在对砂土介质渗透注浆过程中，砂土骨架颗粒对水泥颗粒产生滤过作用，导致水泥颗粒发生不均匀扩散，称之为渗滤效应。采用Kozeny-Carman模型，分析了渗滤效应对砂土介质孔隙率、渗透系数及水泥浆渗流速度的影响；应用自主研发的恒压注浆装置，研究了不同颗粒级配砂样在不同注浆参数下注浆量的变化规律，然后通过多元回归获得了水泥浆扩散距离的函数关系式。试验结果表明，渗滤效应对水泥颗粒滞留封堵的影响较大，水泥颗粒质量分数是影响浆液扩散距离的主控因素。依据达西渗流定律和回归关系式分别得到了考虑渗滤效应和忽略渗滤效应时水泥浆扩散距离的理论值，并与试验值进行比对分析，结果表明，忽略渗滤效应的理论值存在较大误差。所得结论可指导注浆设计，对类似工程具有借鉴意义。

为了研究非饱和土在复杂应力作用下的基质吸力变化特性，利用非饱和土真三轴仪，对不同初始基质吸力的非饱和原状黄土进行了常含水率等向固结和不同中主应力比值b应力路径的剪切试验，研究了非饱和原状黄土在真三轴应力条件下的吸力变化特性。研究结果表明：等向固结过程中吸力随着时间的增大而减小，且随着初始吸力和净平均应力的增大，吸力的减小速率越快，吸力变化量越大；等向固结完成后吸力小于初始吸力。剪切过程中吸力随时间的增大呈微小降低或保持不变后较快上升趋势，随着净围压或b值的增大，吸力上升段增长较快，吸力增量越大；剪切完成后吸力大于等向固结完成后的吸力。常含水率真三轴加载作用下黄土的基质吸力变化与净围压和中主应力比值b的不同组合密切相关。

为了研究隧道施工过程中水对石膏岩的软化作用规律，以三叠系下统嘉陵江组地层中的石膏岩为研究对象，进行了不同时间的淡水浸泡软化试验研究，对石膏岩单轴抗压强度、抗剪强度、弹性模量以及泊松比随浸泡时间的变化规律进行分析。研究发现：随着浸泡时间的增长，石膏岩的单轴抗压强度、抗剪强度和弹性模量呈负指数下降趋势，而泊松比在一定条件下呈线性增加趋势；在损伤力学基础上，推导出了基于时间因素的石膏岩软化损伤演化方程，揭示了脆性系数与软化损伤变量之间的关系，建立了石膏岩在不同淡水浸泡时间下的软化深度模型，可用于判别穿越石膏层隧道开挖过程中围岩在地下水作用下的软化区域。

通过应力路径三轴试验对不同超固结比下饱和软黏土的K0系数及K0超固结软土的抗剪强度进行了研究，提出了超固结软土的K0系数计算公式，基于各向异性屈服准则推导了K0超固结软黏土的不排水抗剪强度，并与试验结果对比证明了计算公式的有效性。分析表明，常用的Mayne-Kulhawy K0系数计算公式过高地估算较大超固结比OCR时的K0系数，同时所提出的K0超固结软黏土不排水抗剪强度公式通过考虑土体K0系数随OCR的变化，避免了假设以有效上覆压力表示的回弹线斜率为常数所存在的问题。通过与试验结果对比表明，该公式能较好地预测K0超固结土体的不排水抗剪强度。

能量桩是一种在承载上部建筑荷载的同时获取地热能源的新技术。但目前对于能量桩在冷、热循环过程中尤其多次冷、热循环情况下的热力学效应研究较少。基于模型试验方法，针对预埋钢管单U型新型能量桩，开展工作荷载作用下多次冷、热循环时的传热特性和承载特性，尤其是桩顶位移变化规律的研究；并开展无荷载作用下单次冷、热循环试验进行分析。试验结果表明，冷、热循环引起的桩体热应变，在加热时桩体内部产生压应力，而在制冷时桩体内部产生拉应力，同时温度引起桩侧不同部位分别产生正摩阻力和负摩阻力。相较于工作荷载，无荷载作用下加热会使桩体位移上升约41%，而一次加热与制冷循环作用后，无荷载作用下桩顶残余位移约为工作荷载作用下的10%。多次冷、热温度循环会导致桩体沉降不断积累。

