基于平面应变改造后的西安理工大学真三轴仪，在不同围压条件下对不同含水率黄土进行了侧向卸载平面应变试验，研究了平面应变条件下原状黄土的卸载强度、变形特性以及原状黄土的破坏方式。研究结果表明：不同固结围压条件下，各含水率原状黄土的侧向卸载应力-应变曲线均为硬化型，近似呈理想塑性曲线。剪切过程中，黄土的侧向与竖向变形呈非线性变化，侧向应变的发展要快于竖向应变，体积变形均为体胀。侧向卸载条件下土的破坏应变要比平面应变竖向加载和常规三轴试验小得多。黄土的卸载破坏强度与含水率、围压和球应力状态密切相关；随着含水率的增大，黏聚力衰减明显，内摩擦角略有减小。侧向卸载条件下，原状黄土呈剪胀滑移破坏形式。

利用自主研发的真三轴岩爆试验系统，以灰白色中晶粒花岗岩为研究对象，开展了不同失效支护力、支护失效时机及支护失效速率对岩爆弹射破坏的影响的室内试验。试验中，模拟了地下洞室支护失效前、后的围岩应力路径变化，利用高速摄像系统对岩爆破坏全过程进行追踪与弹射动能测试。结果表明，支护力越大，支护失效时岩爆的弹射动能越大；在轴向应力加载过程中，单面卸除最小主应力的时间越晚，即支护失效越迟，岩爆的弹射动能越大；支护失效速率越大，岩爆弹射动能越大；随着支护失效速率的增大，岩样的破坏模式由脆性开裂静态破坏向岩爆动力破坏转变。

现有的平面应变试验仪都不能很好地解决接触摩擦的问题，试验中土样与约束面板之间存在较大的摩擦力影响变形测量的准确性。在总结平面应变仪发展历程的基础上，根据加载方式将平面应变仪分为4类，分析了现有的平面应变试验仪的特点和存在的问题；介绍了一种改进的平面应变仪的压力室。改进后的压力室在前、后约束面板与土样之间分别增设一层厚约3 mm的密封水膜。在试验过程中，包裹土样的橡皮膜与密封水膜的硅胶膜紧密贴合而不直接与面板贴合，可以消除土样与面板之间的摩擦。同时，新型的压力室还可应用于土样变形数字图像测量系统，实时测量土样表面的变形分布，可以比较精确地测量土样的表面变形、剪切带的形成过程及特征。分别使用改进的压力室和未改进的压力室对福建标准砂进行平面应变试验，前者测得的应力-应变关系曲线的峰值比后者低约60%。制备相同干密度的土样分别进行不同围压条件下的三轴试验和平面应变试验测取土样的抗剪强度，使用改进压力室得到的抗剪强度参数与三轴试验测得的结果很接近，而使用未改进的压力室测得结果则明显不合理。

利用双轴伺服试验机开展花岗岩巷道岩爆模拟试验，采用声发射系统获取岩爆全过程的波形信号。基于频谱分析理论，研究岩爆孕育、发生全过程的声发射信号主频特性。研究结果表明：双轴加载条件下花岗岩巷道岩爆声发射主频分布区间为0.4～110 kHz，其中99%以上的主频值集中在35～65 kHz。声发射信号主频的分布随岩爆演化可分为3个阶段：（1）岩爆孕育前期，大部分主频值集中在35～65 kHz和15～25 kHz区间，且有一定数量接近0.4 kHz的低频值出现，极少出现接近110 kHz的高频值；（2）岩爆孕育中期，主频值集中在35～65 kHz区间，接近0.4 kHz的低频值基本消失，少量接近110 kHz的高频值开始出现；（3）岩爆发生阶段，35～65 kHz区间内的主频数量骤减，接近0.4 kHz的低频值极少出现，接近110 kHz的高频值密集出现。研究结果为优选声发射监测频段提供了方法和依据，且对巷道岩爆的监测预警工作具有重要理论意义。

座落于黏土地基上的结构物在起浮或上拔过程中将受到地基对其的抗拉阻力。黏土对结构的黏附力是地基抗拉阻力的组成部分，其值的选取对地基抗拔承载力的确定有重要的影响。为了研究黏附力的发展规律和影响因素，改进了组合测盘，将内测盘底部和外界空气相通，从而消除孔隙水压力对黏附力的影响，并采用该测盘测量黏土在不同含水率、不同拉拔速率下的黏附力。试验结果表明，黏土对基础的拉拔应力随着基础拉拔位移的增加而线性增加，达到黏附力后将迅速消失。黏附力在含水率较小时为0，当土体的含水率超过塑限后黏附力开始增加，增加到峰值后下降，最后衰减到一个稳定值。相同拉拔速率下含水率变化时黏附力的峰值随拉拔速率的增加而增加，其对应的含水率随拉拔速率的增加而降低。相同含水率下，黏附力随拉拔速率的对数呈S型曲线变化。黏附力和土体不排水抗剪强度之间的比值随含水率的增加而增加。以上研究结果为深入理解黏附力变化规律并指导工程实践提供了依据。

