黏土的热-力耦合本构模型研究在许多工程领域，尤其是核废料地下处置方面有着十分重要的工程意义。根据Boom 黏土的在不同温度下的三轴与固结试验的结果，综合考虑了温度对黏土的强度与弹性模量的影响，在Drucker-Prager（简称D-P）帽盖模型的基础上，引入了硬化方程和热损伤、力学损伤的演化方程，建立了适用于黏土的热-力耦合弹塑性损伤本构模型。将模型在ABAQUS中进行了二次开发，根据试验结果反演得到了Boom黏土的模型参数。利用所建立的本构模型，对比利时HADES试验室中的ATLAS III 现场试验进行了数值仿真，计算结果表明，模型的计算结果与现场实测的结果能较好地吻合，证明了模型的合理性。

以墙后为无黏性填土的竖直刚性挡土墙作为研究对象，假定墙后土体中形成圆弧形土拱，考虑水平土层间的剪应力，修正了水平层分析法，从而得到平动模式下主动土压力分布、合力大小及其作用点位置的表达式。通过与模型试验结果和现有理论成果的对比分析，证明了修正方法的合理性。参数分析表明，水平土层间的平均剪应力受墙土摩擦角、填土内摩擦角等因素的影响，与主动土压力一样沿墙高为非线性分布。同时，考虑水平土层间剪应力作用得到的侧向主动土压力系数、主动土压力合力与不考虑剪应力作用的理论解答相同，但合力作用点位置高于库仑解，且低于不考虑剪应力作用的理论解答。

降雨入渗分析是预测降雨诱发滑坡的关键因素之一。Green-Ampt模型原理简单、使用方便，在浅层滑坡的降雨入渗分析中有很大的应用潜力，但该方法主要适用于初始含水率为均匀分布的情况。基于这一不足，推导了初始含水率为非均匀分布条件下降雨入渗深度和时间的关系，并给出了基于Runge-Kutta原理的数值解法。当初始含水率为均匀分布时，提出的方法可简化为文献中已有的Green-Ampt模型。当初始含水率为非均匀分布时， Richards方程预测所得的孔隙水压力分布图中土体饱和区和未受降雨影响的非饱和区之间存在一个较窄的过渡段，由新模型计算所得的湿润锋穿过这一过渡段，且靠近饱和部区的底部。总体而言，新方法计算所得的孔隙水压力分布与Richards方程求解结果类似。

利用岩石声波-声发射一体化测试系统与应力加载装置，系统地研究了三轴压缩试验中盐岩的变形破坏特征与声波声发射活动规律。结果表明：（1）三轴加载试验中，盐岩的破坏过程分为压密与弹性压缩阶段、裂纹产生与稳定增长阶段、裂纹加速增长阶段和应变硬化阶段。阶段Ⅰ中，盐岩纵横波波速略微上升，并伴随少量的声发射事件；阶段Ⅱ中，盐岩的声发射活动开始活跃，超声波波速稳定；阶段Ⅲ和阶段Ⅳ中，岩石的声发射事件数量大幅度上升，纵波波速保持稳定，横波波速呈现明显地下降趋势。（2）盐岩的声波与声发射特征与试验围压应力密切相关。围压水平越低，受载盐岩破坏过程中的波速变化率越大；围压水平越高，盐岩超声波波速变化率越小。根据对试验数据的分析，当盐岩轴向应变达到10%，围压条件为5、10、15、20 MPa时盐岩的声发射事件数量分别为16 271、8 764、3 041、906个，围压对盐岩破坏过程的声发射活动有较大的影响，显示了围压致密效应。

渗透特性是表征黏性土层防渗能力及防污性能的关键控制因素，黏土衬垫渗透系数的正确选择对保证垫层的防污效果具有极其重要的意义。采用柔性壁渗透仪，通过室内试验研究了混合重金属离子共存情况下侵蚀饱和黏性土的渗透特性变化规律。试验结果表明，将可溶性铜、铬离子混合与铜、锰离子混合溶液作为渗液，黏性土渗透性均随着掺入离子浓度比例的增大而逐渐增强，且相同试验条件下，铜、铬离子混合溶液作为渗液测得的黏土渗透系数值大于铜、锰离子混合溶液作为渗液测得的渗透系数值。混合重金属离子的存在削弱了黏土垫层作为工程防污屏障服役的能力，并对黏土层的水力传导性起到了劣化作用。试验土样微观结构分析表明，渗液特性的改变影响了土样内部的微观结构，随着渗液混合离子质量比的增大，土样中出现了凝聚体且有效输运孔隙通道增大，与宏观渗透特性的变化规律相吻合。研究结果能够为有效评估黏土防污屏障的防渗隔污能力及研究堆场渗液在黏土垫层中的运移机制提供参考。

