采用空心圆柱仪对重塑空心软黏土试样开展了一系列非破坏试验，研究了列车循环动荷载作用下的性状。试验中主要选取心形应力路径，以圆形应力路径为辅助，对比分析了两种应力路径下软土的非共轴应变特征，探究循环振次对非共轴特性的影响、荷载频率的大小对非共轴角与大主应力方向角关系曲线形态变化的影响，同时进行了机制分析，并与另一动应力水平下试验结果进行了对比论证。此外，在不考虑频率影响下建立了简化的非共轴角与大主应力方向角之间的关系模型。研究发现，在大主应力方向角旋转的任意周期内，心形与圆形两种应力路径下非共轴角随大主应力方向角变化趋势各自有明显特点，相同动应力水平下两种应力路径产生的偏应力增量引起的单位偏应变增量大小也有所区别，但在大主应力方向角旋转的局部角度内，两种应力路径下的偏应变增量相近；心形应力路径下的非共轴角以及偏应力增量引发的单位偏应变增量大小受循环振次的影响不明显，任意振次中大主应力方向角在[-30°，40°]弧度区间内对应的偏应变增量远大于该区间之外的偏应变增量；随着频率增大，非共轴角随大主应力方向角的变化呈现越来越明显的波动。

水合物含量和水合物赋存模式都会对含水合物沉积物的力学特性产生影响，但目前的本构模型很少考虑水合物赋存模式的影响。在分析水合物赋存模式对含水合物沉积物力学特性影响机制的基础上，提出了采用有效水合物饱和度来描述水合物赋存模式对沉积物力学特性的影响。基于前人建立的含水合物沉积物的统计损伤本构模型，假设含水合物沉积物微元强度服从Weibull分布，采用Drucker-Prager强度准则描述微元强度，建立了考虑水合物赋存模式影响的含水合物沉积物的统计损伤本构模型。该模型修正了水合物含量和试验围压对弹性模型的影响关系式，并且建立了模型参数m和F0与水合物饱和度sh和试验围压?3之间的关系。通过与试验数据的对比，说明该模型能很好地模拟含水合物沉积物的应力-应变关系，反映水合物含量和水合物赋存模式对含水合物沉积物的刚度、强度、应变软化等力学特性的影响规律。

敦煌莫高窟壁画长期受到外界微振动环境的影响，部分出现了裂隙病害，为此有必要深入开展壁画裂隙萌生特性的研究，为壁画的保护和修复工作提供科学依据和技术支持。针对莫高窟壁画地仗试件开展了四点弯曲抗拉试验，并利用数字图像相关技术实时测量了试件表面的全场应变变化与分布情况，分析了地仗在承受拉力破坏时裂隙萌生特性，给出了壁画所能承受的极限应变。同时，研究了试件缺陷、加载方式、疲劳次数等对试件的承载力与极限应变的影响。研究发现，莫高窟壁画裂隙萌生甚至一定程度的扩展并不会影响洞壁结构的承载力；壁画地仗的固有缺陷会导致壁画在缺陷处及其附近出现裂隙病害的风险加大；壁画地仗中添加的麻等纤维使其具有非常好的塑性和抗疲劳性能，只要在疲劳极限内就不会萌生裂隙。为了避免壁画产生裂隙病害，壁画地仗的最大正应变要严格控制在0.40%以内。

从土体三维波动方程出发，将管桩看作一维欧拉-伯努利梁，对黏弹性地基中管桩水平振动响应进行了理论研究。摒弃传统的设立势函数法，而采用微分变换直接对土体振动方程进行解耦，并结合分离变量法求得了桩周土和桩芯土位移和应力表达式，进而利用管桩与桩周土和桩芯土接触界面的耦合连续条件得到桩的位移解析解，给出了管桩桩顶水平动力复阻抗表达式。将所得解完全退化到实心桩解，并与现有文献进行对比，验证了所提方法的合理性。通过参数分析，研究了桩周土、桩芯土剪切模量和密度以及管桩桩长对管桩桩顶复阻抗的影响。

针对天然强结构性湛江黏土，通过开展不同静偏应力影响下的不排水循环加载三轴试验，对循环荷载作用下的动变形、动强度和动孔隙水压力特性以及与土结构性间的内在联系进行系统性的试验研究。结果表明，结构性黏土在循环荷载作用下的突然破坏，具有脆性破坏特征，静偏应力越大，土体破坏应变越小。湛江黏土的临界动应力随静偏应力呈先增大、后减小的变化规律，在静偏应力较小时存在峰值。分析认为，静偏应力对结构性黏土动力特性的影响存在分界值，小于该值时静偏应力对土体的压密作用提高了土体的临界动应力和动强度，抑制了土的变形发展；当静偏应力继续增大，则土体结构损伤，动荷载下的临界动应力和动强度均呈下降趋势。结构性土的动孔隙水压力低于一般黏土，静偏应力的存在导致孔压在土体破坏后出现负增长，初始剪应力使结构性土体产生剪胀势。

