以活性氧化镁碳化固化粉质黏土为研究对象，通过无侧限抗压强度试验、酸碱度测试、X射线衍射试验、压汞试验和扫描电镜试验，研究了不同初始含水率和碳化时间影响下活性氧化镁碳化加固粉质黏土的强度、pH值、碳化产物和微观结构等变化。根据碳化固化土强度与碳化产物含量及累积孔隙体积间的内在联系，提出了粉质黏土的碳化反应微观模型。结果表明：随碳化时间增加和初始含水率减小，碳化固化土的碳化产物含量增加、累积孔隙体积减小，同时氧化镁碳化加固土的强度提高；碳化固化土的pH值随碳化时间不断减小，而随初始含水率变化不大；最后提出了粉质黏土的碳化反应微观模型，确定了活性氧化镁固化粉质黏土在碳化约6.0 h时可获得最高强度。

Q3原状黄土是典型的非饱和土，具有明显的结构性，其力学变形特征与结构性密切相关。建立黄土的本构模型有必要考虑加载和湿陷过程中结构演化特征，才能真实地反映原状黄土的固有特性。假设原状黄土的屈服应力是重塑黄土与结构性两者的耦合，基于细观结构演化规律，考虑吸力和结构性的影响，提出了一个非饱和Q3原状黄土的弹塑性本构模型。模型包括土骨架变形与水量变化两个方面，土骨架变形方面以修正Barcelona非饱和土弹塑性模型为基础，引入通过CT三轴试验获得的Q3原状黄土加载-湿陷过程中的结构演化方程，分别得到描述土骨架在加载和湿陷过程的本构模型，以突出加载和湿陷过程中结构性对变形的影响；水量变化方面则采用广义土-水特征曲线描述，以反映净平均应力和偏应力对持水性的影响。模型总计22个材料参数，均可由试验确定。通过对比若干试验数据与模型计算结果，初步验证了模型的合理性。建立的考虑结构性的弹塑性本构模型为深化认识黄土力学特性提供了可能，并为有效分析黄土地基湿陷变形提供了一定借鉴。

针对南海北部陆坡原状软黏土，开展了不同偏压固结比 和循环应力比CSR条件下的动三轴试验，探究了动荷载作用下试样的残余动应变、残余动孔压与循环振次的变化规律；综合考虑试验过程中残余动应变和残余动孔压的关联性，提出了基于动应变-孔压模式的动三轴试验破坏标准，并采用微观电镜扫描（SEM）图像揭示其作用机制。研究表明：在给定 条件下，CSR值不同，残余动应变随循环振次的发展趋势呈现出显著差异性，而残余动孔压随循环振次的变化规律基本一致；随着 的增加，CSR临界值逐步增大，相应的最终残余动应变逐渐减小，而残余动应变-动孔压曲线也表现出相似特征；将传统的应变值破坏标准扩展至由应变-孔压曲线拐点控制的破坏区间，可以有效界定破坏振次并描述试样的完整破坏过程，揭示动荷载条件下试样内在的有效应力-应变-孔压互馈机制。上述研究成果将为南海北部陆坡软黏土软化-孔压模型的建立、海洋地质灾害评价与预测、海洋工程基础设计提供可靠参考。

珊瑚砂是一种含钙极高的海洋生物成因材料，具有高棱角性、形状不规则、易破碎等特点。通过珊瑚砂的高压一维蠕变试验，研究颗粒破碎引起颗粒分布曲线和形状因子的演化规律。借助于高速动态图像的激光粒度粒形仪器，从统计学的角度分析试验前后颗粒形状随压力演化的关系，发现颗粒的形状因子，如长宽比、球形度和凹凸度等，随压力增加而逐渐增加。不同粒径的颗粒形状因子均向一个窄幅范围趋近，说明颗粒破碎具有无尺度性和自相似性的分形特性，分形维数随压力增加而逐渐增大，且趋近分形破碎极限。采用Hardin和Einav的方法计算相对破碎量，发现在两种计算方法下相对破碎量与压力呈幂函数关系，且幂指数相同。相对破碎量随时间增加的现象并不明显，说明在高压力下颗粒破碎主要为压缩破碎，且颗粒细化滑移填充孔隙引起的变形是造成蠕变的主要原因。

援建马尔代夫的马累－机场岛跨海大桥项目作为我国“一带一路”的经济建设规划之一，桥梁桩基坐落于与我国南海珊瑚礁岩土体结构极为相似的珊瑚礁中。由于国内外开展珊瑚礁嵌岩桩的设计经验不足，故需要通过试验方法获取珊瑚礁嵌岩桩的承载特性和相关数据。对取自马累岛和机场岛桥基位置的礁灰岩岩芯开展室内桩基承载特性试验研究。测得礁灰岩的密度、相对密度、饱和单轴抗压强度、三轴剪切强度等基本物理力学指标，结合礁灰岩中嵌岩桩模型试验结果，获得模型桩承载力随桩端位移的变化规律。试验结果表明：桩岩界面先后经历弹性剪切、剪应力跌落和摩擦剪切3个阶段。在弹性剪切阶段，界面剪切变形以弹性变形为主，极限弹性位移 呈现出随弹性模量E增大而递减的趋势。在剪应力跌落阶段，应力软化急剧，并很快过渡到界面的摩擦剪切。通过试验发现，在低围压下，礁灰岩的残余侧摩阻力与饱和单轴抗压强度呈正相关关系。随着围压增大，残余侧摩阻力受围压影响较大。