考虑地基沉积过程中产生的竖向和水平向力学性质的差异，对横观各向同性地基中管桩扭转振动频域响应进行了理论研究。基于横观各向同性材料的本构关系以及桩-土耦合扭转振动，建立了桩土系统定解问题，通过Laplace变换和分离变量法求得了桩周土和桩芯土扭转振动位移形式解。通过桩-土接触面的连续条件，求得了管桩扭转频域响应解析解，并得到了桩顶复动刚度和速度导纳的表达式。将所得解退化到横观各向同性地基中实心桩解以及均匀地基中管桩解，并与已有文献进行了对比，验证了解的合理性。通过数值算例，分析了桩周土和桩芯土的横观各向同性力学参数对桩顶扭转复刚度及速度导纳的影响。

岩石锚杆基础作为风电机组基础的一种特殊基础型式，可以充分发挥原状岩体的力学性能，具有良好的抗拔性能。已有研究表明，小而非零拉伸截断改进的Mohr-Coulomb（简称M-C）强度准则更适用于描述岩体的破坏特性。基于小而非零拉伸截断改进的M-C强度准则，建立破坏面上单位面积的能量耗损率表达式。从塑性力学极限分析上限定理出发，构建岩楔体平移破坏机构。根据外部作用荷载和岩楔体自重所做的外功率与沿岩楔体圆破坏锥面的能量耗损率相等的条件，建立虚功率方程，并由此得到了岩石锚杆极限抗拔承载力的计算公式。经原型试验验证，推导公式所得计算值与实测值一致性较好，具有一定的可靠性，且能满足工程实际应用要求。

采用研制的真三轴仪对水泥土进行等小主应力 、等中主应力参数b真三轴试验，研究中主应力参数、小主应力对水泥土应力-应变特性的影响。试验结果表明，相同?3条件下，水泥土应力-应变曲线的初始切线模量、破坏强度均随b的增大而增加，破坏时的大主应变则随b值的增大而减小；水泥土破坏强度与中主应力参数b近似呈线性关系，直线斜率随?3的增加而增大。对于相同b值，水泥土的应力-应变曲线初始切线模量、破坏强度、破坏时的大主应变均随?3的增加而增大；水泥土破坏强度与?3近似呈线性关系，且随b值的增大，线性关系更加明显。随着中主应力和?3的增大，水泥土应力-应变曲线逐渐由软化型向硬化型过渡。破坏应力比则随?3的增加和b值的增加而逐渐降低。获得了水泥土的广义Tresca准则和广义Mises准则模型参数，对比分析表明广义Tresca准则更适用于水泥土。

将饱和软黏土中钻孔灌注桩孔壁稳定性问题视为半无限体内柱形孔的卸荷收缩问题。基于SMP准则改进的修正剑桥模型，采用应力空间变换方法推导了柱孔卸荷收缩问题的弹塑性解答，得出了孔壁临塑支护荷载和孔壁颈缩的解析表达式。在此基础上，提出了维持孔壁稳定所需最小泥浆重度和孔壁稳定安全系数的计算方法，并对影响钻孔稳定性的因素进行了研究。研究结果表明，饱和软黏土中钻孔灌注桩孔壁卸荷屈服后，孔壁周围土体处于弹塑性状态，钻孔颈缩量大，孔壁稳定安全系数较小；在泥浆支护条件下，饱和软黏土中钻孔灌注桩孔壁稳定性取决于土体重度、超固结比、土体内摩擦角及泥浆重度等因素，而与钻孔深度和孔径无关；土体超固结比和内摩擦角越大，维持钻孔稳定所需的临界支护压力和最小泥浆重度越小。在实际工程中，应在保证最小泥浆重度的条件下结合工程具体情况合理选取泥浆比例。

结构面是影响岩体弹性模量的主要因素。基于岩体结构面参数统计，结合岩体应变能推导出的节理岩体本构关系，能够真实地反映岩体弹性模量的弱化和各向异性。在此基础上，以吉图珲铁路隧道围岩为例，研究了岩体弹性模量特征及影响因素。结果表明，该岩体弹性模量的弱化和各向异性程度随应力轴线与结构面法线的夹角而变化，并在夹角值为54.5°时达到最大；同时，岩体弹性模量的弱化与结构面内摩擦角和黏聚力成反相关，与结构面平均半径和密度呈正相关。当结构面半径超过3 m时，岩体弹性模量弱化趋于稳定。应力环境对弹性模量同样有影响，围压的增大，可使岩体弹性模量增大，同时减小了其各向异性和弱化的程度。当围压达到2.32 MPa时，各向异性及弱化现象消失。

