为了更准确、便捷地确定深埋地下工程中硬岩的力学行为，开展了如下研究：根据损伤与塑性演化存在相似机制，假设损伤阈值与初始屈服采用相同的确定方法，将岩石统一能量屈服准则作为损伤阈值的判定准则；基于Rabotnov对损伤变量的定义和Lemaitre应变等效性假设，并考虑未损伤部分的应力-应变关系符合广义虎克定律，提出了简化形式的硬岩损伤本构方程；为了更好地表达硬岩从低围压到高围压条件下的脆-延转化特性，提出了改进的Mazars损伤演化方程；基于锦屏T2b大理岩常规三轴压缩试验结果，对损伤模型参数进行求解，并分别与基于Mazars损伤演化方程和Mohr-Coulomb准则为损伤阈值判定准则的损伤模型进行对比，结果表明：提出的损伤模型可更好地表达硬岩从低围压的脆性到高围压的延性转变过程，特别是对损伤阈值后岩石的损伤演化过程的模拟更为精确，对硬脆性岩石的工程计算有一定的借鉴意义。

为描述非饱和土的应力-应变特性，基于非饱和土三轴剪切试验，提出泊松比变化率（即切线泊松比随轴向应变的变化速率）的概念，发现非饱和土的切线模量和泊松比变化率均随轴向应变的增加呈指数衰减规律，基于此提出了一种描述非饱和土应力-应变关系的新非线性模型。该模型不仅能描述应变硬化，而且能描述应变软化；能对非饱和土三轴不固结不排水剪、固结排水剪、固结不排水剪试验的应力-应变关系进行描述；模型共包含6个参数，物理意义明确，确定方法简便。利用提出的模型对国内外文献中的三轴试验进行了模拟，结果表明，模拟结果与试验数据有很好的吻合度，从而验证了模型对试验数据的合理性和适用性。

土体水分蒸发是土体-大气物质和能量交换的主要过程之一，对土体的工程性质有重要影响，是许多工程和环境问题的直接诱因，但长期被本学科所忽视。基于国内外近些年来其他学科领域围绕土体水分蒸发问题所取得的研究成果，分别从土体蒸发量确定方法、试验方法、蒸发过程、影响因素及理论模型等几个重要方面总结了该课题的研究现状及进展，取得如下主要认识：（1）准确确定土体的实际蒸发量是土体水分蒸发研究的核心课题，目前主要有理论计算法和直接测量法两种途径；（2）开展蒸发试验是掌握土体水分蒸发过程和研究土体水分蒸发机制的重要途径，目前主要有室内试验和原位试验两种。相比而言，基于环境箱的室内蒸发试验方法具有较好的应用前景；（3）土体水分的蒸发过程可划分为3个阶段：常速率、减速率和残余阶段；（4）影响土体水分蒸发的因素归纳起来可分为内部土性和外部环境因素两类，前者主要影响土体水分的传输能力，后者主要影响蒸发能量的供应强度；（5）当前关于土体水分蒸发量的计算和预测模型较多，但往往存在误差大、适应范围窄或参数难于获取等不足。基于上述认识，并结合本学科的研究背景，提出了今后该课题的研究重点和方向，包括减速率阶段的蒸发机制、土性参数与蒸发速率之间的量化关系、黏性土尤其是膨胀土中水分的蒸发和迁移机制、高精度原位土体水分蒸发试验设备的研发和构建通用型的土体水分蒸发理论模型等。

SINGH M为克服（Mohr-Coulomb M-C）准则只能线性表征岩石强度随围压变化这一局限性，在M-C准则的基础上添加一个修正项对其进行改进，提出非线性M-C准则。该准则认为，岩石在围压达到其单轴抗压强度时岩石就进入临界状态，此观点与部分岩石的试验结果有较大的出入，使得该准则的适用范围受到影响。为拓宽非线性M-C准则的适用范围，通过对其修正项的进一步改进，提出M-C准则修正一般表达式。应用11种岩石三轴试验数据对M-C准则修正一般表达式、非线性M-C准则和目前岩石力学界认为较好的双曲线型准则的精度进行比较，结果显示，M-C准则修正一般表达式对岩石三轴强度的拟合精度高于其他两种准则，且由岩石三轴试验强度的一致性更好。证明M-C准则修正一般表达式优于非线性M-C准则，且适用范围更广。

