利用纤维束模型(FBM)模拟非均质材料破坏动力学行为，在实验室内进行了砂岩力控制单轴压缩声发射(AE)试验。将纤维束模型纤维断裂与砂岩声发射类比分析发现，低应力阶段纤维束模型对偶发的雪崩过程敏感性低，但在高应力阶段纤维束模型能够很好地表征应力控制单轴压缩砂岩声发射特征；雪崩尺寸的模拟和试验结果都呈现双幂形式，具有相似的双幂指数和转换点；模拟和试验结果都以纤维束模型为基础和声发射反映固体内部损伤为前提，固体的破裂失稳满足二阶相变特征，且分叉率ξ是符合描述二阶相变的连续序参量；在临界点附近针对分支率演化（固体破裂相变）过程概率理论、纤维束模拟与声发射试验结果一致，可见纤维束模型能较好地模拟岩石声发射行为进而反映岩石损伤断裂过程。

非饱和黏土中液相与固相基质间的相互作用，依据其形成机理的不同可分为毛细作用和物理-化学作用，目前建立的非饱和土强度模型多是基于毛细机理建立的，忽略了后者对土体强度的贡献。现有非饱和土强度理论仍建立在土体受压缩剪切作用的基础上，不适用于分析土的抗拉强度和拉剪耦合强度。为了能够全面地、合理地描述非饱和黏土的强度作用机制，建立了一个适用于非饱和黏土的二元介质压剪强度模型，将非饱和黏土抽象为理想毛细部分和理想吸附由两个理想部分组成，针对两者分别建立了理想强度公式，利用参与函数反映土中两种理想部分所占的比重，描述实际情况下土体的强度特征。在压剪强度模型的基础上，通过考虑非饱和黏土中的拉剪联合作用，建立了非饱和黏土的张拉-剪切耦合强度模型，给出了张拉-剪切耦合强度公式。利用强度模型对非饱和黏土的压剪强度及张拉-剪切耦合强度进行预测，预测结果和已有试验数据的对比结果表明所建模型能够较好地描述非饱和黏土的强度特征。

作为土壤改良的重要手段，化学加固利用化学材料与土体反应生成凝胶并胶结土粒达到固化目的。采用木质素磺酸盐进行黄土加固试验，开展界限含水率、导热系数试验、无侧限抗压强度试验、加卸载试验、应力松弛试验和X射线衍射等，研究了木质素磺酸盐固化黄土的物理性质和力学特征，从矿相角度探讨木质素磺酸盐的固化机制。结果表明，风干条件下木质素磺酸钠会造成黄土盐渍化，且对提高黄土强度没有显著的效果；木质素磺酸钙掺入黄土后，随着其掺量的增加，固化黄土的塑性指数和导热系数逐渐降低，强度明显增大，7 d龄期掺量为5%的木钙固化土无侧限抗压强度可以达到11.81 MPa，是素黄土的5.58倍；黄土的刚度在木质素磺酸钙的作用下显著提高，相同应变水平下所需能耗大幅度增加，同时其应力松弛程度也得到了改善。结合X射线衍射仪(XRD)测试结果，推测木质素磺酸钙能够与黄土中的黏土矿物反应，生成石英质和碳酸盐矿物，加强土粒间的硅质和钙质胶结，令土体结构更加密实，是值得深入研究的新型固化材料。

岩石强度特性具有明显的围压效应和应变率效应，研究复杂应力状态下动态强度准则对于岩石动力学分析至关重要。利用10-5～102.32 s-1应变率范围内砂岩静动态间接拉伸和单、三轴压缩强度试验数据，进行了广义Hoek-Brown强度准则预测砂岩动态强度的适用性研究，分析了材料参数的应变率效应。结果表明，广义Hoek-Brown强度准则能够较好地描述同一应变率下较低拉应力区到较高压应力区砂岩强度规律，低应变率区单轴抗压强度 和参数a变化不大，高应变率区随应变率的增加非线性增大，而参数m几乎不受应变率影响。基于分析建立了单轴抗压强度 和参数a的应变率效应函数关系，提出了由低应变率到高应变率下的广义Hoek-Brown动态强度准则统一表达式，进一步探讨了岩石强度依赖应变率效应和围压效应的物理机制。

有限单元法(FEM)作为强大的数值分析技术广泛应用于岩土工程结构数值模拟。由于传统有限元的单元形状局限性以及岩土工程模型的复杂性(分层施工模拟、复杂材料分区等)，较难编制通用的高质量网格剖分算法，使得模型网格生成消耗整个分析过程的大部分时间，阻碍快速自动化分析进程。采用四叉树网格剖分技术，联合非线性多边形比例边界有限元(PSBFEM)方法，发展了一种可用于岩土工程结构的快速建模和数值分析方法。对某心墙坝进行了静动力数值模拟，并与传统有限元结果对比验证了其正确性。研究表明，文中方法具有使用简便、网格灵活、生成速度快、质量高等特点，可以大幅降低累赘繁琐的人工干涉，为工程结构快速设计–优化提供有力的技术手段。该方法扩展至三维结构将具有更大的研究价值和工程意义。

为分析孔洞数量及孔径对大理岩力学特性的影响，对含不同孔洞数量及孔径的大理岩进行单轴压缩试验，并对破坏前后的试件进行CT扫描，研究其损伤裂纹空间分布特征。试验结果表明，孔洞数量及孔径对试件的强度参数、破坏形式及损伤程度等均有较大的影响，主要具体表现为（1）随着孔洞数量及孔径的增加，试件的弹性模量、峰值强度、起裂应力和起裂应力水平逐渐减小；（2）随着孔洞数量及孔径的增加，试件在破坏过程中的拉剪裂纹增多、远场裂纹减小，且在破坏后的破坏形式逐渐由拉剪破坏过渡到剪拉破坏，破坏后的损伤程度逐渐增加；（3）单轴压缩条件下的含孔试件，其破坏过程在试件的前后方向表现为由一方向另一方逐渐破坏，在试件的上下方向表现为由圆孔所在平面向上下两端逐渐破坏；（4）单轴压缩条件下的含孔岩样损伤分布在试件的前后方向上表现为由一方向另一方的逐渐减小，上下方向上则表现为由圆孔向上下两端逐渐减小，需注意的是由于损伤的叠加效应多孔试件在其上下方的最大损伤面并非位于圆孔处而是位于两圆孔的中间处。