运营期内路基土的含水率会由初始碾压含水率逐渐增大至平衡含水率，含水率的变化将会导致路基土路用性能的演化。结合已有文献中压实土剪切模量随含水率变化的实测结果与室内补充试验数据，研究了不同条件下含水率及压实度对压实土剪切模量的影响规律。结果表明：压实度不变时，路基土剪切模量随含水率的增加而减小，且压实度越大，剪切模量降低得越快；在低含水率下，剪切模量随压实度的增大而增加，但在较高含水率下，剪切模量随压实度先增加后降低，且峰值模量对应的压实度随含水率的增加而减小；峰值剪切模量对应的含水率略小于最大干密度对应的最优含水率；压实土剪切模量随稠度呈先增大、后减小的趋势，但不同黏粒含量的土体获得峰值剪切模量的稠度状态不同，且峰值模量对应的稠度与黏粒含量具有良好函数关系。

通过开展小尺寸的室内模型试验，研究了在不同滑道坡度和滑道宽度下，滑坡-碎屑流的运动和堆积特性。试验结果发现：斜坡坡度增大时，对于细颗粒堆积体，其冲程和平面覆盖面积均变大；对于粗颗粒堆积体，其冲程和平面覆盖面积均先变大后变小；两者的堆积宽度均减小、堆积厚度均增加。滑道宽度对滑坡运动影响显著，滑道宽度增加时，其冲程出现小幅度的增加，而平面覆盖面积和堆积宽度均出现较大幅度的增加，堆积厚度则变小；滑道出口宽度对滑体最终堆积范围影响显著，而滑道入口宽度的影响则相对较小。试验研究成果为滑坡-碎屑流堆积范围及堆积形态影响因素的探究提供了一定的理论参考价值。

HTPF法测试所需的数目众多的原生裂隙面大大制约了这种方法的推广应用。针对这一问题，通过为原生裂隙面上广泛存在的剪应力建立力学方程，利用最小二乘法和计算机程序试错搜索原生裂隙面摩擦系数的办法反演原地应力张量。理论上基于每个原生裂隙面的水压致裂测试结果可以建立两个力学方程，那么只需要3条原生裂隙就可以求解原地应力张量，但为了保证计算机程序反演收敛，至少需要5条原生裂隙，这一方法被定名为M-HTPF法。将这种方法在山东某科研钻孔的原地应力测量作业中进行了应用，通过利用5条原生裂隙面上的水压致裂测试得到的关闭压力和方位角数据，反演得到原地应力张量： 8.85 MPa，方位角为N58.12°W∠14.18°； 6.61 MPa，方位角为N26.2°E∠ 21.54°； 5.01 MPa，方位角为N62.86°E∠63.86°。通过与同一钻孔内的经典水压致裂法的测量结果对比可知，两种方法得到的最小主应力和中间主应力非常接近，最大主应力则相差较大；两种方法获得的最大、最小主应力方位角基本一致。该方法为单孔三维水压致裂原地应力测量提供了新的思路和途径。

可以实现分布式、长距离、实时监测的BOTDR监测技术已在土木工程领域得到了较为广泛的应用，但在岩土工程领域的应用研究起步较晚，相关技术还有待于进一步完善。以布里渊BOTDR的巷道/隧道应变监测技术为基础，研究了沿巷道轴向进行一维布设的光纤应变测量值与隧道顶板沉降变形之间的关系。首先，根据巷道/隧道顶板的变形规律，建立了光纤沿巷道/隧道轴向发生的应变与巷道/隧道顶板的沉降变形之间的数学模型，即圆弧模型、抛物线模型和三角形模型。其次，对巷道/隧道顶板的沉降变形与光纤应变之间的关系进行了试验研究。对比分析表明，理论计算值与试验值具有很好的一致性。利用圆弧模型、抛物线模型和三角形模型等3个计算模型，可以将光纤应变与顶板沉降联系起来，这对于BOTDR技术的应用与推广具有重要的理论意义和工程实用价值。