以锦屏二级水电站大理岩室内三轴压缩试验结果为基础，推导了考虑体积应力效应的塑性内变量公式，并研究了大理岩强度参数及剪胀特性随内变量的变化规律，结果表明，大理岩在峰前阶段凝聚力稍有降低，在峰后阶段迅速减小；内摩擦角随内变量增加而增大，并在内变量为0.8～0.9时达到最大值；不同围压下大理岩剪胀角均随内变量增大，且表现为先增大后减小的变化趋势，但低围压和高围压条件下剪胀角变化趋势不同。在此基础上建立了大理岩考虑体积应力效应的力学模型，并通过FLAC3D模拟了大理岩室内常规三轴压缩试验，模拟结果与室内试验结果吻合很好，表明该模型可较好地反映大理岩的主要力学特性。研究方法和成果可为其他深部脆性岩体的变形破坏分析提供重要的参考价值和借鉴意义。

利用自主研发的煤岩剪切细观试验装置，以砂岩为研究对象，开展了不同饱和度数条件下的岩石剪切细观开裂演化与贯通机制试验研究，分析了砂岩剪切细观开裂演化过程和贯通机制，探讨了饱水系数对细观开裂和裂纹形态特征的影响。研究结果表明：剪切过程中，伴随着应力降，裂纹一般首先出现在剪切面中部，几条裂纹间断分布，距离较近的裂纹相互连通形成大裂纹，在应力继续下降的一瞬间，各裂纹连通形成贯通面；水的弱化作用影响了岩石的强度，使得试件底部出现较大的次级裂纹；饱水系数越大，分叉裂纹越多，使得试件的表面裂纹形态更加复杂，断裂面弯折段的数目越多，下端部次级裂纹越发育，整体损伤范围越大；细观上，局部独立裂纹贯通过程伴随着胶结颗粒岩桥的梁式旋转和弯曲折断，水的弱化作用，使得岩桥内部和外部微裂纹增多；随着饱水系数的增加，岩石剪切过程中出现的独立和次级裂纹的数目均呈增加趋势。

在深埋中等坚硬煤层采掘工作面煤壁片帮大多表现出明显时滞性，针对采掘工作面煤壁片帮发生时滞性应力特征，在RMT-150B岩石力学试验系统上进行煤样单轴压缩和分级加载对比试验，分析两种加载方式下煤样时滞性变形破坏特征，结果表明：两种加载方式在煤样峰值前应力-应变曲线宏观没有明显区别，单轴压缩峰值后出现分次应力跌落，而分级加载最后一级应力高于煤样屈服强度时没有明显峰值点，出现屈服平台，峰值后应力跌落迅速；单轴压缩得到的力学参数明显高于分级加载试验值，表现出煤样的力学参数具有时滞性；分级加载应力比低于70%时，煤样轴向和环向变形特征不明显，分级加载应力比高于70%时，尽管轴向应力保持恒定，随着时间延长煤样轴向和环向变形则不断增加，且环向应变远大于轴向应变，体积不断增加，在此期间，煤样继续吸收外界能量内部材料逐步损伤破坏，新生微裂纹不断演化、发展和汇聚，分级加载应力水平比越高，延时破坏越短，相反延时破坏则越长，分级加载时表现出明显时滞性特征；单轴压缩时煤样破坏相对简单，具有明显张剪性双重破裂面，而分级加载时煤样破碎充分，破坏形式复杂，环向膨胀特征明显，与采掘工作面煤壁延时片帮破坏特征极为相似。其研究结果对采掘工作面煤壁延时片帮治理具有一定的参考意义。

桩土应力比是研究复合地基的一项重要参数，目前的研究对象主要为常规复合地基，如搅拌桩、碎石桩等，而针对加芯水泥土桩的计算方法研究鲜有报道。从土体、水泥土及复合桩体单元变形模式出发，综合考虑桩体负摩阻力、桩顶和桩端刺入持力层的情况，分析了桩周土体、水泥土桩及复合桩体的压缩变形，导出了刚性基础下加芯水泥土桩复合地基芯桩、水泥土桩与土体3者之间的应力比的计算公式。并分析了加芯水泥土桩芯桩直径、芯桩桩长及水泥土桩桩长对桩土应力比的影响，其主要影响表现在随着加芯水泥土桩芯桩直径和桩长及水泥土桩桩长的增加，桩土应力比np亦逐渐提高。工程实例表明，计算结果与实测值具有较好的一致性，说明该方法具有一定的工程实用性，可为工程实践提供指导。

以静压沉桩后桩周土体的应力状态为初始条件，根据桩周土体孔隙比、渗透系数和有效应力之间的相关性，在考虑固结系数随固结时间变化的条件下改进了轴对称条件下的太沙基固结控制方程。随后，采用分离变量法和离散化分析推导得出了桩周超孔隙水压力消散的半解析半数值解，并将解答与实测数据进行对比验证。在此基础上，采用空间滑动面理论改进的修正剑桥模型（SMP-MCC）定义土体三维不排水抗剪强度，研究了静压桩周土体强度、剪切模量随固结时间的变化规律。研究结果表明：由于解答考虑了固结系数随固结时间的变化，因而与实测结果吻合良好；土体压缩指数与渗透指数之比对土体固结系数和孔压消散速率影响较大；当土体压缩指数与渗透指数之比为1时，土体固结系数保持不变，解答退化为经典的太沙基轴对称固结方程；土体强度和剪切模量随固结时间的增长而逐步增加，固结完成后其值超越了土体原位强度和原位剪切模量。