通过空心圆柱扭剪仪对不同相对密实度的饱和南京砂分别进行了单调扭剪不排水、排水试验以及循环扭剪不排水试验。试验结果表明：在单调扭剪试验中，试样相转换线的位置与排水条件无关，但相对密实度较大试样的相转换线斜率小于相对密实度较小的试样。在循环扭剪不排水试验中，对于相对密实度较小的试样，当其有效应力路径接近单调扭剪荷载作用下具有相同初始条件试样的相转换线时，孔压急剧增加，扭剪应变迅速增大，试样出现不稳定现象，随后发生初始液化；对于相对密实度较大的试样，当其有效应力路径接近单调扭剪荷载作用下试样的相转换线时，试样出现循环活动现象，随着循环扭剪荷载的继续施加，有效应力路径表现为以破坏线为边界且呈“蝴蝶”形状的一系列重叠的回滞环，此时孔压在某一常值上下波动，累积孔压不再增加。具有相同初始条件的试样在循环和单调扭剪荷载作用下得到的相转换线几乎相同，这一规律不受相对密实度的影响。

针对白鹤滩大型水电站揭露的错动带，探索了一种反映原岩应力状态的错动带试样制备方法，采用替代法对错动带进行超粒径处理，同时控制先期固结压力和稳压时间进行静载固结，并基于不同先期固结压力、不同高围压下的不固结、不排水三轴试验，结合矿物成分分析试验和扫描电镜试验，分析了不同先期固结压力下错动带的力学和变形特性。试验结果表明，不同高围压、不同固结压力下错动带应力-应变关系曲线基本表现为有剪胀行为的应变硬化型力学行为，且多为腰鼓型塑性破坏；在相同固结压力条件下，随着围压升高，错动带试样破坏应力、变形模量和泊松比均呈增大趋势，扩容效应更明显；相同围压条件下，随着先期固结压力的增大，错动带破坏应力逐步提高，弹性模量逐渐增大，而泊松比略有减小，敏感性不大；同时黏聚力和内摩擦角随固结压力的增加而分别减小和增大，呈劣化趋势。错动带微观结构的定性和定量分析进一步揭示了错动带作为一种夹杂错动后残留有岩石碎屑（块）软弱物质的颗粒类材料，在高应力下其塑性变形主要来源于颗粒破碎和颗粒的定向排列。因此，先期固结压力是影响错动带性质的重要因素。

弱透水层是含水层系统的重要组成部分。弱透水层的渗透系数Kv和弹性贮水率值Sske对研究地面沉降及地下水资源评价具有重要的意义。在相邻含水层降深随时间周期性波动的条件下，推得了超固结弱透水层中无量纲形式的降深解析解，并基于该解析解进一步得到了超固结弱透水层累计变形量随时间变化的理论曲线。由于弱透水层的低渗透性，其变形总是滞后于相邻含水层的降深变化。根据弱透水层变形的滞后时间与含水层降深波动半周期的关系，提出了一种用以确定超固结弱透水层垂向渗透系数和弹性贮水率的方法，该方法对于弹性变形的超固结土具有很好的适用性。使用该方法之前，首先要根据分层标和水位资料确定含水层降深的变化周期以及弱透水层变形的滞后时间。应用该方法确定了上海地区f10-7分层标处第2弱透水层的水力参数为Kv=4.12×10-10 m/s，Sske =1.07×10-4 m-1。经实例计算结果具有一定的可靠性。

饱和砂土在液化状态下呈现出非牛顿流体的特性，而常规动力试验要获得稳定的液化状态比较困难。采用塑料砂和相等密度的氯化钠溶液配制成了有效应力接近于0的饱和悬浮塑料砂试样，基于流体力学低雷诺数绕球流动理论并结合粒子成像测速（PIV）技术，开发了饱和悬浮塑料砂流动特性的试验装置。利用紧贴透明模型箱内壁的半球在饱和悬浮塑料砂中运动时塑料砂颗粒的运动来分析其流动特性，并通过拉力与速度的关系计算饱和塑料悬浮砂的表观黏度。试验结果表明，饱和塑料悬浮砂试样是剪切稀化非牛顿流体，可作为液化砂土的相似材料用于液化问题的研究。基于试验中的细观规律，提出了零速度线、剪切区、剪切角、剪切区高度等实用概念。研究表明，拖球速度对剪切角有重要影响，速度越大，剪切角也越大，相应剪切区也越大。剪切区高度反映了拖球运动方向的影响范围，提出拖球试验中应保持球体形心与边界之间的距离要大于6倍球体直径。分析了拖球试验中的孔洞产生机制，提出在拖球和拖管试验中，应降低拖球的运动速度，以符合低雷诺数绕球（管）流动的基本理论。