三峡库区许多古滑坡在重力等内、外地质营力作用下呈现出长期而缓慢的变形特征，具有明显的蠕变属性。复活型古滑坡的滑带常处于残余强度状态，其运动特征主要受滑带土力学性质和应力状态控制，研究原状滑带土在残余强度状态下的蠕变特性，对于了解复活型古滑坡滑动机制及预测其运动趋势具有重要意义。针对三峡库区黄土坡滑坡原状滑带土开展环剪试验，研究了不同应力水平条件下滑带土在残余强度状态下的蠕变变形规律。结果表明，滑带土的蠕变速率与剪切应力比RCSR（蠕变剪切应力与残余强度的比值）呈正相关变化，当RCSR接近蠕变阈值1时，滑带土等速蠕变明显，部分试验条件下继而发生加速蠕变，在相同RCSR条件下，土样法向应力越大，其蠕变速率也越大。采用Burger模型对蠕变过程进行模拟，获取了模型的各参数。通过分析滑带土等时蠕变曲线，获得滑带土长期抗剪强度约为0.95倍的残余强度。此外，滑带土蠕变速率受固结时间影响，蠕变速率随固结时间增加而减小，滑带土剪切强度随着固结时间和剪切位移的增加可发生一定程度的恢复。

由于斜坡场地存在初始剪应力的作用，在强地震动作用下比水平场地更易发生液化大变形破坏，研究初始剪应力对土体液化大变形特性的影响是必要的。以饱和粉土为研究材料，开展了一系列单幅剪应变达到50%的循环扭剪试验。试验结果表明：在初始剪应力和循环剪应力的共同作用下，饱和粉土试样均发生孔压达到有效围压的零有效应力状态现象，累计变形呈平缓—急剧的发展模式，土体大变形的产生机制可区分为2种：循环液化和应变累计。随着初始剪应力比的增加，饱和粉土的循环强度呈现先减小后增大的特征，且在初始剪应力比接近循环应力比CSR时其循环强度最低。

基于损伤力学和损伤阀值的概念，认为岩石在较小应力状态下为弹性阶段。当应力达到屈服状态时，发生连续损伤；而当完全损伤时，其应力-应变具有残余强度的变形特征。在此基础上，采用三参数Weibull分布描述岩石损伤演化机制，同时对Lemaitre应变等价性假设进行修正，考虑岩石内部损伤后沿着局部断裂带发生相对滑动变形所产生的滑动摩擦力，最终建立起新的岩石损伤模型。通过与试验结果进行对比分析，结果表明，所建立的损伤模型能够准确地描述岩石在低应力水平下的弹性变形和残余强度变形特征，在实际的工程中具有广泛的适用性。

运用多功能试验机首次开展岩盐非连续疲劳试验，研究了时间间隔作用下的岩盐的力学特性（包括变形和弹性常数）的演化规律。试验结果显示：（1）与常规疲劳情况不同，间隔疲劳过程中时间间隔后的循环产生的轴向残余应变总大于时间间隔前的残余应变，且径向和体积残余应变呈现出与轴向相同的规律。（2）时间间隔后的循环内弹性模量总体大于时间间隔前的循环内弹性模量，但泊松比随时间间隔变化不明显，时间间隔前、后均呈相似的上升趋势。（3）间隔疲劳过程中的时间间隔对塑性变形的积累有加速效应，时间间隔越长，疲劳过程中残余应变积累越快，岩盐疲劳寿命越短。（4）循环过程中无应力静置时间间隔的出现，为岩盐内部结构的整体调整提供了时空条件，有利于晶粒在残余应力作用下归位并产生新的滑移面，后续加载时晶粒回到原应力峰值对应位置将耗散更少能量，宏观上表现为塑性变形的加速积累，岩盐更容易发生疲劳破坏，疲劳寿命降低。

土工结构的震害调查表明，桩板墙具备优良的抗震性能，安装锚索之后效果更佳。尽管如此，目前关于桩板墙的研究大多数集中于静力方面，对于动力响应情况和抗震工作机制的研究较少，关于两类典型桩板墙，即桩板墙和锚索桩板墙的地震响应特性的对比研究未见报道。基于此，将桩板墙和锚索桩板墙进行了同台的大型振动台模型试验，对比分析了两种结构的地震响应特性。试验结果表明：两种结构的土压力、锚索拉力和桩身位移地震时程响应规律均与输入的地震动参数密切相关，如曲线形状和变化趋势，并且它们的峰值出现时刻与地震动加速度峰值出现时刻基本一致。锚索的安装，能更好地保持边坡的稳定性和有效限制桩身变形，尤其是在高地震烈度区，当土体非线性增强时，优势体现愈发明显，即预应力锚索会产生减小桩身位移的效果，特别是当地震系数为0.4时，普通桩板墙的位移达到预应力锚索桩板墙的2.4倍。此外，锚索拉力的施加，能够使桩对土体产生“主动”的反压力，两种结构在静力和地震系数为0.1的工况下桩背所受的滑坡推力基本一致，嵌固段土体抗力的差距也不明显，实测点强度的最大差异不超过20%，说明锚索的作用没有得到充分发挥；但当地震系数大于等于0.2后，锚索作用开始体现，桩土变形的协调性更好，桩背与滑体的相互作用力增大，土体抗力较桩板墙大幅度减小，更有利于边坡的稳定。同时，锚索拉力的作用使结构的悬臂段桩身内力较大，在进行结构设计时，相比于普通桩板墙，锚索桩板墙应加强悬臂段，可以适当弱化嵌固段。分析成果可供高烈度地震区桩板墙的抗震设计、灾后恢复重建及今后相关规范修订参考。