盐渍土化学固化法是解决盐渍土盐胀、溶陷和腐蚀等不良工程问题的有效方法之一。通过无侧限抗压强度试验、X射线衍射试验、化学成分分析和扫描电镜试验研究了石灰粉、煤灰、水玻璃联合固化硫酸盐渍土的强度特征，分析探讨了其固化机制。试验结果表明：石灰含量小于8%时，石灰、粉煤灰、水玻璃联合固化硫酸盐渍土的抗压和抗剪强度较石灰粉煤灰固化土有大幅度提升，固化土强度随水玻璃浓度几乎呈线性增长。水玻璃固化硫酸盐渍土强度增加的机制在于：水玻璃的碱激发粉煤灰作用和水玻璃与盐渍土中化学成分的吸附作用所生成各类凝胶的填充和包裹，使得骨架颗粒的接触面积增大，颗粒之间的孔隙逐步减小，骨架颗粒由点接触变为面接触，固化盐渍土通过凝胶而黏结成为一个紧密的空间网状整体结构，土体强度得以提高。同时，复杂的物理化学作用大幅度降低了固化盐渍土中 含量，有效地抑制了硫酸盐渍土的盐胀特性。

液氮温度极低（?195.8℃），当与储层岩石接触时，能够改变岩石物性并对岩石结构产生损伤致裂，因此，可用于储层压裂改造。为了研究液氮压裂时低温对岩石力学性能的影响，分别对不同含水状态（干燥与饱和）的不同类型（大理岩、砂岩和花岗岩）岩石进行液氮冻结处理，并对冻结前、后岩样进行抗拉及单轴抗压强度对比测试。结果表明，经液氮冻结后，岩石的单轴抗压强度、抗拉强度和弹性模量都降低；岩石在干燥状态下，液氮冻结对大理石强度的影响大于对红砂岩的影响；岩石饱和水状态下，液氮冻结对红砂岩强度的影响大于对大理岩的影响；饱和水状态岩石经液氮冻结后，其应力-轴应变曲线在弹性变形阶段出现一个拐点；对于同种类型岩石，饱和水状态能加剧液氮冻结并对岩石损伤，岩石强度影响显著；对3种岩样微观结构进行了电镜扫描（以大理岩为例进行分析），发现经液氮冻结后在矿物颗粒之间生成了微裂隙。研究结果可为进一步研究液氮压裂机制提供试验依据。

吕梁山脉东麓花岗岩风化土的工程类型与我国南方以及日本、韩国等地的花岗岩风化土有较大差别。为了对吕梁山压实花岗岩风化土的物理力学性状有较全面认识，通过常规土工试验、X射线衍射试验、大固结试验、大三轴试验等方法，对其击实特性、承载特性、变形特性、剪胀特性、强度特性等进行了分析。结果表明：黏土掺量对花岗岩风化土的击实特性和承载特性影响较大，存在两个不同的黏土掺量界限值（约8%和4%），分别使得试样密实状态和承载能力处于最优；试样不存在膨胀潜势，无膨胀性，为低压缩性材料；压实花岗岩风化土颗粒破碎的特点导致试样二次加载→卸载压缩曲线存在两次明显塑性变形增大的现象；剪切时由于试样内部颗粒历经压密→错动→翻越→破碎的过程，导致不同围压下试样表现出不同的剪胀性；剪切过程中由于颗粒破碎的存在，使得试样表现出强度非线性特点。

通过含孔花岗岩的双向加载试验模拟巷道岩爆过程，以红外热像仪为观测手段，利用红外热像和最低红外辐射温度作为监测指标，研究岩爆过程中的红外辐射温度时空演化特征。结果表明：岩爆过程红外辐射时空演化特征与岩爆孕育、发生过程具有良好的同步性。岩爆发生前红外热像上出现低温嵌套于高温条带间的温度场，其在空间上的延伸扩展则是岩爆孕育和发展过程在温度场中的反映，其出现的位置对应着岩爆发生的区域。最低红外辐射温度呈现出上升-短暂下降-上升-下降4个阶段性特征，岩爆发生前最低红外辐射温度出现3个突变转折点。试验结果对于巷道岩爆灾害的时空预测具有一定的理论意义。

