抗剪强度和压缩体应变是冻土与结构接触面的力学特性指标中最重要的两个参数，对冻土与结构接触面的力学分析至关重要。采用自行研制的大型多功能冻土-结构接触面循环直剪系统，开展了冻土与结构接触面力学性能及变形规律的试验研究，采用损伤力学理论，基于等应变分布假设、零弹性域假设、弹性应变无耦合假设，选择不可逆性体应变与最大不可逆性体应变的比值作为损伤因子，建立了用于描述冻土与结构接触面剪切行为的抗剪强度与压缩体应变损伤模型。通过相关试验对建立的损伤模型进行验证，结果表明，所建模型是准确、合理的。

在垃圾填埋场和场地污染防治工程中，黏土基防渗墙作为原位屏障，已广泛应用于隔离污染物与控制污染地下水的迁移。由黏土与地层混合形成的防渗墙与CaCl2溶液相互作用后，其渗透性会发生怎样的变化。针对这一问题，使用福建标准砂模拟砂性地层，以4种黏土作为混合材料，通过混合、浇筑和固结以后，对其渗透系数和水分特征曲线进行了实测。结果表明，在10%黏土添加量下，当4种砂-黏土混合土经0.2 mol/L CaCl2溶液渗透稳定后，其渗透系数相比渗透液为自来水时都有不同程度的增大，但渗透系数增大的倍数没有超过10。此外，CaCl2溶液在4种砂-黏土混合土中渗透稳定后试样的孔隙率没有发生较大变化，只是小幅地减小了。试验结果分析认为，钙离子与黏土矿物颗粒表面的单价阳离子发生了置换反应，使扩散双电层厚度减小，结合水含量降低，因而有效孔隙率增加，可能是宏观上造成渗透系数变大的主要原因。

基于软岩巷道围岩变形破坏的自稳平衡现象，通过数值模拟揭示了巷道顶板、两帮和底板之间的相互影响关系，得出了巷道围岩不稳定区是以巷道为中心的椭圆形。基于普氏理论，考虑“底板-两帮-顶板”相互影响，提出了巷道围岩自稳平衡圈理论，给出了自稳平衡圈的椭圆曲线方程，明确了巷道支护对象为自稳平衡圈内的岩体，支护的目的是控制自稳平衡圈岩体的稳定性。研究表明，“底板-两帮-顶板”共同构成巷道稳定性的整体系统，巷道顶板自稳平衡拱的大小随着两帮塑性区的增大而增大，两帮塑性区随底板变形而增大。加强底板和两帮的支护，将大大缩小顶板自稳平衡拱的高度。提出了“治顶先治帮，治帮先治底”的巷道支护理念，得到多年实践验证，为软岩巷道支护控制提供了新的依据。

已有研究表明，天然黏土的强度表现出明显的各向异性，但其规律未能经过严格的试验验证。基于空心圆柱仪（HCA）的杭州原状软黏土试验结果，对 法进行修正，提出大主应力方向为任意方向剪切时土体的强度公式。假定基坑开挖引起的土体滑动破坏模式为Prandtl模式，利用上述强度公式，得到基坑抗隆起稳定的塑性上限解。结合算例，讨论了土体强度各向异性比、挡墙入土深度比、墙底下卧硬土层深度、挡墙粗糙度等因素对基坑坑底抗隆起稳定的影响。采用该方法分析杭州某失稳基坑实例，通过与已有方法的结果对比，验证了所提方法的合理性。研究表明，不考虑土体强度各向异性和基于 各向异性公式的抗隆起分析都将高估杭州软黏土基坑的抗隆起稳定性。

运用对偶积分方程来求解层状横观各向同性地基与墙下条形基础的共同作用问题。从直角坐标平面应变问题控制方程出发，通过傅里叶（Fourier）变换和层间连续性条件，可以得到层状横观各向同性地基的传递矩阵解。基于该传递矩阵解，并利用条形基础与地基接触的混合边值条件，推导出一组关于基础挠度和地基反力的对偶积分方程。考虑墙下条形基础受到竖向集中荷载的情况，利用弹性薄板理论先求解出条形基础挠度；随后应用雅可比（Jacobi）正交多项式和级数展开的方法，将对偶积分方程转化为线性代数方程组进行求解。编制了相应的计算程序，其计算结果与有限元软件ABAQUS的结果基本吻合，从而验证了所提理论的正确性。算例分析表明，板土相对刚度与地基成层性对地基反力、地表沉降和沿z轴竖向正应力有很大的影响。