由于重度小、渗透性强，橡胶粉末常作为边坡、路基和挡土墙的填料，以代替部分砂土，从而提高挡土墙的安全性，并减少砂子的用量。在地震或交通荷载作用下，掺有橡胶粉末的砂土动力学特性，包括应力-应变关系曲线、孔隙水压力累积规律、动剪切模量和抗液化能力方面的研究亟需开展。借助CKC循环动三轴仪，开展饱和不排水条件下掺有橡胶粉末的砂土试样的动力学特性研究，重点评估掺入的橡胶粉末对试样的抗液化性能的影响。研究结果发现，掺有不同粒径橡胶粉末的砂土对应力-应变关系、孔隙水压力的影响非常显著，同时发现，粒径较大的橡胶粉末可以极大地提高试样的抗液化能力。另外，发现掺入量越大，对抗液化能力的提高越明显，且随着掺入量的提高，表现出与常规砂土液化不同的破坏模式。研究结果进一步明确了掺有橡胶粉末的砂土动力特性行为，为橡胶粉末在工程实践中的应用提供了技术依据。最后，对橡胶砂土混合的微观机制进行了解释。

以模拟矿山渗滤液作为渗透溶液，使用柔性壁渗透仪，在不同有效应力条件下测定土工合成黏土衬垫（geosynthetic clay liner, GCL）的渗透系数。试验结果表明：矿山渗滤液作用下GCL渗透系数升高的幅度与其所受有效应力的大小紧密相关；当有效应力为24 kPa时，矿山渗滤液的渗透使GCL的渗透系数升高至1.52 m/s，比控制样（自来水渗透）的渗透系数高340倍，不能满足《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制规范》对防渗层渗透系数的要求（ 1.0 m/s）。而当有效应力为93、162、231和438 kPa时，矿山渗滤液的持续作用使GCL的渗透系数只分别升高了26、21、14和10倍，且全部满足规范要求。研究结果表明，在对矿山废弃物处置场中GCL的防渗性能进行评估时，必须考虑GCL试样在场地中的受力状态。

弱透水层是含水层系统的重要组成部分，要准确计算弱透水层释水量和变形量需事先确定弱透水层的渗透系数和贮水率值。基于一维含水层系统概念模型，在相邻含水层降深随时间线性增大的边界条件下，推得了无量纲形式的弱透水层降深解析解，分析了弱透水层中滞后降深消散规律。根据水量均衡方程得到了弱透水层累计压缩变形量随时间变化的标准曲线，并提出了一种配线法用以确定弱透水层的渗透系数和贮水率，该配线法能够反映弱透水层释水变形过程的滞后性。以上海含水层系统为例，运用配线法确定了f10-7分层标处第2弱透水层的渗透系数为4.26 m/s，贮水率为2.22 。对于具有长序列变形和水位观测资料的含水层系统，该方法具有一定的适用性。

三维地质模型是地质结构、成分、构造和地质数据在三维可视化空间的有效载体。而基于矢量剪切技术的地质切片，可以直接从三维地质体模型上快速提取纵横交错的虚拟地质剖面，直观地显示地下某一位置的地层结构及地质构造的空间形态。但孤立的地质剖面不能很好地表征地质结构、构造及地质现象的空间连续变化。为此，提出了一种基于实时矢量剪切的三维地质体模型的序贯剖面可视分析方法。运用基于多线程的实时矢量剪切技术，分别完成每个虚拟剖面的地质结构、构造和属性特征的布尔运算，生成具有空间拓扑结构和属性特征的可视化地质切片；依次生成整个地质体模型的多组序贯剖面，最终实现对三维地质模型的结构进行连续、动态显示。通过定制界面进行扫描方向、线程、剖面帧数等参数的控制，具有很好的灵活性、可控性和自动化程度，实现了对三维地质模型的实时、多角度序贯剖面的动态扫描，使得地质空间可视化分析更加直观、高效、灵活。

