天然气水合物赋存在低温高压环境中，会在土颗粒间形成胶结从而增大深海能源土抗剪强度。基于损伤力学理论，将结构性砂土本构模型推广应用于深海能源土分析中，模拟计算了三轴固结排水剪切试验，再根据应力-应变曲线关系定量反演初始屈服系数与水合物饱和度之间的函数关系，并修正了原有的结构性砂土破损规律，建立了深海能源土弹塑性本构模型。另外，根据该模型模拟了另外一组深海能源土三轴剪切试验和等向固结压缩试验。计算结果表明：新建立的深海能源土本构模型可以有效模拟深海能源土剪切强度随水合物饱和度之间的增长关系；随着水合物饱和度的增加，三轴压缩试验中深海能源土峰值强度及割线模量(E50)逐渐增加，等向固结压缩试验中屈服强度增加，与试验结果有较好的一致性，表明了该模型的合理性。

根据相似理论，设计并完成了4组厚跨比条件下基桩下伏溶洞顶板冲切特性大比例室内模型试验，得到了基桩和顶板的荷载-位移曲线、顶板底面的应变-位移曲线，并分析了桩-溶洞体系冲切特性承载机制。结果表明，基桩荷载-位移曲线在加载过程中出现了两个较为明显的弹塑性区；顶板表面荷载-位移曲线中，厚跨比 和 时的位移在加载过程中出现回弹。与此同时，试验板底面应变变化与底面裂缝的发展趋势相吻合。试验板的冲切破坏是剪切效应和弯曲效应综合作用的结果，随着厚跨比的增大，桩-溶洞体系的极限承载力有所增大，位移量有所减小，剪切效应趋于明显，弯曲效应逐渐消失。冲切锥台的形状随着厚跨比变化显著，厚跨比 时，冲切锥台较为厚实，且沿边界破坏；厚跨比 时，冲切锥台则不受限制。最后，通过分析4组厚跨比条件下试验板冲切锥台，拟合了冲切锥台破坏母线与厚跨比 和基桩直径 的关系曲线，为岩溶区基桩溶洞顶板的理论研究和工程实践提供了依据。

剪切带损伤研究对于理解材料破坏机制和建立剪切带本构模型具有重要意义。为了研究单轴压缩黏性土样的剪切带损伤演化规律，根据纵向应变较高时清晰剪切带位置布置切向测线，对数字图像相关方法获得的结果进行双三次样条插值，从而获得光滑性较好的各种应变场。将土样整体的损伤变量-纵向应变曲线与各条剪切带的损伤演化曲线进行了对比。研究发现：（1）总体上，土样整体的损伤变量演化曲线呈线性，而各条剪切带的损伤变量演化曲线均上凹，这表明随着纵向应变的增加，各条剪切带的损伤发展越来越快；（2）各条剪切带的损伤变量演化曲线的轮廓线呈马尾形，这说明随着剪切带的逐渐发育，各条剪切带的相互影响和作用规律变强；（3）对于含水率较低的土样，平行或共线剪切带的损伤变量变化基本同步，特别是在剪切带充分发育之后，但两条剪切带的距离应较小；在一定时期，共轭或交叉剪切带中剪切带的损伤占优，这与剪切带的相互竞争有关，但若两条剪切带达到独立发展的程度，则二者的损伤变量变化可以同步；对于含水率较高的土样，各条平行或共轭剪切带的损伤变量变化基本同步，剪切带的相互作用不明显。

工程中经常遇到打设竖向圆孔的问题，在黏性土地基中打设竖向圆孔，需要知道无护壁措施条件下竖向圆孔的极限稳定深度。首先进行坡面竖直边坡的极限平衡分析，假设破坏面为过坡趾的平面滑动面，建立滑动体极限平衡方程，得出边坡的极限稳定高度，结果与Taylor圆弧滑动面分析方法的结果比较吻合；然后将平面滑动面扩展到轴对称的含圆柱体竖向孔地基极限平衡分析，假定破坏面为通过圆柱体竖向孔底边缘的倒圆台侧表面，建立滑动体的极限平衡状态方程，得到和土坡极限平衡解答统一的cu /?h（cu为土体不排水抗剪强度，γ为重度，h为竖向孔深度）和h/r（r为竖向孔半径）关系，利用该关系可以分析地基中竖向圆孔的稳定，为地基中竖向孔的设计提供依据；通过数值方法建立竖向孔不同几何参数的数值模型，计算含竖向孔地基能够维持稳定的cu /?h下限值，和倒圆台滑动体极限平衡解答符合较好，进一步验证了所提极限平衡分析方法的合理性。

膨胀性围岩对隧道衬砌结构均有特殊要求，针对重庆梁忠高速公路礼让隧道膨胀性石膏岩的衬砌结构改进问题，基于Noorany修正膨胀本构建立数值计算模型，对增设的EPS缓冲层结构进行厚度优化和隧道结构稳定性研究。采用FLAC软件对开挖后的隧道初期支护、缓冲层和二次衬砌3种结构的力学状态进行多因素对比模拟分析，得到了一定工况下隧道支护结构的最优缓冲层厚度为40 cm。在现场采用该厚度的EPS缓冲层作为初衬与二衬间的支护结构，通过现场监测，缓冲层与二衬间的接触压力均小于规范预警值，表明支护结构优化方案可靠性较高。理论及应用研究均表明，衬砌结构中增加EPS缓冲层是富水膨胀性围岩隧道的有效支护形式和潜在灾害防治措施，该优化方案及其设计分析方法对类似工程均具有重要的推广应用价值。