深部岩体工程处于高应力环境中，开挖破裂后的工程岩体在持续的高地应力作用下具有很强的时间效应，深入研究其峰后蠕变特性，具有重要的理论和实际应用价值。先采用RMT-150B型岩石力学试验系统对完整岩样进行单轴峰前屈服、峰后破裂卸载试验，制备出具有不同破裂损伤程度的峰前屈服、峰后破裂的损伤岩样；再采用RLW-2000型微机伺服岩石三轴流变仪对其进行单轴蠕变试验，研究其单轴蠕变力学特性。研究结果表明：损伤岩样波速与完整岩样相比，均出现了不同程度的降低；损伤岩样各级应力水平下，瞬时应变量均是随着应力水平的增加而逐步增加，且均符合线性函数关系；相同应力水平下，峰后破裂损伤岩样瞬时应变明显大于峰前屈服损伤岩样；各级应力水平下，总体上各蠕变量随着应力水平的增加而逐步提高，且均符合指数函数关系；相同应力水平下，峰后破裂损伤岩样蠕变量明显大于峰前屈服损伤岩样，且随着荷载水平的进一步提高，两者差异程度增加；损伤岩样各瞬时变形模量随着应力水平的增加均逐步提高，两者之间符合线性函数关系；各应力水平下对应的瞬时变形模量存在明显差异，岩样损伤程度越高，瞬时变形模量越低；各损伤岩样在各级应力水平下，改进的西原模型能够较好地模拟其单轴蠕变特征。

基于试验基础上建立的经典弹塑性模型——剑桥模型能够准确描述正常固结土的应力-应变关系。当土体的应力历史上经历过卸载或受到循环交变荷载作用即进入超固结状态，它作为土的应力历史的反映,相比正常固结土受力特性有着显著的差异。为研究超固结因素对土体加载特性的影响，在引入能考虑超固结状态影响的下负荷面剑桥模型后，通过三轴压缩和剪切试验对处于超固结状态下土体的受力特性进行了对比分析，并对循环剪切加载下的应力-应变关系以及超固结比的演化规律进行了研究。结果表明，下负荷面剑桥模型能准确反映超固结因素对土体力学特性的影响，相比原状土有着更高的屈服强度。而通过数值模拟自由场地基在地震作用下的动力响应可以看出,超固结因素对地基的动力响应起到了不可忽略的影响，尤其在强震下更需要考虑其影响。在自由场地基地震动力响应基础上，通过对桩柱结构桩-土耦合系统在地震作用下非线性动力响应的模拟对土体非线性以及超固结因素的影响进行了对比研究，研究表明：土体的非线性因素能显著降低结构振动响应中的高频成分，由于土体在交变加载下很快进入超固结状态，相对于剑桥模型，下负荷面剑桥模型在考虑超固结因素后土体的承载性能显著提高，尤其在强震作用下超固结因素带来的影响更加明显，因此，建议对桩基结构物地震响应研究考虑超固结因素影响，以提高桩基结构物地震响应模拟的精确度和可靠性。

Y形桩作为一种新型反拱曲面异形桩，端阻力在桩身截面上具有不均匀分布的特性。虽将端阻力假定为均匀分布，与假定为集中力相比，附加应力计算结果更符合实际分布规律，但仍存在一定偏差。基于数值模拟结果，建立了Y形桩端阻力的不均匀分布模型，借助数学分析软件Mathematica的NIntegrate数值积分功能，以及Geddes推导应力解的思想，进而得出了考虑异形效应Y形桩桩端阻力作用在地基内部任意点竖向附加应力系数的数值计算方法。以主要影响因素外包圆半径R、模板弧度θ、开弧间距s、夹角弧度δ为变量，分别对比研究了将Y形桩端阻力假定为均匀分布和考虑异形效应的不均匀分布两种模式下附加应力的变化规律，并将考虑异形效应的端阻力产生附加应力计算方法用于沉降计算。对此现场静载荷试验数据表明，考虑异性效应的端阻力产生附加应力计算方法计算沉降与现场试验数据吻合度更高。

针对有机污染场地修复施工过程中出现的冒浆现象，选取2种典型有机污染泥浆，通过多组室内试验，对比分析了4种固化剂的固化稳定效果。结果表明：4种固化剂均有较好的减水效果，典型泥浆I的含水率28 d降幅可达45%，而典型泥浆II的28 d减水效果以固化剂A（5%水泥）最优，其含水率降幅为37%；固化土样孔隙水电导率EC随龄期先升高后降低，其峰值出现在3 d或7 d；固化土样pH值总体随龄期而增大，且典型泥浆II的pH值明显高于典型泥浆I；泥浆固化后qu值随龄期发展而快速增长，且典型泥浆I强度远高于典型泥浆II，并以固化剂A、C固化增强效果最佳，28 d时固化剂C固化的典型泥浆I、II的qu值分别达到233、48 kPa；添加固化剂尤其是含凹凸棒土的固化剂B、D能有效降低有机污染物的浸出，其28 d龄期对典型泥浆I、II的稳定率超过81%。固化泥浆EC、pH值与qu值关系具有明显规律，可反映其强度生长状况。