为研究高填方路堤压实土率相关变形特征，对不同压实度的非饱和压实土分别开展了不同加载速率以及不同围压条件下的CD三轴剪切试验，探讨了不同工况下压实土的剪切强度指标；借助GDS饱和土静态三轴仪的围压控制器来间接测定非饱和压实土体变的途径。试验结果表明：压实土强度及变形特征具有明显的时间相依性，加载速率越大，压实土的抗剪强度越高，超固结变形特性越强，抗剪强度指标黏聚力c值增幅较大、内摩擦角 值增幅较小；低围压下，压实土呈应变软化及剪胀变形，且压实度越高，应变软化及剪胀变形越显著，c值增加明显、 值增加缓慢。采用基于下负荷面的弹黏塑性本构模型对路基压实土的率相关变形特征进行表征，预测结果与试验数据吻合良好，表明该模型适用于高填方路堤长期沉降分析。

重载铁路路基比普通铁路和高速铁路要承受更大的动力荷载，路基本体的动力变形更加明显。重载铁路路基的核心层绝大部分为粗粒土，为了探讨重载铁路路基粗粒土填料在列车往复荷载作用下的变形和强度特性，开展了一系列大型动三轴试验，探讨了不同动应力幅值、不同围压、不同含水率对粗粒土土样累积变形的影响，分析了不同静强度和围压时动强度的特点，并根据粗粒土土样在不同围压和动应力作用下的变形规律，即增大围压或减小动应力有助于增强土体稳定，提出了基于累积变形发展趋势的路基粗粒土变形稳定界限状态和判别准则，并给出了判别准则参数。研究结果对重载铁路路基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。

针对锦屏二级水电站深埋长大隧洞围岩在开挖过程中呈现明显的流变劣化特征，基于分数阶微积分理论，用Abel黏壶替换西原模型中的牛顿黏壶，推导出基于分数阶导数的蠕变本构方程，同时考虑岩石在蠕变过程中，尤其是所受应力超过其长期强度时，蠕变参数是非定常的特征，把蠕变参数的非定常性引入本构方程中，建立了基于分数阶导数的非定常蠕变本构模型。结合锦屏二级水电站引水隧洞主要围岩之一的大理岩的室内剪切蠕变试验的结果，对模型中的参数进行反演，结果表明，基于分数阶导数的非定常蠕变本构模型能够在蠕变初期和拐点处与试验结果很好地吻合，并且可以克服西原模型不能反映蠕变第3阶段的不足。通过对模型中参数的敏感性进行分析，得出分数阶阶数、非定常参数对岩石蠕变的影响规律。研究结果表明，提出的基于分数阶导数的非定常蠕变模型能够很好地反映大理岩的蠕变全过程。

岩溶陷落柱是内部结构杂乱无章的特殊地质构造，易成为隐伏于煤层底板下的垂向导水通道，是华北地区石炭二叠系煤田的重大安全隐患。在采动影响下，底板隐伏陷落柱的突水通道通常由底板破坏带和陷落柱共同组成，为了研究其渗流突变机制，利用自行研制的破碎岩体渗透性试验系统，对不同底板破坏带条件下，隐伏陷落柱的渗流特性进行了试验研究。研究结果表明：渗流突变发生的根本原因是大颗粒流失导致破碎岩体孔隙结构改变；发生渗流突变时，流速随渗流边界孔隙直径的增大而增大，同时试样的初始孔隙度均大于0.21；未发生渗流突变时，渗流边界对渗流无显著影响，并且试样的渗透率随孔隙度的增大而增大，渗透率比和孔隙度比存在幂函数关系；非Darcy流 因子为负是渗流突变发生的充分必要条件，非Darcy流 因子的大小决定渗流突变的剧烈程度。

岩石断裂韧度表征其抵抗裂纹起裂和扩展的能力，作为其力学性能的一个重要指标，在岩石力学理论研究与岩体工程应用中有着不可替代的作用。由于岩石结构的复杂性，其破坏形式大多呈现为复合型断裂破坏，研究复合型加载条件下岩石断裂韧度具有重要的意义。为了研究锈岩的断裂力学性能，以便其在建筑工业中得到更为广泛的应用，通过18个中心裂纹圆盘（CSTBD）试件径向受压试验，进行了复合型加载条件下锈岩断裂韧度的试验研究。测得了锈岩在纯I型，纯II型以及复合型加载时的断裂韧度，并将试验结果与基于广义最大周向应力（GMTS）准则的理论值进行了对比分析，结果表明：锈岩的纯I型断裂韧度为1.01 MPa?m0.5，而纯II型断裂韧度为1.51 MPa?m0.5，是纯I型断裂韧度的1.49倍，这与基于GMTS准则的理论值1.34非常接近，而比基于最大周向应力（MTS）准则的理论值0.87大很多。裂纹尖端附近的T应力及断裂过程区裂纹尖端的临界距离rc对岩石类材料的开裂路径以及复合型断裂韧度都有较大的影响。考虑了T应力的广义最大周向应力（GMTS）准则能很好的预测试验结果。