当压实膨润土在蒸馏水中膨胀后，施加于膨润土颗粒上的有效应力通常被认为是外部施加的荷载，而当膨润土在盐溶液中膨胀时，膨润土颗粒所承受的有效应力还包括由孔隙水渗透吸力所引起的渗透应力。而压缩膨润土的蒙脱石孔隙比em与膨润土颗粒承受的有效应力p之间满足分形关系，该关系可用来计算膨润土的膨胀变形。通过对压实膨润土在盐溶液中颗粒的分散情况以及颗粒表面的分形特性，推导出该渗透应力的表达式，进而得出膨润土颗粒所承受的有效应力。将所提出的有效应力代入分形模型中，计算GMZ01和MX-80膨润土在不同浓度NaCl溶液中的膨胀变形，将现有的两种膨润土膨胀试验结果与模型计算结果对比，发现具有较好的吻合度，在蒸馏水以及各浓度的盐溶液中膨润土的膨胀变形都可采用统一的em-p曲线表示，表明提出的有效应力符合膨润土颗粒在盐溶液中的实际受力情况。分形模型为研究膨润土在盐溶液中的膨胀性质提供了有效的计算方法。

煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿安全生产的地质灾害之一。近年来，随着采掘深度不断增加，地应力与瓦斯压力不断加大，突出次数也日益频繁，同时由于煤矿井下开采活动，使煤岩体中地应力场发生变化，在掘进工作面或回采工作面前方形成由卸压区、应力集中区和原始应力区组成的三带，给煤与瓦斯突出的预防与治理带来更大的困难。以天府三汇一矿为工程背景，基于相似理论试验模拟了采动条件下的煤与瓦斯突出过程，并分析了突出过程中气压的时空演化规律。研究结果表明：突出的发展是煤体由突出启动点向周围逐渐破坏并抛出的过程，相对突出强度为8.79%，且突出过程具有阵发性，表现为煤体的间歇式多次抛出和气压的反复升降，其中突出口附近气压的升幅较大，达到69.2%，而远离突出口处气压表现为短时间内急剧下降，之后缓慢下降并逐渐趋于大气压；突出过程中气压等压面近似以突出口为中心呈球面分布，且气体解吸区域近似呈球壳状逐渐向外扩展，球壳的扩展速度约为130 mm/s，球壳附近气压梯度较大。

黏土在低水力坡降下偏离达西定律的现象及应力历史对土体变形的影响已为人们所认识，但能够同时考虑非达西渗流及应力历史影响的土体固结理论还很鲜见。在传统太沙基一维固结理论基础上，引入经典的Hansbo渗流模型，并考虑土体在不同应力状态下的变形特性，建立实际变荷载作用下土体的非线性固结模型。利用有限差分法对模型进行数值求解。在保证数值解可靠性的基础上，着重分析非达西渗流对超固结土固结性状的影响及非达西渗流下应力状态对固结性状的影响，并分析比较其异同点。结果表明：非达西渗流下超固结土的固结速率要比达西定律下慢，且随非达西渗流模型参数m、i1值的增大，固结速率的减慢愈加明显；对考虑非达西渗流的不同应力状态土体而言，超固结土的固结速率最快，且超固结土在外荷载作用下产生的地基最终沉降值最小；对考虑非达西渗流的超固结土而言，前期固结压力越大、回弹再压缩指数越小，则土的固结速率越快，地基土的最终沉降值越小。

采用MTS815岩石力学试验系统与自制的胶结充填体制作装置，对骨架颗粒满足Talbol级配理论的废石胶结充填体进行单轴抗压试验研究，分析了Talbol幂指数、初始孔隙度、胶结材料种类及含量对充填体强度及变形特性的影响规律。结果表明：充填体单轴抗压强度、弹性模量、变形模量均随Talbol指数n呈先增大、后减小的趋势；采用2次多项式拟合充填体单轴抗压强度与骨架颗粒Talbol指数的关系，得到了使充填体强度及变形特性达到最优的Talbol指数n=0.45。充填体单轴抗压强度基本上随其初始孔隙度的增大而减小，但当孔隙分布均匀性较差时，其试验结果具有一定差异。满足Talbol分布的充填体强度随其胶结材料胶结性能的提高而逐渐增大，其中水泥胶结充填体单轴抗压强度可以达到黏土胶结充填体的6倍以上。另外，胶结材料含量的提高同样可以增大充填体的强度，并能够相应地缩短其应力-应变曲线中的孔隙压密阶段。