经典土压力理论的应用是基于半无限土体，但当墙后土体范围有限时经典土压力理论可能就不再适用，出现有限土体土压力问题。针对较复杂条件下无黏性土的有限土体土压力问题，建立了计算模型，并采用薄层单元法推导出解析公式，证明经典的郎肯土压力和库仑土压力皆为所提出的新公式的特解。在综合考虑不同计算条件后，制定土压力计算流程，涵盖了各个条件下土压力计算方法。通过计算分析表明：极限破裂角不为定值，随计算参数的变化而变化；不存在有限土体时，所提新公式解与库仑解较接近；出现有限土体时，新公式解趋近于模拟解，从而证明了新公式解的合理性。此时与库仑解相比，则存在明显差异。

为研究隧道突水、突泥过程中断层及围岩各物理场变化规律，根据地质力学模型试验相似原理，通过大量多组别配比试验，研制出适用于流-固耦合模型试验的新型断层及围岩相似材料。其中，断层相似材料以砂为粗骨料，滑石粉为细骨料，石膏、膨润土作为胶结剂，液态石蜡作为调节剂；围岩相似材料以砂为粗骨料，重晶石粉、滑石粉为细骨料，白水泥及乳胶作为胶结剂。通过大量室内试验，对比分析原岩及相似材料变形特征及强度破坏特性，重点对单轴抗压强度、渗透系数、重度、泊松比、弹性模量等重要变形及水理特性参量进行调控，系统研究不同配比对材料参数的影响规律。试验结果表明：该材料力学参数变化范围广、性能稳定、操作工艺简单，可用来模拟不同渗透系数的低、中等强度岩体材料。将该相似材料应用于吉莲高速公路永莲隧道断层突水、突泥三维地质力学模型试验中，力学性能及水理特性均达到试验要求，能够有效地模拟突水、突泥的发展演变过程，真实反映断层灾变过程中各物理场响应规律。

为研究复杂应力路径下粉质黏土强度特性，利用TSW-40型土壤真三轴仪，开展了不同试验条件下粉质黏土的真三轴试验。研究了真三维应力状态下粉质黏土应力-应变曲线变化规律，探讨了含水率、固结围压和中主应力比等试验条件对粉质黏土强度的影响规律，对比分析了真三维应力状态下 平面上粉质黏土试验值与Mohr-Coulomb（简称M-C）强度准则和双剪强度准则的差异。研究结果表明：真三维应力状态下粉质黏土的广义剪应力-剪应变曲线主要表现为应变硬化型。粉质黏土强度随中主应力比和固结围压的增大而增大，随着含水率的增大而减小。 平面上粉质黏土的强度包络线随静水压力 的增大向外逐渐扩展，随含水率 的增大向内逐渐收缩。 平面上M-C强度极限线和双剪强度屈服极限线与试验值对比分析表明，M-C强度准则描述土体强度时结果偏小，采用双剪强度准则时结果偏大。

上海第4层黏土是典型的结构性海相软土，用一个本构模型统一地模拟不同应力路径下的力学特性对数值计算具有重要意义。对UNIFIED模型的结构性及超固结发展函数进行了改进，并提出了一种确定原状土材料参数和初始状态的方法。为了验证修正模型的正确性，用块状取土法取得上海第4层原状土样，进行了固结试验和三轴排水、不排水剪切试验。通过比较试验结果和本构模拟结果，明确了新的本构模型仅用一组材料参数就能统一地模拟上海第4层黏土在固结、排水及不排水三轴试验得到的应力-应变关系。模拟结果揭示了上海第4层黏土的结构比较稳定，即使在经历三轴剪切发生35%轴应变后仍能保持较高位的结构性。

改变边界温度和土样高度，对饱和粉土进行了冻结试验，研究其水分迁移、水分重分布、冻胀和冰透镜体的发展规律。试验结果表明：当温度稳定时，水分持续迁移到冻结锋面附近，含水率急剧增大，易形成冰透镜体。饱和粉土冰透镜体几何形态较为规则，无枝状交叉结构，已冻土为整体状且无网状裂隙。冻结过程中存在起始冻胀时间，在起始冻胀时间之前，土中水分被排出，冻胀发生之后水分补给到冻土中，且补给水分产生的冻胀量和总冻胀量数值接近。土样高度影响水分迁移量和冻胀量，土样越高，冻胀量越小，冻土含水率增量越小，但水分增量分布区域越分散，且起始冻胀时间越长。