盾构隧道施工，隧道周边土体应力场发生改变，临近隧道土体因应力扰动出现塑性区，塑性区的分布范围与注浆压力、注浆量等注浆参数密切相关。塑性区被认为是施工扰动比较严重的区域，为分析盾构施工扰动范围，基于小孔扩张理论研究了注浆压力、注浆量对土体扰动塑性区的影响，推导了塑性区与注浆压力和注浆量之间的函数关系。在定义扰动评价标准基础上，提出应用有限元计算盾构施工塑性区和扰动范围的一种简捷实用的数值方法。最后采用静力触探现场测试盾构施工扰动范围，并与理论公式及有限元方法进行比较，理论公式、有限元及现场测试三者取得了较为一致的结果，验证了推荐方法的有效性。其研究结果可对盾构施工注浆参数的正确选择提供理论支持。

针对海上风电结构在有限元计算中水动附加质量的施加问题，提出了一种在ABAQUS软件中简便有效易于实现的方法，可以提高有限元分析的前处理效率；建立有限元模型，分析有、无考虑水动附加质量和不同边界条件对海上风电结构自振特性的影响，并从力学角度进行分析；利用有限元模拟地震动作用下的海上风电结构塔筒响应，并对水动附加质量和边界条件进行敏感性分析。通过数值计算并结合理论分析表明：提出的水动附加质量施加方法是合理实用的；水动附加质量的施加使得结构固有频率减小，且随着阶数增大，固有频率减小的绝对值增大；边界条件对体系的模态参数影响比水动附加质量更显著，黏弹性透射边界条件下计算得到结构体系的各阶频率较固定边界均有比较明显的减小；黏弹性透射边界模型在地震动作用下的位移响应比固定边界模型大。分析结果对此类海上风电工程具有借鉴意义。

水幕系统是决定地下水封洞库运营的关键，水幕孔设计是水幕系统的核心组成部分。以国内首个在建的大型地下水封石油储库为背景，运用地下水渗流理论，研究水幕孔间距以及隙宽对地下洞室水封性的影响。研究结果表明，在陡倾结构面条件下，水平水幕孔的间距以及隙宽对水封性具有重要影响。在计算工况中，水幕孔间距为10 m时，水封效果最好；水幕孔间距为30 m时，无法满足水封要求；相同水幕孔间距条件下，隙宽越大，水封效果越好；主洞室拱顶区域，水封效果较差。研究结果可为地下水封石油洞库水幕系统优化设计提供理论依据。

基于国内103个水利水电工程1 174组岩基抗剪强度试验数据，采用Copula函数研究岩基抗剪强度参数联合分布模型，探讨水利水电工程中岩基抗剪强度参数联合分布模型构建方法。利用最小二乘法求出岩基抗剪强度参数试验数据的相关统计参数，基于AIC准则识别出岩基抗剪强度参数边缘分布。选择4种Copula函数构造岩基抗剪强度参数二维分布模型，探讨了基于Copula函数的岩基抗剪强度参数二维分布模型的优越性。结果表明：水利水电工程岩基抗剪强度参数存在明显的统计负相关性。Copula方法能够构造具有任意边缘分布和任意相关结构的岩基抗剪强度参数联合分布模型，它为构造抗剪强度参数联合分布模型提供了一种简便的工具。已知岩基抗剪强度参数的边缘分布函数和相关系数不能唯一确定岩基抗剪强度参数的联合概率分布模型，在抗剪强度参数边缘分布函数和相关系数完全相同的前提下，不同Copula函数建立的抗剪强度参数联合概率分布模型差异显著。与常用的抗剪强度参数二维正态分布模型相比，基于Copula函数的抗剪强度参数二维分布模型具有较强的灵活性，它能更好地拟合原始观测数据。水利水电工程中惯用小值平均法确定标准值，当摩擦系数取较小值时，不同Copula函数构造的黏聚力的条件累积分布函数差异显著，这将对抗剪强度参数标准值的选取以及相应的设计方案具有明显的影响。