静钻根植竹节桩是一种由预制桩和水泥土组合而成的组合桩基，通过将预制桩和水泥土的复合弹性模量作为其桩身弹性模量，同时考虑桩身弹性模量沿桩身改变以及桩端水泥土扩大头的作用，采用理想弹塑性荷载传递函数提出了一种在均匀地基中静钻根植竹节桩单桩沉降计算方法。在此基础上，提出了静钻根植竹节桩在层状地基中荷载-位移曲线的递推计算方法。用所提出的计算方法对实际工程中的静钻根植竹节桩试桩的荷载-位移曲线进行计算，并与实测曲线进行比较，验证了所提计算方法的可靠性。选取土体基于预制桩的桩侧摩阻力值作为静钻根植竹节桩的侧摩阻力，计算所得极限承载力与实测极限承载力接近，说明静钻根植竹节桩桩-土接触面摩擦性质与预制桩桩-土接触面摩擦性质相似，且优于钻孔灌注桩桩-土界面摩擦性质。

利用三维数字图像相关技术（3D-DIC）观测系统研究单轴压缩状态下带中心圆孔花岗岩岩板的破坏全过程，得到了含孔洞岩石破坏过程中观测面的三维全场位移和应变，不仅能够直观地反映岩石表面裂隙的产生、扩展及相互连通的演化过程，亦能够确定裂纹的位置、形态以及扩展方向等具体信息，还能重现加载过程中试样表面的压缩（平行荷载方向）、剥离（垂直荷载方向）、膨胀及剥落（垂直试样表面方向）。结果表明：3D-DIC技术在岩土力学试验中有其独特的优势，岩石材料破坏过程中应变场的演化能较好地反映其内部裂纹的产生和扩展规律。根据全场应变云图可以判断岩石裂纹扩展演化的情况；裂纹的演化具有强烈的非线性特征，在试样接近破坏时形成的“X”型对称变形局部化带，最终只形成一条宏观破坏带，荷载方向、岩石结构及其内部的非均匀性都会对最终宏观破裂带的位置产生影响；利用3D-DIC观测系统进行岩石变形破坏机制的研究是有效的，可为岩土介质宏细观变形破坏机制的研究提供重要的借鉴。

针对巷道围岩的流变特性及其控制理论，通过黏弹性理论和非线性最优化原理，在考虑开挖面空间效应的基础上，研究围岩-锚固体的耦合作用机制，并建立巷道支护最优化设计模型。通过算例分析了支护时间、锚固体厚度、巷道半径以及原岩应力对围岩-锚固体流变特性和巷道支护最优化设计的影响。结果显示，支护时间、锚固体厚度、巷道半径以及原岩应力都与巷道围岩的稳定性有着密切的联系。巷道位移随着支护时间的增长、锚固体厚度的减小、巷道半径和原岩应力的增大而增大；当锚固体受力处于临界状态时，锚固体厚度随着支护时间的增大而减小，且当锚固体厚度较小时，锚固体厚度与支护时间近似呈线性关系。

传统塑性剪胀模型在描述应力比和塑性应变增量关系时都是基于共轴塑性流动法则，从而认为土体的剪胀性仅与应力比有关。大量试验结果表明，在涉及主应力轴变化的复杂应力条件下塑性流动过程中应力-应变是非共轴的，因而在分析砂土剪胀特性时非共轴是不可忽视的因素。为了研究主应力轴变化的复杂应力条件下非共轴对砂土剪胀特性的影响，利用空心圆柱仪对饱和砂土进行了一系列定轴剪切试验、纯主应力轴旋转试验以及组合加载试验。试验结果表明，不同应力路径下应力-应变非共轴都会引起剪胀曲线偏离Rowe直线，通过Gutiereez提出的考虑非共轴因子的修正剪胀方程可以修正非共轴引起的偏差，从而使得Rowe剪胀方程适用于涉及主应力轴旋转等更加复杂的加载条件。

胶结土石混合体在自然界中分布广泛，为了揭示块石含量和块石形状对其力学特性的影响，开展了一系列室内大三轴试验研究。首先，通过掺有一定量水泥的土石混合体试样与未掺水泥的试样进行对比，以论证土石混合体有必要进一步划分为胶结土石混合体和无胶结土石混合体。然后，针对胶结土石混合体设计并进行了不同块石含量和块石形状的对比试验。最后，对胶结土石混合体力学特性的块石含量和块石形状效应进行了分析探讨。结果表明：水泥掺入比为3%的土石混合体试样较未掺水泥的试样强度和模量均有大幅提高，有明显的应变软化和局部化剪切带；在给定条件下，胶结土石混合体的峰值强度和脆性指数均随含石量的增加而减小；当含石量为40%时，块石为碎石的胶结土石混合体试样与块石为卵石的试样相比峰值强度略低，而残余强度略高；而当含石量为70%时，无论是峰值强度还是残余强度，块石为碎石的试样均比块石为卵石的试样大，围压较大时尤为明显。

