控制性的剪切破坏面之外，还伴随有一定数量的次生剪裂纹和张拉裂纹，而且初始围压越大，试样的次生裂纹越多。因此，在隧洞围岩长期变形稳定分析过程中，单纯的恒轴压卸围压流变试验不能满足工程实际需求，应该尽量丰富岩石力学试验的应力路径，以便较好地模拟工程岩体应力的实际变化过程，研究成果为隧洞围岩的长期变形稳定性研究提供了较好的研究思路。

基于悬浮不排水桩复合地基超静孔隙水压力解答，建立了变荷载条件下复合地基桩间土和下卧层土平均固结度的解析解。通过与有限元解答的对比，证明了解析解的正确性和有效性。利用解析解对桩间土和下卧层土的固结性状进行了分析。研究发现，桩间土的固结速率远大于下卧层土，并随置换率和桩土模量比的增加而增大。在工程设计采用的置换率范围内，桩的贯入比较小时，下卧层土的固结速率受置换率和桩土模量比的影响很小；桩的贯入比较大时，下卧层土的固结速率随置换率和桩土模量比的增加而增大。桩间土和下卧层土的固结存在临界置换率和临界桩土模量比，超过临界值后，桩间土和下卧层土的固结速率不随桩土模量比和置换率的增加而增大。桩间土和下卧层土的固结速率随加荷速率的增加而增大。

作为地铁车站结构地震破坏机制大型振动台系列模型试验之一，开展了近、远场强地震动作用下软弱粉质黏土场地框架式地铁车站结构体系的大型振动台模型试验。测试分析了模型地基的加速度、孔压、地表震陷和模型结构的加速度、应变、水平位移反应等。结果表明：地震波在模型地基的传播过程中呈现出自下而上低频增大、高频减小的现象；强地震动作用下模型地基的基频明显降低，呈现出明显的低频聚集（放大）、高频滤波效应；模型地基的孔压比增长较小，在不同特性地震动作用下模型地基孔压比的发展过程存在较大的差异，并显示出显著的空间效应；近、远场地震动作用下模型地下结构的加速度反应存在明显差异，模型地下结构对软土地基地震动加速度反应的影响具有显著的空间效应；模型地下结构相对变形小、未出现明显上浮现象，地震动频谱特性对其侧墙的变形模式和大小存在显著的影响；模型结构中柱为地震损伤最严重部位；模型结构整体损伤情况较轻、处于非破坏状态。

颗粒形状是影响碎石料密实特性及力学、渗流特性的因素之一。选取粒径为2～5 mm和5～10 mm的两组灰岩碎石颗粒样本作为研究对象，采用影像测量仪和特制夹具，获取不同旋转角度下的颗粒轮廓影像；使用图形处理软件获得颗粒几何尺寸测值；计算获得各旋转角度下常用颗粒形状评定参数值，运用其平均值进行统计分析，避免了依据单一角度测值评定伴随的人为因素影响。结果表明，灰岩碎石颗粒与标准圆有较大差异, 且粒径大者差异性更明显；两组样本颗粒形状参数均服从偏态分布；长宽比、扁平度和球形度能够更敏感地反映颗粒偏离球形颗粒的程度，而长宽比和球形度便于获取，因而更具优势。

考虑非饱和黏土边坡的基质吸力和渗流力，根据水位线位于滑面上、下的临界平衡状态，分别建立了滑体条块极限平衡状态下力和力矩平衡式，获得了降雨条件下非饱和黏土边坡稳定性的极限平衡条分法计算式。通过试验、参量变换以及作用力的位置关系可以确定相关参量，并采用数值计算求解临界平衡状态下滑体条块的相互作用力系数和非饱和边坡安全系数。案例结果表明：考虑渗流力时的非饱和黏土边坡安全系数比不考虑渗流力的安全系数降低约13.8%，且考虑渗流力作用的条间力作用系数变化率明显大于不考虑渗流力的结果；当降雨强度超过一定值时，坡面径流很快形成，边坡出现不稳定的时间基本相同。

