采用力学试验手段探究岩石受压情况下内部裂纹扩展贯通机制是了解岩石破坏失稳机制的重要手段。由于无法观察真实岩体内部裂纹扩展过程且CT扫描实时性不足等原因，自行研制了一种各项性质与岩石接近的透明类岩石材料，以观察研究其内部三维裂纹的扩展贯通机制。这一方法克服了真实岩体不透明的特点，可更方便地观察岩体内部裂纹萌生、扩展不同阶段的形状。然后制作了一批内置单裂隙和双裂隙的试件，在RMT-150B多功能全自动刚性岩石伺服试验机上进行单轴压缩试验，详细观察研究了单裂隙和双裂隙试件在不同岩桥角和裂隙间距情况下的裂纹扩展贯通模式以及裂隙数量和间距对试件抗压强度的影响，并从理论方面对翼形裂纹的扩展过程进行了解释。试验表明，在不同的岩桥角和裂隙间距下，次生裂纹将呈现不同的扩展贯通模式，试验中观察到的次生裂纹有张拉翼裂纹、与翼裂纹反向生长的反翼裂纹和拉剪作用下的花瓣状裂纹等，试件最终破坏是各种形式的裂纹汇合贯通的结果。裂隙的存在极大地降低了试件的抗压强度，且随着裂隙数目增加，试件峰值强度呈降低趋势，同时裂隙间距也对试件的峰值强度产生一定的影响。试验成果对分析真实岩体的破坏失稳机制有着重要的参考价值。

饱和土在理论上一直以两相饱和孔隙介质模拟，利用Biot饱和孔隙介质动力方程纵波解耦的 (u为波动的振幅位移，p为孔隙水压)解答，结合排水的Somigliana表象积分，能够完成饱和土排水动力反应计算，结果也能在野外试验中验证。为了进一步深入研究饱和土排水的动力特性，设计了室内饱和土动三轴的排水试验，以不同状态饱和粉砂土排水状态下试验的结果，阐述了排水理论计算解答与动三轴试验测试结果的对比分析。最后指出修正后的理论解答与饱和粉砂土的试验测试结果较吻合，并在今后饱和土伴有排水的动力响应分析能在饱和土动力学问题研究中有所应用。

边坡的失稳过程是一个渐进性的累积破坏过程。在破坏过程中抗剪强度参数黏聚力c、内摩擦角? 的发挥程度是不同的，对应的安全储备也就不同，那么基于强度储备的双安全系数确定及其基于双安全系数的边坡稳定性评价就值得深入探讨。首先从岩土材料的软化规律出发，在强度参数服从线性分布假定的基础上，推导了黏聚力折减系数和内摩擦角折减系数之间的数学关系；其次将此数学表达式引入到传统的Bishop条分法中，提出了非等比例双安全系数Bishop条分法；然后以强度参数对抗滑力的贡献为权重，提出了综合安全系数来评价边坡的稳定性；此方法不仅克服了传统双安全系数法确定双安全系数的盲目性，而且为双安全系数法应用于工程实践提供了新途径；最后结合算例通过与传统方法的计算结果进行对比分析，验证了该方法的合理性。

传统强度折减法通常对整个边坡区域进行折减，因而只能得到最小安全系数及对应的最危险临界滑动面。但在工程实践中，边坡的治理范围不能局限于最危险滑动面所包围的区域，不满足规范要求的次级滑动面范围内的坡体亦应得到治理。为了克服传统强度折减法在搜索次级滑动面方面的缺陷，提出了一种新的强度折减法。一般而言，边坡的屈服区域主要集中在滑动面两侧附近，形成一个沿滑动面分布的剪切破坏带，因此，在用强度折减法进行边坡稳定性分析时，只需对剪切破坏带范围内的局部坡体进行折减，则可得到该滑动面的安全系数和滑动面。基于以上认识，假设剪切破坏带沿对数螺旋曲线分布，不断调整对数螺旋曲线的形状以得到不同范围的剪切破坏带，对各种不同的剪切破坏带范围内的坡体进行局部折减计算，即可得到不同的安全系数及对应的滑动面。通过两个边坡算例（单台阶、双台阶）验证了该方法的可行性，并最后讨论了剪切破坏带的宽度对结果的影响。两个算例的计算结果表明，该方法不仅可以得到最危险临界滑动面，亦可得到任意安全系数对应的滑动面。