为研究颗粒粒径对格栅-粗粒土界面单调直剪和循环剪切特性的影响，利用大型直剪仪进行了一系列室内大型单调直剪试验、循环直剪试验和循环后单调直剪试验，并将单调直剪试验与循环后单调直剪试验的结果进行了对比分析，研究了循环剪切应力历史对界面直剪强度特性的影响。结果表明：单调直剪试验中，随着粗粒土粒径的增加，界面似黏聚力和内摩擦角增加；循环剪切中界面抗剪强度发生硬化，同一循环位移幅值下颗粒粒径越小，界面在循环剪切过程中的硬化速度越快；遭受循环剪切后界面残余应力比降低，峰值似黏聚力显著增长。

目前膨胀土的膨胀率一般只能通过室内试验获取，无法通过简单快速的测试得到。结合课题组前期的相关膨胀土电学特性试验研究发现，膨胀土吸水膨胀会改变土体内部结构，而土体内部结构的变化会引起电阻率的改变。通过对取自合肥的膨胀土进行电阻率、膨胀率等相关性能的试验，分析电阻率指标，并对膨胀土的吸水膨胀特性进行预测评价。研究发现，膨胀率随着初始电阻率的增大而增大，且随着上覆荷载的增大而减小；竖向电阻率与实时膨胀率基本呈直线增加关系，直至土体电阻率达到孔隙液电阻率为止。根据膨胀土基本电学试验和膨胀土吸水膨胀及相应横纵向电阻率实时测试试验研究发现，膨胀土的膨胀性能与电阻率结构参数吻合很好，因此，可以通过电阻率相关指标对膨胀土的膨胀特性进行预测。由于相应膨胀率为无量纲指标，故通过黏性土电阻率结构参数去除孔隙率影响，建立了无量纲综合电阻率指标Er与膨胀率之间的关系，以供后期膨胀土的膨胀率预测。

水-力耦合特性是非饱和土最基本的力学特性之一，含黏粒土体的孔隙结构对含水率变化非常敏感，相应的孔隙分布曲线也会随之变化。基于已有的试验研究成果，揭示了水力路径下土体微观结构的演化规律，建立了孔隙比与孔隙分布曲线之间的关系，由此提出了一个能模拟干化过程中孔隙分布曲线变化的理论模型。所建立模型中，吸力增加后的孔隙分布曲线可由初始曲线通过平移、缩放以及分散三步得到；其中孔隙分布的平移量和缩放量与孔隙比线性相关，而分散程度与孔隙比满足指数衰减关系。模型预测结果表明，所建立的模型不仅能预测集聚体间和集聚体内孔隙分布的变化，而且能较好地反映中间态孔隙分布曲线的变化。

为了研究慈竹土工格栅在四川巴中－南充高速公路填筑路堤加固应用中的可行性，通过新鲜慈竹的顺纹抗拉和弯曲试验统计分析了慈竹土工格栅的力学性能，将其与传统土工格栅的力学性能相比表明：慈竹土工格栅能满足规范对传统土工格栅的要求，可用于填筑路堤加固。根据力学性能试验结果，选取龄期2 a以上的慈竹作为该公路路堤的辅助加筋材料。通过室内直剪试验对慈竹加筋土的界面特性进行研究，确定了竹青和竹黄朝向间隔布置的竹片格栅相对较优，对应的界面摩擦系数能达到0.32：拉拔试验获得竹片与土的界面似摩擦系数能达到0.35。提供的慈竹土工格栅的编织工艺以及加筋填筑路堤的施工工艺能更好地为工程服务。

排水孔是降低岩土体中地下水位和减小渗透压力的重要设施。因排水孔孔径小、排列密集，研究排水孔列的简化模拟方法对减小渗流数值计算规模，提高计算效率十分必要。基于流量等效原理的以沟代井列的延长渗径法，因其概念清晰、实现简便，在承压含水层井列的渗流场模拟中应用广泛。现有以沟代井列的延长渗径法中附加渗径计算公式与井深和含水层厚度息息相关，使得该方法应用于多层和有自由面的问题困难重重。针对现有延长渗径法的局限性，提出适用于有自由面的各向异性多种介质中排水孔列渗流问题的延长渗径法，附加渗径长度的确定不再受到孔深和含水层厚度的影响。采用该方法对几个典型的溢流型、逸出型和复合型排水孔列进行渗流场有限元分析，并与排水孔直接模拟的结果进行对比。结果表明，延长渗径法得到的排水孔的流量与排水孔直接模拟法的流量相差很小，且两种方法获得的自由面基本吻合。因此，提出的延长渗径法是模拟排水孔列渗流行为的简单而有效的方法。