以福州市二环路金鸡山隧道扩建工程为背景，设计制作了特大断面隧道的1/30缩尺模型，并在福州大学土木工程实验中心的双向地震模拟振动台上，完成了21种工况下的模拟地震动试验。对试验数据进行傅立叶分析，发现浅埋条件下特大断面隧道的存在，显著地改变了原场地的动力特性；第一卓越频率主要体现原场地的动力特性，而第二卓越频率主要体现衬砌结构的动力特性。对试验数据进行频响分析，发现地震波自下而上传播至衬砌结构顶部以后，其第二卓越频率附近的频率成分发生了显著增益；其最大增益频率大致等于第二卓越频率。分析特大断面隧道动力特性与输入地震动幅值的关系，发现经历大振幅地震波激励后，衬砌结构上裂缝发展较为显著，其整体刚度明显降低，从而导致第二卓越频率和最大增益频率出现较为明显的下降。基于上述研究成果，进一步提出了特大断面隧道抗震设防的工程建议。

为了研究土体结构破坏对软黏土一维变形的时效特性的影响，在Bjerrum的等时间线体系基础上，提出了等黏塑性应变率线等黏塑性应变率线概念，建立了非结构性软黏土的一维弹黏塑性模型；为了描述土体结构渐进破坏特征，定义了结构性参数——结构应变，在非结构性模型的基础上推导了结构性软黏土一维弹黏塑性模型；讨论了通过试验法直接确定模型参数的方法，并利用新建模型对温州天然软黏土的一维常规压缩试验、天然Ariake 黏土的分级快速固结试验、结构性Berthierville黏土的一维等应变率压缩试验及长期蠕变试验进行模拟。模拟与试验结果的对比表明，该模型能较好地描述结构性软黏土一维压缩变形的时效特征。

采用离散元方法，利用半径扩展法和重力沉积法分别生成具有初始各向同性和各向异性内结构的试样，并开展三轴不排水压缩和拉伸试验，研究不同制样方法产生的初始各向异性对砂土宏微观力学特性及其临界状态的影响。运用组构张量对砂土的各向异性进行量化，分析不同初始组构各向异性对组构张量演化的影响并确定了组构张量的临界值。试验结果表明：初始组构各向异性对试样的剪胀性有重要影响，由于受重力影响形成初始各向异性，其各向异性程度越大、组构方向与加载方向越一致，剪胀性越显著；初始组构各向异性对试样的临界状态没有影响，砂土的组构张量具有唯一的临界状态值。

水流的冲刷效应会导致桩身周围土体的减少及土体应力状态的改变，而对沉箱加桩复合基础的动力特性产生显著的影响。提出了动力Winkler模型，建立了沉箱加桩复合基础受冲刷后考虑应力历史改变影响的动力阻抗计算方法，并通过与海绵边界动力有限元方法的对比，验证了其合理性。对沉箱加桩复合基础工程实例计算结果表明，冲刷对复合基础的动刚度及阻尼有比较显著的影响，且随着冲刷深度的加大，影响更为显著。仅考虑基础侧向土体的减少是不够的，应力历史的改变还会进一步弱化基础承载特性，从而放大结构动力响应，对忽略土体应力历史改变而计算的动力阻抗值是相对偏大的，且应力历史的改变会明显增加基础的共振幅值，但对共振频率大小无明显影响。

基于对数螺旋破坏模式，考虑黏土的非均质特征，采用极限分析上限法推导了盾构隧道掌子面支护力计算公式，通过优化计算得到了不同条件下的最优上限解。采用该破坏模式与已有的模型试验、工程实例进行对比，验证了在非均质土中采用双对数螺旋极限分析上限法的适用性；同时详细分析了在土体不同参数条件下，隧道掌子面支护力、滑动面范围的变化趋势以及工程影响，结果显示在非均质土中，掌子面支护效率的主导因素是初始黏聚力与掌子面超前核心土，最后通过归一化处理得到了非均质土中极限支护力的设计推荐图，可为工程中初步确定盾构隧道掌子面支护压力提供理论依据。