三轴试验是获取土体强度和应力变形特性的一个重要室内试验手段。三轴试验中，排水固结阶段试样的孔压消散及固结完成情况是非常重要的两个核心要素，它是进行后续剪切试验的基础和依据。基于等应变假设，推导了土体三轴剪切试验排水固结过程的解析解，以用于分析整个排水固结过程的孔压消散和固结完成程度。针对室内三轴固结排水（CD）试验，利用所推导的解析解对其排水固结过程的孔压和固结度进行了验算对比。结果表明，解析解计算得到的固结度和孔压消散曲线与室内三轴剪切试验的相应曲线吻合得较好，说明解析解可应用于三轴剪切试验排水固结过程分析。

由于地质成因的不同，岩石渗透率往往具有不同程度的大小和方向性差异，即呈各向异性的特点。目前，岩石渗透率方向性特征的理论和试验研究仍然不足，缺乏岩石渗透率各向异性量化评估。基于国内CCUS场地储层砂岩，沿正交方向钻取岩芯试件若干，完成瞬态法覆压渗透率测试。试验结果表明，特低渗砂岩正交方向渗透率随围压（上覆岩层压力）加载呈幂律函数递减，当围压加载至20 MPa以后，正交方向渗透率差异性逐步降低，即渗透率由各向异性逐步向各向同性过渡,且储层砂岩竖向渗透率压力敏感系数普遍低于水平侧向。通过建立一种空间坐标系下渗透率计算模型，将岩石内部渗流规律等效为空间正交方向渗透率模型，并借用统计学标准差定义提出渗透率各向异性系数?k，将不同岩性储层岩石渗透率不均匀性作归一化处理，定量地描述了覆压试验过程中试件渗透率各向异性的变化规律。

模袋法是解决上游法细粒尾矿堆坝难的一种新方法。为研究模袋法尾矿坝筑坝模袋的基本力学性能，采用与云南省某尾矿坝施工现场一样的土工布和尾砂，通过斜坡滑移、直剪、无侧限压缩试验，对固结不同时间的小尺寸尾矿坝筑坝模袋进行了摩擦和受压性能的试验研究。斜坡滑移试验表明，若含水率相对较低，则模袋间的摩擦系数较大；直剪试验测得固结8 d的模袋间内摩擦角约为28º，黏聚力约为40 kPa；在无侧限压缩条件下，固结1 d和3 d的模袋在受压过程中，其弹性模量都表现为“大-小-大”的变化形式。由于土工布和尾砂的共同作用，模袋的极限抗压强度远大于单纯尾砂堆积体的极限抗压强度。当压应力达到模袋所能承受的极限荷载时，通常会在模袋底部靠近模袋边缘处发生土工布的撕裂破坏，采用主动土压力理论分析了发生破坏的原因。本试验研究可以为模袋法尾矿坝的实践提供理论指导。

为探讨海上风机在风、浪等水平往复循环荷载下大直径单桩基础的循环弱化特性，设计了稳定输出长期循环荷载的机械加载装置，开展了软黏土中长期水平循环荷载下海上风电大直径单桩基础和传统长桩基础的模型试验对比研究。根据API给出的骨干曲线和Masing二倍准则构建循环荷载下的p-y（荷载-位移）曲线，并借鉴前人工作，采用累积塑性应变描述软黏土的不排水抗剪强度弱化，提出了分析大周数水平循环荷载下单桩基础循环弱化的理论方法。该方法将循环荷载次数、幅值等外界条件与桩周土体的循环弱化特性建立联系，以适应海洋环境复杂多变的水平循环荷载形式。通过模型试验和理论研究认为，大直径单桩基础因刚度较大，在同样的水平力循环荷载条件下，其抵抗循环荷载的能力明显优于传统长桩。在海上风机大直径单桩的设计中采用基于黏土残余强度的循环后稳定水平承载力更为合理。

岩石的蠕变特性是影响岩体工程稳定性的重要因素，而岩石的长期强度是确定岩体工程长期稳定的一个重要指标。由于岩石材料的非均质性，其长期强度具有明显的尺寸效应。为了研究岩石长期强度的尺寸效应，首先，在幂函数模型基础上，基于损伤力学理论，建立了能够描述岩石蠕变全过程的非线性蠕变损伤模型；然后，把运用该模型计算得到的单轴压缩蠕变数值模拟结果与室内单轴压缩蠕变试验结果进行对比，验证了模型的正确性；最后，采用所提出的模型对7个不同尺寸的岩样进行了单轴压缩蠕变数值模拟，并对岩石长期强度尺寸效应进行了分析。数值模拟结果表明：随着试样尺寸的逐渐增大，岩石长期强度值逐渐减小，当试样尺寸增大到一定程度时，岩石长期强度稳定在一个特定值附近。