基于滑动面法向应力的简单计算模式及Mohr-Coulomb强度准则，多个计算参数被使用对滑动面应力进行合理假设，并依据三维滑动体所满足的静力平衡条件，推导三维边坡稳定性极限平衡解答。同时，在三维边坡稳定性分析中，以往研究成果被采用对滑动面剪应力方向进行假定，且基于所采用极限平衡方程数目的不同，由此实现三维边坡极限平衡非严格法、准严格法和严格法。经与经典算例对比，验证了方法的可行性，并分析了三维非对称滑动体时非严格法、准严格法和严格法之间所得结果的差异。研究表明：非严格法所得计算结果偏小，其分析得到的边坡稳定性较为保守；准严格法与严格法计算所得结果接近，故采用不完全满足滑动体所有静力平衡条件的准严格法同样能得到较为可靠的安全系数。此外，所提方法构建了合理的滑动面应力假设，且求解过程简单，无需迭代计算，便于编程，从而利于工程应用。

以龚家方、茅坪、神女溪岸坡为例，总结了三峡库区类土质岸坡蓄水解体演化的5个阶段：岸坡形成阶段、节理裂隙发育阶段、泥化夹层及类土质岸坡形成阶段、蓄水作用岸坡解体阶段以及后续解体阶段。根据上述演化过程，从断裂力学角度建立了类土质岸坡解体的物理模型和力学模型，该力学模型考虑了5种蓄水工况下的受力状态，推导了相应的应力表达式和断裂强度因子公式。初步探讨得出以下结论：水库蓄水对类土质岸坡解体影响较为显著，岩块断裂强度因子随着蓄水位的升高而不断递减，蓄水水位升至4.49 m时，岩块断裂趋势由上部断裂转为下部断裂，断裂强度因子随着水位增高而增大。蓄水伊始，岩块重力对断裂起主要作用，而水位抬升起到一定的稳定作用；水位继续抬升，由重力主导的上部断裂逐渐转化为由浮托力决定的下部断裂。岩块的截面尺寸对类土质岸坡解体具有重要的影响。当岩块上部断裂时，断裂强度因子随着宽高比的减小而增加；当岩块下部断裂时，随着宽高比的减小，岩块断裂强度因子随蓄水位的增加而增大。

以赞比亚穆利亚希露天矿边坡为工程背景，在岩石力学试验以及现场勘察测绘数据的基础上，构建了以岩石单轴抗压强度、岩石质量指标和节理调查统计数据为输入参数的概率统计模型，并采用卡方检验对模型进行了吻合度检验。在广义Hoek-Brown准则的基础上，利用MATLAB编程及蒙特卡洛随机分析方法，由输入参数模拟获取节理岩体强度及变形参数的概率分布，得到各参数的取值范围（最小值/最大值）以及平均值、标准差等统计值。采用斯皮尔曼等级相关系数分析了强度及变形参数与各输入参数之间的相关关系。结合边坡工程实例，从破坏概率角度评价了该边坡工程的稳定性状态。该方法可充分考虑节理岩体参数的不确定性和变异性，可为实际工程安全决策提供重要的参考依据。

研究了集中加载、加载板加载和平台加载3种不同加载方式对巴西圆盘的宏观力学行为、开裂过程以及材料的抗拉强度的影响。对于平台加载方式给出了不同平台加载角时抗拉强度的修正系数。在数值模拟中，采用了自主开发的连续-非连续方法，该方法将拉格朗日元、变形体离散元及虚拟裂纹模型耦合在一起，既可以很好地模拟弹性阶段的变形，又可以较好地模拟材料的真实开裂过程。研究发现，采用平台加载方式，有利于圆盘中心起裂，而采用集中加载和加载板加载方式，圆盘的加载部位容易发生剪破坏。在圆盘中心起裂时，集中加载方式的抗拉强度的数值解最接近于选取的抗拉强度，然后是加载板加载方式，最后是平台加载方式。无论对于哪种加载方式，在材料的抗拉强度较小时，圆盘易于中心起裂，否则圆盘的加载部位将发生剪破坏。圆盘中心起裂后，众多微裂纹汇聚成的裂纹带在垂直方向不断扩展，直至贯穿整个圆盘，同时伴有应力波产生并传播。

基于开源地理信息系统（GRASS GIS），建立三维极限平衡Hovland模型，研究了边坡稳定性计算方法。采用空间平面投影方法对椭球滑动面中各组成单元面积计算方法进行改进，提高了计算效率。考虑边坡主滑方向与各单元倾向之间的关系，给出了能反映正负变化的滑动面各单元安全系数表达式。通过引入约束Delaunay三角形剖分方法与网格优化算法来生成滑面不规则三角形格网（简称TIN）模型，弥补了Grid模型在滑动面边界准确表达方面的不足。相比Grid模型，在相同网格分辨率条件下，TIN滑动面获得的边坡整体安全系数更加接近正确解，能够有效提升计算精度。通过考题与工程实例，对所提方法与程序模块的正确性进行了验证。结果表明，通过分析滑动面上各单元的安全系数，可以进一步划分不稳定区域与阻滑区，能够为滑坡治理措施的制定提供重要参考。