为研究锚杆对裂隙岩体的锚固机制及其影响因素，对预制锚固单排裂隙试件进行单轴破断试验。提出了主控裂纹的概念，即控制试件强度弱化和最终破坏的一条或几条大裂纹称为主控裂纹。在不同的锚固条件下主控裂纹会有不同的产状：在有效锚固范围内，裂隙试件具有横向和纵向两类主控裂纹，而在无锚或有效锚固范围之外的试件仅有纵向一条主控裂纹贯通。通过声发射和应力监测表明，在有效锚固范围内锚杆能延迟主控裂纹产生和提高裂隙试件强度。另外，利用ANSYS软件对不同锚固条件下的裂隙尖端应力强度因子进行数值计算，得到了锚固距离和锚固倾角与裂隙尖端应力强度因子之间的关系；通过FLAC3D模拟了不同锚固距离下主控裂纹贯通模式，数值模拟与试验结果比较吻合。

青海上湾特大型老滑坡体是一个典型的多期次第四系上更新统黄土与新近系贵德群泥岩切层旋转滑坡，滑动面主要位于新近系贵德群泥岩内。在充分利用现场滑坡勘查和钻探试验所获取资料的基础上，通过对滑坡堆积物中的关键层（黄土状土和砾岩堆积物）与泥岩堆积物的空间位置组合关系的研究，以及对老滑坡体底滑面的形态和黄土状土顶部的淤泥（堰塞湖湖积物）的分析，确定了上湾特大型老滑坡体主要经历了两次规模较大的滑动。利用地下水动力学的理论，计算出两次滑动前的地下水位，并建立了分析滑坡变形与破坏机制的数值模型。综合区域新构造运动特点、地下水位的动态变化、新近系贵德群泥岩在饱水状态下力学强度显著下降的特征以及FLAC3D数值模拟结果，得出老滑坡体第1次滑动主要是由于河流下切作用引起，并给出了河流下切过程中坡体变形的3个阶段。第2次滑动是由于第1次滑动后，斜坡临空面变陡，坡脚剪应力进一步集中，且在其前缘形成一个堰塞湖，导致地下水位上升软化泥岩而发生的累进性牵引滑动。

碎石土滑坡由于内部含有大量的碎块石，容易形成架空结构，使其内部拥有独特的渗流系统。不同结构的碎石土形成的渗流通道不同，导致滑坡体的失稳情形也各不相同，因此，针对性的防治措施也难于制定。福建省安溪县岩山角落滑坡具有多元结构碎石土滑坡的特征。在对碎石土滑坡进行物探、钻探、水位监测等多重手段整体勘测的基础上，利用SketchUp软件进行建模分析，获取了多元结构碎石土滑坡渗流系统与滑坡物质结构在空间上的关系，并对两类渗流系统的变形敏感性和降雨敏感性进行对比。结果显示，粗石状碎石土区域以集中渗流为主，假斑状碎石土区域以管网状渗流为主，前者对降雨的敏感性较后者高，而受渗流通道的整体强度和渗流稳定性的影响，前者对于滑坡变形的敏感性要低于后者。基于上述分析，确定采用抗滑桩和排水盲沟等工程措施进行治理，根据地下水监测数据和现场验证，治理效果良好，可供其他类似滑坡防治工程提供借鉴与参考。

隧道开挖会降低邻近桩基承载力，如何更为合理评价桩基水平附加响应是需要解决的问题。基于Pasternak双参数地基模型和三折线弹塑性荷载传递模型，采用两阶段分析法，并考虑侧向土体作用及地基土层的非均质特性，提出了更符合实际的单桩水平反应简化分析方法。通过与Winkler地基梁法及边界元法的对比分析，验证了方法的合理性。结合对单桩水平反应的多种影响因素进行参数分析，通过各因素相应的修正系数来对基准工况中单桩最大水平反应进行修正，得到计算工况中单桩的最大水平位移和最大弯矩。分析结果表明，桩基水平位移计算时可忽略侧向土体作用，而弯矩计算时应予以考虑；桩基计算工况的最大水平位移 最大弯矩 与平均地层损失比 呈现线性关系，而与隧道半径R、隧道轴线深度H、桩距隧道中心线距离x及桩身柔度系数 均呈现非线性关系。

针对采用传统的确定性边坡稳定性分析方法进行滑裂面抗剪强度参数反演分析所需滑坡断面不少于两个的不足，基于概率可靠度理论，提出了一种结合Excel数据表和极限分析上限法的滑坡强度参数反演新方法。依托湘西朱雀洞特大滑坡进行算例分析，研究结果表明：结合Excel数据表法和极限分析上限法反演得到的滑裂面抗剪强度参数与工程现场实测数据吻合良好，验证了新分析方法的正确性和有效性；运用该法反演分析只需一个滑坡断面，可有效解决单一滑裂面抗剪强度参数反演问题，减少了计算工作量，具有广泛的适用性和良好的工程应用前景。