土石混填体是一种由土体和块石混合形成的非均质散体材料，其抗剪强度特性主要受含水率、含石量、颗粒级配及压实度等因素的影响。基于室内大型直剪试验，在前人研究的基础上，考虑级配参数的影响，通过控制试样质量与体积达到试验所需的压实度水平，分析了各主要参数对土石混填体抗剪强度的影响规律。试验结果表明：在级配良好的情况下，随不均匀系数的增大，土石混填体抗剪强度先增加后减小，不均匀系数在22.99左右时取得峰值，而曲率系数对其影响较小；土石混填体的抗剪强度分别随着含石量、压实度的增加而不断增加，但当压实度超过92.5%后增加趋势变缓。随着含水率的增长，其抗剪强度先增加后减少，在最优含水率附近时达到峰值。基于Matlab多元线性回归分析，得出了各因素对土石混填体抗剪强度影响程度的主次顺序为：含石量>含水率>压实度>不均匀系数>曲率系数，通过非线性回归分析得到了其抗剪强度关于各因素的拟合公式，且相关指数R2大于0.9。

对土在冻结过程中孔隙水的相态演变过程进行了分析，并在研究显热、潜热物理本质的基础上，将冻土进一步划分为冻结土和冻实土。根据潜热的物理意义指出，随土温从一般地温逐渐降低至较大负温，土的比热应该分段计算，即分为融土阶段、冻结阶段和冻实阶段。在融土阶段，孔隙水始终为液态；在冻结阶段，存在可以进一步冻结为冰的液态水；在冻实阶段，不再存在进一步可能冻结为冰的液态水。因此，冻结土的进一步降温将同时伴有显热释放和潜热释放。而在冻实土中，进一步的降温只伴有显热释放。在此基础上，基于混合物比热容的加权叠加法则，研究了冻土的比热构成，给出了涵盖潜热的冻土比热计算方法。

为了研究了循环动应力、初始静偏应力、固结比、振动频率共同作用对软黏土累积塑性应变的影响，以天津滨海新区临港工业区的浅海-滨海相软黏土为研究对象，利用GCTS循环扭剪三轴仪对其进行一系列循环三轴试验。试验结果表明，循环动应力增加、振动频率降低，能加快软化指数的衰减速率；初始静偏应力和固结比的增加，可提高软黏土抵抗循环动荷载的能力，减缓软化指数的衰减速率。综合考虑以上4种因素对软化指数随累积塑性应变发展变化的影响，总结得到了不同影响因素下软化指数与累积塑性应变之间的经验公式。结合以往学者对软化指数和循环荷载振动次数的相关性研究，以软化指数为桥梁，最终建立了针对天津滨海软黏土累积塑性应变的增长模型，并对模型的适用性进行了验证。

吸力桶形基础沉贯与所施加的吸力密切相关，吸力值设置太小会导致吸力基础沉贯速度过慢，施工效益降低；吸力值设置太大将产生较高的桶内土塞，吸力基础下沉不到预定位置，从而使其承载力达不到设计要求，或引起砂土地基产生管涌破坏，因此必须确定合理的吸力值以满足工程建设需要。通过吸力桶形基础的静力平衡条件获得了沉贯所需最小吸力值；根据桶壁底部土体破坏特性，并依据Hencky应力方程建立了桶壁内、外侧土体之间的有效应力表达式，求解了土塞加速上升时的临界吸力值；基于吸力桶形基础内部砂土的管涌破坏机制确定了最大吸力值，结合最大和最小吸力的理论公式得到了吸力桶形基础的最大沉贯深度。最后，采用实例数据验证了所提出的最小、临界和最大吸力理论公式的合理性。

与实心桩相比，由于土塞与管桩内壁复杂的相互作用，开口管桩的桩-土动力相互作用问题更为复杂。因此，需深入研究考虑土塞效应时的管桩-土体动力相互作用问题。首先，考虑管桩的横向惯性效应及其黏性性质，采用Rayleigh-Love动力杆件模型和附加质量模型建立了桩侧土-管桩-土塞系统的纵向振动控制方程。进一步，采用积分变换和阻抗函数传递技术，分别得到了任意荷载形式下管桩桩顶速度频域响应的解析解以及半正弦脉冲激励作用下桩顶速度时域响应的半解析解。最后，通过与现有解及模型试验的对比研究验证了理论解的合理性，并研究了管桩设计参数对桩顶纵向振动特性的影响。结果表明，当管桩其他设计参数不变时，管桩截面尺寸越大或长度越小时，应力波传播过程中的弥散效应越明显。对于同样外半径的管桩，壁厚越大时，越容易检测到土塞顶部界面及桩尖传来的反射信号，就能对管桩的施工质量进行更为合理的评价。