为了描述天然软土的时间相依以及结构性特征，提出了一种能考虑土体超固结和结构性的实用弹黏塑性本构模型。它以Asaoka和Hashiguchi的上下负荷面作为某一应变速率下的参考屈服面，按照相对过应力的基本思路，新引入了两个能通过不同应变速率三轴压缩试验测定的率敏性参数 和 ，建立了以当前应力、黏塑性应变以及黏塑性应变速率为状态变量的动屈服准则函数，并给出了基于Newton-Raphson迭代的应力积分算法，且成功地将其嵌入到大型有限元软件ABAQUS中。最终通过数值算例来验证模型的正确性以及应力积分算法的可靠性。结果表明：该模型能同时描述土体的率敏性、蠕变以及结构性特征，模型参数物理意义明确、易懂可测，预测结果与试验数据吻合良好，可用于复杂边值问题的有限元计算。

岩石经历高温作用冷却后工程特性的变化情况，直接影响着地下深部空间及资源的开发与利用、核废料的存储以及突发性高温灾害后地下工程的稳定性评价。以大理岩为研究对象，对遇水冷却和自然冷却后的高温岩样进行单轴压缩试验和声波测试，分析和比较岩样在不同状态下峰值强度、弹性模量、衰减系数、纵波波速和主频的变化情况。结果表明：随着温度的不断升高，遇水冷却高温大理岩的峰值强度、弹性模量和纵波波速总体上均呈现减小趋势；低于400 ℃时，随着温度的升高，衰减系数逐渐增大，主频逐渐减小；但高于400 ℃时，随着温度的升高，衰减系数和主频并未完全呈现单调递增或递减趋势，出现了高温拐点；在经历相同高温作用后，遇水冷却大理岩的峰值强度、弹性模量和主频均低于自然冷却，而纵波波速、衰减系数均高于自然冷却。研究结果可以为遇水冷却的高温岩石工程性状的检测和稳定性的评价提供参考，对经历高温作用的岩石冷却方式的选择具有指导意义。

利用新型数字激光动态焦散线试验系统，采用有机玻璃板试件进行模型试验，研究了含预制不同形状空孔对岩石定向断裂控制爆破的影响规律。试验结果表明：在定向断裂控制爆破中，设置菱形空孔更有利于实现精细化定向断裂控制爆破，可有效保证巷道周边眼爆破的成型效果；对比含3种不同形状空孔试件爆生主裂纹扩展速度可知，含菱形空孔的扩展速度最大，含圆形空孔的次之，含带刻槽圆形空孔的最低；含圆形空孔试件爆生主裂纹端部动态应力强度因子总体比含菱形和切槽圆形空孔试件爆生主裂纹端部动态应力强度因子大；主裂纹扩展中后期阶段，含菱形空孔试件爆生主裂纹端部动态应力强度因子相对较小。

采用大型动三轴试验仪进行重塑高岭土试样的循环三轴试验，试样直径为300 mm，高度为600 mm。圆柱体试样中心放置了一块竖向排水板，在循环加载试验进行时和结束后都可进行径向排水。试验结果验证了径向排水可以有效地消散循环荷载引起的孔隙水压力。通过结合径向固结理论与不排水循环加载土体模型，提出了一个循环荷载作用下径向固结模型，用来描述在允许径向排水的情况下软黏土在循环荷载作用下的孔压累积特性。模型中考虑了应力历史和孔隙水压力消散对孔隙水压力生成的影响，并用大型循环三轴试验结果进行验证。研究发现，当施加较大循环荷载时，径向排水减缓了孔隙水压力累积到临界值的速率，因而土体在破坏前可以经历更多次的循环荷载；当施加中等循环荷载时，径向排水可有效阻止孔隙水压力增长至临界值。除此之外，还研究了加载间歇期对孔压累积特性的影响，结果显示3组循环加载结束后，累积孔隙水压力开始减小，表明之后更多的循环加载并不会引起孔隙水压力的累积增长。