为了研究广吸力范围内红黏土的强度特性，采用经压力板法饱和，对盐溶液蒸汽平衡法吸力平衡后的非饱和桂林红黏土样进行一系列常含水率直剪试验。高吸力时土–水特征曲线不受土体密度的影响，故等含水率试验可以认为是等吸力试验。试验结果表明，随着平衡吸力的增加，非饱和红黏土的抗剪强度与黏聚力均先增大后减小，吸力为7 MPa左右时出现抗剪强度的最大值；当吸力超过7 MPa后内摩擦角基本保持不变，说明高吸力阶段吸力增大引起的强度变化是由黏聚力的变化引起的；吸力超过70 MPa后随着吸力的增加，强度变化较小。最后结合压汞试验的结果，从孔隙大小分布的角度解释了红黏土在广吸力范围内的强度特性。

实际工程中有些岩体发生的流变性既不是纯蠕变又不是纯应力松弛，表现为应力和应变同时发生变化。利用可视化三轴压缩伺服控制试验系统，研究了不同围压条件下岩石的广义应力松弛特性，试验结果表明，岩石存在应变及应力同时增大、应变增大而应力减小、应变及应力都减小的情况，岩石蠕变和应力松弛行为属于岩石广义应力松弛现象的特例；在不同情况下的广义应力松弛过程中围压对岩石广义应力松弛特性的影响不甚相同，岩石轴向应变增大时围压越高岩石试件轴向变形越困难，岩石应变减小时围压越高岩石试件变形越明显。采用广义应力松弛试验方法，开展单轴及三轴压缩荷载作用下岩石广义应力松弛试验研究，对不同情况下岩石广义应力松弛特性的围压效应进行对比分析，以期对后期开展更深入的三轴广义应力松弛试验研究具有一定的指导和借鉴意义。

为提升冻土温度场预测精度和减少热参数测试工作量，根据饱和冻土的土、水、冰三相组成，对基于导热系数的冻土未冻水含量反演公式进行了推导。根依据干土和饱和土体的二相构成，推导了适用于土体矿物导热系数预估的计算公式。实测了粉质黏土在不同负温下的比热和导热系数值，分别结合比热确定未冻水含量的递推方法和基于导热系数建立的冻土未冻水含量反演公式，计算得到了粉质黏土在不同负温下的未冻水含量。基于实测和反演获取的未冻水含量，确定了随不同负温变化的冻土导热系数、比热和潜热。将基于冻土未冻水含量确定的热参数代入数值计算软件ABAQUS，获取不同计算热参数下的冻土瞬态温度场计算值。分别将各温度场计算值与模型试验实测值进行了比较，结果表明，从未冻水含量角度出发对冻土温度场计算用热参数的测试工作量进行缩减是可行的；基于Johansen法反演获取未冻水含量，进而确定的热参数能够较好地预测冻土温度场。

设计加工了可单独控制孔压和围压的三点弯试验装置，对多组均质性较好的岩石试样在不同孔隙压力条件下进行了三点弯试验，同时建立考虑2D流固耦合的有限元数值模型，采用LVDT测量的裂纹张开位移和DIC（数字成像技术）监测裂尖处应变分布，对建立的有限元模型进行验证和标定，得到裂纹扩展过程中尖端附近的孔压分布及裂纹扩展参数。研究结果表明, 岩石破裂过程中裂纹尖端前部存在低孔隙压力区，该低孔隙压力区在裂纹尖端附近形成非均匀孔隙压力分布，使岩石I型断裂韧性大于均匀孔隙压力条件下的I型断裂韧性；I型断裂韧性增加幅度与低孔隙压力区孔隙压力梯度正相关。

采用硫酸亚铁（FeSO4）对铬污染土进行稳定化处理。基于浸出试验、碱性消解和改进BCR形态提取试验，研究了pH和粒径对铬污染土稳定性能的影响规律。试验结果表明，粒径和pH对铬污染土稳定性能有较大影响，随着粒径的降低，Cr(Ⅵ)、总Cr的浸出浓度和Cr(Ⅵ)含量均降低，粒径的降低可促使铬从弱酸态(F1态, 活性态）向可还原态（F2态, 较稳定态）转化。Cr(Ⅵ)浸出浓度和Cr(Ⅵ)含量均随着pH降低而降低，而总Cr的浸出浓度呈相反的变化规律。pH对铬形态分布存在临界值，当pH高于临界值时，随着pH的降低，稳定土中F1、F3态铬含量显著降低，F2态铬含量明显增加；当pH低于临界值时，pH的降低稳定土中F1态铬含量明显增加，F2、F3态铬含量显著降低。铬赋存形态的变化是铬污染稳定性能变化的本质原因。

开展巷道岩爆室内模拟声发射监测实验，对岩爆过程中的声发射信号进行聚类分析，得到3种类型声发射信号，优选具有岩爆前兆演化异常、能量大、数量小等特征的信号类型作为岩爆前兆特征信号。岩爆发生前，岩爆前兆特征信号开始密集出现，明显的前兆异常。运用时间窗函数对岩爆前兆特征信号的时间密集性进行量化分析，提出衡量信号时序演化特征的量化指标即时间密集度 。岩爆发生前，前兆信号密集出现，出现了 ≥3值，可将首次 ≥3作为岩爆前兆信息，可将岩爆预警阈值a划定为3。基于岩爆前兆特征信号优选和预警阈值提取，借助BP神经网络，智能识取岩爆前兆特征信号，利用时间窗函数计算岩爆前兆特征信号 值，当岩爆前兆特征信号 值开始达到岩爆预警阈值（ ≥a）时则进行岩爆灾害预警，建立了基于巷道岩爆模拟实验声发射数据的岩爆实时预警方法，为工程现场岩爆预警方法的建立提供了新思路。