基于物理和常规变形特性分析，认为某水电站坝基碎屑岩力学特性异常复杂，故采用岩石三轴伺服仪开展了系列的蠕变力学特性试验研究。首先，探讨了轴向、侧向及体积蠕变特性和速率变化规律；其次，分析了蠕变对偏应力-应变特性影响并开展了破坏岩样微细观电镜扫描试验；最后，在采用等时曲线簇法确定长期强度的基础上，以实际延性扩容为依据，认为岩石侧向体积扩容速率大于轴向压缩速率的临界点为快速蠕变破坏的标志，提出确定长期强度的新方法。结果表明，碎屑岩表现出显著的蠕变特性，蠕变曲线主要分为初始衰减和稳态蠕变两阶段，且最后一级应力施加后呈现加速蠕变现象；应力增加导致蠕变变形加剧，最终破坏表现出轴向压缩变形过大、体积延性扩容明显、稳态蠕变速率较大等特点，且蠕变速率与应力符合指数函数关系。岩样长期强度与三向稳态蠕变速率交点和侧向体积扩容应力阀值基本一致，为常规强度的54%～80%。试验结果旨在为相关岩石工程长期稳定分析及蠕变模型构建提供可靠的依据。

为了探讨非饱和含砂细粒土的气体渗透规律，制备不同含水率和干密度试样进行气体渗透试验，并基于多孔介质渗流理论分析进气压力、孔隙比和饱和度等对气体渗透率的影响规律，总结了非饱和土中渗透率的经验公式。试验结果表明，随着进气压力的增加，土样气体渗透率测试值逐渐趋于稳定值；含水率较高时，进气压力对土样气体渗透率的影响程度较大；含水率较低时，土样气体渗透率随进气压力增加而变化幅值较小。气体渗透率随土样含水率的增加（或饱和度的增加）呈减小趋势；当含水率低于最优含水率时，气体渗透率变化较小，但当含水率大于最优含水率后，气体渗透率急剧降低；在最优含水率两侧，土样微观结构的差异（絮凝结构和分散结构）是导致气体渗透率发生突变的主要原因；气隙比可有效表征土体孔隙比与饱和度对气体渗透率的影响规律，气体渗透率与气隙比呈良好的幂函数关系，并采用已有文献中试验数据验证了经验公式的合理性。

为了研究孔隙结构和水动力对悬浮颗粒在饱和多孔介质中沉积和迁移特性的影响，对天然硅粉（悬浮颗粒）和荧光素钠（示踪剂）在饱和多孔介质中的渗流迁移特性进行土柱试验，分别得到了5种不同渗流速度（0.033、0.066、0.132、0.199、0.265 cm/s）、两种不同多孔介质（石英砂和玻璃球）的悬浮颗粒和示踪剂全组合下的20条穿透曲线。根据试验结果，研究孔隙结构、渗流速度对饱和多孔介质中颗粒迁移和沉积过程中水动力作用机制、弥散效应、加速效应的影响。研究表明，悬浮颗粒的穿透曲线可以用一阶沉积动力学对流弥散方程的解析解来描述。随着渗流速度的增大，水动力学作用对颗粒出流浓度的影响越来越大，而孔隙结构的影响则相对减弱。同时，存在一个临界渗流速度值。当渗流速度超出该值时，悬浮颗粒迁移要快于示踪剂，而且临界渗流速度对于玻璃球和石英砂两种多孔介质是不同的；其次，在两种介质中，随渗流速度增大，弥散度增加，回收率和回收悬浮颗粒粒径增大，沉积系数先增大后减小。此外，在孔隙比相近的情况下，悬浮颗粒在玻璃球介质中的回收率要大于其在石英砂中的。可见，孔隙结构和渗流速度是影响饱和多孔介质中颗粒输运的重要因素，渗流速度越大，孔隙结构的作用越明显。

冻融循环作用会改变固化污泥工程特性，影响固化污泥堆体稳定及安全。在封闭系统下对固化污泥进行冻融循环试验，每经历一次冻融循环，就测定固化体的无侧限抗压强度、渗透系数等工程指标，并根据试验结果选取试样进行扫描电镜和压汞试验。研究结果表明：第1次冻融循环作用使固化污泥强度衰减30%，渗透系数增大80%，随后变化幅度逐渐降低；经过约6次冻融循环后，固化污泥强度衰减幅度高达50%，渗透系数增加约1个数量级，随后基本保持恒定，渗透系数的变化较无侧限抗压强度变化表现出微弱的滞后性。随着冻融循环次数的增加，固化污泥孔隙体积逐渐增大，固化污泥强度逐渐降低，渗透系数逐渐增大。在封闭系统下，固化体内部水分结冰引起的总膨胀体积恒定，固化污泥内部水分分布均匀。当冻融循环作用达到一定次数后，孔隙体积不再持续增大，只是在空间上重新融合分布，使各参数逐渐达到恒定状态。研究成果对寒区污泥固化填埋的安全处理处置提供技术参数和指导。