地基极限承载力的确定对于下伏空洞地区基础设计和施工具有重要意义。采用上限有限元法对地基破坏时的极限状态进行数值模拟。首先，简要介绍上限有限元法的基本原理与计算过程；进而提出合理的计算假定，建立可考虑多种影响因素的计算模型；其次，利用上限有限元法计算出多种工况下的地基极限承载力上限解，按Tergaghi建议的地基承载力公式，得到承载力系数Nc、Nq、N? ，并对其影响因素进行分析；最后，根据大量的能量耗散图及速度场图提出3类典型的破坏模式，并对其影响因素进行分析。研究表明：随着内摩擦角? 的增大，Nc和Nq均增大，而当? 较大时，N? 才出现正数，且随着? 增大而增大；随着空洞顶板厚度与基础宽度之比H/B的增大，Nc和Nq均增大。而当? 较小时，N? 随着H/B的增大而减少；当? 较大时，N? 随着H/B的增加而增加。Nc、Nq和N? 均随着D/B的增大而减少。下伏空洞地基存在3种典型的破坏模式：冲切破坏模式、冲切剪压破坏模式和Prandtl破坏模式。

利用施工期内的各种变形监测数据，来反演300 m级特高拱坝真实力学参数具有重要的工程和科学意义。提出了一种基于特高拱坝施工期仿真应力的反演分析混合模型，该模型基于施工期大坝和基础监测的垂向压缩变形，来反演施工期真实力学参数，并以溪洛渡特高拱坝为例，验证了该模型的适用性与可行性：基于施工期精密水准仪的监测值反演了大坝的弹性模量，基于施工期多点位移计的监测值分段反演了基岩的变形模量，结果表明，该反演混合模型获得的反演值与弹性模量和变形模量的实测值均较为接近。研究成果可为同类特高拱坝工程的真实力学参数反演问题提供借鉴与科学依据。

由于结构物贯入时网格变形过大而产生扭曲畸变等问题，常会造成岩土工程下沉贯入领域的数值分析收敛困难甚至计算结果失真。采用合适的数值方法分析此类问题颇具挑战性。传统的有限元模拟方法往往会出现收敛困难、作出不合理的假设以及需要依赖用户的专业网格重划分和插值程序等问题。耦合的欧拉-拉格朗日（CEL）分析方法结合了拉格朗日网格与欧拉网格的优点，可以有效地解决有关大变形和材料破坏等诸多问题。通过位移控制法和力控制法两种下沉方式，进行桶形基础室内液压下沉模型试验，得出不同强度的黏土中桶形基础下沉阻力和下沉深度的关系及土塞高度。应用CEL有限元法进行模拟，计算结果与试验结果较为符合。采用的CEL有限元模拟方法不仅可对桶形基础自重下沉和液压下沉进行预测，也可为其他海洋基础结构的贯入模拟提供有益参考。

为获取锦屏大理岩的特征强度及破坏过程中损伤演化规律，运用PFC3D模拟大理岩试样并进行单轴、三轴压缩试验，以微裂纹的形态和数量的变化特征来确定大理岩的起裂和损伤强度。当微裂纹数量为峰值强度下微裂纹数量的0.1%，认为出现初始损伤，此时应力为大理岩的起裂强度。单轴压缩试验中，从裂纹形态上观察，将出现基本破裂面的应力定义为损伤强度。三轴压缩试验中，从裂纹数量上观察，将出现裂纹非稳定增长阶段时的应力定义为损伤强度。分析不同阶段出现微裂纹的位置实现了对微裂纹的定位，分析不同模型微裂纹增长量的变化，实现了对微裂纹稳定和非稳定增长的界定，补充了声发射的不足。对比PFC3D模拟和实验室试验得出的大理岩的特征强度，两者特征强度曲线的拟合函数相近。这说明运用PFC3D模拟确定大理岩的起裂强度、损伤强度的方法是一种合理的方法，微裂纹的研究对揭示脆性岩石强度破坏机制具有重要意义。

循环动载下土体变形呈现的复杂各向异性，本质上依赖于土体微观组构特征的演化。为了揭示非比例循环动载下土体变形的微观机制，采用离散元方法模拟砂土的循环单剪行为。应用等幅剪应变的往复加载实现循环单剪应力路径，模拟得到了砂土的循环弱化、剪胀性、非共轴性及微观组构的演化规律。微观模拟表明，在循环剪切过程，土体表现为循环弱化行为，并最终趋于塑性安定状态。而试样组构主方向倾角和组构各向异性系数也会不断增大直至一个稳定值，同时主应变率、主应力轴和组构主方向旋转角度会存在一定的差异，即非共轴现象，随着单调剪切的进行，三者会逐渐趋于一致。土体的剪胀行为表现为循环压密性，而非共轴性呈现逐渐增强的演化规律。循环剪切过程中微观组构的主方向与应力主方向逐渐趋于一致，而微观组构各向异性呈现减弱的演化趋势。