利用西安理工大学真三轴仪对不同含水率、围压条件下的原状Q3黄土进行了轴对称三轴试验和平面应变试验，研究了原状Q3黄土在两种应力路径条件下的强度演化特性，对比分析了两种试验条件下的强度差异及破坏方式。结果表明，低固结围压条件下低含水率原状黄土容易产生脆性破坏，其应力–应变曲线为软化型，固结围压增大后其应力–应变曲线呈硬化型；围压对原状黄土的强度起增强作用，含水率对原状黄土的强度起削弱作用，原状黄土的破坏应力与含水率、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，相同条件、平面应变条件下的强度要比轴对称三轴条件下的强度大1.1～1.4倍；轴对称三轴条件下土样呈单一剪切带的侧胀剪切破坏，平面应变条件下呈剪缩侧胀破坏。

阈值细粒含量FCth是评价砂–粉混合料颗粒接触状态及力学特性的重要参数。基于14类砂–粉混合料的38组试验结果，总结了用以确定FCth的物理和力学特性指标，确定了各类砂–粉混合料的FCth，分析了不同指标确定的FCth的差异。当砂–粉混合料的颗粒粒径差异较大时，由静态试验结果确定的FCth明显大于由动态试验结果确定的FCth，且Rahman经验公式对砂–粉混合料平均阈值细粒含量 的预测不合理。基于纯砂粒土和纯粉粒土的最大与最小孔隙比的理论法预测的 值与类圆状砂–粉混合料的 有较好的一致性，而理论法对类角状砂–粉混合料 的预测值明显偏低。研究结果表明，平均粒径比Rd是评价砂–粉混合料 的一个重要指标，随着Rd的增大， 先减小，当Rd >10时， 先迅速放大，然后趋于基本不变；基于Rd建立的经验公式可较好地预测砂–粉混合料的 值。

为研究孔隙溶液的浓度和组分对膨胀土力学性质的影响规律，对含不同浓度的NaCl、CaCl2溶液的膨胀土进行自由膨胀率试验和直剪试验。试验结果表明，随着溶液浓度的增大，自由膨胀率先快速降低，再平缓下降；浓度相同时含NaCl溶液的膨胀土其自由膨胀率比含CaCl2溶液的稍大，随着溶液浓度的增大，土样的剪切强度和黏聚力降低；溶液对内摩擦角的影响较小。分析试验结果认为，膨胀土表面具有固定的负电荷，颗粒表面会形成双电层；随着盐溶液浓度的增大，双电层厚度降低，颗粒间斥力减小，使得粒间应力增大，土颗粒沉降，降低了自由膨胀率；阳离子化学价越高，半径越大，对双电层的影响越显著，因此CaCl2溶液比NaCl溶液对自由膨胀率的影响更大。另一方面，盐溶液会改变膨胀土的结构，使其从集聚状变成絮凝状。盐溶液增大粒间应力，使膨胀土的强度增大，结构的改变会使强度降低，上述两种影响因素对强度呈相反的趋势，对该广西膨胀土，结构的作用超过了粒间应力的影响。

采用卸载状态岩石的力学参数和相应的强度准则，描述卸荷岩体的力学性质可能存在一些不足之处。为了能够从理论上更准确地分析卸荷岩体的力学性质，从弹性应变能出发对卸荷岩体力学性质的演化进行了探讨，研究了岩体的开挖卸荷与卸荷试验中试样初始损伤程度的不同之处和弹性应变能、应力偏量第二不变量、应力张量第二不变量和泊松比内在关系，简要地分析了现有强度准则在描述卸荷岩体力学性质方面的不足之处。以弹性应变能为基础采用加载状态的岩石力学参数，对岩石的卸荷力学特性进行了理论分析与试验验证。结果表明，现有的大多数强度准则难以描述试样卸荷破坏时强度特征，且可能存在不满足能量守恒定律的情况；基于弹性应变能强度准则既可得到表征卸荷破坏时岩石的强度提高，又可以描述强度的减小。文中分析了产生上述结果的本质机理。

粗粒料的力学特性与材料状态诸如围压、密度、岩性、级配等因素密切相关。通过粗粒料常规大型三轴各向等压固结排水剪切试验，研究了材料状态对粗粒料力学特性的影响，试验结果表明，初始干密度越小，应力–应变曲线硬化性越强，剪缩性越明显，随着初始干密度的增大，应力–应变曲线的软化性和剪胀性逐渐增强；岩性对粗粒料的力学特性也有明显影响，岩性越硬，应力–应变曲线的软化现象越明显，试样的剪胀性也越大，抗剪强度也越高；级配对粗粒料的力学特性也有重要影响，粗砂和细砾含量相同时，粗砾含量越低，粗粒料抗剪强度越小，体胀变形越大；不同围压的试样孔隙比随着剪切变形的发展逐渐趋向于临界孔隙比，且在平均正应力对数坐标系内呈较好的线性关系；围压、密度、岩性、级配等影响因素下，粗粒料的Rowe剪胀模型参数的归一性都较好，说明Rowe剪胀模型能反映粗粒料的材料状态对其力学特性的影响。

戈壁是广泛分布于我国西北地区的一类特殊土地基，由粗粒、细粒、细粒－粗粒间的相互接触与胶结作用而形成骨架颗粒结构，粒间胶结效应明显，工程性质也不同于一般“土石混合体”。以新疆和甘肃典型戈壁碎石土为对象，完成了戈壁碎石土pH值及可溶盐含量测试，并采用X射线衍射、扫描电子显微镜镜下观察和能谱分析等方法，测试获得了戈壁碎石土胶结矿物成分及其微观结构特征与元素组成，揭示了戈壁碎石土粒间胶结作用力类型与形成机制。根据戈壁碎石土胶结物组分及微细观结构测试结果，分析了戈壁碎石土中黏土矿物晶胞吸附其他胶结物或土颗粒中的阳离子所形成胶结的可能化学结构，建立了戈壁碎石土胶结力作用微观力学模型。以胶结黏土矿物含量为变量，得到了戈壁碎石土抗剪黏聚强度与颗粒胶结力间的关系式，并与现场试验结果对比。结果表明，戈壁碎石土宏观强度来源多样，是盐分胶结及土体胶结物微观晶面上离子键作用的综合结果；戈壁碎石土粒间黏土矿物胶结作用实质是黏土矿物或碳酸钙中非金属原子（如O原子）与土体中金属阳离子相结合而形成离子键，胶结力大小由连接胶结物微观晶面间的多个离子键综合贡献确定。