为了从理论上判别和度量无衬砌浅埋土质隧道的稳定性，考虑拱形隧道洞身范围斜向滑裂面作用，采用极限平衡法导出隧道发生整体失稳时的极限超载与稳定安全系数理论解，并通过既有典型加载试验进行验证。浅埋隧道极限超载理论解与典型加载试验结果较接近，在此基础上，将抗滑力与滑动力之比定义为整体稳定安全系数，并分析其影响因素。研究表明，稳定安全系数随黏聚力、内摩擦角的增大而增大,黏聚力对其影响显著，而内摩擦角对其影响不显著；稳定安全系数随隧道跨度、覆跨比、超载的增大而减小，但超载越大对稳定安全系数影响越小；随着高跨比的增大，若黏聚力较低则安全系数减小，若黏聚力较高则安全系数先增大后减小。通过典型的加载试验对整体稳定安全系数进行了校验，表明稳定安全系数计算值基本满足工程允许误差要求。

极限分析上限方法在边坡稳定性评价中受到了广泛关注，但当前所取得的解析成果尚不能直接应用于解决任意多土层分布、多台阶的广义复杂层状边坡。基于组合对数螺线的旋转破坏机制，推导了具有任意坡面几何特征、任意多土层（含非水平土/岩层）边坡的外功率统一积分表达式及相应的虚功率方程，提出了多阶多层复杂边坡稳定性的通用极限分析上限方法；为克服积分式的复杂解析计算，引入了数值积分技术。在此基础上，结合最优化方法和强度折减技术，优化求解了复杂边坡的全局稳定性安全系数及相应的临界滑动面。通过多个典型算例的验证与对比分析，表明该方法具有较高的精度和广泛适用性。最后，针对典型多阶多层边坡实例，开展了上限法的深度拓展与应用研究，其结果为广义复杂层状边坡的稳定性评价提供了新思路。

工程中，地下衬砌隧道会遇到水压破裂压力、爆炸及突然开挖等瞬态荷载作用，将这些荷载理想化为作用在衬砌内边界上的均布瞬态荷载，研究圆柱形衬砌隧道在突加荷载、阶跃荷载和三角形脉冲荷载作用下的动力响应规律。根据Biot波动理论推导出半空间饱和介质的控制方程；视衬砌结构为弹性材料导出衬砌结构的控制方程。用极大半径凸圆弧近似半空间直边界，采用Graff加法公式进行坐标变换，将直角坐标表示的通解转化为极坐标表示的通解。根据边界条件导出衬砌和土体的位移、应力和孔隙压力的Laplace变换域的解答。利用反Laplace变换数值计算方法，将解答转换为时域解，得出3种瞬态荷载作用下衬砌隧道地面位移峰值、衬砌应力和孔隙压力的分布规律。

岩爆等级评价具有模糊性和不确定性，而粗糙集理论的云模型对处理模糊性和不确定性问题具有独特优势，由此提出了基于模糊C均值（简称FCM）算法粗糙集的云模型理论在岩爆等级评价中的新模型。该模型选用岩石单轴抗压强度 、洞室围岩最大的切向应力 、岩石单轴抗拉强度 和岩石弹性能量指数Wet作为岩爆等级评价因子，依据岩爆分级标准计算各评价因子隶属于不同岩爆等级的云数字特征。同时，以国内外40例岩爆工程为研究对象，运用基于FCM算法的粗糙度理论进行因子属性重要性评价，计算各评价因子权重。根据正向正态云发生器，得到待评样本的综合确定度，由最大综合确定度判定岩爆级别。研究表明：该模型的评价结果与实际情况基本一致，具有一定的可行性，为岩爆预测提供了一种新的研究方法与思路。

传统的非连续变形分析法（DDA）法采用简单的线性位移模式计算效率高，描述大块体的高阶多项式位移模式在一定程度保留了该特点，并提高了计算精度。近年来流行的耦合有限元、自然单元的DDA法实质上是引入相应的插值形函数构成块体位移函数，计算相对低效，但具有计算更精细、更容易施加边界条件等优点。为结合传统DDA法与DDA耦合法各自的优点，建立了一种同时利用传统DDA法线性位移模式与耦合型DDA法非线性位移模式的混合法。该方法非线性模式主要针对大块体，采用了自然单元插值，缘于其具有一定无网格特征，且效率比有限元高。建立了混合模式下的整体矩阵并推导出接触等因素刚度子矩阵和荷载子向量的具体表达式。该方法建模更加方便合理，计算精度、效率介于线性模式的传统DDA法和非线性位移模式的耦合法之间。通过基本算例验证了混合法的有效性，并给出了节理围岩-隧道衬砌整体分析模型的计算结果，体现了新方法的优越性。