剪正应力比综合反映了摩擦材料的变形与破坏特性。通过分析主应力的大小与方向变化所引起的剪正应力比，结合剪正应力比-剪应变分量的双曲线关系，提出了一种能考虑主应力方向的土体非线性弹性本构模型。考虑到土体初始剪切模量、各向异性峰值强度与应力历史、加载方向密切相关，给出了模型参数的取值方法，进而得到了分量形式的应力-剪应变关系。分别采用应力路径三轴试验、纯主应力轴旋转试验以及主应力方向固定的剪切试验验证了模型的合理性。预测结果与试验结果对比表明，提出的非线性弹性模型能较好地描述复杂应力路径下土体变形特性。

基于大比例模型试验，采用能够近似模拟列车单个轮轴荷载的正弦波荷载，在砂土地基中通过开展不同激振频率下X形桩桩-筏复合地基的动力特性模型试验，研究激振频率对X形桩-筏复合地基动力响应的影响。着重分析了不同激振频率引起的X形桩-筏复合地基的速度、动土压力、桩身动应力等，获得了速度响应、桩身动应力随深度的变化规律。结果发现：筏板的速度响应幅值随着激振频率的增加近似呈线性增加；地基表面动土压力和动力荷载放大系数随激振频率的增大而增大，且增幅逐渐加大；桩顶动应力随激振频率的增大而逐渐增大。相关研究成果可为我国高速铁路桩-筏复合地基的理论分析与计算以及动力荷载放大系数的确定提供参考依据。

目前涉及岩土体不均匀性的岩土问题可靠度分析大多只考虑岩土体的固有变异，即岩土体特性参数的不均匀性，未考虑涉及不同岩土体材料的地层变异。地层变异在实际滑坡中广泛存在，其表现为不同类型岩土材料（如黏土、粉土、砂土）的互相嵌套，或一种类型岩土体在另一种较均质岩土体中的随机分布。为此，提出了利用钻孔资料评估考虑地层变异时边坡稳定不确定性的分析方法。根据已有钻孔资料设计了不同的钻孔布置方案，建立了表征地层变异的马尔可夫链模型，采用有限元强度折减法进行边坡稳定性分析，探讨了钻孔布置方案对评估边坡稳定安全系数和失效概率不确定性的影响。以澳大利亚珀斯市钻孔资料为例，分析了所提方法的有效性。结果表明，钻孔布置方案对边坡稳定安全系数和失效概率的不确定性评估有重要影响。考虑地层变异时，边坡稳定安全系数可以用Johnson分布来描述；边坡稳定安全系数统计量和失效概率不一定随钻孔数量增加而单调变化，边坡影响区域以内钻孔对评估边坡稳定安全系数的不确定性最为有效；当钻孔数目逐渐增加时，边坡安全系数均值逐渐收敛至精确值。

岩石岩爆倾向性评价是地下工程岩爆风险评估的基础，评价指标众多，且各有特点，应用存在误区。在澄清岩爆倾向性概念的基础上，通过系统文献调研，对岩爆倾向性评价指标进行了归纳和分类，从获取方法的角度重点分析了岩爆倾向性指数Wet和强度脆性系数B。针对Wet获取中卸载点难以准确控制的传统难题，建议了以体积应变反弯点作为卸载控制点的试验方法，试验结果表明，该方法科学、有效。基于对岩石Wet和B值的充分调研总结，分析了二者的相互关系，改进了B值评价标准，为更科学合理地评价岩石岩爆倾向性奠定了坚实基础。

研究富水砂层斜井冻结壁力学特性及温度场分布规律，可为解决斜井冻结法凿井穿越富水砂层技术难点提供可靠依据。以陕北某斜井冻结法凿井工程为研究背景，通过室内物理力学试验、现场实测及有限元数值模拟相结合的方法，研究了冻结状态下砂土的热物理及力学特性，分析了斜井冻结法凿井期间冻结壁受力机制，深入分析斜井冻融过程中冻结压力变化规律及原因，对测温孔与冻结壁径向温度实测与数值模拟结果进行了对比分析。研究结果表明，随着温度降低，冻结砂土导热系数呈现出先增大后减小的趋势，且冻结温度对冻结砂土的内摩擦角影响较大；冻结温度、井筒埋深和地下水对冻结压力的影响较大；混凝土水化热对冻结壁的影响范围约为460～475 mm。研究结果可为富水砂层地区斜井冻结法凿井的优化设计和安全稳定性研究提供依据。

对于岩土工程设计来说，准确识别均质土层的边界是极其重要的。孔压静力触探（CPTU）测试数据常用于土分类、土层边界识别和岩土工程参数评价等方面。基于CPTU测试数据，利用统计分析方法进行力学分层，可以有效地识别均质土层边界。采用组内相关系数法和修正的Bartlett检验，对CPTU测试数据进行统计分析，生成相应的组内相关系数指标RI和Bartlett统计量。结合RI和修正的Bartlett统计量临界值，检验土体的均质性，确定均质土层的边界，从而进行力学分层。利用3个场地的CPTU数据进行力学分层，并将其结果与土性分层结果进行对比。结果表明，力学分层结果不仅能分辨出全部主要的土性分层界面，而且还显示更多潜在的次级力学分层界面。