为研究地铁列车运行引起的轨道系统及饱和土体动力响应问题，采用解析法建立了饱和土全空间中圆形衬砌隧道和轨道结构耦合分析模型，用一系列符合列车几何尺寸的移动常荷载或移动简谐荷载模拟地铁列车，用无限长圆柱壳模拟衬砌，用Biot饱和多孔介质理论模拟土体，用Euler梁理论模拟钢轨、浮置板并组成两层叠合梁单元，结合轨道与衬砌仰拱处的力和位移连续条件，实现浮置板轨道结构与衬砌及周围饱和土体的耦合。通过算例对比了饱和土体模型和弹性土体模型动力响应的差异，分析了饱和土渗透系数、荷载移动速度和自振频率对轨道结构位移、饱和土体位移及孔压的影响。结果表明：当土体渗透性较差时，饱和土位移响应与相应的弹性土位移响应区别明显，土体模型对轨道结构响应影响较小；随着渗透系数的降低，饱和土体孔压增大；荷载移动速度和自振频率对轨道结构和土体动力响应影响显著。

采用三轴蠕变仪对宁木特水利枢纽工程黏土心墙的分散性土进行三轴固结排水试验，研究分散性土在不同初始条件下的蠕变变形规律，并获取蠕变模型及蠕变参数。试验结果表明，分散性土具有明显的非线性蠕变特征，蠕变过程可以分为瞬时弹塑性变形、衰减蠕变变形和稳定蠕变变形3个阶段；含水率、围压和偏应力水平对分散性土蠕变速率和蠕变量有显著的影响；应力-应变等时曲线具有明显的非线性特征。采用Singh-Mitchell蠕变模型和Mesri蠕变模型描述分散性土的蠕变特性，与试验数据对比表明，Mesri蠕变模型能够比较准确而方便地描述分散性土的蠕变特性，且模型具有参数少、适用性较强的特点。

为了研究煤岩脉冲水力压裂扩缝机制，利用三轴加载脉冲水力压裂试验系统，分别从改变脉冲频率和压裂液黏度两个方面对煤岩进行了水力压裂室内试验。试验结果表明：脉冲压力和声发射对压裂过程的响应情况可将煤岩脉冲水力压裂扩缝过程分为零散萌生、均匀扩展、突变贯通和破裂终止4个阶段，其中声发射定位点空间展布的平均速率在均匀扩展和突变贯通阶段较零散萌生阶段分别提高了4.6倍和9.6倍；声发射b值曲线的趋势显示，均匀扩展阶段煤岩内部以小尺度的微裂纹破裂为主，突变扩展阶段煤岩内部出现了较大尺度主裂缝扩展，并且部分b值曲线呈现出山脊线状与阶梯状相结合的特点；在达到最佳压裂脉冲频率前，高频脉冲压力作用的煤岩，扩缝过程的均匀扩展阶段和突变贯穿阶段的延续时间比低频对应的延续时间短；随着压裂液黏度增高，扩缝过程均匀扩展阶段的延续时间呈缩短趋势，但突变贯穿阶段的延续时间却有增长的趋势。

深部巷道围岩中会形成分区破裂现象。围岩分区破裂的形成过程可以看作是围岩内部结构的连续相变过程，因此，连续相变模型可以描述分区破裂的主要特征。基于文献[15－16]中利用连续相变理论，结合经典弹塑性理论建立了围岩分区破裂的非线性相变模型。运用相平面分析法研究了非线性连续相变模型方程的解的性质，得到了非线性解的3种形式。用数值方法求解了非线性连续相变模型方程，并与线性相变模型的解进行了比较，展示了非线性模型能够更好地描述围岩变形的空间分布。最后分析了非线性模型方程中各系数对方程解的影响及其物理意义，其研究结果对于应用非线性连续相变模型模拟分区破裂具有指导意义。