岩石强度准则一般是通过低围压岩石力学试验提出，这些准则在高围压下得到的岩石强度比实测强度偏大。为解决这一问题，提出岩石临界状态围压的概念，并推导得到当围压达到临界状态围压时，偏应力为常数，临界断裂角为45°，以广泛使用的Mohr-Coulomb和Hoek-Brown准则为例，将其应用到准则的改进中。通过完整岩石三轴试验数据对改进准则的准确性和适用性进行验证，分析结果表明：应用岩石临界状态围压改进的强度准则参数对围压变化的敏感度较低，其不仅保持了原准则在低围压时评估岩石强度的一致性、准确性，而且在高围压时其评估的强度与试验强度较一致，解决了高应力条件下原强度准则高估岩石强度的问题。

借助自主设计的由加载控制系统、应变采集系统、电阻同步采集系统以及红外成像系统等组成的多参数、同步监测系统，研究了充填体在单轴压缩过程中的应力-应变、电阻率以及温度变化规律，分析了充填体在破坏失稳应力-应变、电阻率以及热效应异常前兆特征，并对比了不同监测信息对同一事件破坏的敏感度和差异性。结果表明：充填体的电阻率和热红外信息时空演化进程与其压缩变形破坏整个过程基本相符，且具有明显的阶段性；在整个加载破坏过程中，观测到的电阻率前兆信息点要早于热红外前兆点、应力前兆点；与应力-应变、温度变化相比，电阻率变化规律具有明显的反对称性；电阻率变化规律能详细地表现充填体受压过程中每个阶段内部结构变化特征，而热红外信息则主要体现充填体塑性屈服前的表面结构温度演化特性。运用多参数评价充填体加载破坏前兆特征，能克服单纯考虑某一参数变化方法预警可信度低、错误率高的缺点。该方法是一种能全面、精准地掌握采场充填体稳定状态的有效方法。

采用真三轴物理模型试验机、水力压裂伺服系统、声发射定位系统以及压裂液中添加示踪剂等方式，在真三轴条件下对大尺寸页岩水平井进行了水力压裂物理模拟试验，通过裂缝的动态监测和压裂后剖切等分析了裂缝的扩展规律，并对页岩压裂缝网的形成机制进行了初步探讨。结果表明：（1）水力裂缝自割缝处起裂并扩展、压开或贯穿层理面，形成相对较复杂的裂缝形态；（2）裂缝中既有垂直于层理面的新生水力主裂缝，又有沿弱层理面扩展延伸的次级裂缝，形成了纵向和横向裂缝并存的裂缝网络；（3）水力裂缝在延伸过程中会发生转向而逐渐垂直最小主应力；（4）水力裂缝在扩展过程中遇到弱层理面时的止裂、分叉、穿过和转向现象是形成页岩储层复杂裂缝网络的主要原因，而弱结构面的大量存在是形成复杂裂缝的基础。其研究结果可为页岩气藏水平井分段压裂开采等提供有力技术支持。

基床层是铁路路基的核心组成部分，一般为粗颗粒土，厚约2.5～3.0 m，长期直接承受行车荷载的反复作用，其在动载反复作用下的变形特性是评价路基工作性能的关键要素之一。为研究粗粒土在列车循环荷载作用下的应力-应变特性，开展了一系列应力控制的单向循环加载大型动三轴试验，模拟列车动载和路基粗粒料填筑实际情况，包括不同动应力幅值（模拟不同列车轴重）、不同围压（模拟不同埋深）的动三轴持续振动试验。结果表明，在循环荷载作用下，土体刚度变化与振动次数、围压关系密切。根据动应力幅值大小的不同，循环荷载作用下饱和粗粒土的动应变随振次的发展形态可分为3种类型：稳定型、破坏型和临界型。根据试验所得出的动应力-应变关系曲线特点，建立了含围压和循环振次的骨干曲线模型。与传统的骨干曲线模型相比，该模型能反映土体刚度随循环振次的变化，更能反映列车往复作用的实际情况；同时该模型能用于估算路基土体动强度，对铁路路基核心层的动力变形稳定性评价和基于动力变形控制的路基设计具有参考价值。