以现有半无限土体中球孔扩张挤土位移的解答为基础，分别对水平地表和非轴对称斜边两个位移边界进行应力修正，运用坐标转换法和叠加法的原理，改进现有的分析方法，得到较为简化的非轴对称位移边界下扩孔问题的解答，并对非轴对称斜边倾角以及球孔离斜边距离等因素对挤土位移的影响进行了分析。结果表明：倾斜边界条件的存在对球孔两侧的挤土位移有明显影响，且随着非轴对称边界倾角的增大，靠近倾斜边界侧的挤土位移也随之增大；球孔距自由边界的距离越大，自由边界对挤土位移的影响也越小。该解答对非轴对称边界条件下的静压沉桩以及相关扩孔问题的设计和施工具有一定的指导意义和实用价值。

包裹碎石桩是在碎石桩外包裹一层土工材料制成的一种新型桩体，由于包裹作用，碎石桩的刚度和抗剪强度得到了明显提高。然而，目前有关包裹碎石桩的研究较少，特别是其抗震性能方面。鉴于此，通过开展包裹碎石桩复合地基和碎石桩复合地基振动台模型试验，在考虑不同类型、幅值的地震波作用下，研究两种复合地基的加速度、桩土应力、破坏现象和位移，进而对比分析这两种复合地基的动力响应规律和抗震性能。试验表明：包裹碎石桩桩顶和桩间土水平方向加速度放大系数均约为碎石桩的2倍；相同地震波条件下，包裹碎石桩复合地基的峰值桩-土应力比约为碎石桩复合地基的3倍；与碎石桩复合地基相比，0.9g人工波加载后包裹碎石桩复合地基在较大区域内产生较窄裂缝；包裹碎石桩复合地基产生的总沉降较碎石桩复合地基减小了51%。因此，包裹碎石桩复合地基的抗震性能优于碎石桩复合地基。

为了获得广东珠江口海洋软土的不排水抗剪强度，分别开展了不固结不排水剪切和固结不排水剪切三轴试验、无侧限抗压试验、现场取土离心机正常固结模型地基的T-bar静力贯入试验以及现场十字板剪切试验和静力触探试验（CPT），并采用土力学经验公式进行计算，确定了珠江口海洋软土不排水抗剪强度沿深度的分布规律，并综合评价了各种方法的有效性。为了获得该区域软土的循环弱化规律，分别开展了循环动三轴试验、现场取土离心机正常固结模型地基的T-bar循环贯入试验和现场单桩水平循环加载试验，揭示了软土循环动模量比与循环次数之间的双对数线性关系，获得了3种试验条件下珠江口海洋软土的循环弱化因子。其研究结果可为该区域海洋建筑物设计提供直接依据，也可为其他类型工程提供借鉴。

利用自主开发的基于粒子群优化的数字图像相关方法，获得了单轴压缩湿砂土试样观测平面内主应变轴偏转角的时空分布规律。采用双三次样条插值方法，获取了任意位置的主应变轴偏转角，分析了土样将来出现剪切带位置、剪切带的中心及其尖端附近和剪切带外的主应变轴偏转角随纵向应变的演变规律。研究发现，随着纵向应变的增加，在土样观测平面内，主应变轴偏转角的范围由分散逐渐变得稳定，大部分区域最终分布在-10°～10°之间。当出现较清晰的剪切带以后（硬化阶段后期），剪切带内不同位置处主应变轴偏转角基本趋于恒定或稍有下降，大致稳定在-5°～5°之间，这与剪切带外的点的主应变轴偏转角均处于发展之中不同；而在剪切带尖端附近的点，主应变轴偏转角随纵向应变的演变规律比较复杂。

为了研究软岩隧道锚锚体及其围岩泡水后变形破坏的特点，以在建的几江长江大桥为依托，开展了泡水状态（M2）和自然状态（M3）两组缩尺比例为1:30的现场模型试验。通过对各关键测点的试验数据分析，获得了不同状态的模型锚锚体和围岩在破坏过程中的变形特点及规律，并对隧道锚的破坏模式进行了分析。研究表明：不论是模型锚表面还是深部，试验过程中，M2各测点（锚体外侧岩体、锚间岩体等）的位移总体大于M3测点的位移，且破坏荷载值要低于M3。隧道锚围岩含水率不同，破坏模式有所差异。对于含水率为7.39%的M2，其裂隙出现顺序为先洞脸后地表，先西锚后东锚；对于含水率为5.36%的M3，其裂隙先出现在锚体上部地表，然后出现在锚洞斜面，最后在锚碇区大量出现。此外，地形条件也会使得同一含水状态的隧道锚的两个锚体的变形有所差异。研究成果可为软岩隧道锚的修建以及类似的工程设计、施工等提供参考和借鉴。