在高放核废物处置库中，膨润土-砂混合物是一种可选的缓冲回填材料，掌握其在水-力耦合条件下的体变特征对正确评价处置库的长期安全性有重要意义。按照不同的石英砂掺量（0%～50%）配制了6组膨润土/砂混合物，依次进行了单轴侧限压缩、有荷膨胀（轴向应力为0.2 MPa）和饱和再压缩试验，获得了混合物在不同水-力路径下的变形特征，并着重分析了砂掺量的影响。结果表明：（1）膨润土-砂混合物的压缩性与掺砂量、饱和状态和密实度有关。在非饱和及密实度较低（?d 1.7 g/cm3）并且饱和后，压缩指数受掺砂量的影响不明显，但其值远小于非饱和及低密实度状态。（2）混合物的最终膨胀率随着掺砂量的增加呈指数减小，随膨润土有效干密度的增加而呈指数增加。掺砂量达到40%时，膨胀过程伴随有体积回落现象，且体积回落率随砂掺量的增加而加剧。（3）混合物在不同水-力路径中及不同砂掺量条件下呈现的体变差异性与膨润土和砂在试样中的分布状态及二者对土体骨架的主导作用有关，总体上，掺砂量越高或试样密实度越大，砂对体变的主导作用越强。（4）混合物的膨胀力随掺砂量的增加而减小，通过引入膨润土有效干密度参数，建立了混合物膨胀力与该参数间的指数定量关系，可对膨胀力进行预测，并从蒙脱石的体积变化率与质量分布率的角度进一步分析了混合物膨胀力的作用机制。

基于大型振动台模型试验及传递函数理论，对含软弱夹层顺层岩质边坡的绝对传递函数和相对传递函数进行了对比分析，探讨了两种传递函数计算边坡动力特性参数的准确性，并对利用传递函数估算边坡频域动力响应的可行性进行了研究。研究结果表明，采用坡面及坡内加速度时程计算得到的传递函数曲线形态相近，幅值差别较小；相对传递函数实部比绝对传递函数实部小1，绝对传递函数和相对传递函数虚部重合，且两种传递函数虚部峰值两侧对称性较好，利用传递函数虚部计算边坡动力特性参数准确性较高。在频率大于10 Hz部分，相对传递函数模趋于1，绝对传递函数模趋于0。利用两种传递函数虚部及相对传递函数模计算得到的边坡固有频率十分接近。两种传递函数模计算得到的阻尼比比较准确，计算结果表明，含软弱夹层顺层岩质边坡的阻尼比大于均质岩质边坡。利用两种传递函数虚部及模计算得到的含软弱夹层顺层岩质边坡加速度振型相同。利用绝对传递函数估算含软弱夹层顺层岩质边坡频域动力响应的准确性高于相对传递函数估算结果。利用传递函数对输入地震动的频谱特性进行修正有利于保证含软弱夹层顺层岩质边坡动力响应研究输入机制的合理性。

在已有的非饱和土水-力耦合模型基础上，耦合考虑温度影响，建立了一个热-水-力耦合作用下非饱和土弹塑性本构模型。该模型以土骨架平均应力、修正吸力和温度为应力状态变量，以土骨架应变、饱和度和熵为应变状态变量。通过引入与温度相关的屈服面（LY、TY）以及相应的硬化规律来考虑温度对土体变形的影响。利用建立的模型，对文献中不同吸力和温度条件下的等向压缩和三轴排水剪切试验进行预测，预测结果表明，该模型能够较好地定量描述热-水-力耦合作用下非饱和土的变形特性。

高地应力条件下深部岩体爆破开挖过程中，炸药爆炸产生的能量和岩体开挖释放的应变能共同构成了振动的能量源。采用传统的基于单响药量的萨道夫斯基经验公式及其改进公式预测高地应力条件下爆破开挖诱发振动峰值精度不高。通过量纲分析，提出了一种基于能量平衡原理的振动峰值预测模型。结合锦屏二级深埋引水隧洞爆破试验，以上半洞实测振动数据为学习样本，训练模型；以下半洞实测振动数据为对比样本，检验模型。结果表明：与传统预测模型相比，预测模型具有较高的拟合相关系数和较低的预测均方根误差，可以更好地应用于高地应力条件下爆破开挖诱发振动峰值的预测。

在很多地下工程实践中，岩体既不是纯蠕变，也不是纯应力松弛，而是随着时间的增加，应力和应变同时发生变化，表现出时间依存性，导致岩体最终破坏，这种现象用一般的蠕变和应力松弛很难解释清楚。全面系统地阐述了广义应力松弛特性及其工程物理意义，借用非线性Maxwell模型，求解了广义应力松弛条件下可变模量本构方程解析解，特别提出了通过交替荷载速率试验和加、卸载试验，精确求解峰前区域荷载速率依从性系数n1的新方法。进行了70%和90%应力水平下广义应力松弛试验，并讨论和分析了不同应力水平、不同方向系数下广义应力松弛试验的时间依存性，最后用基于非线性Maxwell模型的可变模量本构方程对70%和90%应力水平下的广义应力松弛试验进行了数值模拟，结果表明，计算和试验结果一致性较好，很好地解释了河津凝灰岩广义应力松弛特性。