含水率的增减变化是非饱和土强度改变的关键因素。开展室内脱湿条件下压试样的直剪试验结果表明，在土样脱湿条件下土体抗剪强度特性变化显著，低含水率下非饱和黏性土抗剪强度变化有明显峰值，展示应变软化特性，高含水率下展示应变强化特性。通过联系土–水特征关系(SWCC)及吸应力特征关系(SSCC)曲线建立的非饱和土抗剪强度模型，能够预测含水率变化下非饱和土的抗剪强度演化。基于实测数据开展的模型验证结果表明，所建模型利用测定的土–水特性和饱和土的抗剪强度参数，能够准确地确定脱湿过程中非饱和土的吸力强度，该模型的应用将极大地简化试验和节约测试时间。采用核磁共振(NMR)技术对脱湿过程中的剪切样开展了孔隙水分布的测试，从微观上解释了非饱和黏土抗剪强度随含水率改变的演化机理。

为了更准确地认识卸荷速率对北山花岗岩力学性质的影响，使用MTS815岩石试验系统进行了不同围压下不同卸荷速率的三轴试验。试验采用加轴压卸围压的方式，设置0.1、1.5、2.0 MPa/min 三种围压卸载速率，轴压加载速率是围岩卸载速率的10倍，初始围岩设置为5、10、15、20、30 MPa。加卸载过程用力控制，试验过程中用轴向引伸计和环向引伸计记录轴向变形和环向变形，研究加载速率对岩石强度、c、φ值的影响，并基于弹性能建立卸载速率影响系数。研究结果表明,（1）卸载试验岩石破坏均表现明显的脆性破坏特征，随着卸载速率增加，强度升高；（2）随着卸载速率增加，c值增大，φ值基本不变；（3）卸载速率主要通过应力调整滞后和卸载附加应力对岩石强度、c、φ值造成影响；（4）基于弹性能建立了影响系数，表征卸载速率对岩石破坏的影响程度，表明同一围压下卸载速率增加，影响系数增大，岩石破坏剧烈程度增加，同一卸载速率时，围压增加，影响系数减小，受围压的限制，岩石破坏剧烈程度降低。

处于海洋环境中的钙质砂一般饱水含盐，将盐度评价重要参量电导率用于钙质砂中，以钙质砂的电导率反映其中的水体含盐量，对海洋环境下钙质砂土水质评价有重要意义。在某灰沙岛上选取裸露空旷的钙质砂地，距地面0.5、1.0、1.5 m的深度处埋设土壤电导率、体积含水率和温度传感器，观测记录不同深度范围钙质砂的电导率和体积含水率。基于现场钙质砂土电导率、体积含水率观测、室内不同级配的钙质砂电导率测试以及Manta2水质传感器室内测试校核，分析钙质砂电导率与孔隙水电导率的关系。结果表明，钙质砂电导率与体积含水率和孔隙水的电导率均呈线性关系，提出了适用于钙质砂电导率的计算模型。

通过分裂霍普金森压杆（SHPB）动态冲击试验，研究了低温梯度（25 ℃～－40 ℃）对饱水花岗岩动态力学性能及破坏形态的影响，分析了常温到负温动力学参数的变化规律。试验结果表明，高应变率下饱水花岗岩峰值应力随温度的降低变化趋势形似“乁”字形；峰值应变先减小再增大，其拐点温度为－10 ℃；试件的破坏形态受温度影响效果显著，用能量耗散值表征的损伤变量能够较准确地反映不同低温条件下饱水花岗岩在高应变率冲击作用下的宏观破坏特征；峰值应变和损伤变量随温度的变化关系说明饱水花岗岩冻结后的强度不只受冰的劣化作用，低温反而会使其强度有所增加。研究成果对高寒地区类似岩体工程爆破开挖的规划、设计、施工具有重要的参考价值。

为满足黄土地区建设工程对岩土材料的要求，针对长龄期条件下石灰和粉煤灰对黄土的改良作用，开展室内试验研究原土料类型、掺合材料、掺合量等因素对改良黄土抗剪强度和渗透性的影响及长龄期效应，并从微观结构和反应机理上进行了解释。研究结果表明，灰土、二灰土的强度发展和强度稳定龄期因石灰和粉煤灰发挥作用的时间不同而不同；水化反应速率变化使掺量对灰土改良土的影响表现出龄期效应；原土料的粒度成分对抗剪强度和渗透性的影响更为重要；同一改良土的强度与渗透性发展并不同步，标准龄期也宜不同，实践中应给与区分。综合各因素对改良土强度和渗透性质的影响规律，工程岩土材料设计应先区分原土料类型，后根据性质需求选择改良方式和掺量并保证龄期。

安哥拉Quelo砂具有浸水后软化的特殊性质，研究其渗透特性具有重大工程价值。通过室内变水头渗透试验及现场双环注水试验测定了安哥拉Quelo砂天然土和击实土的渗透系数。基于试验结果，统计了Quelo砂渗透系数的范围，分析了渗透系数与孔隙比的关系，探讨了地表水的下渗浸润规律。试验研究结果显示，上部棕红色Quelo砂的渗透系数大，保水性差，地表水极易下渗，而下部杂色Quelo砂渗透系数小，具有形成上层滞水给工程带来危险的条件；棕红色Quelo砂渗透系数与孔隙比之间近似成对数函数关系，而下部杂色Quelo砂不具这种关系；压实后的棕红色Quelo砂渗透系数仍较大，防渗效果不佳。