广义位势理论从数学角度出发建立土的本构模型，可克服传统本构理论的不足，而又同时包含了传统理论作为其特例，从而为土的本构模型研究提供新的和适用性更广的理论。以广义虎克定律为基础的邓肯-张模型以其简单方便、参数确定容易且有明确的物理意义而得到广泛的应用，而其最大缺点则是不能反映土的剪胀性；此外，邓肯-张模型采用双曲线函数拟合试验曲线也有一定的局限性。为保留其参数确定简便的优点，并弥补其不足，基于广义位势理论建立了数值弹塑性模型。该模型保留了邓肯-张模型在参数确定方面的简单性，同时由于采用了广义位势理论来建模，不再受广义虎克定律的限制，因而可弥补邓肯-张模型在反映土体剪胀性方面的缺陷。此外，该模型采用数值手段来表示试验曲线的建模方法，可以克服邓肯-张模型采用双曲线函数表示试验曲线方法的局限性，具有更为广泛的适应性。通过对一碎石桩复合土体三轴试验结果的数值模拟表明：基于广义位势理论的数值弹塑性模型计算与试验结果吻合良好，且在反映碎石的剪胀特性方面优于邓肯-张模型，从而初步证明了该模型的合理性及优越性。

通过对青藏饱和粉质黏土进行开放条件下的单向冻结试验，并结合土样冻结过程的图像数据，分析土样在单向冻结过程中冷生构造的发育和冻胀变形的发展规律，得到以下结论：试样冻结稳定所需时间为26 h左右，基本不受顶板温度变化的影响，但土样冻结后形成不同冷生构造带的位置及薄厚与土样顶板温度（顶底板温度梯度）密切相关，顶板温度越低，微薄层状和薄层状构造带的厚度越大，最暖端厚层冰透镜体以及未冻土部分整体状构造带的厚度越小。研究结果还表明，土样的冻胀变形经历了快速冻胀、稳定冻胀和线性冻胀3个阶段，其中线性冻胀阶段是冻胀发展最快的阶段，也是冰透镜体生长最快的阶段。研究成果揭示了土样单向冻结过程中冷生构造发育和冻胀发展的动态过程，为冻胀机制的认识以及冻胀模型的建立与验证提供了试验基础。

基于亚像素角点检测的数字图像测量系统能够记录三轴试样表面方块角点的位移，从而获得试样表面每一时刻的局部应变及应变场。分析了试样不同位置的局部径向应变在剪切过程中的变化，获得了以不同初始成样含水率制备的松砂和密砂试样在不同特征时刻的应力与应变的特征值。通过轴向应变场的变化分析了从应变局部化出现到剪切带发育、形成的这一完整的渐进破坏过程，总结了剪切带形成时的局部最大轴向应变特征值，并定性地分析了剪切带内、外土体在渐进破坏过程中不同的轴向应变增长率。试验结果表明：在应变场中试样应变局部化明显，并可以依此确定应变局部化的出现、剪切带的形成；对于密砂及初始含水率为0%制备的松砂试样，应力在应变局部化出现之初即达到峰值，剪切带形成时应力已经开始下降，进入应变软化阶段；以初始含水率为6%和12%制备的松砂试样在达到应力峰值时剪切带已经形成；剪切带内土体的局部轴向应变增长幅度比剪切带外的土体大得多。试样整体轴向应变的增大主要是由剪切带内土体剪切破坏产生的较大轴向应变所致。

我国西部地区地势复杂，沟壑纵横，地下开采极易导致边坡失稳，引发采动滑坡。在地下采动沉降与滑坡体挤压上升的叠加影响下，谷底区域地表沉降值明显小于类似地质采矿条件下的平原地区。为准确预测山区谷底区域地表沉降值，基于简支梁的弹性变形理论，并借助概率密度函数建立了山区谷底区域地表沉陷预计修正模型，明确模型参数物理意义及其取值方法。依据修正模型，以实测值和预测值之差平方和最小为原则构建适应值函数，基于模拟退火粒子群算法提出新的模型参数反演方法，借助MATLAB语言编制了相应的参数反演程序。最后将研究成果应用于山西某矿，得到谷底区域预测结果中误差为73 mm，与实测值基本一致，取得了较好的工程实践效果。