废旧轮胎的治理是一个世界性的难题，而将废旧轮胎应用于岩土工程加固中则为其污染治理提供了一个行之有效的手段。为了进一步研究废旧轮胎对土体的加固机制并应用到实际工程中，主要选取了全风化花岗岩砂颗粒和加工后的废旧轮胎（包括颗粒型和长条型）的混合体作为研究对象，通过一系列不同竖向压力下的一维压缩试验，详细研究不同橡胶含量配比、不同形态下的橡胶-砂混合体的受压力学特性，并创新性地探讨了橡胶颗粒对砂颗粒在压缩过程中破碎行为的影响。试验结果表明，所有橡胶-砂混合体在较高压力作用下都能收敛到一条直线，即存在唯一的标准压缩线；随着橡胶含量增加到大于20%，混合物的压缩和卸载回弹量均明显增加，而这种特性不受轮胎颗粒形态的影响。此外，轮胎橡胶含量配比越高，砂颗粒的破碎程度越小，同时，当其中砂颗粒尺寸越小时，整体破碎越少。

推导了有限矩形区域饱和多孔介质因表面载荷诱发的Biot固结的一个解析解。假设多孔介质为均匀各向同性和线弹性，并被单相流体所饱和；控制方程组采用不可压缩多孔介质模型；孔隙压力场采用狄利克雷边界条件，上下表面位移场符合物理边界，而左右侧面位移场边界条件则由人为特别给定。利用有限正余弦变换和拉普拉斯变换及数值反演获得了物理空间孔隙压力场和位移场的半解析解，其体现为双重级数和的封闭形式。最后以某软黏土层平面应变固结为例，利用有限元分析软件ABAQUS对所给出的解析解进行了验证，同时基于该解析解考察了孔隙压力场和位移场的时空演化规律。所给出的解析解可用于深入分析有限二维饱和多孔介质的流-固耦合力学行为。

静钻根植竹节桩是由预制竹节桩和桩周水泥土所构成的一种新型组合桩基，它主要通过桩周水泥土改善桩-土接触面摩擦性质以及桩端水泥土扩大头改善桩端承载性能。通过现场静载试验对静钻根植竹节桩桩端承载性能进行研究，并采用传统桩端沉降计算公式对其桩端沉降进行计算；通过模型试验对竹节桩桩端与水泥土扩大头相对位置不同的试桩桩端承载性能进行研究。结合现场和模型试验可以得到：桩端水泥土扩大头可以改善静钻根植竹节桩桩端承载性能；当竹节桩桩端位于水泥土扩大头中间位置时，静钻根植竹节桩桩端承载性能最好；可以用传统桩端沉降计算公式对静钻根植竹节桩桩端沉降进行计算，且当竹节桩桩端位于水泥土扩大头中间位置时，理论计算与实测曲线几乎完全吻合。

针对目前节理岩体损伤变量定义中大多仅考虑节理长度、倾角等几何性质，而未考虑节理抗剪强度等力学性质的不足，基于断裂力学中的由于单个节理存在引起的附加应变能增量与损伤力学中的损伤应变能释放量相关联的观点，推导出了在双轴应力下含单条非贯通闭合节理岩体的损伤变量计算公式，并根据断裂力学理论对双轴压缩荷载下的单个节理尖端应力强度因子计算方法进行了研究，得出了应力强度因子KⅠ、KⅡ的计算公式；同时考虑多节理间的相互作用，给出了单组单排及单组多排非贯通节理尖端应力强度因子计算公式，由此建立了相应的节理岩体双轴压缩损伤本构模型，并利用该模型进行了相应的算例分析。结果表明：对含单条非贯通闭合节理的岩体而言，当节理倾角小于其内摩擦角时，岩体强度与完整岩石相同，岩体损伤为0，而后随着节理倾角增加，岩体强度、损伤随节理倾角的变化分别呈开口向上及向下的抛物线，当节理倾角约为60°时，岩体损伤最大，强度最低。随着节理长度增加，岩体损伤增加，而随着节理内摩擦角的增加，岩体损伤则减小；对含单组单排非贯通闭合节理的岩体而言，当节理总长度一定时，随着单条节理长度的减小及节理条数的增加，岩体损伤则逐渐减小，但其减小幅度与节理条数并不呈线性关系。