为更加全面地掌握土石混填体的变形、力学特性，采用大型三轴剪切仪分别在常规路径、等应力比路径和等p路径下对不同含石量的土石混填体进行了一系列试验研究。试验结果表明，在低围压下土石混填体的应变软化特征并不明显，其黏聚力普遍较低，而内摩擦角则较高，随试样的含石量从25%增加到70%，其内摩擦角和变形模量亦会随之增加。土石混填体在常规路径和等p路径下的应力-应变关系曲线比较相似，其所求得的抗剪强度指标亦比较接近；而等应力比路径下的应力-应变关系曲线的形态和发展过程均与之存在明显差别。土石混填体在常规路径下具有低压剪胀和高压剪缩的特性，含石量越高，低压剪胀性越明显，反之，则高压剪缩性更为显著；等应力比路径下试样的体积应变与轴向应变之间近似呈线性关系，其斜率随应力比增加而减小；等p路径下试样则是以剪胀性为主，尤其在平均主应力较低时更为显著。

在依据摩尔图解及断裂力学理论对底板卸荷突水破坏分析的基础上，运用损伤断裂力学并结合统一强度理论，建立了考虑渗透水压作用下分支裂纹端部形成的塑性区范围计算方程与岩体发生贯穿破坏时的损伤阀值。将裂纹扩展过程与岩体损伤耦合起来，确定了裂纹的损伤断裂能量计算公式并分析了其影响因素。结果表明：侧压系数 0.5时，最大主应力完全卸荷状态下裂纹端部应力强度因子比双轴应力状态下大，岩体易发生破坏。考虑了裂纹端部塑性区的影响，裂纹损伤断裂能量相比于不考虑其影响时偏大，增大了煤层底板突水的危险性。裂纹损伤断裂能量 与裂纹半长 、裂纹面连通面积与总面积之比 、裂纹面渗透水压 及最小主应力 呈正相关，与裂纹面摩擦系数 及岩体的弹性模量 呈负相关。分析结果为底板突水破坏机制研究提供了一定的参考依据。

强降雨作用易造成堆积层滑坡发生，带来严重的生命财产损失。基于Green-Ampt（GA）模型，同时考虑湿润锋以上饱和带渗流作用，推导了一种新的滑坡降雨入渗函数，弥补了GA模型只适用于无限长坡的不足。为考虑降雨入渗对土体条块强度的影响，采用整体抗剪强度准则评价滑坡稳定性，并在受力分析时考虑了湿润锋以上饱和带渗透力作用，建立了滑坡稳定性系数表达式。研究结果表明：滑坡降雨入渗的尺寸效应非常明显，湿润锋扩展速率随着坡长的增大而增大，当滑坡无限长时新降雨入渗模型与GA模型计算结果相同，说明GA模型是新模型的一个特例。此外，降雨初期，滑坡稳定性下降较快；随着降雨的持续，稳定性下降速率逐渐放缓。与模型试验结果对比表明，提出的降雨入渗模型和评价方法计算结果与试验揭示的现象一致，证明了该方法的可靠性。

针对低、中、高3种干密度的低液限和高液限压实黏土，开展经历干湿循环过程的渗透系数和孔隙结构变化特征对比研究。结果表明：经3次干湿循环后，相同液限条件下，高压实黏土渗透系数增加比例高于低压实黏土；相同干密度条件下，高液限黏土渗透系数增加比例高于低液限黏土。干湿循环过程中，压实黏土孔隙结构损伤对渗透系数影响随着压实度和液限的提高而加大，而裂隙的发育对渗透系数影响随着压实度的增加和液限的降低而降低。干湿循环过程中低液限压实黏土试样只收缩不开裂，而高液限黏土裂隙发育明显，小尺寸渗透试样无法完全反映裂隙发育对渗透系数的影响，其渗透系数的变化更多是孔隙结构的变化所致，建议通过现场渗透试验或室内大尺寸渗透试验对干湿循环作用下不同液限黏土渗透系数的差异作进一步研究。