针对原有三维膨胀本构模型的局限性，以富水泥质板岩隧道围岩的膨胀问题为出发点，采用侧向约束下的膨胀特性试验，修正了泥质板岩侧向约束下的轴向膨胀率与吸水时间的关系及膨胀过程中的一维本构关系；基于金尼克条件，考虑整个膨胀过程以及最大和最小膨胀应力对膨胀本构方程的贡献，以最大体积膨胀率对应的时间为临界时间，分段描述泥质板岩基于时间效应的三维膨胀本构模型。研究结果表明：泥质板岩在膨胀过程中轴向应力和膨胀率之间呈负对数函数关系；当吸水时间小于或等于临界时间时，侧向约束下的轴向膨胀率与吸水时间之间的关系式服从指数函数，体积膨胀率服从含时间效应的三维膨胀本构模型；当吸水时间大于临界时间时，侧向约束下的轴向膨胀率不再随时间变化，等于侧向约束下的最终轴向膨胀率，且体积膨胀率不再服从本构模型，等于定值（最大体积膨胀率）。研究成果可为解决富水软岩隧道围岩的膨胀问题提供理论参考。

基床级配碎石在外界雨水侵入时含水状态发生改变对其变形特性不利，从而影响行车安全，但目前研究含水率对基床级配碎石变形特性的成果甚少，为进一步揭示不同含水状态下基床级配碎石的变形特性，对不同含水率的级配碎石试样开展了多组大型静动三轴试验。首先，通过静三轴试验探讨了含水率对级配碎石应力-应变关系和强度特性的影响；然后，基于动三轴试验，重点研究了含水率、动应力水平对累积应变随荷载作用次数发展规律的影响；在此基础上，建立了综合考虑含水率、荷载作用次数、动应力水平相互耦合作用的累积应变预测模型。基于含水率为5.0%和7.3%的累积应变试验结果，确定了模型中的待定参数，通过含水率为8.6%的试验结果验证了其正确性和合理性，此模型不仅克服了不同动应力水平下累积应变计算模型的分散性，而且能够直观地体现出含水率对累积应变的影响。

通过对泥浆制样法制备的冻结粉质砂土的单轴压缩试验，系统地研究了冻结砂土在一个宽泛应变率以及含水率范围内的单轴压缩破坏应变特性和线弹模量特性。结果表明：随着应变率的增加，当含水率为12.0%，破坏应变逐渐增大；当含水率在16.7%～24.0%范围内时，破坏应变先增大后减小；当含水率大于等于30.6%时，破坏应变逐渐减小，3种情况下破坏应变最终都逐渐趋于稳定。破坏应变随含水率增加而先急剧增大到一个最大值，然后急剧减小，当含水率超过41.5%时，基本趋于冰的破坏应变。线弹模量先随着应变率的增大而非线性增大到一个最大值，然后应变率的继续增大使线弹模量逐渐减小，线弹模量与应变率的关系满足二次抛物函数规律。在温度为 2.0 ℃，应变率小于4.67×10-3 s-1的条件下，线弹模量随着含水率的增大而非线性增大，直至最后趋于冰的线弹模量；而在大于等于该应变率的条件下，随着含水率的增大，线弹模量先增大到一个最大值，然后减小趋于冰的线弹模量。当温度为 5.0 ℃时，类似的应变率临界值为1.00×10-2 s-1。

为研究中主应力系数和大主应力方向角对各向异性软黏土变形特性的影响，利用GDS空心圆柱扭剪仪对温州原状软黏土进行了一系列不同中主应力系数和大主应力方向角的排水定向剪切试验。试验过程中在大主应力方向角和中主应力系数不变的条件下，逐渐增加剪应力直至试样破坏。分析了中主应力系数和大主应力方向角对温州原状土偏应力与大主应变关系、体应变、中主应变和小主应变与大主应变关系的影响。试验结果表明：试样的应力-应变关系在中主应力系数和大主应力方向角不同时表现出明显的各向异性。当中主应力系数为0.00和1.00时，大主应力方向角对应力-应变关系的影响较小；而当中主应力系数为0.50时，应力-应变关系中的割线剪切模量随大主应力方向角变化明显。当大主应力方向角为30°时，随着中主应力系数从0.00增加到0.50，中主应变由压缩状态变为拉伸状态；当大主应力方向角为45°时，随着中主应力系数从0.00增加到1.00，中主应变由压缩状态变为拉伸状态。

锦屏一级拱坝坝高为305 m，是世界上最高的拱坝。但是，其坝基岩性较差，f5、f8等断层在建基面出露，基础严重不对称等地质复杂性给锦屏一级拱坝的极限承载力分析评价带来很多不确定性。基于变形加固理论，使用三维非线性有限元程序TFINE，采用直接法和正倒垂测点监测值反演蓄水期坝体混凝土弹性模量和基础变形模量，并验证反演参数在锦屏一级蓄水期预测和极限承载力分析中的适用性。使用反演参数，对坝体正常运行的应力、位移进行仿真分析；采用屈服区、不平衡力、塑性余能范数、整体稳定性安全系数等指标，基于工程类比法，全面评价锦屏一级拱坝的极限承载力。对比反演参数和设计参数的计算结果，验证了设计参数的可靠度。结果表明，锦屏一级拱坝起裂安全系数K1为2倍超载，极限承载安全系数K3为8倍超载，锦屏一级拱坝具有较高的极限承载力，整体稳定性是有保证的。