巷道要经历开挖前稳定、开挖扰动、支护稳定或再破坏的演化过程，巷道稳定状态受原岩应力场-开挖扰动应力场-支护应力场相互作用的影响。采用FLAC3D分析了不同预紧力与间排距条件下锚杆、锚索产生的围岩支护应力场的分布特征，定义了围岩应力扩大系数k来表征围岩应力的扩散效果，揭示了锚杆、锚索预紧力耦合支护效应。针对朱集西矿深部巷道特征与地质条件，提出了锚网索喷+U型钢支架+注浆+底板锚注分步联合支护技术方案，开展了三维相似材料模型试验，验证了该支护技术方案的合理性与可行性，揭示了深部高应力软岩巷道围岩变形破坏与支护结构受力演化规律，并成功应用于工程实践，解决了深部高应力软岩巷道支护难题。监测结果表明，该联合支护方案有效地控制了深部高应力软岩巷道围岩大变形与底臌，保证了巷道围岩与支护结构的长期稳定及安全。

微震是矿山岩体损伤的重要信号，并被用于矿山围岩稳定性分析。为应用矩张量理论，研究矿山开采围岩破坏机制，对理论运用中的关键问题提出了解决办法：（1）通过引入适于矿山岩体应力状态的矩张量三分量分解模型，解决了由于矿山应力状态不确定带来的矩张量分解方程组求解的不确定问题；（2）针对Ohstu提出的矩张量岩体破坏模式判据的不足之处进行了讨论和修正，使其适于矿山岩体工程岩体破坏模式分析。利用改进后的矩张量分析方法对冬瓜山铜矿的部分巷道围岩破坏机制进行研究，印证了冬瓜山巷道围岩破坏是一种以剪切破坏为主，多因素综合作用的破坏形式的结论。当巷道穿过不同岩层接触带时，微震事件在接触带附近积聚，表明巷道围岩出现剪切破坏带并形成冒落区；位于单一岩层中的巷道围岩中的微震活动较为分散，破坏原因多为围岩应力集中，破坏形式表现为局部性围岩冒落。

针对边坡失效概率计算中功能函数难以确定、多重积分计算不便等问题，提出了Copula理论下基于g-line失效域的边坡可靠性分析方法。首先简要介绍了Copula理论，给出了基于Copula理论的边坡可靠性分析步骤，进而探讨了一般均质边坡的g-line曲线拟合形状及表征边坡失效域的抗剪强度参数范围，结果表明，二次多项式能很好拟合g-line曲线，内摩擦角和黏聚力可表征g-line曲线下的边坡失效域。以一均质边坡为例，通过在g-line失效域内积分，得出了3种Copula函数下边坡的失效概率，均与FORM及MCS法得出的结果比较接近，从而验证了Copula理论下基于g-line失效域的边坡可靠性分析方法的合理性。最后，讨论了不同Copula函数下失效概率计算结果的差异性随安全系数变化的特点，认为在低失效概率（高安全系数）时，可靠性分析结果对Copula函数类型比较敏感，应重视不同Copula函数类型引起的计算结果差异性及最优化问题的研究。

波浪循环荷载通过堤身和砂质土置换层传递给软土地基，在软土地基中产生循环动应力，使软黏土发生不排水强度弱化现象，严重影响格型钢板桩防波堤承载性能。结合工程算例，基于动力有限元法建立考虑软土循环弱化效应的格型钢板桩防波堤三维弹塑性动力分析模型，对软土地基在循环荷载作用下最大孔压增长规律以及不排水强度弱化特性进行研究。建立格型钢板桩-软土地基系统动力稳定性分析方法，对格型钢板桩-软土地基系统的破坏模式、稳定性以及沉降变形特性进行分析。结果表明：最大孔隙水压力主要分布在格体周围软土层，主、副格仓底部及部分桩-土接触部位的不排水强度发生明显弱化。考虑软土地基循环弱化效应时，格型钢板桩-软土地基系统的稳定性安全系数显著降低。建议在实际工程中应考虑软土地基循环弱化效应对格型钢板桩防波堤稳定性的影响。