为了研究接触带复合岩体变形破坏特征，以水泥、砂和石膏为相似材料，制作由两种不同强度材料构成的复合试件，通过单轴压缩试验，分析相似材料强度比及较高强度材料体积占比对复合试件力学特性的影响。研究结果表明，(1) 相似材料强度比越大对复合试件整体强度的影响越大，较高强度材料体积占比的变化对复合试件整体强度的影响较为显著； (2) 相似材料强度比为1.74时破裂面从复合试件一端穿过相似材料接触面，相似材料强度比值为2.49时破裂面由接触面向复合试件两端延伸，相似材料强度比为4.33时复合试件逐渐由两端破坏转为较低强度材料端破坏；(3) 声发射计数的变化与复合试件破坏位置与形态呈对应关系，随着相似材料强度比的增加，较高强度材料端声发射计数逐渐减小，较低强度材料端声发射计数逐渐增加。研究结果可为接触带复合岩体力学特性分析提供参考。

以桂林雁山红黏土为研究对象，对经历不同干湿循环次数后的试样进行快剪试验，得到其剪切强度，研究自然状态下反复的降雨和干旱气候对土体强度的影响。试验结果表明，经历多次干湿循环后饱和状态下红黏土样无明显峰值，为应变硬化；干燥状态下土样出现明显峰值，为应变软化，且其曲线前部还出现“平台”状，随着干湿循环次数的增多，饱和状态下和干燥状态下的黏聚力均逐渐降低，而两者的内摩擦角则均呈现整体逐渐增大的趋势，干燥状态下土样的抗剪强度参数均较饱和状态下的土样大，黏聚力和内摩擦角的变化幅度都十分显著。为进一步研究干湿循环对土样抗剪强度及剪切强度参数的影响，量测了干湿循环过程中试样的体积变化情况后发现，随着循环次数的增多，试样体积先不断地减小，然后基本保持不变。

张拉裂缝深度影响边坡稳定性，是黄土边坡稳定性分析乃至黄土滑坡研究中一个关键问题。以往关于裂缝深度的研究大多是建立在半无限空间假设下，与黄土边坡坡顶张拉裂缝尖端微元体的实际应变状态不符。基于非饱和土力学和最大伸长线应变理论认为，张拉裂缝尖端土体微元体水平应变达到极限拉应变，推导出入渗影响下黄土边坡坡顶张拉裂缝极限深度控制方程。采用压力膜仪试验确定黄土土–水特征参数，分析了张拉裂缝影响因素及产生机制。将计算结果与野外实测值进行了初步对比分析，表明该裂缝深度控制方程计算结果更接近实测值。

为了克服巷(隧)道岩爆破裂演化及监测研究的不足，结合全过程超声波平测法监测，开展了花岗岩试样单面约束情况下的双轴压缩试验，得出了硬岩超声波平测法均质度及波速的确定方法，分析和探讨了硬岩层爆机理及超声波平测波形规律。结果表明，爆裂体呈现明显层裂现象，岩爆核心位于临界爆裂前的临空面内部应力集中区；平测波形可以揭示硬岩层爆的孕育演化进程，在加载过程中超声波平测波速总体呈现阶段性下降趋势，后续波到达时间在加载前期和中期总体变动不大，到了后期明显增加，后续波波幅在加载过程中总体呈现下降趋势，爆裂前波幅有所增加；探讨了超声波平测法在硬岩层爆现场监测中的应用，可以根据平测法波形、波速的变化情况预测硬岩层爆和实现对围岩的无损监测，可进一步通过损伤变量揭示其损伤演化进程并实现预测。

纤维与石灰粉煤灰加筋固化土的抗压性能受到含盐量与纤维布筋方式的影响。选择9个含盐量（0.5%、1.5%、2.5%、3.5%、4.5%、5.5%、7%、8.5%和10%）和6种布筋方式（试样整体、上1/3、上1/2、中1/3、下1/2和下1/3），开展固化土与加筋固化土的无侧限抗压试验。试验结果表明，随含盐量的增加，固化土及纤维加筋固化土的抗压强度与破坏应变先减小后增大，临界含盐量为7%左右；纤维位于试样的中1/3处时抗压强度最大，试样整体、下1/2、上1/2、下1/3与上1/3处布筋时抗压强度依次减小；固化土与纤维加筋固化土的应力–应变关系均为应变软化型；试样整体布筋时，土的抗变形性能最优。纤维加筋作用可抵消高含盐量引起的盐胀与吸湿软化对固化土抗压性能的破坏。选择试样整体布筋或中部布筋时，加筋效果更为显著。

利用改造的非饱和土固结仪对Q3重塑黄土分别进行了无应力作用的分级增湿试验和控制基质吸力的压缩试验，测试得到了土–水特征曲线和压缩应力–应变曲线，研究了饱和度与基质吸力和含水率与基质吸力之间关系、压缩屈服应力随基质吸力的变化规律和湿陷系数随基质吸力的变化规律。研究结果表明，非饱和重塑黄土的吸力较大时土的强度较大，其压缩变形较小，非饱和重塑黄土的结构屈服压力较大；非饱和土基质吸力一定时，随着压力的增大，湿陷系数呈现出先增大后减小的趋势；同一净压缩应力下非饱和土基质吸力越大，湿陷系数越大，吸力越小，土样的 (p = 200 kPa)越小，当 (p = 200 kPa)超过约0.1时， (p = 200 kPa)与基质吸力（ ）近似呈指数增加。