本文用试验方法研究了静置时间对不同含水率高庙子钠基（GMZ07）膨润土强度的影响。在保持试样干密度和含水率不变的情况下，将初始含水率为10%、18%和24%（饱和）3组压实试样分别静置0、5、15、30、90 d，之后采用精度较高的直剪仪在400、800和1 600 kPa垂直压力下进行剪切试验；同时完成了部分试样的压汞试验。结果表明：GMZ07膨润土的剪切强度随静置时间增长而减小；静置前期，强度下降较快；静置时间超过一定天数后，其剪切强度逐渐趋于稳定。根据3种含水率试样的强度包线可得到：随着静置时间增加，饱和试样的内摩擦角略微下降而黏聚力变化不大；含水率10%和18%试样的黏聚力明显变小而内摩擦角几乎不变。根据Alonso等提出的非饱和土有效应力，结合压实膨润土试样的孔径分布，认为集聚体内孔隙增多是非饱和膨润土强度随静置时间而变小的原因。

在目前的抗滑桩设计计算方法中，多将抗滑桩与滑体间的作用力简化为已知荷载，而忽略了该力与桩位移直接相关的特点。对目前的计算模型进行了改进，采用m法模型模拟桩前滑体对桩的抗力，并分别对桩在滑面以上、以下的部分建立计算方程，应用幂级数法解得其位移及内力的表达式，再利用桩的上、下段在滑面处的变形协调条件，求得该截面的弯矩和剪力，最终得到整个桩的变形和内力以及桩、土之间的作用力。最后，分别应用该方法和有限元法对一算例进行计算，其结果吻合很好，证明了该方法的正确性。

地震波在跨越岩体中节理时的透反射特性是岩石地下工程抗震分析问题中的重要基础，目前开展的研究工作中尚未有针对连续屈服（CY）非线性节理模型透反射特性的研究报导。在前人提出的非线性节理透反射系数时域递归法解答的基础上，将这一方法拓展至CY模型。并采用3DEC离散元软件，对比了CY模型的时域递归解与数值模拟结果的差异。在此基础上以时域递归解为手段，辅以离散元数值模拟，开展了CY模型的参数影响研究。最终比较了库仑（MC）模型与CY模型在正弦脉冲激励和真实地震动激励下表现的差异。结果表明：CY模型的时域递归解与3DEC数值模拟结果显示了良好的一致性，证明了时域递归解用以进行后续参数研究的合理性。法向应力、入射波幅值、节理初始刚度、节理间距等参数对CY模型具有显著影响。相比库仑模型，连续屈服模型可以更好地反映地震波穿越节理时发生的复杂力学现象，如切向刚度退化、抗剪强度劣化、法向应力依赖性、滞回现象等。研究成果可为岩石地下工程的抗震设计与分析工作提供一定参考。

基于扩展裂纹尖端附近应变场分析，采用冲击载荷作用的三点弯曲梁进行试验，开展了应变片法确定Ⅰ型裂纹动态应力强度因子的研究。明确了应变片与裂纹扩展方向之间朝向角为特定锐角和钝角条件下，动态裂纹尖端附近的归一化应变采用与裂纹扩展速度、应变片黏贴位置相关的二项式来表示，给出了二项式的相关系数确定过程和动态应力强度因子计算式。结果表明，二项式的理论计算的应变与时间关系变化曲线与试验实测相吻合；选取曲线最大值两侧3/4峰值处的时间差为特征时间?t时，理论计算结果与实测的应变与时间关系一致性较高；选用理论计算和试验实测的应变与时间关系变化曲线最大值，结合计算式，确定Ⅰ型裂纹动态应力强度因子，同时，与采用动焦散线法计算的结果进行对比，验证了应变片法确定Ⅰ型裂纹动态应力强度因子的可行性。研究过程为应变片法在岩石断裂力学特征量的测定提供了理论基础。

分数阶微分理论在土体静力黏弹性本构模型中得到了广泛应用，然而，其在动力弹塑性模型中的应用尚不多见。为此，基于分数阶微积分理论分析了粗粒料在循环荷载下的变形特性，提出了粗粒料在循环荷载下的分数阶应变率；并以此为基础，进一步建立了粗粒料受静动力荷载作用下的边界面塑性力学本构模型。所提出模型包含10个参数，均可以运用常规三轴试验获得。为了验证所提出模型，选取了几种已有不同文献中的不同粗粒料试验数据进行了模拟，发现，所提出的模型可以较好地模拟粗粒料在静动力加载下的应力-应变行为，对于循环荷载下的长期变形也能较好地预测。

城市周边废弃矿坑逐渐被利用起来以建设大型公共服务项目，建筑群以边坡作为基础将引起新的技术难题。采用大型振动台试验对地震作用下既有深坑边坡、单跨和多跨框架结构的动位移及结构动内力进行了研究。研究结果表明：地震波类型、幅值和激振方向对模型动力响应均有影响，不同地震波对模型动位移和内力的影响存在差异，动位移随激振幅值的增加而增加，双向激振比单向激振引起的动位移大，与激振同方向的位移较其他方向大；单跨和多跨结构控制位移的能力在高强度地震激振下才有差异，后者比前者控制位移的能力强，但柱子内力较前者大；由于结构与地基的共同作用，整体性好、刚度大的结构可提高地基的抗震性能，多跨结构地基较自由场动峰值位移小2.5%～8.8%，永久位移小13.6%～62.1%。试验结果有助于揭示深坑边坡在地震作用下的失稳机制，为深坑边坡及构筑物的抗震设计提供有益的参考。