提出了模型试验的分离相似设计方法，以锚索、格构梁加固边坡振动台试验为例进行介绍。将传统量纲分析法中描述振动台试验各个相关参数之间关系的函数关系式定义为1级特征方程。根据边坡、锚索、格构和地震波特性的不同，将1级特征方程进行分离处理，得到分别用于边坡、锚索、格构和地震波相似设计的2级特征方程。根据每个2级特征方程中参数的重要程度不同，将关键设计参数从2级特征方程中分离出来，组成3级特征方程。根据3级、2级和1级特征方程可以分别推导得到针对边坡、锚索、格构梁和地震波各自的关键参数、相关参数和无关参数相似比，选择关键参数相似比作为模型设计的主要依据，并对试验模型进行了相似设计。解决了按照传统量纲分析法要求，模型试验无法同时满足所有参数相似比要求的问题。

孟底沟水电站是雅砻江中游第5个梯级电站，最大坝高200 m，所处位置地质条件复杂，保证其蓄水后良好的工作性态及整体稳定性对工程安全至关重要。通过建立孟底沟拱坝三维有限元模型，基于变形加固理论，分析了拱坝在正常工况和超载条件下位移变化、塑形区扩展规律及大坝整体稳定性。结果表明：孟底沟拱坝现设计方案的位移和超载稳定能力均能达到稳定要求。拱坝贴脚的设置显著降低了坝体和基础的塑性余能，对工程整体稳定性有利。对右岸f4断层两种置换处理方式的对比分析发现，浅表置换加洞井网格置换的处理方式对拱坝整体稳定性更为有利。

软基上快速填筑路堤时的稳定控制十分重要。现行规范中采用了位移与位移速率作为控制标准，而实践证明，采用现行标准仍出现一些失稳事例，说明这些标准存在一定局限性，需加以改进。提出了临界状态线的概念，该临界状态线系基于多个工程观测的成果与离心模型试验所得数据，分别以道中沉降速率与坡脚水平位移速率作为坐标轴所得到的一条分界线。临界状态线将路堤的状态划分为稳定区域和非稳定区域，因而是个合适的控制指标。综合采用常用的道中沉降速率、坡脚水平位移速率2个指标以及附加的临界状态线指标，提出了改进的施工稳定控制标准，它比只考虑道中沉降和坡脚水平位移速率，更加符合路堤失稳机制。

离散裂隙随机网络模型中结构面的分布特征仅代表其统计规律，并非地质成因、结构模式、构造形迹的客观反映，以致后续力学计算及渗流模拟结果可信度偏低。针对国家高放废物处置库甘肃北山预选区出露良好的花岗岩体，基于实测结构面统计规律、内在成生关系及水力联系，在前期纯随机模型关键部位修正特征参数，并融入人工辨识的确定结构模式而构建“随机-确定”耦合模型。图形和渗流模拟两种定量检验结果表明：耦合模型结构面数量更接近客观实际，模型准确度提升约48.8%；耦合模型渗流路径与流量较之前更显客观真实，模拟结果与试验数据的接近程度比随机模型大约1/3。另外，不同孔位渗流结果显示：相比于随机结构面，确定性结构面对区域渗流控制作用更加明显，在渗流模拟中扮演更为重要角色。此耦合模型有益于拓宽结构面网络模拟的发展方向。

库岸深层老滑坡在季节性降雨和周期性库水位变动联合作用下往往表现出间歇性复活特征。在这一复活过程中，滑动期与间歇期交替出现，滑带土经历不同速率的剪切和不同时长的固结。从滑动期内残余强度的剪切速率效应、间歇期内峰值抗剪强度的恢复特征以及间歇期过渡到滑动期的孔隙水压力触发过程3个方面着手，建立了描述库岸深层老滑坡间歇性复活的动力学方程。塘角村1号滑坡滑带土试样的环剪试验结果显示：残余强度在较小速率范围内表现出负速率效应，而当剪切速率达到一定值后残余强度不再减小，且有微弱增长趋势；峰值强度在短时间内有较明显的恢复，但在较小位移后衰减至残余强度；孔隙水压力触发剪切破坏的发生滞后于所施加的水压力，这一滞后过程为孔隙水压力的扩散过程。基于试验成果，根据所建立的动力学方程，对库岸深层老滑坡间歇性复活的动力学机制进行了讨论，从而为此类滑坡的预测和防灾减灾提供有价值的参考。