在对传统锚杆荷载传递机制分析的基础上，提出了一种考虑托板、锚杆与岩体相互作用的数值模拟方法：通过Kelvin基本解计算出锚杆集中力对围岩的影响，同时就锚杆自由段与相应岩体两端点的位移差相等建立位移方程，结合先前开发的3D-FSM数值模拟系统中的表面受力平衡方程进行联立求解，利用所得结果可以计算域内任意点的应力及位移变化，形成完整的预紧力端锚边界元数值模拟系统。通过与Flac3D系统模拟对比，验证了该系统的可靠性。为提高运算效率，对该系统进行基于OpenMP的多核并行化改进，给出了改进的基本思路和加速比对比图。由于边界元本身具有建模简单、计算区域大、计算精度高等优点，因此，这种模拟方法有很大的应用价值。

基于剪切与张拉破岩机制，提出拉剪综合失效机制假设；建立了非协同切削与协同切削体积模型，推导了协同切削模式的滚刀比能耗理论模型；通过离散元仿真得到滚刀侵入岩石裂纹长度与贯入度的映射关系；推导出滚刀最优刀间距理论公式；以全断面岩石掘进机（TBM）回转切削试验台为基础，水泥模拟料为切削对象，通过多次压痕试验得到滚刀贯入度和岩石裂纹长度的趋势曲线，验证了仿真结果；通过滚刀滚动破岩进行了12组不同贯入度与刀间距的物理切削试验，统计滚刀做功与岩石破碎体积，拟合得到比能耗关系曲线，验证了最优刀间距理论公式的结论。研究表明：TBM滚刀最优刀间距计算公式综合考虑了岩石特性与滚刀结构特性，适应性较广泛；刀间距超过滚刀协同工作距离时，滚刀破岩以剪切破碎为主；刀间距小于2倍岩石裂纹长度时，张拉破碎的影响更加明显；随着贯入度的增加，最优刀间距逐渐增大，而最优滚刀间距S与贯入度P之比（S/P）值则逐渐减小。

基于Bootstrap抽样技术提出了有限数据条件下边坡可靠度分析方法。简要介绍了传统的边坡可靠度分析方法。采用Bootstrap方法模拟了抗剪强度参数概率分布函数的统计不确定性。以无限边坡为例研究了抗剪强度分布参数和分布类型不确定性对边坡可靠度的影响规律。结果表明：基于有限数据估计的样本均值、样本标准差和AIC值具有较大的变异性，这种变异性进一步导致了抗剪强度参数概率分布函数存在明显的统计不确定性。在考虑抗剪强度参数概率分布函数的统计不确定性时，边坡可靠度指标应为具有一定置信度水平的置信区间，而不是传统可靠度分析中的固定值。边坡可靠度指标的置信区间变化范围随安全系数的增加而增大，同时考虑分布参数和分布类型不确定性计算的可靠度指标具有更大的变异性和更宽的置信区间变化范围。Bootstrap方法为有限数据条件下抗剪强度参数概率分布函数统计不确定性的模拟以及边坡可靠度的评估提供了一条有效的途径。

为研究注浆扩散规律和加固机制，研制了三维注浆模型试验系统，该系统由承载试验台、伺服稳压供水单元、注浆单元、多元信息监测单元及图像采集单元组成。该系统主要功能包括不同岩体介质中参数灵活可调的多孔注浆、多序次注浆模拟试验及被注岩体内部物理场信息实时采集，其主要优势体现在：（1）试验腔设计为组合桶式结构，密封性强，拆卸方便，利于注浆加固体细部研究；（2）多腔气动联合控制水压加载方式可提供持续稳压的地下水环境；（3）多元信息并行实时监测系统可同时采集被注岩体内不同空间位置的总压力、孔隙水压力及位移等信息，实现注浆过程中物理参量时空变化规律的研究。利用该试验系统进行黏土介质单孔注浆和多孔分序次注浆模拟试验，获得注浆压力p变化特征及土体内部力学响应规律：p - t曲线呈多个波峰-波谷旋回，表征劈裂注浆为主的加固模式；注浆荷载作用下，总压力、孔隙水压力、有效应力与注浆压力基本同步变化，注浆结束点达到峰值，其后开始衰减并逐渐趋于稳定；与单孔注浆相比，多孔、多序次注浆可显著提高土体有效应力，黏土逐渐压缩固结，力学性质改善。试验表明，黏土介质以劈裂注浆为主，不同序次浆脉间接触关系复杂，可划分为剪切劈裂、原位顺层劈裂及入侵劈裂3种基本模式；采用多孔、小注浆速率试验方法，可减小围岩扰动，增大注浆量及土体压缩固结程度，提高注浆加固效果。研究成果对揭示黏土介质注浆机制具有一定的科学价值。