在研究土壤冻融问题时，土工离心模型试验在时间效应和应力全等型模拟方面更具优势。然而，目前关于冻土离心模型试验的研究成果较少，其中的相似准则也不够完善。针对这一现状，在充分考虑土体的水-热-力耦合作用过程的基础上，采用Butterfield量纲分析法确定了控制饱和土冻融变形性状的无量纲项，建立了冻土离心模型试验中孔隙压力、热扩散、未冻水迁移、融土固结以及冻融变形的相似准则。分析结果表明，冻土离心模型试验中未冻水迁移、融土固结及热扩散效应的非稳态时间具有统一的比尺，即离心模型是原型的1/N2倍，而未冻水迁移流速的比尺为离心模型是原型的N倍。此外，利用冻土离心模拟装置完成了一则对渠道基土冻融作用的离心模拟。

通过相似单裂隙岩体冻结三轴试验，研究裂隙倾角、迹长、隙宽、围压和温度对单裂隙岩体力学特性的影响，试验结果表明：裂隙岩体力学参数与倾角呈二次函数分布，与迹长呈指数函数分布，通过拟合式（3）可近似计算岩体强度；岩体强度与围压呈线性分布，负温条件下泊松比和弹性模量受围压影响较小；隙宽小于0.1 mm或大于0.8 mm时，岩体强度随隙宽增大而减小，隙宽在0.1～0.8 mm之间时，岩体力学参数几乎不受隙宽影响；岩体强度随温度降低而增大的作用机制是岩体孔隙水和裂隙水冻结成冰，增大了颗粒间的凝聚力和摩擦角；裂隙倾角影响破裂面的起始位置，迹长影响破裂面的扩展规模，围压影响破裂面的延伸方向；倾角对岩体强度影响最大，迹长次之，温度影响最小。

残余含水率在非饱和土渗流理论、强度理论等方面都是重要的参数，然而土-水特征曲线（SWCC）试验测量时一般难以达到残余阶段，常常通过经验法（包括模型拟合法）估算残余含水率，方法的适用性值得论证。以武汉黏性土为研究对象，制备不同初始孔隙比试样，利用压力板仪测量SWCC，通过模型拟合的方法计算残余含水率；进行自然状态下水分蒸发试验，根据失水速率定义了临残时间，依据临残时间确定残余含水率；利用核磁共振技术研究微观孔隙分布特性，解释控制残余含水率大小的微观规律。研究结果表明：模型拟合的方法可估算残余含水率，但准确性与模型选择及残余含水率初步范围的限定直接相关；水分蒸发试验是确定残余含水率有效可行的直接方法；武汉黏性土微观孔隙呈三峰分布，残余含水率与第1峰之前的微观孔隙水分紧密相关，依据弛豫时间小于0.267 38 ms的T2谱面积可较为准确地预测残余含水率，对于其他土体该方法需要进一步论证与完善。

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由于坡度效应的存在，常规方法并不适用于斜坡上水平受荷桩的计算，首先开展了斜坡上基桩的横向加载破坏试验，以确定斜坡上基桩的破坏模式。在此基础上，沿坡体方向对破坏土楔体进行斜向单元划分，提出了考虑坡度效应的土体应变楔模型，对于其中的关键参数应变楔深度与应变楔土体应变采用迭代求解。迭代过程中，建立基桩横向受荷的桩-土相互作用方程并用有限杆单元法求解，当求解得到的桩身地面处位移与应变楔模型中地面处土体位移之差小于某一允许值时，得到的基桩的水平位移及内力即为最终解答。通过与试验测试数据的对比，验证了该方法的合理性。最后，将土体破坏深度与边坡斜率的比值定义为陡坡效应影响范围，并对其影响因素进行了对比分析。结果表明，陡坡效应的影响范围受土体强度参数及基桩尺寸等多因素影响，其随着桩径的增加而减小，且随土体强度的增强而减小。

为了建立能够反映岩石初始宏观变形模拟方法以及微裂纹闭合应力确定新方法，首先，针对岩石及其内部微裂纹的受力变形特点，将岩石视为由岩石基质和微裂纹两部分组成，并以此建立了岩石与其组成成分之间的变形分析模型，并由材料变形力学分析角度分别建立了岩石基质和微裂纹的受力变形分析方法，从而建立了岩石初始宏观本构模型并给出了模型参数的确定方法；然后，针对现有微裂纹闭合应力确定方法存在的缺陷与不足，提出了基于本文模型的微裂纹闭合应力确定新方法；最后，基于本文模型探讨了围压对岩石初始宏观变形非线性上凹程度的影响，从理论上阐述了围压效应即围压与岩石初始宏观变形非线性上凹程度成负相关。研究结果表明，本文模型不仅能够很好地模拟岩石启裂前变形全过程，还能够阐述岩石与其组成成分之间的变形关系；微裂纹闭合应力确定新方法既满足微裂纹闭合应力的理论意义又能够避免人为因素的干扰，并具有易操作性的特点，表明了本文模型与方法的合理性与可行性。