天然岩体中广泛发育两侧岩性不同的异性结构面，开展异性结构面变形和强度特性研究旨在为岩体稳定性评价和利用提供依据。选取三峡库区侏罗系典型的砂岩-泥岩异性岩层，首先运用分形几何理论，定量计算了平直和4种不同不规则起伏形态结构面的粗糙度系数JRC值，然后基于PFC2D颗粒流程序，分别开展了以上5种形态异性结构面的数值剪切试验，获得了各形态结构面在不同正应力下的剪切应力-位移曲线。根据数值试验结果，采用巴顿的JRC-JCS模型分析了异性结构面强度特性，并与同性结构面强度性质进行对比研究。最后，在考虑异性结构面剪切破坏机制的基础上，引入强度因子的概念，提出了新的适用于异性结构面强度评价的两类改进巴顿准则。研究结果表明：异性岩体结构面抗剪强度介于相同粗糙度的两种同性结构面强度之间，在较低正应力下接近软岩同性结构面强度，符合Ⅰ型改进巴顿准则；在较高正应力下偏向硬岩同性结构面强度，符合Ⅱ型改进巴顿准则。实际工程中可利用改进准则并根据异性结构面应力状态对岩体稳定性进行评价，弥补了以往研究的不足。

针对含瓦斯构造煤渗透率与温度变化关系，利用自主研发的含瓦斯煤岩热-流-固耦合三轴渗流试验装置，开展不同应力条件下含瓦斯构造煤原煤样的渗透率与温度变化的试验研究。试验结果表明：（1）在试验温度变化过程中，构造煤样渗透率随温度升高而降低，渗透率与温度变化呈现负指数函数分布规律；（2）在试验温度变化过程中，构造煤渗透率损失率与有效应力符合Boltzmann分布，渗透率损失率存在有效应力门槛值大约为4.515 MPa。渗透率变化主要分为渗透率加速变化与平稳变化两个阶段，构造煤样渗透率从加速阶段过渡到平稳变化温度大约为45 ℃；（3）在温度21～80 ℃范围内，渗透率敏感性系数数量级为10-2，温度变化对构造煤样渗透率影响不显著。同时，有效应力的增加使得温度敏感性系数降低。

伴随着城镇化进程的提速，黄土地区由于工程切坡诱发了大量的工程滑坡。为了研究典型工程黄土滑坡的成因机制，以宝鸡市扶风县飞凤山滑坡为例，开展了野外地质灾害详细调查，同时进行原位渗水试验和原状黄土、古土壤试样土-水特征曲线测试。试验结果表明：当黄土存在小孔洞等结构性问题时，渗透系数可达10-4 cm/s量级，为中等渗透性等级；土-水特征曲线试验求得古土壤的进气值为11.5 kPa，大于黄土的9.0 kPa，同时曲线也显示了古土壤和黄土干湿交替过程中，强度和变形的演化出现分化。在试验结果分析基础上，指出工程切坡是滑坡发生的主要诱发因素，由此触发了土体一系列物理化学链锁反应，尤其是强化了土-水耦合作用的影响，催化了滑坡的发生。最后，提出了飞凤山滑坡的破坏模式为滑带双向发展、兼具滑塌灾害部分典型地质特征的渐进式破坏。

采用Asaoka法对深圳某工程实例的地基工后沉降进行预测，发现选取不同的起始点和时间间隔时，其预测结果相差有3倍之多。因此，用数学方法对预测地基沉降的Asaoka法的表达式进行分析，探讨其拟合参数的误差对沉降预测结果的影响，提出了拟合参数误差放大系数的概念，并对预测结果的可靠性进行分析和评估。分析结果表明：影响Asaoka法沉降预测结果稳定性的一个主要原因是其预测沉降的表达式对拟合参数?1过于敏感，而且敏感性随着?1的增大而增大，因此，在保证线性拟合良好的前提下，增大离散点的时间间隔，可减小?1，从而有效减轻?1的误差对预测结果的影响；采用Asaoka法预测沉降时，不能单凭线性拟合的好坏来判断一个预测结果的可靠性，还需要考虑拟合参数的误差放大系数的大小。