开展了不同剪应力水平下土体剪切位移的时间效应特征分析，提出了随剪应力水平增加，土体变形状态对应呈现快速稳定、缓慢稳定、缓慢破坏和快速破坏4种演化类别。通过粉质黏土蠕变直剪试验，对不同压实度下与剪应力水平相对应的土体剪切位移时间效应的4种状态类别进行了研究。采用幂函数拟合剪切位移时间历程试验数据，将幂次值作为划分变形状态类别的理论判据，基于幂次值与剪应力水平对应关系的曲线形态特征，得到了土体4种变形状态对应的3个剪应力水平阈值，提出了基于Coulomb强度公式表达的相应变形状态强度参数及其与极限状态强度参数的关系式。针对高速铁路无砟轨道路基工后沉降控制须满足毫米级变形的特殊要求，明确了应将土体变形时间效应控制于快速稳定状态作为路堤填料选择及压实标准的设计原则和技术条件。所得成果对构建高速铁路路基土工结构变形状态控制设计技术提供了理论和试验依据。

为研究盐渍化冻土水分、盐分迁移规律以及变形特性，探索寒区旱区土壤盐渍化机制，配制了不同含盐量的粉质黏土进行模型试验。试验结果表明，温度、水分、盐分和土体变形之间相互耦合。温度降低有利于盐晶体析出和未冻水结冰；反之，温度升高易于晶体溶解和冰融化。水盐相变过程中伴随能量的释放或吸收，影响土体温度。盐分改变了流体的动力黏度和土体冻结温度，并且盐分结晶使土体产生较大的吸力，加剧了未冻水含量的变化。水分是盐分迁移的介质，盐分以离子形式随未冻水迁移。降温期水分盐分向上迁移，升温期迁移方向相反。迁移速率与吸力有关，冻结缘附近吸力最大，速率最快。盐渍化冻土的变形是盐分和水分共同作用的结果，含盐量较低时冻胀和融沉是土体变形的主要因素；当含盐量较高时盐胀和溶陷占主导作用。

水泥土固化过程中Ca2+浓度会随水化反应的进行而逐步降低，导致水泥颗粒未完全水化，固化土强度增长受限，而水泥基渗透结晶型防水材料（CCCW）中活性物质能催化未水化水泥颗粒反应。选择硫铝酸盐水泥（SAC）为胶凝材料、CCCW为添加剂，通过单掺与复掺的方式，结合X射线衍射（XRD）、电镜扫描（SEM）表征，分析了固化土的无侧限抗压强度、水稳定性、耐干湿循环性能及微观结构。结果表明，复掺16%混合料（4%CCCW+12%SAC）的固化土强度是同掺量下单掺SAC固化土强度的1.5倍，且比单掺20%SAC的固化土强度高1.41 MPa；复掺16%混合料（4%CCCW+12%SAC）的固化土泡水2～8 d软化系数平均达0.97，而同掺量下SAC固化土平均仅为0.73；单掺的固化土强度随干湿循环次数增加逐级降低，而复掺混合料的固化土强度呈波浪式发展；CCCW中活性物质能增加固化土中钙矾石生成量并修复微裂缝，钙矾石长径比显著增大，可直接连接两个甚至多个土颗粒，形成三维网状结构，显著提高结晶体的微观加筋、骨架及填充作用，改善SAC固化土强度、水稳定性及耐干湿循环性能。

为研究模块面板式土工格栅加筋土挡墙在墙顶局部荷载作用下的受力和变形状态，并了解其作用机制，通过室内模型试验，进行了包括墙面水平变形和墙顶竖向沉降以及墙体内垂直和水平土压力、附加应力扩散角、侧向土压力系数、土工格栅拉伸应变等分布规律的研究和分析。试验结果表明：墙面累积水平位移沿墙高呈上大下小分布；水平和垂直土压力沿筋长方向均呈从拉筋中部向两端逐渐减小的分布趋势；实测附加应力扩散角较非加筋土体大，基本在40°～75°之间；侧向土压力系数沿墙高的分布在不同断面有所不同；筋材应变沿筋长呈单峰值分布，峰值出现位置距墙脚的水平距离从高到低逐渐减小。