应力作用下的脆性岩石破裂过程的能量释放具有临界特征，为了解岩石加载过程临界点前后声发射(AE)能量及时间的统计分布规律，在实验室对砂岩进行了单轴压缩试验，得到了临界点前后加载阶段的声发射信号特征，并分析了各加载状态下的函数分布特征，结果表明，(1) 由声发射定位发现了岩石试样从均匀的随机扩张到向条带集中直至最后贯通的过程，贯通前的裂纹扩展导致累计能量(2.8×108 aJ)和累计声发射数(6.68×105)发生突变，标志着达到临界态；(2) 临界点前后加载阶段的声发射能量概率密度函数(PDF)在4个数量级内满足幂律分布（见式（1）），通过最大似然估计法统计发现临界点前后两个阶段幂值分布存在一定差异；(3) 任何能量区间范围内，等候时间差 符合双幂定律。在小的时间差范围( 0.1 s)内不同的能量区间会出现不同的幂律特征；(4) 结合能量统计分布规律与等候时间差 分布规律，临界态的声发射信号与全过程的声发射信号分布规律较为一致，全过程分布规律的能量信号主要集中在临界点后的加载过程。

在物理相似模拟试验中相似材料的物理力学性质与模拟原型物理力学性质的相似性是物理相似模拟试验成功与否的关键。为了确定相似材料的物理力学性质，采用3因素4水平正交试验表，研究由河沙和石膏组成的相似材料的砂胶比、密度和残余含水率3个因素对相似材料单轴抗压强度、弹性模量和泊松比3个物理力学性质的影响规律。研究结果表明，对单轴抗压强度影响程度由大到小的因素依次为砂胶比、密度、残余含水率，单轴抗压强度随着密度的增大而增大，随着砂胶比、残余含水率的增大而减小；对弹性模量影响程度由大到小的因素依次为砂胶比、密度、残余含水率，弹性模量随着密度的增大而增大，随着砂胶比的增大而减小；对泊松比的影响程度由大到小的因素依次为残余含水率、密度、砂胶比，泊松比随着密度、残余含水率的增大而增大，与砂胶比关系不明显；砂胶比、密度、残余含水率对相似材料单轴抗压强度存在交互作用，但对相似材料的泊松比不存在交互作用，砂胶比和密度对相似材料的弹性模量存在交互作用。研究得出砂胶比、密度、残余含水率与单轴抗压强度、弹性模量、泊松比的回归方程，对物理相似模拟试验相似材料设计具有指导意义。

针对黄土边坡在降雨条件下易发生浅层滑塌失稳破坏问题，探讨降雨入渗及日照蒸发条件下非饱和黄土边坡内水热变化过程。利用填筑室内黄土边坡模型，通过控制降雨–日照循环条件，对黄土边坡模型中温度、水分及坡面位移进行监测，结果表明，非饱和黄土边坡模型在外界降雨–日照条件下其内部温度及含水率的影响范围在30～40 cm之间，其影响深度是有限的，说明通常在降雨入渗作用下黄土边坡失稳破坏的深度有限，多为浅层滑塌破坏；边坡模型的表面位移随着降雨日照条件变化而发生轻微膨胀或收缩。

针对隧道掘进机(tunnel borring machine, TBM)施工阶段岩爆倾向性指标存在的不足，综合考虑围岩应力状态、岩体完整性、岩石强度、施工扰动等岩爆关键影响因素，提出了一种适用于隧道施工阶段的新型岩爆及时预测方法。首先，细致地分析了岩石强度 、脆性系数 、地质强度指标GSI、开挖扰动系数D和最大地应力 等施工阶段参数特点，引入Hoek-Brown 强度准则估算工程岩体强度，基于工程岩体强度应力比思想，提出新型岩爆预测指标表达式，并给出岩爆的分级界限值。工程实例进一步验证新方法的合理性。文中方法为施工期岩爆预测问题的研究提供了一种新的和切实可行的思路。

针对覆盖型岩溶发育区地面稳定性评价问题，提出一种新的岩溶地面塌陷稳定性评价方法。依据唐山市岩溶勘察与地灾评估资料，以岩溶发育区地面稳定情况为因变量，选取5个主要影响因素作为自变量，建立了岩溶地面塌陷稳定性评价的二分类Logistic回归模型。模型拟合优度、预测能力和模型稳定性检验表明，该模型预测能力强，预测结果与实际情况吻合度良好。所建模型能对定性因素进行定量分析，易于获取评价因子，可简便地、快捷地对与唐山岩溶发育区相似区域的岩溶地面塌陷稳定性给出评价，值得推广和应用。

岩爆灾害预测是一个需要迫切解决的世界性难题。针对其烈度等级预测过程中评价指标实测值的确定与不确定性、烈度分级的模糊性和随机性等特点，提出了一种基于指标距离与不确定度量的有限区间云模型岩爆烈度分级预测方法。在对岩爆发生机制进行系统性分析的基础上，建立了岩爆烈度分级预测的评价指标体系，并对各指标实测值赋予其相应的Mass函数，依据指标间距离与不确定性度量获取指标权值，对传统云模型加以修正，并计算出各判别因子隶属于各等级的云特征参数，生成相应的云滴图，实现了语意变量与指标值之间的不确定性和随机性映射。通过对各指标的确定度进行加权实现岩爆烈度的分级。与其他理论相对比分析结果表明，该模型一定程度上应用于岩爆烈度分级预测是行之有效的，具有较高的实用性和指导性，并为其他同类型问题提供了新思路。

为了研究深部复合地层在不同围压、不同软硬层厚度比条件下的力学性质，以水泥和纯白高岭土为原料，人工制作复合地层物理模拟样品进行单轴及三轴压缩力学试验，同时结合FLAC3D数值模拟，研究不同围压、软硬层厚度比对复合地层力学性质的影响。研究表明，人工制作的复合地层可以满足强度差异要求；随着围压升高，复合地层会出现应变硬化，之后由于软硬岩不协调变形，应变硬化消失，软岩中的不规则裂纹增多；若不考虑结构面等因素，深部复合地层力学性质由占比多的岩性决定；数值模拟与试验得出的应力–应变曲线具有相似的趋势，都表明深部复合地层的变形主要发生在软岩部分。