在新版《建筑边坡工程技术规范》（GB 50330-2013）中，所采用的新的挡土墙地震主动土土压力公式存在一定计算问题及未给出作用点高度计算公式。针对这一问题，结合既有研究成果，给出计算公式的完整推导过程和地震主动土土压力作用点高度计算公式，并指出了该规范中的挡土墙地震主动土压力公式的错误。公式推导采用旋转挡土墙计算模型的变换法，将在地震条件下主动土压力的求解问题转化为在静力条件下主动土压力的求解问题，将经旋转地震角后的土压力计算参数，套用非地震条件下的主动土压力计算公式推导过程，直接获得在地震条件下主动土压力表达式，使以往地震土压力计算模型繁琐的求解过程得到很大程度的简化。

东滩煤矿1306轨道顺槽掘进期间，实体煤帮出现大变形破坏，挤压鼓出严重。采用离散元数值模拟分析了深井综放沿空掘巷掘进期间基本顶断裂位置的变化及围岩应力、位移的演化规律。揭示了实体煤帮大变形破坏机制：沿空掘巷诱发围岩大结构中关键块体的回转沉降，导致基本顶断裂线向实体煤侧转移。顶板结构的变化引起实体煤侧支承压力的显著升高并产生大范围的高应力挤压区，使实体煤侧表现出大变形与强流变的破坏特征。基于对实体煤帮变形破坏机制的分析，提出高强让压长锚索联合锚网的实体煤帮控制技术。数值模拟与现场试验表明，实体煤帮采用破断力为600 kN，让压点为260～300 kN的?22 mm×6 800 mm长锚索加强支护后，水平大变形得到有效控制，实体煤帮变形量控制在300 mm内，保证了巷道在掘进期间的稳定性。

有效模拟土-结构相互作用（SSI）和土体非线性特征是进行土质地基条件下核岛厂房结构地震响应分析的关键技术问题。基于SuperFLUSH软件平台，采用等效线性法描述近场地基非线性动力特征，通过在地基有限区域设置黏性人工边界来模拟半无限地基辐射阻尼效应的影响，并利用一维有限元法进行自由场响应分析实现地震动的输入，从而建立土质地基条件核岛厂房结构地震响应分析计算模型。最后，以某土质地基条件下的CPR1000 堆型反应堆厂房的集中质量简化模型作为研究对象，开展考虑SSI效应和分层土质地基非线性对于核岛厂房结构地震响应特征影响研究，验证了该计算模型的精度和工程应用效果。研究表明：考虑SSI效应，可有效吸收散射波波动能量，减小结构响应；考虑土质地基非线性效应，加速度幅值在不同方向均有不同程度的降低，峰值频率明显的向低频偏移，因此，同时考虑SSI效应及土质地基的非线性特征，并将两者相结合的分析方法对核岛厂房结构抗震分析是必要的。

岩石结构面形貌特征直接影响其宏细观剪切破坏特征和剪切强度，因此，清楚地认识在不同点云数据采样间隔下结构面形貌特征和各向异性特征的统计参数稳定性，对于定量认识结构面剪切破坏机制并建立合理的抗剪强度准则十分重要。为此，借助三维白光面扫描系统对3组不同粗糙度的岩石结构面进行测量，并根据稀疏点云数据密度的原理得到其15种采样间隔的点云数据；在此基础之上，研究了2D统计参数坡度均方根Z2、粗糙度指数Rp和 以及其所对应的3D坡度均方根Z2s、3D粗糙度指数Rs和3D统计参数 随采样间隔的变化规律。研究发现，上述统计参数随着采样间隔的增大而减小，且衰减幅度逐渐增大，并与采样间隔存在二次多项式的拟合关系；同时，研究还发现，不同采样间隔下结构面的各向异性特征也具有间隔效应。为定量描述这种结构面各向异性特征的采样间隔效应，利用所构造的无量纲参数结构面各向异性系数DAC和各向异性特征参数 对其度量，结果表明，结构面的各向异性与间隔效应呈现正相关的关系。最后，综合岩石自然结构面分析形貌特征参数和各向异性特征参数的稳定性，在采样间隔取为0.1～0.5 mm之间表现较好的稳定性，其参数值偏差不大于3%，因此，建议一般情况下岩石自然结构面三维扫描的采样间隔可取为0.5 mm。