为了研究隧洞纵向位移（LDP）释放率对双护盾隧洞掘进机（TBM）围岩变形及护盾压力的影响，在FLAC3D中采用应力释放法对LDP曲线实现了较好的控制，并指出采用计算时间步控制的缺陷，在考虑护盾与围岩之间不均匀间隙情况下，详细分析了应力释放率对TBM掘进中围岩LDP曲线变化规律、护盾所受挤压力及围岩塑性区的影响。得出了以下结论：（1）不同岩体力学参数下，LDP曲线受应力释放率的敏感程度不同；（2）随着应力释放率的逐渐增加，围岩LDP曲线特征及与TBM护盾相互接触的部位有所不同，TBM护盾接触挤压力和所受摩擦阻力逐渐增大；（3）护盾外围塑性区的形状与应力释放率和护盾与围岩之间的不均匀间隙有关，当在较大的应力释放率下，塑性区呈现自上而下逐渐减小的特征。

依据实际工程边坡案例，研究利用施工监测资料联合边坡稳定分析三维数值模拟确定临危边坡锚固方案的方法。研究表明，根据连续的监测资料可确定边坡内部剪切位移带的位置、发生区间和开始时间，据此可推测边坡潜在滑移面的位置和形状；边坡稳定分析有限元法三维模拟可以考虑坡体断面形态变化对坡体稳定和变形的影响，计算结果更具有合理性；以三维数值计算得到的坡体外部变形拟合实测变形和滑动面，依据临危边坡所处的极限平衡条件，可以确定坡体当前状态的等效力学参数；根据等效力学参数，通过三维模拟可以确定坡体最终形态下的潜在滑动面形状和位置，从而合理地确定加固锚索的长度和密度；工程运行情况表明，由此确定的加固方案是可靠的。

合理的开挖面空间效应方法是充分调动与发挥围岩自承载能力的前提，对2种代表性的开挖面空间效应方法：T-N(09)支护力系数法和V-D(09)位移释放系数法，进行了来源、因素考虑、适用范围、空间效应实现及收敛约束差异等的定性与定量比较。研究结果表明：2种开挖面空间效应方法都易与围岩特征曲线相结合，便于实际工程应用，且在一定参数范围内二者具有很好的一致性；T-N(09)支护力系数法仅适用于理想弹-塑性围岩，得到的支护压力偏小、围岩稳定变形偏大，应对其材料模型及参数范围进行有效拓展；V-D(09)位移释放系数法适用于各种弹塑性围岩，能较直观地反映开挖面空间效应的变化及影响范围，具有广泛的工程应用前景。

为了防止类似淮南顾北矿1202（3）上提工作面再次发生突水压架事故，根据上提工作面覆岩破断特征，建立了自然拱覆岩结构力学模型，推导出低冒拱和高冒拱的拱高计算式，研究了工作面顶板断裂位置对支架载荷的影响，分别计算出松散含水层在自然拱内、拱外两种条件下的覆岩载荷，确定了滑落失稳和挤压变形失稳的压架判据。研究表明，上提工作面受到松散含水层内水的影响时，易形成高冒拱结构，拱内松散层重度增加，铰接岩块之间的接触力减小，承载关键层受到松散含水层内的水压影响，造成支架上的载荷急剧增大，导致上提工作面易发生突水压架事故。然而影响工作面突水压架既有地质因素，又有开采技术因素，盲目地增加支架工作阻力未必能降低工作面压架风险，支护成本必然急剧增加。基于此，定义了无量纲的压架敏感度指标，分析了压架因素的敏感性，并针对压架敏感性较高的因素，提出了“适当控制采高，开切眼顶板强制放顶，防止直接顶悬顶，采前疏水降压，加固工作面煤壁，提高支架支撑力，合理的设备选型，保证合理的工作面推进速度”等防压架对策，为类似条件下上提工作面安全开采提供一些理论指导。

以典型陡倾结构面条件下的金属矿山——程潮铁矿西区为例，通过对矿区的地表变形监测资料及宏观破坏特征分析，认为矿区的岩层移动分为2个阶段，第1阶段为采空区顶板岩体破坏扩展至地表引起塌陷阶段；第2阶段为采空区周边围岩向采空区的倾倒破坏阶段，并得出了倾倒滑移区的地表岩体变形规律：岩体主要发生水平移动，水平移动值大于沉降值；变形先以缓慢变形为主，然后进入一个快速变形阶段，存在明显的转折点；开采沉陷和地形引起的应力同向叠加作用，使得地表岩体沿下坡方向的变形值增大，特别是水平移动值。同时揭示了矿区岩层移动角的分布特征；南部岩层移动角大于北部，究其原因是北部受最为发育的NNW、NNE结构面影响，倾倒破坏较为严重。所得成果为其他类似的金属矿山工程提供可借鉴的规律。