冻土的变形和强度受温度、水分及压力的影响甚为显著。通过对-6 ℃的冻结粉质黏土在初始含水率为12.5%～20%范围内进行一系列的三轴试验，分析初始含水状态对冻土变形和强度的影响规律。研究发现，当初始含水率较低时，随着围压的增大，冻结粉质黏土相继出现应变软化和应变硬化特征；当初始含水率大于16%时，其应力-应变关系主要呈现出应变软化特征；随着初始含水率的增大，初始切线模量随围压从线性缓慢增大逐渐过渡为抛物线形的分布。同时，根据包络线定理，建立非线性摩尔-库仑强度准则，用以描述初始含水率为12.5%、14%和16%的冻结粉质黏土强度随围压变化的非线性；当初始含水率为18%和20%时，其强度可用线性摩尔-库仑强度准则描述。

利用空心圆柱扭剪仪对含非塑性细粒的饱和砂土进行单调加载和循环扭剪试验，研究了不同细粒含量饱和砂土的液化特性。试验结果表明：（1）最大孔隙比与最小孔隙比均随着细粒含量的增加呈先减小后增大的趋势，分别在20%和40%时达到最小。（2）细粒含量从0%增加到20%，体积应变逐渐增加；细粒含量从20%增加到40%时，体积应变逐渐减小；之后随着细粒含量从40%增加到60%，体积应变再次增大；细粒含量超过60%以后，体积应变再次递减。（3）随着细粒含量的增加，土样的峰值强度随之降低，应力-应变关系从应变硬化特征发展为理想的弹塑性。相变角在细粒含量为30%时达到最小值。（4）细粒含量越大，达到液化所需的循环次数越小，液化时的应变越小。（5）抗液化强度曲线与抗液化应力比的变化趋势一致，在小于界限细粒含量（30%）时，随着细粒含量的增加而减小。在界限细粒含量附近（30%～50%）时，随着细粒含量的增加而增大。在细粒含量增加到60%时出现明显的骤减，之后再次随着细粒含量的增加而增大。界限细粒含量在40%左右。

松软破碎岩体的复杂力学特性给深部开采工程带来一系列棘手的问题，深入研究破碎岩体峰后力学行为，对于深部巷道围岩稳定性分析及支护结构设计具有重要意义。基于量化GSI围岩评级系统及连续介质理论，建立了考虑围压影响的破碎岩体峰后应变软化力学模型。通过工程应用实例验证了数值模型的可靠性。研究结果表明：通过计算围岩与支护结构相互作用关系可知，理想弹塑性模型和应变软化模型所得计算结果差异较大，采用理想弹塑性模型进行支护设计，可能导致支护结构的安全性偏低，甚至失稳。现场应用结果表明：数值计算结果与现场实际情况吻合；提出的深部破碎岩体应变软化模型能够较为真实地反映破碎岩体的非线性破坏行为，可为硐室围岩稳定性分析及支护结构设计等提供新的思路。

利用有限元软件对基坑预留土台对围护结构的内力及变形的影响规律进行研究，并对预留土台作用下围护桩的内力及变形的简化计算方法进行探讨。分析结果表明，预留土台的存在对减小围护桩的内力及变形具有显著的作用，且随着预留土台宽度、高度的增大，围护桩的内力及变形呈明显的减小趋势，但当预留土台宽度增大至约1倍开挖深度时，围护桩的变形逐渐趋于稳定。当计算预留土台作用下的围护桩变形及内力时，先利用弹性地基梁法计算该开挖深度下的围护桩的变形及内力，然后乘以预留土台的面积折减系数，即可得到预留土台作用下的围护桩变形及内力。经实际工程验证，采用该简化计算方法可较为简便地计算预留土台作用下围护桩的内力及变形。