多线叠交盾构隧道在地下空间内布置形式繁多，土体-隧道间相互作用机制复杂。针对多线叠交盾构垂直上穿、垂直下穿和上、下夹穿3种典型穿越施工形式，根据盾构隧道近距离施工的技术特点和控制要求，采用排液法重点分析了施工中因地层损失和开挖卸荷引起的地表沉降以及既有隧道纵向变形规律，并通过构建三维弹塑性有限元动态模型，与部分试验结果进行了对比验证。研究结果表明：上穿施工中，地表沉降较大，既有隧道均呈现上浮趋势；下穿施工时，地表沉降较小，既有隧道均呈现下沉趋势；先下后上穿越施工在各阶段引起的地表沉降变化均匀，最终地表沉降量相对较小；先上后下穿越施工时既有隧道变形曲线曲率大，既有隧道变形呈现反复震荡变化。成果可为类似多线叠交隧道工程的施工提供理论指导。

扬州瘦西湖隧道采用泥水盾构穿越全断面硬塑性黏土地层，施工停机后多次出现地表塌陷事故。利用室内试验研究硬塑性黏土浸水条件下的崩解、软化特性，结合现场实测数据分析该工程地表塌陷的原因，进一步讨论此类破坏发生的过程，据此提出泥水盾构在全断面硬塑性黏土地层施工时地表塌陷的预防措施。研究表明：泥水盾构停机使开挖面硬塑性黏土在泥水浸润下发生崩解、软化，使开挖面上方形成局部孔洞；随着时间延长，局部孔洞逐渐向上发展直至地表，最终形成地面局部塌陷。泥水盾构在硬塑性黏土地层施工时，应当避免停机；当必须停机时，应尽量缩短停机时间，避开建筑地段，同时加强地面监测，必要时应在开挖面上方地层进行注浆加固，防止坍塌破坏。

留设合理宽度的区段煤柱是确保特厚煤层综放工作面顺利接续和安全回采的关键。为确保芦子沟煤矿3107特厚煤层综放工作面仰斜开采过程中，双侧采空煤柱能够稳定承载并有效隔水，分析区段煤柱覆岩结构特征，建立区段煤柱应力计算模型，理论计算了双侧采空煤柱应力，结合数值模拟及理论分析手段对煤柱稳定性进行综合评价。通过实施科学合理的深孔爆破切缝卸压方案，降低了3107工作面采动应力对煤柱的影响，优化了煤柱应力环境，提高了煤柱稳定性，保证了3107工作面的安全回采。研究结果对类似开采条件下的区段煤柱宽度确定及坚硬顶板条件下煤柱卸压具有一定意义。

结合快速多极子展开技术，发展一种高精度快速多域间接边界元方法，用于求解弹性半空间大规模夹杂群对平面SH波的二维散射。数值检验表明，该方法能够高效精确地求解大规模多域散射问题，同时可大幅度降低计算存储量，据此在普通电脑上可实现数百万自由度二维多域出平面散射问题快速求解，进而分别针对半空间中均匀分布和随机分布的夹杂群，探讨了夹杂群刚度、形状对其周围平面SH波散射的影响规律。研究结果表明：由于弹性波的多次散射相干，使得夹杂群对平面SH波的散射与单夹杂体存在显著差异，总波场空间分布特征和位移频谱特征更为复杂；平面SH波散射特性主要取决于夹杂体的材料软硬程度、几何形状特征和入射波的角度、频率。另外，研究方法和分析结论可为半空间复杂不均质体对SH波散射正、反演分析提供新的技术手段和理论依据。

隧道开挖和管线置换引起的应力变化将不可避免地导致土体位移，进而对上覆既有管线产生诸多的不利影响。国内外学者对管-土相互作用开展了大量的研究，但用于预估隧道开挖和管线置换引起既有管线弯曲变形的简单并且有效的设计图表尚未提出。采用ABAQUS商业软件，对隧道-土-管线、管线置换-土-管线间的相互作用开展系统的有限元仿真模拟。通过采用管线不同运动方向下的等效管-土相对刚度，提出了隧道开挖和管线置换引起的管线弯曲变形的设计图表，并采用现场实测数据和离心模型试验结果验证此设计图表的合理性。设计图表中的管线最大弯曲曲率与土体最大曲率的比值和管-土相对刚度具有非常好的相关性。工程师一旦得到隧道开挖或管线置换引起的土体位移、管线尺寸、管线参数和土体参数，此设计图表可用来预测隧道开挖或管线置换引起既有管线的最大弯曲曲率。