根据基坑开挖深度、地层条件的不同，对北京市轨道交通80个明挖顺作法基坑工程实测结果进行统计分析，研究确定北京砂卵石和黏性土地区深基坑开挖引起的周边地表变形规律。研究表明：基坑工程周边地表最大变形的实测结果分布形态为正态分布或半整体分布，地表沉降变形值较大；最大地表沉降的平均值约为砂卵石地区0.11%H（H为开挖深度），黏性土地区0.20%H；地表变形与桩体向基坑内、外的水平位移值有一定的对应关系；地表沉降随插入比的增大而减小，黏性土地区基坑支撑系统刚度对地表沉降有明显的影响；北京地区基坑工程周边主要影响区约为0.6H或0.7H范围以内。研究成果可对未来北京及其他地区城市轨道交通基坑工程变形大小、安全性的预测和评估、指导基坑工程设计与施工和对防止基坑事故的发生等具有重要意义。

深基坑开挖时因为卸荷作用会引起土体强度一定程度的降低，土体强度的降低会引起支护结构上土压力的变化，利用卸荷前土体强度指标进行土压力计算势必会小于实际情况，从而导致土体及支护结构变形计算值与实测值有一定的偏差。在深基坑开挖时，仅采用施工监测等手段进行事中控制是不够的，必须预先对变形值的发展规律做出模拟和预测。为探索深基坑开挖时，卸荷作用对基底土体和侧向土体强度特性和变形特性的影响规律，结合天津富力响锣湾大型基坑开挖，对开挖过程中土体基底回弹情况、支护结构以及周边土体的变形情况进行了全过程监测，利用试验结果数据计算出天津市富力响锣湾大型基坑开挖项目的卸荷强度参数，为后续数值模拟计算参数的选取提供了依据；利用ABAQUS有限元软件建立了三维数值模型，分别采用原状土的强度参数和卸荷参数对开挖过程中土体基底回弹、支护结构以及周边土体的变形情况进行了模拟，研究了两种情况下土体基底回弹、支护结构以及周边土体的变形规律，并将有限元模拟结果与监测结果进行了对比。研究发现，本工程土体卸荷后的扰动区在基底以下3～4 m范围，强度折减可达到20%～35%，根据卸荷比确定了周边土体强度折减为10%～15%；有限元模拟结果与实测值基本一致。通过分析可以看到，考虑基坑开挖卸荷作用是符合工程实际情况的，因此，建议在深基坑开挖设计时考虑土体的卸荷效应。该分析方法可为同类深基坑设计提供参考。

水平旋喷桩施工期间，大量高压流体注入土层，引起土层内部产生较大的膨胀作用，致使周围一定区域的土体发生变形。水平旋喷桩施工引起土体变形可以归结为压力膨胀和体积膨胀共同作用的问题。依托单根水平旋喷桩施工的现场实例，建立了水平旋喷桩施工引起土体变形的数值模型。将水平旋喷桩施工引起的土体变形问题简化为圆孔的膨胀问题，可以统筹考虑注浆压力和注浆流量的影响。首先需要确定注浆压力的影响半径和注浆流量引起的体积膨胀比，然后可以通过数值模型计算膨胀引起的土体变形。数值分析结果与现场实测值的对比表明，当注浆压力影响半径为成桩半径的6倍时，数值计算结果与现场实测值吻合较好。

以海石湾矿山地下开采为背景，借助基于连续介质力学的离散元方法——CDEM数值模拟计算方法，对山区下煤层开采过程中不同采动影响模式下覆岩的移动和破坏进行了模拟分析，并结合相似模拟试验与现场岩移监测所得结果，得到了顺坡推动式采动影响模式及逆坡牵引式采动影响模式下，覆岩的移动和破坏形式，并从数值分析和实际观测上验证了高顺坡开采转低逆坡开采时覆岩悬臂梁结构的存在，解释了坡底局部隆起的现象。研究表明，在相同地质条件下，顺坡开采坡顶易发生张拉及剪切破坏，坡底有剪切蠕滑的可能，因此，较逆坡开采对边坡稳定性影响更大。所以在实际生产中宜将上工业广场建于低矮的坡体较完整的逆坡上。

边坡抗滑稳定分析一直都是岩土力学与工程中的重要研究方向之一，研究成果众多。针对规范不平衡推力法在实际工程应用中的不合理现象，根据边坡抗滑稳定矢量和分析方法原理，提出了基于矢量分析的边坡矢量下滑推力计算方法，推导了二维及三维边坡强度储备型和超载储备型矢量下滑推力表达式。采用矢量分析方法计算了两个二维算例及一个三维算例的下滑推力，二维算例结果表明：矢量下滑推力方向受滑面倾角变化影响较剩余下滑推力小，矢量下滑推力在滑面不同位置处的变化比剩余下滑推力光滑，避免了剩余下滑推力精度受折线形滑面倾角变化影响过大的问题，当滑面为单折线时矢量下滑推力与剩余下滑推力相同。三维算例结果与对边坡稳定的已有认识保持一致。最后，采用这两种方法对西部某工程滑坡的下滑推力进行了分析，计算中主要考虑3种工况，分别为自重、暴雨和地震工况。结果表明，矢量下滑推力较剩余下滑推力有很好的改善。探讨了矢量下滑推力较剩余下滑推力的进步之处。