采用变量控制法较全面地分析了各细观参数与宏观参数的定量关系，表明：弹性模量E随颗粒模量Ec、黏结模量 、平行黏结半径乘子 呈线性增长，随颗粒刚度比kn /ks、黏结刚度比 呈对数减小；泊松比则主要受kn /ks和 的影响，两者之间呈对数关系；颗粒键的黏结强度决定了材料的强度，室内材料黏聚力c和抗拉强度 主要受法向平行黏结强度 、平行黏结强度比 的影响，随 线性增长，随 对数减小；摩擦角 主要受颗粒摩擦系数u影响，两者呈对数关系。分析裂隙扩展特征，表明材料法向黏结强度 和切向黏结强度 的相对大小决定裂纹分布规律，随 增大，岩样的拉破坏区域减少，而压剪破坏区域增加，破坏面由剪切破坏向共轭破坏发展；材料的强度离散性越小，岩样破坏趋于集中，破坏面明显，强度均值标准差比值 >3.5为宜； 增加，宏观破坏形式向共轭破坏发展。细观参数的选取除了匹配强度参数，同时还需要考虑破坏形式的一致，考虑多参数相互影响，建立了宏细观参数之间的经验公式，对细观参数进行优化选择，并做了实例验证。室内试验和数值模拟获得的峰值荷载、变形参数、剪切强度等数值接近，应力-应变演化规律相同，破坏形态一致，表明细观参数结果是可靠的。

Van Genuchten模型应用十分广泛，但是参数m的不同形式以及是否加入校正系数会对Van Genuchten模型的拟合参数造成极大的影响。基于此，考虑m 3种取值（m不受限制、m=1–1/n、m=1–2/n）以及Van Genuchten模型中是否含有校正系数 ，采用Matlab拟合67组砂土土-水特征曲线数据，分别研究残余基质吸力 、 对3个拟合参数a、m、n的影响。结果表明：m不受限制时，随着 增大，参数a、n减小，参数m增大；m受到限制时，随着 增大，参数a减小，参数n增大；m不受限制时，加入校正系数增大了拟合参数a、n的离散程度，但是减小了m的离散程度；m受到限制时，加入校正系数增大了拟合参数a的离散程度，但是减小了n的离散程度；几乎所有工况下的参数a都与无任何限制条件下的参数a呈线性关系；对于参数n，几乎不存在这类线性关系。

为深入认识渗透变形对粗粒土渗透性及压缩性的影响，利用自主研发的加载式大型渗透变形仪对不同级配的粗粒土试样进行渗透变形全过程试验及侧限压缩对比试验，获得了不同试件产生渗透变形的临界水力梯度、渗透系数演化规律及损伤变化特性。研究成果表明：渗透变形过程中渗流路径中下游部位产生了渗透挤密效应，引起局部渗透性降低；在后期增加的水头作用下，先前产生渗透挤密部位的渗透性逐渐增大。试样产生渗透变形后，压缩模量减小；颗粒级配不同，渗透破坏引起的压缩损伤程度亦不相同。试件产生渗透变形后，在重力和渗透力作用下，试件结构将产生重构现象。

为分析层理和水对页岩的抗拉强度特性的影响，现场选取龙马溪组黑色页岩制备成4种含水状态含层理页岩，沿与层理呈0°、30°、60°和90°夹角加载进行巴西劈裂圆盘试验，试验过程同步进行声发射测试，并采用离散元软件3DEC对试验结果进行数值模拟验证。结果表明，相比于含层理页岩，同时考虑含水和层理的页岩在巴西劈裂试验中有其独特的破坏模式和力学特性。含层理页岩的巴西劈裂破坏模式和抗拉强度均与层理角度和含水率有关，破坏模式主要受控于层理与荷载的加载方向，水虽不会影响其破坏模式但能够导致次生裂纹的形成。抗拉强度则表现出随层理角度的增加而先减小后增大，随含水率的增加而减小的趋势。并且，在页岩同时受水和层理损伤作用时，受层理损伤程度越大，水对其损伤程度也越高。通过对含层理不同含水率页岩的微观结构分析得到了上述变化规律的内在机制，即页岩层理面处的内部矿物颗粒遇水膨胀，产生膨胀力作用，使页岩内部结构变得松散、破碎，微裂纹逐渐增多、变宽，宏观表现为次生裂纹的增多，矿物颗粒间的黏结力也在水的作用下降低从而使页岩的抗拉强度下降。

四川山区输电线路常在陡峻斜坡走线，碎石土、基岩二元结构地层分布普遍。针对此类场地和地基，斜坡桩基水平抗力系数的比例系数m值取值是陡峻边坡输电线路铁塔桩基设计中亟待解决的问题。根据单桩水平静载试验获取m值，采取现场试验、室内模型试验、数值模拟3种方法进行综合分析，研究了陡峻边坡碎石土、碎石土-基岩地基基桩水平作用力参数m值的变化规律、影响因素及取值。得出以下结论：斜坡场地m值随坡度的增大呈线性减小，且碎石土地基减小幅度大于碎石土-基岩地基；对m值影响程度最重要的因素依次为场地坡度、土体密实度、桩长、桩径；提出陡峻边坡碎石土、碎石土-基岩场地考虑以上重要影响因子的m值估算公式，并给出了修正系数。

采用压力板法、滤纸法和饱和盐溶液蒸气平衡法，分别对取自广西岑溪滑坡现场的全风化泥岩原状样进行了持水特性试验，得到全吸力范围内的持水曲线；用压汞试验测试经受不同吸力原状样的孔径分布，并用此分布曲线推算持水曲线。试验结果表明：全风化泥岩原状样的进气值为110 kPa，用3种方法可测得全风化泥岩的全吸力范围内的持水曲线。全风化泥岩原状样的孔隙大小分布可认为单峰结构，其孔隙的孔径主要分布在10～1 000 nm，但也有孔径在50～300 ?m范围内的小部分孔隙存在，主要因为原状样中存在少量的原生裂隙。利用3个经受过不同吸力土样的孔径分布分别推算其持水曲线，3条曲线组合与实测值比较表明，用一次压汞试验结果（孔径大小分布曲线）预测全吸力范围内的持水曲线精度较低，而选取各自吸力范围段的预测曲线组合而成全吸力范围持水曲线，与试验数据更为接近。