试验研究和数值模拟都表明，颗粒破碎对颗粒岩土材料的宏观力学响应具有重要的影响。结合离散元与比例边界有限元法，提出一种用于研究堆石料颗粒破碎行为的新的数值计算方法，可以将两种方法各自的优势同时发挥出来。离散单元法将被用于求解颗粒的运动以及相互作用。在每一个时间步尾，采用比例边界有限单元法计算颗粒内部的应力分布。比例边界有限单元法可以仅用一个任意边数的多边形来描述一个颗粒，大大节约应力计算的成本。当应力状态确定之后，Hoek-Brown准则将被引入用于确定颗粒内部的破坏点，当破坏点达到一定的比例时，即视为这个颗粒将破坏。为简化起见，假设破坏路径为直线，如果破坏发生，则该颗粒一分为二，各个新的颗粒将直接参与离散元和比例边界有限元的计算。该方法无需预定义任何子颗粒或网格重划分。最后以一个简单的双轴试验的模拟展现方法的可行性。

对于岩土类的颗粒材料，在特定的应变加载路径下会发生非局部化的失稳现象，此时应力状态处于Mohr-Coulomb屈服面内，试样整体急剧失稳。采用颗粒离散元方法，研究抗转动特性对颗粒材料在等比例应变加载路径下宏、细观力学特性的影响。模拟发现，较为松散的试样更易发生分散性失稳，此时颗粒集合体的应力-应变状态满足Hill材料失稳准则。采用考虑颗粒转动的接触模型进行离散元模拟，通过改变颗粒间接触的转动摩擦系数，从宏观和细观层面分析等比例应变加载路径中颗粒材料的稳定性。颗粒抗转动能力的增强可以降低材料发生分散性失稳的可能性，随着转动摩擦系数的增加，应力路径由应变软化逐渐转为应变硬化，原本会发生分散性失稳的松散颗粒集合体表现出与密实颗粒集合体相似的宏观力学特性；颗粒集合体的内部结构表现出相应的细观作用机制，转动摩擦系数的增加有效地抑制了颗粒转动，虽然降低了颗粒体系的配位数，但增加了颗粒之间的接触力，增强了颗粒体系力链结构的稳定性和各向异性，形成稳定的结构持续抵抗外荷载的施加，从而试样整体不会形成松散的接触状态而失去稳定性。

运用三维激光扫描仪获取碎石道砟颗粒的几何形态，构建了不规则形状的簇颗粒模型，在此基础上建立了有砟道床三维离散元模型，用于道床细宏观力学行为的离散元模拟分析。同时，为了验证离散元模拟结果的可靠性，开展了高速铁路有砟轨道1:1实尺模型试验，获得了静态加、卸载和循环简谐荷载作用下道床的变形以及不同深度处道砟的振动响应。对比分析表明，离散元模拟和试验获得的道砟振动加速度幅值接近，随深度的衰减规律一致；等效静态加、卸载条件下道砟的垂向变形以及循环荷载作用下道砟的累积变形均能够与试验结果吻合，说明建立的三维道床离散元模型是合理的，能够较为准确地模拟有砟道床的振动响应和累积变形行为，可用于高速铁路有砟道床的细、宏观劣化机制研究。

基于应力平衡方程、渗流连续性方程以及改进的Biot有效应力原理，建立了含裂隙可变形饱和多孔介质流-固全耦合问题的控制方程。流体在介质和裂隙中的流动均满足达西定律，得到的非线性全耦合方程不仅反映多孔介质内部物理量的耦合效应，还考虑介质与裂隙之间的耦合作用。扩展有限元法在处理含裂隙问题时具有独特的优势，采用普通有限元和扩展有限元法构建了数值计算体系。在进行空间离散时，介质内部的位移和孔隙压力均采用普通的有限元进行离散；裂隙处的位移模式引入扩展有限元中的两类附加位移函数，以反映裂隙面的位移强不连续性和裂隙端部的应力奇异性；引入孔隙压力加强函数，以体现裂隙法向孔隙压力的弱不连续特征。使用向后差分格式进行时间离散。算例验证了该模型和算法的正确性和有效性，分析了裂隙的存在对流体流动的延迟作用、裂隙中张开位移及孔隙压力等物理量的分布情况，讨论了渗透率、外部流量的改变对计算结果的影响。

土石混合体是由块石、砾石与砂土、黏土等固体颗粒组成，以块石镶嵌在细粒土体中为结构特征的松散介质。由于其颗粒松散特性，细颗粒在渗流作用下易于流失而形成渗流侵蚀。采用室内试验与数值模拟相结合的方法，扩展渗流侵蚀模型在土石混合体渗透侵蚀研究中的应用。选取云南某滑坡土石混合体为研究对象，采用自制的渗透侵蚀装置，模拟土体基质渗透侵蚀过程，获取土体基质侵蚀参数试验值。根据块石在土体基质中分布特征，建立不同块石含量特征的土石混合体计算模型。基于参数试验值及渗流侵蚀方程、耦合渗流控制方程及孔隙率控制方程，模拟土石混合体渗流侵蚀过程，分析块石含量对土石混合体渗透侵蚀特性的影响。模拟结果表明：在同等水力梯度及时间条件下，块石含量与土石混合体宏观平均流速初值、侵蚀颗粒密度值呈反比，与液化颗粒密度峰值呈正比；块石含量与渗流侵蚀方程中试验参数存在线性相关性。将块石含量作为土石混合体结构特征引入渗流侵蚀方程中，以构建适用于土石混合体的渗流侵蚀模型。