为研究深部回采巷道围岩大变形破坏规律，在地质力学评估及矿压显现特征实测的基础上，采用真三轴相似模拟方法，模拟了不同加载梯度下巷道围岩应变特征。结果显示，在浅埋静水压力条件下，巷道围岩呈现“浅部拉应变、深部零应变”的特征；深埋静水压力及初掘采动应力下巷道围岩出现“径向应变拉压交替分布”现象；当采动应力集中系数大于2时，深埋巷道围岩应变进入非线性大应变状态。采用FLAC3D的应变软化模型与摩尔-库仑模型，对比研究了深部回采巷道围岩位移、塑性区分布规律。结果表明，应变软化条件下，巷道围岩产生拉、压分区破坏且软化后的围岩位移与实测结果更吻合。综合研究结果，揭示了深部回采巷道围岩拉、压分区的产生机制，初步提出了注浆、喷层等措施，防止过度应变软化引起深部回采巷道围岩大变形，为类似巷道稳定性控制提供了一定的参考。

通过数值模拟分析地基的强夯加固效果，把夯后地基土的体应变与工程要求的干密度联系起来，用控制体应变作为评价加固范围的标准。通过对数值模拟及试验数据的分析发现，夯击冲量越大，加固效果越好。相同夯击能可以产生不同加固效果的规律，得出了用夯击冲量替代夯击能作为施工参数的控制标准更为合理的结论。改进了夯锤尺寸影响强夯加固效果的研究方法，分析时固定夯锤厚度比固定夯锤质量更具归一性。研究表明，在土性参数相同的条件下，夯击沉降量仅与单位面积夯击冲量有关，而加固深度不仅与单位面积夯击冲量有关，还与夯锤半径有关。在以控制体应变作为加固范围的评价标准、研究各参数影响规律的基础上，采用量纲分析法得到了加固范围的计算公式，并与工程实例进行对比分析，得到了强夯作用下土的干密度分布特征。所得结论对类似工程具有一定的参考价值。

物质点法适用于模拟连续介质大变形，如边坡失稳全过程。在物质点法中应用强度折减法，用于边坡稳定性评价。与极限平衡法相比，二者安全系数计算值、滑动面位置结果基本一致；与有限元强度折减法相比，物质点法失稳评价标准的物理意义明确。利用物质点法大变形计算优势，评价边坡失稳后的破坏后果，通过算例说明其评价不同安全系数下的滑坡堆积形态及滑移距离的能力，尤其是评价滑坡对临近建筑物的影响程度的能力。物质点强度折减法可用于边坡稳定性评价及边坡破坏后果评价。

不同加载速率条件下岩石的力学特性，对于其动载下破裂内在机制的研究具有积极的意义。基于颗粒流理论，通过黏结颗粒模型（bonded particle model，简称BPM）虚拟实现不同加载速率0.001～0.500 m/s下花岗岩单轴压缩和巴西劈裂试验，定量分析加载速率对应力-应变、破裂形态、应变能率及声发射的影响。结果表明：单轴抗压强度和抗拉强度及其对应峰值应变随加载速率增加而非线性增长；单轴压缩作用下，随加载速率增加，试样由单一斜截面破坏向多斜截面破坏转变，且主控裂隙带宽度急剧增大，由裂纹数量及水平向高应变率区域变化规律可明显看出，试样破坏程度随着加载速率增加而逐渐加剧；巴西劈裂作用下试样从一条主控裂隙向多条主控裂隙转变，且裂纹向圆盘试样两侧边缘部分延伸，破坏程度加剧；单轴压缩和巴西劈裂作用下，声发射事件及应变能率均随加载速率增加而呈现出非线性增长趋势。

现实中衬砌隧道穿越沉积谷地十分常见，而国内外对其地震响应规律研究较少。基于MATLAB编程平台，采用间接边界积分方程法，就沉积谷地衬砌隧道对平面SH波的散射问题进行了初步探讨。研究了不同频率、隧道埋深与入射角度对地表位移和衬砌内外壁动应力集中因子的影响，并比较了沉积谷地中隧道与半空间隧道两种情况下的差别。结果表明：软土沉积中隧道衬砌动应力集中更为显著；高频波入射下，隧道埋深对沉积区域内位移分布、衬砌应力频谱特性和地表位移频谱特性均有较大影响。研究结论可为沉积谷地中衬砌隧道抗震设计与安全性评估提供定量依据。

针对光滑粒子流体动力学方法（SPH）在滑坡模拟中建立粒子模型的难题，提出了基于地理信息系统（GIS）栅格数据的粒子排列与插入方法。根据该方法，建立了滑坡SPH粒子模型及相关粒子生成程序，进一步以结合摩尔-库仑破坏准则的SPH宾汉流体模型为核心，实现了运用SPH方法模拟滑坡破坏后三维运动的过程。该SPH模型在对唐家山滑坡的模拟中得到了验证，并预测了金坪子滑坡破坏后的影响范围。结果表明：基于GIS空间数据的滑坡SPH粒子模型具有可行性与良好的适用性。以GIS数据库为基础，开展滑坡灾害的模拟研究，将大大提高对滑坡等地质灾害的仿真分析，为滑坡灾害的预测与防治提供参考。