就当前土钉墙+排桩在明挖隧道深基坑支护中的几个问题，开展了有针对性的研究。采用理论分析和数值计算方法，结合工程实例，深入探讨了土钉墙坡比i，排桩桩径-间距（D-S），以及设有内支撑时，桩-撑相对刚度等参数的选取原则。结果表明：（1）i越小，土钉墙越稳定，但排桩弯矩、水平位移越大。在土钉墙自身滑动稳定前提下，i宜取大值。（2）D-S越大，排桩水平位移越小，排桩混凝土、钢筋量越少，造价越低，但桩间土的防护越困难。在工程地质好、地下水位低的情况下取大桩径、大间距，反之取小值。（3）弱桩强撑的支护效果好，但对施工干扰大；强桩（非悬臂）弱撑造价低。选择桩-撑的相对刚度需从工程地质、周边环境要求、工期、造价等因素综合考虑，方能达到安全可靠，经济合理的目的。

拱坝坝肩地震动力稳定性一直是工程界关注的一大热点，然而对坝肩动力稳定性的评判方法和标准的研究还不成熟。为完善坝肩动力稳定分析方法，将有限元法与刚体极限平衡法的优势相结合，提出了地震动力超载方法以及极限累积位移评判标准。首先，基于有限元法开展实时动力分析，对坝肩可能的滑移块体采用多重网格应力插值求任意时刻的阻滑力和下滑力，确定其主滑方向，而后采用刚体极限平衡法计算每个滑块的动安全系数；同时，对瞬时动安全系数小于1.0的时段，进行加速度积分，求出滑块累积失稳位移。结合滑块尺寸及滑动面强度参数提出极限累积位移计算公式作为失稳判据，通过比较累积位移与极限累积位移判定滑块的稳定性。基于以上思路开发了一套坝肩动力稳定分析系统SAFEDAM。以沙牌拱坝经受反映5.12地震的人工波为例，开展了沙牌拱坝坝肩动力超载稳定分析，验证了极限累积位移判据的合理性。研究表明，沙牌左岸坝肩超载稳定安全倍数Kp0 =3.2，右岸坝肩超载稳定安全倍数Kp0 =4.2。工程实例计算表明，该方法计算坝肩动力稳定性使用较为方便可靠，具有较大的工程实用价值，为坝肩动力稳定性分析和评价提供了一条新路径。

依据模拟钻井船在黏土层中插桩对邻近桩影响的离心模型试验结果，研究了通过耦合欧拉-拉格朗日（CEL）有限元计算并结合非线性地基梁有限元计算，分析钻井船插桩对邻近桩影响问题的可行性。CEL有限元方法将产生大变形的土体设为欧拉体，采用欧拉有限元方法计算该区域的变形响应，计算过程中，欧拉体的空间网格形状、大小位置保持不变，物质可在网格之间运动；其他土体设为拉格朗日体，采用拉格朗日有限元方法计算变形响应，计算过程中，物质的运动和网格的变形保持一致。运用罚函数方法实现欧拉体与拉格朗日体的耦合。通过CEL有限元计算，可以确定钻井船插桩导致的邻近桩桩身水平位移。进一步通过非线性地基梁有限元模型计算确定桩身弯矩。计算结果表明，利用CEL有限元方法并结合非线性地基梁有限元方法计算出的桩身位移和弯矩沿桩长的变化与离心模型试验结果基本一致。说明采用CEL有限元方法并结合非线性地基梁有限元方法分析黏土层中插桩对邻近桩的影响问题是可行的。CEL有限元模型中欧拉土体范围的设置对计算结果有明显影响。研究表明，若插桩深度小于0.75倍桩靴直径，可将欧拉土体范围设置成1.00～1.25倍桩靴直径；若插桩深度大于0.75倍桩靴直径，将欧拉土体范围取为插桩深度以下0.5倍桩靴直径是恰当的。