工程中预裂爆破参数确定方法通常为经验类比法。该方法以经验公式为基础，存在理论依据较为缺乏等缺点。为此，引入岩石爆破损伤、应力波和爆生气体共同作用等理论，在考虑岩石初始损伤等影响因素的基础上，提出预裂爆破参数计算式。基于提出的理论方法，在现场开展了预裂爆破试验。针对爆破试验，比较了采用经验类公式和提出的理论计算式得到的线装药密度，并对爆破效果进行了分析。试验结果表明，预裂爆破效果良好。考虑爆破损伤效应的爆破参数确定方法比经验类比法合理。最后，在提出的理论计算方法基础上，给出了实际工程中确定预裂爆破参数的建议。

在赣龙铁路汀州隧道地震波反射法超前地质预报的基础上，选取地震波记录较好的57次测试成果，通过地震波激发炮孔段围岩水平、竖直方向横波波速差异性的统计分析，对围岩的各向异性进行研究。数据分析表明：围岩水平和竖直方向的横波波速不同，表现出不同程度的横波各向异性；赣龙铁路汀州隧道围岩总体上表现出竖直方向的横波波速高于水平方向的各向异性特点，围岩横波各向异性系数绝大部分在±10%以内，动弹性模量、动剪切模量、动泊松比各向异性系数的分布范围分别为-15%～15%、-20%～20%和-20%～15%；围岩的各向异性程度与围岩级别、地震波纵波波速和隧道埋深有较密切的关系；当围岩的地震波纵波波速在3 800～5 000 m/s之间或隧道埋深在60～100 m之间时，横波各向异性系数离散程度较大；在测试的Ⅱ～Ⅴ级围岩中，Ⅳ级围岩的横波各向异性离散程度最高，Ⅱ级围岩的最低。

采场范围内存在的结构体严重影响地下矿山安全生产，分析不同回采顺序下采场结构体可移动性具有重要意义。以块体理论为基础，结合空场法开采的采场空间属性，分析了结构体在采场内的一般嵌套模式。运用GeneralBlock程序建立了采场结构体模型，对采场内结构体的类型、体积和位置等元素进行了解构。利用矢量方法分析了不同回采顺序下采场结构体可移动性，并利用力学方法分析了考虑岩桥破坏时的矢量不可动结构体的回采移动性，推导了结构体破坏岩桥移动的条件公式。以铜坑矿锌多金属矿体1#矿块采场为样本，进行了回采可移动性实例分析，结果表明：一端至另一端后退回采时，4个结构体滑动；中间至两端后退回采时，7个结构体滑动，1个结构体破坏岩桥后滑动；上向水平分层回采时，4个结构体滑动，2个结构体掉落。研究成果可为地下矿山裂隙矿岩空场法回采顺序的合理选择及采场安全管理提供技术指导。

为了预测地铁深基坑开挖阶段围护结构的变形特性，从围护结构综合刚度的角度研究了软土地区地铁深基坑的围护结构设计方法。鉴于Clough综合刚度模型存在诸多缺陷，提出了新的MVSS综合刚度模型，其包含了围护墙（桩）刚度、基坑深度、支撑刚度、支撑水平及竖向间距、地基加固等多个变量，反映了基坑围护结构的整体属性。从有限元计算及地铁基坑实测变形等角度验证了MVSS综合刚度合理性，并建立了地铁深基坑围护结构侧向变形与基坑围护综合刚度之间的函数算式。该算式为基坑围护结构的变形预测提供了新的思路与方法。基坑围护结构最大侧向变形与基坑MVSS综合刚度呈递减函数关系，但当其MVSS综合刚度增大至一定程度后，其继续增大对基坑围护结构变形的进一步控制效果甚微。

在实际工程中，常见天然的或通过人工换填形成的上部砂土、下部黏土的层状地基，目前关于这种双层地基极限承载力和破坏机制研究还不够深入。通过有限差分法建立双层地基数值模型，分析基底粗糙程度、砂土剪胀角和超载对地基破坏模式及极限承载力的影响，并根据有限差分法计算结果对强度加权平均法、应力扩散法和冲剪破坏法等现有实用计算方法的估算正确性进行评价。研究结果表明，基底粗糙程度对极限承载力的影响随着砂土内摩擦角的增大而减小；当剪胀角较小时，剪胀角变化对承载力的影响更为明显；当下层黏土强度较小时，超载的作用更明显。强度加权平均法由于低估破坏面影响深度导致砂土层权重较大，计算结果偏大；应力扩散法忽略了砂土剪切强度，在砂土层较厚时出现低估；冲剪破坏法由于可较为精确地计算砂土破坏面上抗剪强度和被动土压力，是3种实用方法中计算最准确的，当砂土厚度和黏土强度较大时，建议按太沙基经验公式对下卧黏土进行局部剪切破坏修正后确定极限承载力。