为了获取岩石的原位孔隙度，在原位稳态渗透率试验的基础上，建立了以孔隙度和渗透率为主要参数的瞬态气体渗流模型，构造了基于遗传算法的孔隙度反演模型，分别采用原位渗透率试验中获取的岩石渗透率和瞬态压降数据作为已知量和观测数据，形成了基于原位渗透率试验反演岩石孔隙度的新方法。针对某场地的原位渗透率试验数据，分析了孔隙度对压降曲线的影响及孔隙度反演的可行性，编制了并行孔隙度反演程序，在大型计算机上对两个钻孔的孔隙度进行了反演并证明了反演结果的惟一性，最后通过数值模拟和实验室测量验证了反演结果的正确性。作为一种原位试验方法，对岩石及其孔隙结构破坏较小，其孔隙度反演结果比实验室测量法具有更好的区域代表性，反演结果可应用于气体泄漏行为模拟中。

土层锚固技术在岩土工程中已得到越来越广泛应用。简单介绍了已有土层锚固界面单元形式的研究现状，分析了土层锚固界面层的特点，提出一种新的复合界面单元，该复合界面单元由接触单元和实体单元构成，其中接触单元作为锚固体与土体之间的滑动摩擦单元，实体单元体现锚杆拉拔时对周围土体的体胀特性。利用ANSYS数值模拟软件，将新的复合单元应用于锚固体与土体之间的界面层，模拟并分析锚杆拉拔时界面层的破坏特征，得到随荷载增大时界面层剪应力分布的变化过程，并将界面层的破坏分为3个阶段，即线性阶段、滑移扩展阶段、滑移阶段。通过土层锚杆原位拉拔试验，得到土层锚杆拉拔的荷载-位移曲线，分析曲线变化特征，并对数值模拟结果进行了验证。

为了全面地了解降雨入渗引起的边坡失稳破坏机制，基于有限元-有限差分理论（FE-FD scheme）的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元数值分析方法被提出。程序中采用了Zhang等[1]提出的以Bishop有效应力和饱和度作为状态变量的非饱和土弹塑性本构模型，从而可以连续地描述在降雨入渗时土体由非饱和状态转化为饱和状态过程中力学特性的变化。同时用Green-Naghdi客观应力速率张量来考虑边坡失稳过程中的大变形问题。程序不仅可以模拟由于降雨入渗引起的水分迁移、孔隙水/气压力变化的过程，而且可以很好地反映出由于降雨入渗所引起的边坡变形、塑性剪切带形成等力学行为。选取室内边坡模型试验为研究对象，用所提出的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元程序来进行数值模拟，并与试验结果对比，验证了所提出的有限元数值方法的有用性。

将红外辐射成像技术引入滑坡物理模型试验中，通过红外热像仪与三维激光扫描仪所搭建的监测系统，对滑坡模型坡体表面变形破坏全过程进行温度与位移的监测。基于滑坡表面监测数据，将原始红外热像监测图形进行数据修正与差值处理，采用处理后获得的温度场数据，将其与模型坡表位移演化规律进行对比分析。结果表明，滑坡模型在进入加速变形阶段前，潜在破裂区域温度随荷载的增大而均匀上升，破裂带内、外温差较小；滑坡模型进入加速变形阶段后，会在潜在破裂区域的红外热像上出现条形的高温异常区域，破裂区域的破裂带内、外温差迅速拉大，两者相差最高为0.49 °C，整体滑动失稳前夕，平均红外辐射温度-时间曲线上再表现出破裂带内温度陡增后降低的规律。研究结果表明，红外热像技术可以应用于滑坡模型试验，利用温度可对滑坡进行预测预报提供参考。

在工程建设中经常会遇到诸如溶洞、裂隙带和断层破碎带等不良地质体，如果不能提前探明地下是否存在不良地质体及其含水情况，将会埋下严重的安全隐患。钻孔雷达是一种十分有效的探测方法，但迄今，尚未见有针对典型不良地质体进行正演模拟并进行复信号分析的工作。结合复信号分析技术，利用振幅、相位和频率等瞬时信息对钻孔雷达探测结果进行综合分析，能够提高解译的精度和准确性。针对溶洞、裂隙和断层等典型不良地质体无水和含水的情况分别建立了数值模型，利用地质雷达正演软件GprMax对数值模型进行了正演模拟，并使用复信号分析技术对正演结果进行了分析，获取了典型不良地质体的响应特征，且当不良地质体含水时，反射信号振幅增强、相位反转、频率降低。结合工程实例对钻孔雷达探测数据进行了复信号分析，正演模拟和工程实例都表明，利用复信号分析技术，可以更加方便地对地质异常体的形态分布及其含水情况进行分析，提高了钻孔雷达解译的精度和准确性。