与水平地面地基土体的对称破坏模式不同，临坡地基土体随不同工况呈现较明显的多种破坏模式。基于上限分析有限元技术，通过对临坡地基土建模，得到非线性上限规划模型，采用可行弧内点算法对其进行求解。将计算结果转换成相应的速度场和能量耗散图，并与文献结果进行对比分析。分析结果表明，上限有限元法能够较清楚地模拟出临坡地基破坏的几种模式，并得到合理解。通过把临坡地基承载力转为Terzaghi建议的分项系数叠加形式，对分项系数Nc、N? 、Nq的变化规律进行讨论，发现Nc和Nq变化趋势基本符合现有的单调变化规律，但对于N? 而言，由于破坏模式改变造成了破坏体体积变化，得到N? 发生非单调改变的变化规律。以临坡基础完全不受斜坡影响的距离a0 /B作为绝对安全距离，并给出部分计算图表，为斜坡地基设计提供参考。

土体饱和渗透系数表现为天然的变异性，为此基于Green-Ampt模型建立了考虑饱和渗透系数变异性的降雨入渗物理模型，并藉此模型确定了坡体湿润锋深度和含水率分布。然后结合无限长非饱和土边坡稳定模型得到解析形式的反映边坡稳定性的极限状态函数。采用Monte Carlo法对饱和渗透系数进行随机抽样并最终建立降雨条件下考虑饱和渗透系数变异性的边坡概率分析框架。针对一假想边坡，探讨了饱和渗透系数的变异系数、降雨持时和降雨强度对边坡破坏概率以及破坏发生时间概率分布的影响，结果表明：在降雨初期，边坡的破坏概率随饱和渗透系数变异性的增强而逐渐增加，但随着降雨的持续，破坏概率开始随变异性的增强而显著降低；滑坡最可能发生时间的大小并不受饱和渗透系数变异性的影响，而是直接取决于降雨强度；滑坡最可能发生时间所对应的概率却随变异性的增强而逐渐减小。

极限分析上限法较极限平衡法有着严谨的理论基础和物理意义。借助于级数展开的思想，通过对速度在单元形心点处一阶泰勒展开，得到了以形心点速度和速度一阶导数为基本未知变量的上限有限元法,该方法丰富了上限有限元基本理论，且可更好地表达与刚体上限法之间的联系。在形成新的上限法的同时，放松单元内任一点均需严格满足上限性质的要求，采用等面积多边形的形式代替外切多边形来逼近摩尔-库仑屈服圆。算例表明：该方法可稳定收敛到真实解，具有和传统Sloan法相同的收敛度；采用等面积多边形逼近形式时，较少的多边形边数即可取得较好的收敛效果，收敛速度大大提高。

为分析砂土在复杂应力条件下的剪切力学特性，采用商业离散元软件PFC3D对单粒组中密砂的空心扭剪试验进行了仿真模拟，分析了数值试样的应力-应变关系，研究了不同剪切方向下离散介质的强度、体积应变特性以及中主应力比对它们的影响，再现了力链在加载过程中的演化，并对剪切带的倾角做了深入分析。同时，从细观上看，以颗粒接触数和纯转动率变量为中心，观察了试样内部颗粒的运动状态，对比了不同剪切方向下剪切带内外颗粒接触数与纯转动位移的变化。最后，将数值试验结果与已有的室内试验结果进行了对比。此研究实现了复杂应力条件下空心扭剪试样的三维离散元模拟，加深了对空心扭剪试验过程和结果的理解和解释。

非连续变形分析(DDA)方法对大规模工程问题的数值模拟耗时太长，其中线性方程组求解耗时可占总计算时间的70%以上，因此，高效的线性方程组解法是重要研究课题。首先，阐述了适用于DDA方法的基于块的行压缩法和基于试验-误差迭代格式的非0位置记录；然后，针对DDA的子矩阵技术，将块雅可比迭代法 (BJ)、预处理的块共轭梯度法 (PCG，包括Jacobi-PCG、SSOR-PCG) 引入DDA方法，重点研究了线性方程组求解过程中的关键运算；最后，通过两个洞室开挖算例，分析了各线性方程组求解算法在DDA中的计算效率。研究表明：与迭代法相比，直解法无法满足大规模工程计算需要；BJ迭代法与块超松弛迭代法(BSOR)的效率差别不大，但明显不如PCG迭代法。因此，建议采用PCG迭代法求解DDA线性方程组，特别是SSOR-PCG值得推广；如果开展并行计算研究，Jacobi-PCG是较好的选择，当刚度矩阵惯性优势明显时，BJ迭代法同样有效。