边坡三维临界滑裂面的确定及其安全系数的求解是边坡稳定分析中的关键问题，而现有分析方法尚难以方便、可靠地获得三维滑裂面。在有限元数值应力场的基础上，计算边坡的安全系数。通过构造扩展椭球形滑裂面，利用自适应差分进化（SaDE）算法结合反向移动操作，实现了复杂边坡三维临界滑裂面的搜索。扩展椭球滑裂面构造方便，搜索灵活，比传统的球面或椭球面更能反映实际工程情况。整个求解过程为显式求解，不存在收敛性问题。算例考核结果表明，提出的方法具有良好的搜索效率与全局寻优能力，结果与刚体极限平衡法、有限元强度折减法吻合，计算结果合理可靠。通过实际工程边坡，进一步验证了该方法可方便、有效地应用于具有复杂岩性及环境条件的边坡三维稳定性分析。

亚塑性模型是以Jaumann应力率张量及变形率张量描述的一种率型本构关系，本构关系在非线性有限元分析计算中具有关键作用，解决用应变增量求解应力响应的问题需要一个时间积分过程。针对亚塑性本构模型发展了自适应隐式和显式两种不同的积分算法，给出了误差控制的方法，同时推导了自适应隐式积分算法所需的一致切向模量，并采用了两个不同的单元，利用ABAQUS平台比较了两种积分算法的数值模拟结果。为了实现从ABAQUS/Standard到ABAQUS/Explicit的过渡，开发了UMAT-VUMAT接口，从而可以使已有的UMAT子程序用于大变形动力问题分析。算例分析证明了研究结果的正确性。

真空预压工程中塑料排水板等竖井通水量随地基深度和固结时间而变化，即变井阻效应已经证明是实际存在的。另一方面，在真空预压工程三维有限元分析中，由于竖井和涂抹区在有限元模型中的划分使得三维有限元模拟较为困难。为真实模拟真空预压工程实际情况，在有限元分析中引入变井阻数学模型，并给出变井阻无量纲参数 、 。另外，为降低三维有限元建模难度，选用合适的网格单元简化竖井区，并用等效方法简化涂抹区，实现了考虑涂抹、变井阻效应的三维有限元分析。以天津港某围海造陆工程为例，建立三维有限元模型进行分析计算，对比分析计算值与实测数据，验证了程序的合理性，为以后软基加固工程三维有限元模拟提供了一种有效方法。

在研究地震荷载作用下土-结构动力相互作用的问题和验证方法时，振动台试验被认为是一种有效的工具。试验时应使用合适的模型土箱，试验模型箱的边界效应成为直接影响模型试验结果准确性的重要因素。设计制作了一个由19层圆形环组成的三维层状剪切模型箱，高度为1 800 mm，内径为4 500 mm，层间铝合金框架采用三向运动支撑件连接。开展了模型箱振动台试验，通过埋设在土体中不同深度和位置的加速度计获取的地震反应来研究箱体的边界效应。试验时振动台面输入用于核电工程设计AP1000谱三维地震动。比较了不同深度各测点的加速度时程和反应谱值，计算得到从箱体中心到边缘测点的土体反应的峰值加速度的相对误差值，采用谱比法计算得到加速度反应谱相对误差值。试验及分析结果表明，设计的三维层状剪切模型箱在3个方向上都具有良好的真实场地无限边界条件的模拟效果，解决了现有层状剪切模型箱仅能单向或双向输入水平地震激励的不足。

研制了一台适用于多种工况下的大尺寸可视直剪试验仪器，可开展不同土工合成材料与土体作用的直剪试验。该仪器改进了加载方式与反力系统，实现了直剪试验正面可视及自动化采集试验数据，并可测量土工物在土中的应变，为探索筋土界面特性与筋土受力机制以及筋土位移分析提供了新的可能。使用新研制的试验装置开展了以砾类粗粒土为填料的土工格栅直剪试验，试验结果表明：加筋土较素土的界面内聚力增加，内摩擦角降低；格栅应变总体随着剪切位移的增加而增大，格栅横肋与土体的嵌阻力快速增大造成格栅应变增长较快，但直剪作用使格栅产生的最大应变值远小于格栅的屈服应变值。素粗粒土直剪界面厚度小于格栅加筋土的界面厚度，在筋土直剪界面处粗粒土主要以平移运动为主，同时部分中小颗粒存在平转位移模式。