地连墙槽壁加固深度和宽度既要满足槽壁土体整体稳定性要求，又要满足加固体抗滑（剪）、抗倾覆和抗弯能力要求。首先分析了槽壁加固条件下影响槽壁稳定性的各影响因素与槽壁稳定性安全系数的关系，总结出加固体深度和宽度是关键影响因素，也是工程施工前需要求算的重要控制参数。其次提出了搅拌桩加固体抗滑（剪）、抗倾覆和抗弯能力验算原则和安全性判定标准，也提出了搅拌桩加固深度（长度）和宽度计算方法和在搅拌桩桩顶插入钢性筋并嵌固于导墙中和搅拌桩平面外拱布置等方法以提高槽壁稳定性的措施。利用工程实例，对文中提出的搅拌桩加固深度(长度)和宽度计算方法进行了演算，也对提出的搅拌桩桩顶插入钢性筋并嵌固于导墙和搅拌桩平面外拱布置提高的槽壁稳定性安全系数也进行了演算。最后提出了课题研究展望。

兰州地铁1号线穿越②-10和③-11地层，主要为砂卵石层，大部分处于地下水位以下，渗透性极强。采用土压平衡(EPB)盾构施工时，除了容易出现刀盘、螺旋输送机扭矩过高，磨损严重等现象外，还极易造成螺旋输送机喷涌，酿成工程事故，因此，需要对砂卵石层进行改良以保证盾构施工的安全。采用膨润土泥浆和泡沫对砂卵石进行改良试验，得到不同改良方案渣土的塌落度、渗透系数和钢桶侧壁的摩擦系数。在塌落度满足15～20 cm要求的前提下，通过理论计算，得到了既能满足盾构和易性要求，又能使螺旋输送机保持土压平衡、防止喷涌的改良配比方案。工程实践表明，泥浆和泡沫混合掺入比分别为7%和8%的配比方案改良效果最佳，可为土压平衡盾构在兰州市富水砂卵石层施工中渣土改良和螺旋输送机防喷涌提供参考。

以哈尔滨地铁1号线三期为工程背景，采用现场试验与数值模拟相结合的手段，针对超前支护在粉质黏土隧道中的支护作用效果，分别对地表沉降、拱顶沉降、围岩压力、混凝土喷层应力、格栅钢架应力的变化特征和规律进行研究，结果表明，（1）浆液扩散范围过小且不均匀，当前注浆量对土体的改良作用较差，浆土体力学参数并未提高太多，其各项指标与普通土体无异；（2）粉质黏土地层对隧道开挖引起的变形具有一定的抵抗性，超前支护存在与否，变形都能在短时间内稳定；（3）围岩压力横向分布存在明显差异，格栅钢架应力随围岩压力同步激增，说明在粉质黏土隧道中超前支护不具有改善围岩压力不均匀分布、延缓围岩荷载释放的时空效应；（4）格栅钢架最大应力仅为其屈服强度30%左右，混凝土喷层最大应力仅为其轴心抗压设计强度的13.6%左右，强度储备足够保证隧道结构的安全；（5）塑性区范围约为1.5～3.0 m，小导管在径向上并未穿过塑性区，其支护作用实际上是对周围土体的挤密作用，增加其密实度，远远未达到调动围岩自身承载力的效果。

隧道盾构掘进机(TBM)掘进时难以及时地、有效地评估掌子面岩石强度，导致现场施工过程中很难客观地判别岩爆、卡机等施工风险。在前人研究成果和工程实践的基础上，提出一种基于TBM掘进参数的现场岩石强度快速估算方法，对掌子面岩石强度进行实时评价。通过TBM规格、掘进参数与岩石强度的力学分析，建立了现场岩石强度快速估算公式。基于对国内外多条隧道TBM数据的统计拟合分析，确定了估算公式中系数常量与TBM参数（开挖直径、刀具尺寸）的相关性，以多个典型TBM工程实例进一步验证了所提经验公式的普适性与可靠性。研究结果可为TBM工程岩石强度的快速现场估算提供新的切实可行的思路。

预应力锚杆柔性支护技术在软岩基坑中具有安全可靠、工期短、造价低的优点，已广泛的应用于工程实际中。针对压力型预应力锚杆在城市基坑项目中具有可拔除、节省土地资源的优势，结合大连胜利广场深基坑项目，研发了压力型预应力锚杆深基坑离心模型的制作方法，开展了应用压力型锚杆的预应力锚杆柔性支护技术作用于深基坑的离心模型试验，并采用FLAC程度建立了数值模型进行了对比验证，对基坑的变形、水平土压力、锚杆形式对锚杆预应力设计值的影响及其对滑移带的影响进行了研究。试验结果表明，不同的自由段长度导致压力型锚杆比拉力型锚杆要求具有更大的预应力设计值；压力型预应力锚杆离心模型与拉力型锚杆的FLAC数值模型都得到位置类似的直线型滑移带，二者进行了相互验证并说明压力型锚杆与拉力型锚杆这两种锚杆受力形式上的不同并没有对基坑的破坏机理造成影响。

灌浆是水工建筑物基础处理中最常用的技术手段，通过灌浆封堵裂隙使基础岩体的防渗性、结构强度等达到设计要求。裂隙是透水透浆的最基本结构面，在灌浆处理中浆液对裂隙的充填程度是灌浆效果最直观的表现，由于灌浆工程的隐蔽性，裂隙的充填特征难以直接获取到，目前大多采用间接的压水试验法进行效果评价。利用钻孔摄像技术对灌浆钻孔进行成像探测，获取钻孔360°壁面图像，识别灌浆后的裂隙充填特征，考虑不同充填特征对灌浆效果的影响，建立以充填裂隙和未充填裂隙为要素的灌浆效果评价指标——钻孔内裂隙充填指数（borehole fracture filling integrity，BFFI），探讨BFFI与常规压水试验透水率结果的相关关系，利用三次多项式拟合两种评价指标的函数关系，建立基于钻孔内裂隙充填指数的灌浆效果评价标准，并将该方法应用到雅砻江桐子林水电站厂房坝区帷幕灌浆补充试验中，结果表明，（1）压水试验法和BFFI法的灌浆效果评价结果吻合度较高，进一步说明了BFFI法评价灌浆效果的可行性；（2）利用钻孔摄像技术开展灌浆效果评价，既直观地展示浆液在裂隙中的充填特征，又能反映灌浆效果，为灌浆效果评价提供了新的思路和方法。