膨胀土地区路堑基床病害是高速铁路建设中倍受关注的问题。结合云桂高速铁路工程实际，以典型膨胀土新型路堑基床为基础，借助有限差分软件FLAC3D，建立了三维路堑基床动力分析模型，探讨了列车荷载作用下新型全封闭路堑基床动力特性，并结合现场试验进行了分析。分析结果表明：数值模拟结果可较好地反映基床动响应变化规律，且与现场实测变化趋势相同；基床竖向动应力随深度呈指数型衰减，基床竖向动位移随深度呈幂函数型衰减；路基面动位移值为0.95 mm，满足高速铁路规范要求；基床动响应特征受服役环境影响显著，浸水条件下会引起基床表层动应力及振动速度增大；铺设防排水结构层可改善基床内的动应力分布，并减小路基面的动位移及增强基床抗振性能。研究成果可为膨胀土地区高速铁路工程实践及理论研究提供参考。

针对深埋隧洞爆破开挖振动控制，以瀑布沟水电站2#引水隧洞爆破开挖为工程背景，讨论了地应力瞬态卸荷诱发振动特征及影响因素，并结合实测数据采用数值模拟的方法进行了验证分析。研究发现：中、高地应力条件下开挖面初始应力的瞬间释放诱发的振动是爆破开挖诱发振动的重要组成部分；当波阻抗一定时，开挖面初始应力动态卸荷诱发振动由地应力水平、开挖面初始应力、开挖面面积和振动衰减指数共同决定，动态卸荷诱发振动最强段发生在开挖面的初始应力和开挖面面积综合效应最大的位置；深埋隧洞爆破开挖振动的强度是由爆炸荷载和开挖面初始应力动态卸荷效应共同决定的，减小炮孔排距和进尺、采用较小洞径和分部开挖能有效降低地应力瞬态卸荷效应强度，控制深埋隧洞的爆破振动强度。

由颗粒定向排列导致的初始各向异性对净砂力学特性影响明显。为探究这一影响，首先采用自编的离散元软件生成4种不同沉积方向的椭圆颗粒净砂样，并分别对4种试样进行双轴压缩试验；其次，通过将离散元模拟结算与室内试验结果对比以验证该方法的可行性；最后，通过分析模拟结果研究沉积方向所产生的影响。结果表明：4种试样均出现应变软化及剪胀现象；随着沉积角? 的增加，试样具有由应变软化逐渐向应变硬化发展的趋势，试样的剪胀性逐渐减弱；在?=0°时试样取得最大峰值内摩擦角和最大残余内摩擦角，且随着? 的增大试样的峰值内摩擦角先降低然后基本不变，残余内摩擦角逐渐减小；颗粒排列初始优势方向基本与沉积方向平行，但随着轴向应变的增大，颗粒排列优势方向逐渐向平行于加载面方向旋转，接触点的优势方向由最初垂直于沉积方向逐渐向垂直于加载面方向旋转，且这两种旋转的改变幅度随着沉积角? 的增大而增大；而强接触力的优势方向始终垂直于试样的加载面。

颗粒物质是具有复杂力链网络的常见体系，其平衡和稳定性取决于内部力链骨架的几何结构和力学性能。为恰当刻画颗粒体系的微细观力学行为，从颗粒局部排列形态、颗粒间接触力和颗粒及外荷载的物理参数出发，展开基于二维数字图像相关技术（2D-DIC）的集中力作用下颗粒体系变形的试验。通过结合DIC的试验方法，应用牛顿力学理论及颗粒线性动量平衡获得颗粒间接触力的大小和方向，确定力链的动力学规律；得到颗粒间接触力大小分布变化并提取颗粒体系力链；提出颗粒排布的两种状态：横向传力和纵向传力状态；分析颗粒接触面法线与水平轴的夹角?、传力角?，讨论了?、? 对力链断裂破坏的影响；分析颗粒直径d与外荷载压条直径D的比值R以及压条下表面能直接接触的最大颗粒数N等参数，为描述力链的演化和破坏重构机制提供参考基础；简单阐述了力链网络在外荷载下的微细观统计效应对体系宏观力学性质的影响规律。