从统计资料不足的角度出发，研究一种岩土工程隐式功能函数非概率可靠性方法，作为概率可靠性方法的有益补充。首先利用系列区间扩展函数降低区间相关性，建立基于子区间法的隐式函数区间解的迭代程序；然后采用试验设计的方法，从全面设计的角度建立统计优化模型搜索最优解，达到一个目标区间内获得一个简单计算方案的目的；最后通过对功能函数中应力函数的区间解设置置信区间，形成有限计算代价下的偏向于绝对安全的隐式功能函数非概率可靠性模型。通过岩土工程中最小支护阻力函数演示该方法的具体操作程序。工程算例结果表明，由此得到的最小支护阻力上限值与蒙特卡洛模拟法最大值的相对误差为0.83%，偏向于绝对安全。

突水突泥是富水全强风化花岗岩隧道施工常见的地质灾害，地层颗粒的流失是导致突水通道扩展的关键因素，其中颗粒达到起动流速是其流失的临界条件。考虑水流冲刷和土体黏结作用，对突水通道断面颗粒进行三维受力分析，导出颗粒的临界起动条件，建立了考虑颗粒粒径、颗粒坡面位置、相对暴露度三因素的颗粒起动流速函数，并利用数值方法分析了上述三因素对起动流速的影响规律。计算分析表明：起动流速随粒径增大先减小后增大，通道断面不同坡面位置颗粒起动流速呈明显的对称性，总体上起动流速随相对暴露度的增大呈增大趋势。采用正交试验法研究了三因素对颗粒起动流速的敏感性，发现粒径对起动流速影响最为显著。同时根据断面颗粒起动最小流速标准及相对暴露度的随机性，简化颗粒坡面位置和相对暴露度两因素，导出颗粒起动流速的简化公式，最后利用室内试验和工程实例验证了该公式的合理性。

通过对土石粒径界限、块石分布规律与粒径分布频度的研究，基于直接生成法建立了土石混合体的三维随机模型，形成了一套较为完整的、操作性强的三维随机模型构建方法。在此基础上，将三维随机模型构建方法与FLAC3D随机建模方法相结合，建立与真实土石混合体具有相同统计规律的有限差分模型，开展室内直剪数值仿真试验研究，获取了不同垂直压力下的剪应力-位移曲线和相应的剪切带分布，探讨了土石混合体的剪切破坏特性与土石相互作用机制。剪切过程中由于土体产生的不同程度的剪切变形以及块石在摩擦作用下发生的水平或旋转运动，导致土石混合体的剪切带表现出明显的不规则和不连续特点，其剪应力-位移曲线具有应变硬化特点。研究表明，三维随机模型能够反映土石混合体的宏观力学性质和细观破坏机制，可作为力学性质研究的有效载体。

针对深埋圆形隧洞全断面毫秒延迟钻爆开挖，通过建立开挖面上地应力瞬态卸荷与爆炸荷载激发围岩振动的理论计算模型，并结合实测振动信号分析，研究了影响围岩振动频率的因素及其频谱特性。研究结果表明，瞬态卸荷持续时间、爆炸荷载上升时间和开挖面大小是影响深埋隧洞钻爆开挖围岩振动频率的主要因素；在爆源近区围岩振动以爆炸荷载作用为主，但爆炸荷载上升时间远小于瞬态卸荷持续时间，由此导致爆炸荷载激发振动的频率高，其质点峰值振动速度衰减快，在中远区地应力瞬态卸荷可成为引起围岩振动的主要因素；瞬态卸荷与爆炸荷载共同作用产生的振动具有两个优势频带，其低频成分主要由瞬态卸荷引起，而高频成分主要由爆炸荷载引起。

为了研究层流状态下粗糙单裂隙面的渗流特性，基于格子Boltzmann方法，建立了压力作用下单裂隙面渗流的数值模型。采用D2Q9模型模拟离散速度分布方向，在宏观尺度上，上、下边界设置为不透水边界（ux =uy =0），左、右边界为压力边界（左侧压力pin大于右侧压力pout）；在微观尺度上，左、右边界及光滑裂隙表面采用非平衡态外推格式，粗糙裂隙表面采用标准反弹格式。编制了相应的计算程序，验证了光滑平板裂隙流的立方定律。采用分段随机裂隙长及裂隙宽的方法生成了粗糙裂隙面，并基于格子Boltzmann方法研究了不同粗糙裂隙面方案的渗流特性。研究结果表明：对于粗糙裂隙面，渗流特征极大程度取决于裂隙表面形貌，随着相对粗糙度的增加，裂隙渗流规律明显偏离立方定律。为此，考虑裂隙面相对粗糙度的影响，根据不同裂隙粗糙面方案的数值计算结果，提出了层流状态下粗糙裂隙面渗流的立方定律修正公式，为系统研究复杂粗糙裂隙的水力特性奠定了一定的基础。