海上风力发电机属于高耸结构物，其地基基础不仅要承受上部结构传递的竖向荷载V、水平荷载H，更要抵抗巨大的弯矩荷载M。单桩复合筒型基础是新型的海上风力发电机基础型式，建立复合加载模式下单桩复合筒型基础地基的破坏包络线，并据此评价其稳定性是地基基础设计的重要手段。在Swipe加载方法和固定位移比加载方法的基础上，通过数值分析研究了不排水饱和软黏土中单桩复合筒型基础在V-H、V-M、H-M和V-H-M加载模式下的地基承载力包络线，开展了室内模型试验，验证了数值分析结果的可靠性。研究表明，V-H和V-M加载模式下地基承载力包络线具有对称性，而H-M加载模式下呈非对称性；V-H-M加载模式下地基承载力包络线的形状受弯矩荷载M的影响显著，表现为随着弯矩荷载的增加，V-H平面内的破坏包络线逐渐缩小。实际工程中，可根据受力状态与破坏包络面的相对关系，评价单桩复合筒型基础的稳定性。

基于格子Boltzmann方法，采用D2Q9基本模型，上、下边界采用非平衡外推格式，左、右不透水边界及土颗粒采用反弹格式设置边界条件，对土体细观渗流场进行数值模拟。首先将试验测得物理单位的数据转化为格子单位，然后用Matlab编制程序，对CT扫描切片进行处理，生成土体细观的数据结构，最后把格子单位表示的结果再转为物理单位，分析了渗流流速的变化规律，得到了整体和局部渗流场的分布情况。分析结果表明：（1）孔道处的流速U随着入渗时间的延长而逐渐达到一个相对稳定值，进而得到流体从开始入渗至稳定状态经历的准确时间T；（2）平均渗流速度由入口处沿y轴负方向逐渐递减，且小于入口处的平均渗流流速；（3）渗流量主要受控于通道的连通性、孔隙大小，最大渗流速度集中在通道的窄孔道处，封闭的孔道和孔隙渗流速度为0。格子Boltzmann方法能有效地对CT扫描得到的2D切片进行数值模拟，可以定量、准确地研究真实土体渗流场的变化机制。

以大型地下洞室为背景，采用隐式锚杆柱单元模拟黏结式岩石锚杆，推导了杆体对围岩模型的附加刚度贡献模型。根据中性点理论，假定锚固体界面的剪切滑移模型，导出了锚杆与围岩相互作用下的荷载传递基本微分方程。基于三维弹塑性有限元增量法计算的围岩离散位移，采用插值拟合获得造成锚杆变形的围岩连续位移，通过求解微分方程得到锚固体界面剪应力和轴向力分布函数。将获得的锚固体剪应力采用等效附加应力模型作用于岩体，反映了锚杆的支护效应。实例分析表明，锚杆新算法能较好地模拟锚杆支护效果。获得的锚固体受力分布特征符合中性点理论，锚固体界面剪应力分为正、负两段，锚固体轴向力分布为单峰曲线。此外，新方法的计算值与实测值较为接近。

随着扩展有限元理论的深入研究，利用扩展有限元方法模拟水力压裂具有了一定的可操作性。相比于常规有限元方法，XFEM方法具有计算结果精度高和计算量小的优点。但是，如何模拟射孔孔眼、如何模拟流体与岩石相互作用以及分析水力裂缝的扩展规律仍然是难题。以研究水力压裂裂缝扩展规律为目的，建立了岩石多孔介质应力平衡方程、流体渗流连续性方程和边界条件。通过有限元离散化方法对耦合方程矩阵进行处理。通过富集函数定义初始裂缝（射孔孔眼），选择最大主应力及损伤变量D分别作为裂缝起裂和扩展判定准则，利用水平集方法模拟水力裂缝扩展过程。数值模拟结果显示：增加射孔方位角、压裂液排量和减小水平地应力差，起裂压力上升；黏度对起裂压力无明显影响。增加射孔方位角、压裂液排量、黏度和减小水平地应力差值有助于裂缝宽度的增加。增加水平地应力差值、压裂液排量和减小射孔方位角以及压裂液黏度有助于裂缝长度增加，反之亦然。基于ABAQUS的水力裂缝扩展有限元法可对不同井型和诸多储层物性参数及压裂施工参数进行分析，且裂缝形态逼真，裂缝面凹凸程度清晰，结果准确。此研究可作为一种简便有效研究水力压裂裂缝扩展规律的方法为油田水力压裂设计与施工提供参考与依据。