煤层瓦斯渗透率是影响瓦斯抽采和动力灾害防治的重要参数。为了研究煤体损伤和剪胀变形对渗透率的影响，首先引入损伤变量反映煤体损伤破坏状态，建立了基于体应变增量的煤体损伤本构模型。并采用Hurst指数表征裂隙表面粗糙度，基于裂隙表面的分形特征，建立了裂隙渗透率在压缩和剪切作用下的演化模型。通过对TOUGH2和FLAC3D软件进行二次开发，建立了基于双重孔隙模型的TOUGH2(CH4)-FLAC气-固耦合数值分析工具。采用本软件对煤样单轴压缩过程进行模拟分析，结果表明：煤体的破坏是损伤单元累积和贯通的结果，最终形成贯通煤体的损伤带是造成煤体失稳破坏的主因；围岩内的渗透率增加区域与损伤区位置基本一致，其中裂隙系统的渗透率增加幅度最大可达2个数量级；剪切破坏区的裂隙发生剪胀变形，引起裂隙渗透率大幅增加。建立的理论模型与数值计算工具为制定瓦斯治理措施提供了理论指导。

节理岩体的剪切特性是主导岩体工程稳定性的关键因素。基于PFC2D离散元颗粒流程序，结合室内试验结果对比分析，选取合理的细观参数进行数值模拟，分别从细观角度研究了节理岩石的裂纹发展、能量转化及声发射现象等特性，从宏观角度研究了节理岩石的强度模型和破坏形态。结果表明：节理岩体主要呈现磨损和剪断两种破坏形态，不同的破坏形态对应不同的强度模型；随着剪切变形增加，岩体沿节理面发生破坏，弹性阶段以法向裂纹为主，而塑性阶段切向裂纹起主导作用，滑移区R、P裂纹贯通形成破碎带，节理面产生较大滑移；在应力达到峰值强度前，边界能主要转化为应变能，法向裂纹生成较多；越过峰值强度后，摩擦能快速增长，并伴随大量切向裂纹产生。与室内试验结果相比，PFC2D较好地模拟了节理岩体剪切力学特性，弥补了室内试验中无法进行细观特性研究的缺陷，对于节理岩体后期研究提供了一些参考。

基于离散元方法对获取的块体单元、节理的应力场处理后得到坡体整体应力场，结合矢量和法安全系数的定义提出了一种边坡稳定性分析方法即VSM-UDEC法。首先通过滑块试验验证了多种情况下UDEC接触应力计算和单元应力的精确性，结果表明，UDEC接触应力和块体单元应力的精确程度很高（接触应力相对误差基本低于0.2%），能够满足矢量和安全系数计算要求。采用VSM-UDEC法分别对直线型滑面和圆弧型滑面算例进行了分析，并与相应的理论解和严格极限平衡法（Morgenstern-Price法）进行了对比。结果表明，对于直线型滑面VSM-UDEC法安全系数与理论解几乎相同，而对于圆弧型滑面该方法与极限平衡法结果基本一致。最后将VSM-UDEC法运用到锦屏I级水电站左岸边坡工程实例中，结果表明，假设块体为刚体时VSM-UDEC法安全系数与极限平衡法（Sarma法、Morgenstern-Price法）结果吻合较好，此外，VSM-UDEC法能够考虑坡体内结构面对稳定性的影响，较极限平衡法更能反映边坡的变形分布情况。鉴于UDEC在模拟边坡破坏方面优点较多且矢量和法安全系数物理意义明确，VSM-UDEC法有望在边坡稳定性分析中有较好的应用前景。

介绍了现行光纤布拉格光栅（FBG）测试技术的应用领域、传感原理以及常用的封装方式，探索将FBG用于季节冻土路基这种隐蔽工程应变检测中的适应性。主要工作有：（1）基于FBG测试技术的植入梁方法，在传感器布设方面，根据不同测试对象提出了两种封装布设方式：浅置短距离半柔性探测杆和深置长距离半刚性探测杆两种封装布设方式；（2）针对现场测试需要，对电源、光纤传感器、数据采集及分析等整套现场测试系统进行了比较优选；（3）选择两处季节冻土路基作为埋设场地并开展为期1 a的观测。测试结果表明：FBG在-20～30 ℃的温差范围内保证了很高的存活率，所提出并实现的季节冻土路基应变测试系统具有较高的测试灵敏度和可靠性。该套测试系统为隐蔽工程的物理性质指标测试提供了新的技术手段。