数值流形法的数学网格不需要适应求解域内各种不连续界面和边界，因此，总可以用规则的结构化网格建立数学覆盖。但对于大多数问题，在整个求解域上布置统一密度的网格显得浪费。因此，需要研究在结构化网格上实施局部加密，建立了加密物理片的方法用以解决这一问题。具体的实施过程中，确定了需要加密的区域后，先在这些区域布置规则的精细网格，然后找到这些区域中包含的原始网格中的物理片，用精细网格上建立的插值代替被加密物理片上的局部近似，从而提高了局部近似的阶次。数值算例结果表明，该方法收敛性良好。另外，如果所有物理片上的局部近似都采用0阶多项式(常数)，那么将会得到正定的刚度矩阵。

精细三维地质模型的构建是实现地质体真三维可视化分析的难题之一。提出一种基于不规则三角网（TIN）和角点网格（CPG）的混合空间数据模型来构建三维精细地质模型的方法。首先建立基于TIN的构造-地层格架三维地质模型，然后进行TIN面元模型到CPG体元模型的转换，将基于TIN的构造-地层格架模型转换为基于CPG的精细网格体元地质模型，从而实现“表达上”精细三维地质模型的构建。在转换过程中首先要进行地层序列的定义，然后对空间格网进行划分，在此基础上计算格网中各个单元格的空间坐标和各个网格的有效性，并将计算结果存储为GRDECL格式文件，最后通过QuantyView3D系统读取该文件实现精细地质属性模型的展示。利用该方法对沿海某城市一个重点区域进行精细水文地质模型的构建，验证了其方法的可行性。

采用光滑粒子流体动力学（SPH）方法和离散单元法（DEM），并基于达西渗透试验原理，提出一种SPH-DEM耦合算法用于处理宏观尺度下离散体与流体之间的相互作用问题，并基于该流-固耦合方法采用FORTRAN语言建立滑坡涌浪数学模型。模拟了块体滑坡问题，并与试验数据进行对比以验证该耦合方法的有效性。模拟分析了离散体滑坡产生涌浪以及涌浪传播的过程，分析比较了数值模拟得到的最大涌浪高度与经验公式结果间的关系。研究表明：采用该耦合方法模拟水下块体滑坡问题得到的结果与试验数据吻合良好；模拟离散体滑坡涌浪问题时，较清晰地反映了滑坡体对水的排挤到涌浪的产生过程、水在滑坡体中的渗透过程和滑坡体与水耦合作用发生变形的过程；不同公式分析方法得到的最大涌浪高度之间均有一定差别，算例中滑坡体受重力作用沿倾斜坡面滑动入水过程更接近于潘家铮法的垂直运动模式，因此，模拟结果与之最为接近。

计算地震条件下主动土压力的大小是挡土墙设计的重要内容之一，为了进一步拓展经典朗肯土压力适用范围，基于拟静力法和经典朗肯土压力分析思想，依据挡土墙后面无限倾斜填土受力状态，选取菱形微小单元体为研究对象，采用应力摩尔圆对单元体进行应力状态分析，在此基础上推导了无限倾斜填土非竖直墙背条件下地震主动土压力计算公式。分析结果表明，经典的朗肯土压力公式和倾斜填土面黏性土朗肯主动土压力公式只是该公式在静力条件下的特例；与现有多种地震主动土压力计算公式的结果进行了对比分析，发现该公式与Mononobe-Okabe公式的计算结果基本一致，与其他几种方法的最大差值不超过10%。此外，还分析了填土内摩擦角、黏聚力和竖向地震系数对地震主动土压力系数的影响规律。

预测隧道开挖对邻近桩基产生的附件内力和变形对隧道建设具有重要意义。传统弹性地基梁法忽略了相邻桩-土界面单元的相互作用和桩-土界面的塑性变形，其预测结果与实际有较大出入。基于Mindlin解考虑桩-土界面单元相互作用，假设桩-土界面为理想弹塑性体,根据摩尔-库仑准则得出桩侧土体的极限剪应力和极限土压力，可由本构方程得出隧道开挖引起的桩基附加内力和变形的塑性解。将该方法得到的塑性解与离心试验结果进行对比，验证了该方法的合理性。新方法考虑了桩身相邻桩-土界面单元的相互作用，得到的附加变形较传统地基梁解大。最后，讨论了桩-土界面塑性变形对桩基附加内力及变形的影响，由于不考虑桩-土界面塑性变形，导致桩基附加内力和变形产生较大偏差，并且随着地层损失率增加，偏差增大。