三维流形单元的生成是进行三维数值流形分析的首要问题之一。详细研究了三维流形单元的生成过程，并采用C++语言编写了相应的程序。借鉴二维流形单元的形成技术，基于拓扑学的“有向性”原理，将点、有向边、有向环、有向面和有向壳等作为三维块体的基本数据结构。将材料体和数学网格进行布尔交运算，并对形成的流形块体进行有效性检测，满足要求后即形成新的三维流形单元。每个数学网格的顶点作为新流形单元的数学覆盖，再对数学覆盖进行细分，形成流形单元的物理覆盖。分别选取凹形体、空心体和包含有限结构面的材料体与数学网格进行布尔交运算，并选取一个典型工程来检查该方法和程序的可行性。计算结果表明，该方法可以对复杂块体（凹形体、空心体和包含有限结构面的体）进行处理，为今后进行复杂结构计算和分析奠定基础，具有较强的适应性和可靠性。

在黏结颗粒模型中引入强度弱化因子生成弱化介质材料，进行弱化模型试件的单轴抗压强度试验。结果表明，弱化作用在降低试件单轴抗压强度的同时，还将导致试件弹性模量逐步下降。这一结果符合相关室内试验的研究成果。为进一步对岩石强度弱化模拟方法进行效果检验，利用颗粒流程序内置的FISH语言建立弱化岩石节理直剪试验模型，进行不同法向应力条件下弱化岩石节理的直剪试验。结果表明：弱化节理模型试件表现出类似于真实节理的一系列宏观剪切力学特征；不同壁面弱化程度条件下，节理模型试件的抗剪强度及剪切峰值膨胀角的试验结果与法向应力的依存关系均符合经典的JRC-JCS模型。由此表明，所采用的岩石强度弱化模拟方法可以较好地再现岩石介质的强度弱化效应。通过模型试件内微裂纹发展演化特征的研究表明，壁面弱化作用可导致试件内裂纹发育数目的快速增长、微裂纹分布范围的迅速扩大，以及剪切裂纹发育比例的迅速提高，由此从细观角度揭示了弱化节理面更易于产生宏观剪切破坏的原因。研究成果可以为弱化岩石节理的抗剪强度及大型岩质边坡的稳定性研究提供参考。

基于连续介质损伤力学框架，通过损伤张量和有效应力来描述节理岩体的力学性能，自主研发了基于损伤力学模型的有限元程序（CD-FEM），用于节理岩体等效力学性能研究。同时，采用Karhunen-Loeve（K-L）展开来分解随机输入场，用混沌多项式来表示随机输出场，采用概率配点法生成配点，再由连续损伤有限元分析系统CD-FEM求解确定性方程组，最终得到输出域的统计数据，从而提出了一种将随机分析与基于连续损伤力学模型的数值分析方法解耦进行节理岩体不确定性力学行为分析的方法。利用该方法，对一典型节理岩体在加载条件下的力学行为进行不确定性分析，并与蒙特卡罗方法进行对比，结果表明，所提方法的计算量大大减少，极大地提高了节理岩体力学性能不确定性分析的效率，可应用于对节理岩体在不同载荷条件下的不确定性进行分析。

当结构在土体中运动时，往往导致土体发生较大的变形，此类问题采用大变形数值分析方法更为恰当。耦合欧拉-拉格朗日（Coupled Eulerian-Lagrangian, 简称CEL）法是大变形数值分析方法中的一种，在分析大变形问题时具有很强的适用性，但在国内尚未开展CEL法分析锚板承载力的研究。以方形锚板在均质土及线性土中的拔出试验为原型，基于CEL法建立数值模型，对锚板的极限承载力及破坏机制进行研究，并通过用户自定义子程序，实现了线性土的强度分布随锚板拔出而变化。计算结果表明，土体杨氏模量越大，锚板的极限承载力越大；随着位移增大，锚板的抗拔力先增大，后降低；当埋深小于临界埋深时，土体发生整体破坏；当埋深大于等于临界埋深时，土体发生局部破坏。数值计算反映的规律与试验结果基本吻合，体现了CEL法模拟锚板在海床中大位移响应的出色能力。