利用自主研制的含瓦斯煤热-流-固耦合三轴伺服渗流试验装置，进行了含瓦斯原煤分级加-卸载试验，分析探讨了煤岩的变形、渗透特性及能耗特征，结合能耗特征建立了损伤变量方程。研究结果表明：随分级加-卸载进行，煤样的累积残余变形逐渐增加，相对残余变形先降低，后出现残余变形稳定区，临近煤样破坏又上升。随分级加-卸载进行，渗透率总体变化趋势呈螺旋状先降低，后上升，破坏瞬间急剧增大；定义渗透率绝对恢复率?j和渗透率相对恢复率?x定量分析了加-卸载渗透率的变化情况，发现?j先减小，临近破坏又增大，?x逐渐增大，其中弹性段?x保持在85%～95%，临近破坏超过100%。随分级加-卸载进行，煤体累积耗散能呈指数函数增加，单级循环耗散能增加。随着轴向应力的增加，主应力差增加，损伤变量值增大，且煤样破坏时的损伤变量临界值Dc ≈0.9。

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直接互相关在岩石声发射源定位中，会出现多次峰值与波形密集的问题，在求解过程中会出现无解的情况且定位精度不足，为了解决这些问题，提出一种基于全相位快速傅里叶变换（FFT）分析及多次互相关的岩石声发射源定位的算法。通过对50 mm×100 mm×50 mm的花岗岩进行断铅试验，利用小波变换对互相关分析的频谱进行预处理，同时发挥全相位FFT的相位不变性的优点，找出波形峰值，得到时间差，最后利用最小二乘法得到定位初始点，再通过Geiger迭代，得到最终定位坐标。在选取8个测点的基础上，经声发射监测试验结果表明：该方法比单独直接互相关更容易找到波峰，且波形清晰，初始点的选择有效解决了Geiger迭代法对初始值要求严格的问题，通过全相位分析及多次互相关计算，然后Geiger程序迭代，得到的定位结果比直接互相关精度更高，平均绝对误差比美国生产PCI–2型声发射仪器Geiger定位的结果低 2.40 mm，比基于多次互相关和Geiger算法的声发射源定位结果低3.31 mm，比全相位相位差法声发射测试时间延迟定位结果低1.74 mm 。

利用配备高精度应变传感器的空心圆柱扭剪仪对重塑黄土开展了一系列定向剪切试验，剪切过程中保持平均主应力p、大主应力方向角? 以及中主应力系数b不变。共完成了包括3组不同大主应力方向角和1组不同中主应力系数的4组试验，共21个试样。对定向剪切条件下重塑粉土的应力-应变-强度以及小应变（<0.1%）刚度特性进行了研究，分析了不同大主应力方向角及中主应力系数的影响。试验研究结果表明，重塑黄土存在显著的强度各向异性特性，沿? =0°方向的强度最大，而最小强度方向因中主应力系数的不同而不同。? =0°时，b=0.25的强度最大，此时试样接近平面应变条件。小应变条件下重塑黄土的剪切刚度也因剪切时?和b的不同而不同，剪应变小于0.02%和大于2%时，刚度基本保持不变，初始剪切刚度很大，当剪应变大于0.02%后，随着剪应变的增加而迅速衰减，衰减曲线可以采用指数函数进行较好的拟合。

利用光纤光栅开展了为期两年的季冻土路基永久变形现场监测，考虑了不同场地、不同时段、不同轴载组合对永久变形的影响。监测结果显示：（1）受气温影响，路基温度在正冻期和正融期随时间呈振荡线性变化，在一个冻融循环内，市区监测场地埋深30 cm和75 cm位置，地温变化范围分别为-9.0～14.4 ℃和-1.9～15.4 ℃，且随深度增加地温对气温的响应逐渐减弱，滞后性增强；（2）两个监测场地，当路基处于完全冻结状态时，车辆作用下的永久变形均较小，但在正融期，同样车重作用下路基永久变形增大，最大变形是冻结期的4.5倍，是融化期的4.2倍；（3）路基经历了两次冻融循环后，变形仍未稳定，在重载车辆作用下其永久变形仍不可忽视；（4）以轴重40 kN车辆引起的路基最大永久变形为基准，轴重80 kN及250 kN车辆引起的实测永久变形分别增大17倍及215倍，永久变形与轴重非线性关系明显；（5）冻融和重载叠加作用会产生最不利组合，放大路基永久变形，对此需特别关注。