灌浆压力和上覆土压力是影响土钉峰值摩阻力的关键参数，考虑土钉不同的注浆压力与上覆土压力的工况，结合现场试验与研究人员大量的室内土钉拉拔试验结果，系统地分析一些关键参数对土钉峰值摩阻力的影响程度，定量地分析了关键参数对土钉摩擦系数的影响程度。为方便衡量各个参数对土钉的摩擦系数的影响性，利用归一化摩擦系数AFC在不同的试验条件下土钉试验结果进行对比分析，发现土钉的归一化摩擦系数对上覆土压力的依赖程度最高（变化范围为0～1），而对饱和度的依赖性最弱（变化范围为0～0.18）。

提出一种静压钢管注浆微型桩成桩工艺，包括混合注浆液（磷尾矿砂、水泥两种粉料与水混合）的配比设计与微型桩成桩施工方法。通过配比试验，分析水灰比（w/c）、磷尾矿砂与水泥质量比（s/c）对抗压强度的影响。通过现场7根短桩、6根长桩的注浆与抗压承载力试验，研究注浆液类型、两阶段注浆工艺、注浆体积与微型桩抗压极限承载力之间的关系，将实测结果与现行桩基规范及FHWA（Federal High Way Administration）微型桩施工手册和施工指导手册的计算结果进行了比较，研究结果表明，混合注浆液比水泥净浆早期硬化快，28d强度相当，配比为w/c=0.6、s/c=0.5时可以满足强度与注浆工艺要求；注浆后微型钢管桩抗压极限承载力提高了75%～150%；注浆量为3倍钢管体积的微型桩，极限承载力实测值约是现行规范计算值的1.33倍，与FHWA计算结果接近。

桩在贯入砂土地基时所产生的高应力会引起桩周砂土的破碎，在易破碎砂土地基中更为严重。砂土破碎会引起桩基承载力的降低，严重地会导致基础结构物失稳甚至倒塌破坏。针对平底桩贯入易破碎砂土地基所产生的上述问题，引入新近提出的砂土颗粒破碎本构模型，结合耦合欧拉–拉格朗日(CEL)方法在处理大变形计算上的优势，对平底桩贯入过程进行了数值模拟研究。首先，根据Dog’s bay钙质砂的三轴剪切试验结果，确定了砂土破碎模型的模型参数。然后，采用CEL方法对平底桩贯入Dog’s bay钙质砂的离心机试验进行了模拟，模拟结果与试验测量结果吻合，表明所提出的平底桩贯入易破碎砂土地基的模拟方法的有效性和可行性，砂土破碎可明显降低桩基的承载能力。研究结果可为桩基贯入易破碎砂土地基提供设计和施工依据。

为了揭示结构面作用下深埋高应力硐室围岩的破坏机制，采用有限元/离散元耦合分析方法(FDEM)对含预制裂隙圆形孔洞硬岩试样建立数值模型，研究不同预制裂隙(结构面)位置、长度以及倾角下试样孔洞周边裂纹扩展规律及其力学破坏特性，针对各种情况提出了相应的支护措施。研究发现，(1) 在无预制裂隙作用条件下圆形孔洞顶底部首先出现张拉裂纹，随后在孔洞两侧相继出现劈裂裂纹并逐渐贯通，近似于开挖面附近的板裂化破坏；(2) 若洞壁一侧存在已揭露裂隙该侧岩体整体呈剪切滑移型破坏, 若洞壁一侧存在未揭露裂隙该侧岩体的破坏模式为张拉–剪切型破坏,未揭露预制裂隙试样的破坏程度更为剧烈且更容易诱发岩爆；(3) 对于孔洞上方的预制裂隙，无论揭露与否最终都会产生局部性顶板垮落或崩塌；(4) 随着预制裂隙长度的增加，圆形孔洞上方岩体由短裂隙时的局部性垮塌最终转变为全局式垮塌；(5) 对于孔洞一侧预制裂隙，试样破坏过程所释放的动能(破坏程度)随裂隙倾角的增加呈现先增大后降低的趋势，对于孔洞顶部预制裂隙，试样的破坏剧烈程度随裂隙倾角的增加呈现单调递增趋势。研究结果可为含裂隙或断层岩体地下工程开挖、支护设计及其稳定性分析提供指导。

为研究爆破开挖对围岩的损伤，在高放废物地质处置地下设施（北山坑探设施）开展了开挖损伤区(EDZ)的研究。对多个爆破回次开挖全过程进行了声发射监测试验，根据声发射撞击数演化特征，将爆破开挖围岩的损伤过程分为爆破损伤段和渐进损伤段，分析了声发射信号频率演化规律。根据两阶段信号参数特征分析了对应阶段微破裂机制，通过高频探地雷达圈定了开挖损伤区范围，发现各回次开挖损伤区的厚度与声发射撞击数具有较好的相关关系，并分析了室内及现场试验岩石（体）的“蠕变”特征与声发射演化规律。分析认为，爆破后声发射演化特征是围岩渐进损伤过程的直接体现，渐进损伤在位移上表现为“蠕变”特征，声发射能有效地表征围岩的变形过程及其所处的损伤状态。研究成果对声发射现场应用表征围岩的损伤状态具有一定参考价值。

针对适用于低温环境下的配合医用CT实时扫描的冻土三轴仪的不足，研制了新的冻土三轴仪，介绍了其组成及其研发过程中需要克服的技术难点。利用该装置可以完成低温环境下试样的三轴加卸载试验，配合医用CT机时可实现整个力学过程的实时动态扫描。进行了冻结兰州黄土三轴加载实时CT扫描试验，试验结果表明，新研制仪器的各项参数均能满足冻土试样在三轴压缩和卸载过程中的实时CT扫描条件，也能够得到的不同载荷条件下的高质量细观结构CT图像，文中对试验结果进行了分析和讨论。该装置的成功研制为建立细观结构和宏观力学性质之间的联系提供一种新的技术手段。