降雨是滑坡失稳的常见诱发因素之一，现有数值模拟方法由于不能考虑来自基岩边坡的径流对滑体渗流的补给而低估了真实的降雨入渗水量，导致在评价降雨对滑坡稳定性特别是深层滑动影响时存在一定不足。以Richards方程和有限元法为基础，忽略降雨对渗透性极低的滑床和滑带的影响，将滑坡渗流计算域缩小为滑体，以避免因滑体与滑床（滑带）渗透性差异巨大引起的数值计算困难；依据基岩边坡水平长度和滑体降雨入渗边界饱和情况，修正降雨入渗边界，实现了考虑径流补给的滑坡降雨入渗简化数值模拟。算例表明，该方法所得渗流场更加符合实际情况。以三峡库区某滑坡为例，模拟了2006年10月～2009年12月间滑坡在库水升降和降雨条件下的渗流场和安全系数的演化过程；计算结果表明，考虑径流补给时滑坡后部的渗流场饱和区域明显较大，稳定系数降低较多，与位移监测资料显示的佐证较为吻合；若不考虑径流补给，则降雨对滑坡稳定性影响不大。

岩土工程中经常会遇到无穷域问题，而采用无限单元可以实现对其有效地模拟。弱形式求积元法是一个有效的数值工具，它常通过提高积分阶次来提高计算精度。建立了无限弱形式求积单元并被应用于求解岩土工程中的无穷域问题，该单元基于坐标映射，将无穷域变换到标准域，在标准域上进行数值积分和数值微分，保留了传统弱形式求积元的积分点坐标和权系数。求解了瞬态渗流、固结和静力分析等数值算例，并与解析解或截断方法进行了对比。结果表明：基于坐标映射的无限弱形式求积单元使用简单，可以模拟各种类型的无穷域问题，仅需要将感兴趣的范围进行有限域划分并通过提高积分阶次来减小对极点位置的依赖，极大地节省了计算资源，提高了计算精度。

采用一种高精度的间接边界积分方程法（IBIEM），对二维非连续群桩屏障对平面P、SV波的隔振效果进行宽频带计算分析。该方法基于单层位势理论，通过在非连续屏障交界面附近引入虚拟波源，分别用以构造散射体内、外散射场，继而由边界条件建立方程并求解得到虚拟波源密度，外部的总波场可由散射场和自由场叠加而得到。精度检验表明，该方法能够精确高效地求解任意排桩的宽频隔振问题。进而以圆柱实心桩为例，通过定量化频谱分析，揭示了P、SV波入射时排桩对不同频段弹性波的隔振差别，探讨了不同波速比、桩间距、桩排数对隔振效果的影响规律，研究结果表明：（1）隔振效果存在最优无量纲频段，宜优化设计桩径和桩间距以达到最佳效果；（2）场地土愈软，隔振效果愈佳。相比P波，SV波对于桩间距更为敏感；（3）低频波宜采用多排桩，但对高频波，采用三排以上的桩屏障对隔振效果的提升则不再显著。

数据管理系统完成监测数据预处理，在健康监测系统中具有重要地位。通过比选利用罗曼诺夫斯基准则（t检验法）进行监测数据粗差检测。小波降噪方法可以有效去除监测数据中由于环境等因素引起的误差（噪声），获得更真实的监测数据，但目前如何选取阈值函数、阈值和分解层数等问题未形成统一认识。利用武汉长江隧道健康监测系统中39组监测数据，从统计学的角度对比分析了不同阈值和阈值函数组合下的小波降噪效果，结果表明，选择Rigrsure阈值和硬阈值函数进行4～5层分解降噪效果最好，将所得的研究结果应用于武汉长江隧道健康监测系统中其他同期监测数据的降噪中取得了满意的效果。在此基础上进一步研究表明，相比于原始监测数据，利用降噪后数据预警可以有效避免虚警的产生。最后提出利用小波降噪和最小二乘法结合进行监测数据预测的方法，实践表明，预测结果准确可靠。

对含有预制三维裂纹的脆性类岩石材料进行了单轴加载试验，结合声发射实时监测及静态CT检测技术，研究三维裂纹声发射特征及传播破裂规律。试验结果表明：试件单轴强度、起裂强度、起裂位移随裂纹深度增加而减小，对于深裂纹试件，剪切裂纹与次生裂纹的传播扩展是试件破坏失稳的关键，破坏形式以剪切破坏为主，并出现沿裂纹延伸方向的横向破断；I型破坏起裂导致应力-应变曲线出现阶梯状波动，AE信号出现峰值，破裂后回落到峰前水平，裂纹稳定传播，II型破裂起裂能量为I型破裂的8～10倍，起裂后AE信号突变式增长；试件内部拉伸裂纹以裂纹中心线为对称轴向两端传播，整体形成反对称向外扩展花瓣形结构，半圆形部分拉伸裂纹起裂角度随着裂纹深度的增加而增大，剪切裂纹、次生裂纹大量发育，预制裂纹尖灭后形成了沿预制裂纹方向横向剪切裂纹面。