为了研究超厚细砂地层大直径后压浆桩的荷载变形特性，基于石首长江公路大桥8根大直径钻孔灌注桩现场静载荷试验结果，分析大直径后压浆桩的荷载传递特性，采用BoxLucas1函数的荷载传递模型，在考虑浆泡半径和桩身水泥结石体厚度的基础上建立了后压浆桩荷载-沉降关系的计算方法，并给出了不同土层桩侧、桩端增强因子经验取值范围，通过工程实例验证了方法的合理性；基于实际工程通过改变桩长及桩径，进一步计算分析超厚细砂地层大直径桩承载特性的变化规律。结果表明，该方法能较好地给出后压浆桩荷载-沉降关系的范围，可采用计算结果的下限作为工程设计使用；大直径桩承载性能随着桩长或桩径增加逐渐提高，桩径一定时，大直径桩的承载性能提高幅度随着桩长增加而逐渐趋于缓慢，且桩长达到一定值时，端阻所占比例几乎为0，表明通过增加桩长来提升大直径桩的承载性能受到有效桩长的影响；而桩端、桩侧组合后压浆技术能改善大直径桩的有效桩长问题，并能显著地提高大直径桩的极限承载力和端阻力所占比例。

为能快速、准确地对覆盖型岩溶发育区进行地面塌陷危险性评价，提出了基于权重反分析的岩溶地面塌陷危险性评价方法。该方法在确定岩溶地面塌陷主要影响因素的基础上，收集整理了唐山地区100个典型工程实例，进而采用权重反分析方法，求得了岩溶地面塌陷各主要影响因素的权重，并建立了岩溶地面塌陷危险性综合评价的评分表。权重反分析结果表明，选取的5个主要因素的权重分别为：岩溶发育程度0.338、第四系底部隔水层隔水能力0.255、覆盖层厚度0.186、基岩水水位埋深0.174、距断裂距离0.047，采用新建立的评分表对100个工程实例的评价结果显示，其评价的正确率达到99%，证明该表具有良好的可行性与有效性。此外，该评分表具有评价因子易于获取、评价过程简单易懂等特点，可准确、快捷地对与唐山岩溶发育区相似区域的岩溶地面塌陷危险性给出评价，因而值得推广和应用。

研究平推式滑坡中承压水渗流形式对滑坡稳定性的影响，有利于准确评价斜坡稳定性，对此类滑坡的成灾机制研究具有重要的理论指导意义。基于承压水渗流宽度变化规律，将平推式滑坡中底滑面承压水渗流形式分为辐射流和非辐射流。依据不同的渗流形式，构建了相应的平推式滑坡分析模型，结合地下水向河渠稳定运动相关理论，推导了不同模型中承压水的水头线方程和滑面上扬压力的计算公式，提出了扬压力的3种分布形式，并对平推式滑坡启动判据进行修正，最后结合滑坡实例分析了不同渗流形式对滑坡稳定性的影响规律。

以工作面进入平行空巷、回撤通道时顶板超前破断、巷道被掩埋、支架压架的事故为研究对象，通过相似模拟试验对比了工作面过不同宽度空巷、充填与否时围岩破坏特征、应力变化和支架载荷变化，展现了工作面过大断面空巷基本顶超前破断及其灾变演化过程。研究表明：超前破断会导致基本顶一次性破断长度增加、上覆亚关键层同时破断。一旦发生超前破断，现有支护技术很难避免压架，故预防出现超前破断最为重要。鉴于此，运用Winkler地基梁理论对基本顶中弯矩和挠度进行了计算，解释了试验中围岩破断特征、支承应力和支架载荷的变化，给出了基本顶超前破断的机制：煤柱失稳是导致出现超前破断的主要因素，提高煤柱强度有利于预防超前破断。据此提出了局部注浆充填技术使煤柱由单轴压缩变为三轴压缩，提高煤柱支撑能力，并在现场实践中得到了验证。

为验证斜孔掏土应力解除法治理华东某双向偏斜生根井塔的适应性和有效性，综合理论分析、数值模拟和现场实测研究了斜孔掏土孔周塑性区发展、纠偏机制及掏土各因子对纠偏效果的影响规律。结果表明，开孔后孔周塑性区半径与孔径和孔周应力成正比，且随钻孔深度增加而增大。掏土纠偏的内在机制在于钻孔能有效解除孔周一定范围内的应力，使孔周土体不断向孔内坍塌，进而减小开孔侧井筒的外荷载，与对侧产生应力差值，促使井塔回纠。通过正交试验设计极差分析得出钻孔孔排宽度为影响掏土纠偏的最主要因子，其次为钻孔深度、孔径和孔距井筒中心线距离，且斜孔纠偏效果优于竖直孔。最后，基于模拟获得的最优纠偏参数组合设计了现场纠偏方案，并对井塔偏斜和井筒受力进行施工监测得出，斜孔掏土应力解除法有效逆止了生根井塔的偏斜发展，目前井塔偏斜和井壁受力均处于安全可控状态。

提出止水帷幕条件下的深基坑降水预测的解析算法。以武汉长江航运中心深基坑为实例，概化其水文地质模型，以现场抽水试验数据分析止水帷幕的止水效果。基于此，修正非完整型干扰井群降深公式，结合镜像法原理编制计算程序进行降水预测解析计算，并与实测结果和数值模拟结果分别进行对比验证。研究表明：所概化的水文地质模型为承压含水层，东侧止水效果最差，南侧止水效果不如北侧，西侧止水效果最好。按原布井方案进行降水解析计算发现，在基坑南侧将达不到安全降水的目的，当增加2口降水井后降水效果有所改善，与实测结果和数值模拟结果基本一致。研究成果可指导工程设计，具有一定的实际应用价值。

为了更合理和快捷地评估基坑施工对邻近已建地铁隧道的影响，将隧道视为弹性的地下连续梁来分析隧道本身的受力和变形，推导了隧道与周围土体相互作用的有限元耦合平衡方程，并引入弹性半空间层状模型来分析基坑卸载对土体和隧道变形性能的影响，建立了层状地基中基坑开挖对邻近隧道影响的耦合分析方法；然后，将提出方法与两阶段方法进行了算例对比，并结合离心机试验结果和工程实测数据进行了验证。研究发现，与两阶段方法相比，耦合方法在能反映出非均质层状地基土体的应力和应变集中（或扩散）现象，不仅具有更好的计算精度，而且减少了计算参数的数量；提出方法的理论计算值与离心试验结果基本一致，与工程实测变形数据基本吻合，验证了方法的有效性；通过工程实际应用得出的一些有益结论，可为合理制定城市基坑施工对邻近隧道影响的保护措施提供一定的理论依据。

桑日至加查地区地形陡倾，河谷深切，构造活动强烈，早更新世以来雅鲁藏布江的强烈侵蚀下切作用引起了该区域构造应力的释放和重分布，应力环境极为复杂，地应力场分析对铁路的选线及施工建设具有重要意义。依据雅鲁藏布江沿岸阶地特征对河谷演化规律进行概化，结合工程地质条件建立三维地质力学模型；以实测地应力资料为基础，利用RBF神经网络和地层剥蚀原理相结合的地应力反演方法，计算得到拉林铁路桑日至加查段现今地应力场。结果表明：各测点处地应力计算值与实测值高度吻合，用该方法获得的地应力场是合理可靠的。在此基础上，分析了桑－加峡谷段河谷岸坡及沿岸主要隧道工程地应力场特征，并根据隧道轴线位置主应力量值及方向特征探讨了隧道建设中面临的主要问题。

岩土工程可靠度分析中，功能函数往往呈隐式且具有强非线性性质，而目前最为实用的矩方法，如JC法、二次二阶矩法，主要适用于显式功能函数情形。为此，将高效的统计矩估计方法和可靠度分析的高阶矩法相结合，提出了一种岩土工程可靠度分析的改进四阶矩方法。首先，通过引入变量的独立化变换和线性变换将功能函数转换为参考变量的函数，并结合多变量函数的单变量降维近似方法和参考变量计算节点与权系数的确定方法，建立了功能函数前四阶矩的高效点估计法。然后，将上述统计矩与立方正态变换假设相结合，提出了易于实现的岩土工程可靠度分析的改进四阶矩方法。最后，由数学算例验证了统计矩估计方法的效率和精度，并通过经典的岩土工程算例验证了建议的改进四阶矩方法具有高效率、高精度且操作简单等特点。

提出了基于最大熵原理的抗剪强度参数概率分布估计方法。首先简要介绍了最大熵原理估计抗剪强度参数概率分布的基本步骤。其次，基于模拟数据分别验证了最大熵原理估计抗剪强度参数概率分布和边坡失效概率的有效性，并比较了最大熵原理、选优识别和核密度估计方法的不确定性建模精度和稳健性。最后，以一组残积土抗剪强度参数试验数据并结合无限边坡稳定分析为例研究了最大熵原理在抗剪强度参数概率分布和边坡失效概率估计中的应用。结果表明：最大熵原理能够有效地估计抗剪强度参数的概率分布和边坡失效概率。与传统的选优识别和核密度估计相比，最大熵原理估计抗剪强度参数概率分布和边坡失效概率的精度和稳健性都更高。最大熵原理避免了核密度估计过分依赖有限样本数据的缺点，又克服了选优识别可能未将真实分布包括在备选概率分布集合中的缺陷。此外，基于有限数据估计的抗剪强度参数概率分布和边坡失效概率具有较大的离散性。

合理描述土体动力本构关系对场地设计地震动参数取值的准确性有显著影响。以苏州城区200 m深的钻孔剖面为研究对象，对比分析了一维等效线性波传分析法（ELA法）和基于修正Matasovic本构模型的多自由度集中质量非线性分析法（NLA法）给出的深厚场地地震反应，研究了基岩输入地震动特性和地震基岩面的选取对深厚场地地震反应的影响。结果表明：（1）随基岩地震动强度（PGA）的增大，ELA法给出的地表PGA呈单调递增的特征，而NLA法给出的地表PGA呈先快速增大后缓慢减小或几乎不变的趋势；（2）ELA法和NLA法给出的地表加速度反应谱（Sa谱）在短周期范围内存在明显差异，ELA法对基岩高频地震动具有显著的滤波效应，而NLA法对基岩高频地震动的影响表现为随基岩PGA的增大先放大后减小的特征；（3）随地震基岩面深度的增大，地表Sa谱的谱值呈现出稍许增大的趋势，但对周期T<0.1 s部分，NLA法给出的地表Sa谱的谱值则呈现出稍许减小的现象；（4）中、大震作用下，地表地震动持时不仅与基岩地震动特性有关，还与地震反应分析方法和地震基岩面的选取密切相关，NLA法能更合理地反映基岩地震动强度和上覆土层厚度对地表地震动持时的影响。

岩土工程现场勘察试验通常只能获得有限的试验数据，据此难以真实地量化土体参数的空间变异性。提出了考虑土体参数空间变异性的概率反演和边坡可靠度更新方法，基于室内和现场两种不同来源的试验数据概率反演空间变异参数统计特征和更新边坡可靠度水平，并给出了计算流程。此外为合理地描述土体参数先验信息，发展了不排水抗剪强度非平稳随机场模型。最后通过不排水饱和黏土边坡算例验证了提出方法的有效性，并探讨了试验数据和钻孔位置对边坡后验失效概率的影响。结果表明：提出方法实现了空间变异土体参数概率反演与边坡可靠度更新的一体化，基于有限的多源试验数据概率反演得到的土体参数均值与试验数据非常吻合，明显降低了对参数不确定性的估计，更新的边坡可靠度水平显著增加。受土体参数空间自相关性的影响，试验数据对钻孔取样点附近区域土体参数统计特征更新的影响明显大于距离取样点较远区域。

在吸附性气体作用下，煤体将产生吸附应变，吸附应变通过使煤微观结构重新排列从而诱发煤损伤，并使其力学性质劣化。尽管大量试验证实了吸附性气体将会改变煤的力学特性，然而当前描述煤-气相互作用的力学模型并未将吸附诱发的损伤考虑其中，故也无法考虑气体吸附诱发煤强度劣化。基于此，建立一个考虑气体吸附损伤的双重孔隙介质力学模型，揭示气体吸附过程诱发的两个相互作用：一个是游离气体引起的常规弹性力学作用，一个是吸附气体诱发的内部膨胀应力，并在此基础上考虑两个力学作用所带来了煤的附加损伤。研究结果表明：气体吸附诱发煤基质产生细观损伤，以拉伸损伤为主，这使煤的力学性质劣化，表现为弹性模量和强度的降低。吸附能力越强的气体，诱发煤的微观结构改变越大，损伤越明显，甚至会诱发煤样呈现新的破坏形态。超临界CO2会诱发煤更大的损伤和强度劣化。

光滑粒子流体动力学（SPH）是近年来发展起来的一种纯拉格朗日无网格法，并因其在大变形领域内的优势而受到广泛关注。在进行滑坡大变形分析时，流动法则及剪胀角的选取对于边坡失稳后的运动特性有重要的影响。采用Fortran自行编写了基于SPH的边坡稳定性及失稳后大变形分析程序，然后通过2个经典的算例，讨论了不同流动法则及剪胀角的选取对滑坡大变形分析精度的影响。结果表明：（1）剪胀角的选取对土体失稳后的滑动距离有显著影响，随着剪胀角的增大，土体的滑动速度与距离呈明显增大趋势；（2）在关联性流动法则及非关联性流动法则? =1/2? （? 为剪胀角，? 为摩擦角）条件下，土体在大变形过程中会产生过度膨胀，且运动速度与距离要大于实际情况，而采用关联性流动法? =0时，对于非膨胀土可以得到比较令人满意的结果，但对于膨胀土体会使得运动速度和运动距离过小，不符合实际情况。建议在计算膨胀土大变形时，采用非关联性流动法则且适当考虑膨胀性（? =(0.1～0.2)? ），可以得到较好的结果。

为获取岩石在破裂过程中的动态应力场，首先进行室内物理试验获取声发射数据，在此基础上基于能量耗散原理，利用实测声发射信息建立起岩石细观损伤表征方程，并通过FLAC3D内嵌FISH语言进行二次开发，自动搜索声发射损伤影响范围内岩石单元并对其力学参数进行弱化，计算得到较为真实的岩石破裂动态应力场。结果表明，计算得到的岩石破裂应力场与实测结果有良好的对应关系，验证了岩石细观损伤表征方法的合理性。同时，获得的岩石动态破裂应力场不仅可以从岩石力学的角度解释破坏产生的原因，也对预测岩石下一步破坏具有指导意义。但这种方法仍具有一定的局限性，需要进一步的探索研究。

通过FLAC3D二次开发平台，在VC++环境下实现了基于砂土液化大变形机制的变动映射中心边界面弹塑性模型的二次开发。基于饱和砂土液化大变形本构理论，该模型符合三维应力空间边界面映射规则，并引入临界状态变量，可实现对不同密度和围压状态下砂土液化大变形分析。针对FLAC3D程序混合离散技术与数据调用模式和模型的体积相容性条件，测试分析了将模型采用不同植入方案的计算稳定性，开发了在FLAC3D混合离散技术下不同子区共享映射中心，进入与离开液化状态保持同步的开发方案，并给出模型开发的关键技术与实施方法。利用开发的模型，对饱和砂土开展了不排水/排水/循环三轴试验与不排水循环扭剪试验模拟，及三维地基的动力反应分析。计算结果表明，模型及所开发程序具有很好的模拟与分析砂土液化后大变形的能力。

针对深部工程岩体开挖时围岩内部应力状态复杂变化的特点，研制了可实现主应力量值变化和应力主轴旋转等复杂应力路径的岩石空心圆柱扭剪试验系统，可用于开展复杂应力作用下岩石的强度、变形和破坏形态的室内试验研究。介绍了该试验系统的基本结构、工作原理及技术参数。该试验系统具有如下特点：（1）通过利用空心圆柱试样与上、下压头的特点，克服了岩石试样扭矩施加的技术困难，将施加轴向力和扭矩的两个加载轴合二为一，彻底解决了轴向力加载与扭矩施加机构之间相互影响的技术难题。（2）通过采用新型自平衡加载三轴室，实现了轴向力、扭矩、内围压和外围压4种荷载的独立施加和控制。（3）采用应力与流量的加载控制方式，并通过软件集成，实现了主应力量值改变和应力主轴旋转耦合应力路径的准确模拟以及加载过程的稳定控制。（4）该试验系统结构简单，功能多样，操作方便。采用该试验系统进行了初步试验，验证了试验系统的可行性与实用性，表明该试验系统具有实现应力主轴旋转及主应力量值改变的复杂应力路径的功能。