改良土中土颗粒和水化物形成具有一定结构的聚合体而表现出较强的结构性。与重塑正常固结土相比，改良土的结构性更强且具有一定的超固结比。在变形发展过程中，由于聚合体结构逐渐破坏，黏聚强度逐渐损失，土体表现出应变软化的力学特性。基于适用于超固结重塑黏土的统一硬化模型，引入改良土黏聚强度及其随塑性变形的演化规律，对统一硬化参数进行了修正，并采用更适用于改良土的非关联的流动法则，建立了一个可以较好地描述改良土力学特性的弹塑性本构模型。通过与水泥改良土和石灰改良土的三轴剪切排水试验的结果进行对比，该模型能够较为合理地描述改良土加载过程中黏聚强度损失对其力学特性的影响。黏聚强度的存在导致土体表现出超固结土的特性，当黏聚强度损失时会加剧土体的软化速度。

非饱和土中土-水之间的相互作用可区分为毛细作用和吸附作用，已有的非饱和土力学特性的研究大都局限于较低吸力、毛细作用占优范围。实践中由于环境的变化，地表土体常经历干湿循环及处在低含水率、高吸力状态，此时吸附作用占优。针对高岭土-河砂配制的非膨胀性黏性土，采用饱和盐溶液蒸汽平衡法，从脱湿和吸湿两种吸力路径下对土体施加高吸力。测试了高吸力下土体的强度和变形特性，试验中选用了0（接近无侧限）、25、50、100 kPa共4组小围压。试验结果表明，高吸力下土体表现为应变软化型破坏和剪胀性。随着围压的施加，土体从沿纵向开裂的张裂破坏过渡为剪切破坏。验证了修正后的Bishop非饱和土强度公式不适用于描述高吸力时峰值抗剪强度的变化，得到了高吸力下峰值抗剪强度可用相对于净应力的临界状态强度和剪胀作用来表示。分析发现，高吸力时土体的抗剪强度和比表面积直接相关，吸力对土体抗剪强度的作用取决于土体集聚体组构的形成和发展程度及其导致的剪胀作用。

采用现场液化试验，研究水平场地孔压增长模式，提出孔压增量计算模型。通过不同密实度砂土的液化试验，以加速度、埋深、砂土密实度等现场参数为指标构建孔压增量模型，发现现场和室内试验孔压增长模式的区别和联系，并验证该孔压模型的可靠性。研究结果表明：等幅循环荷载下，与现有动三轴等土单元试验的孔压增量随作用次数一直呈单调递减模式不同，现场试验孔压增量随作用次数呈现出先增大后减小的规律，中间存在阈值；通过参数分析和试验实例验证，构建的孔压增量计算模型，可更方便地用于随机荷载下水平场地的饱和砂土孔压计算。

为了研究西北干旱地区盐渍土在自然气候条件下的水-热场变化特征与盐胀变形规律，在4.5 m深试验坑内埋设了若干套竖向变形观测设备、含水率和温度传感器，对坑内不同深度土层的温度场、水分场和盐胀变形随季节性变化状况进行了为期1 a的动态监测和分析研究。结果表明：0.6 m以上土层相较于其他土层对气候温度变化的响应更加积极、温差变化幅值也更大，且土层间的温差幅值随降温期的不断深入而增大；土体含水率变化主要受降水、蒸发和温度梯度的耦合影响， 0.4 m以上土层水分的变化幅度较其他土层而言更为显著，土层水分迁移沿深度方向表现出分带现象；盐胀变形主要受温度和水分迁移的影响，盐胀变形主要发生在距地表1.0 m土层深度内，主要发展时间在当年11月至次年2月之间。

寒区隧道冻胀力随时间和隧道进深呈三维时空分布，为建立描述冻胀力时空效应的简化模型，首先以某寒区隧道温度场测试成果为基础，建立了三维温度场模型，通过Stephen公式得到围岩冻结深度变化规律，以围岩冻结深度为参数，结合冻融圈整体冻胀模型和风化层冻胀模型建立了新的冻胀模型。分析结果表明：围岩冻结深度受温度场影响呈三维时空分布，随隧道进深逐渐减小，随时间呈弦函数变化；考虑风化层和破碎层建立冻胀模型，当冻结深度小于风化层厚度时，冻胀力只由风化层产生，冻结深度大于风化层厚度时，冻胀力由风化层和扰动层叠加产生；冻胀力时空分布规律与围岩冻结深度变化规律一致。

极旱极涝频繁交替的极端气候事件会加剧岩土风化，降低强度，影响岩土工程结构稳定。采用直剪试验和扫描电镜技术，研究了对顺层红砂岩边坡稳定性起控制作用的软弱夹层在常温状态、干湿循环条件下（60℃风干）的力学特性及微观结构变化规律，通过相关分析、逐步回归方法得到了影响强度的微结构显著变量，构建了反映二者关联性的回归方程。研究表明：红砂岩软弱夹层剪切强度及黏聚力在1～5次循环过程中急剧降低，5次后变化趋缓，循环次数对内摩擦角变化影响微小；干湿循环次数增加，平均面积、平均直径、平均周长、定向概率熵等4个微结构参数减小，并与黏聚力呈现正相关关系；颗粒个数、平均形状系数、形态分布分形维数3个微观参数与黏聚力呈现负相关关系；分析认为，干湿循环过程中宏观力学特性蜕化及微观结构参数变化之间显著相关，干湿循环造成的岩土颗粒胀缩、碎裂、结构破坏是导致红砂岩软弱夹层剪切强度蜕化的主要原因。

为了研究含缺陷胶结充填体的断裂特性，分别设置了裂纹偏置比为0、0.25、0.50、0.75，缝高比为0.10、0.25、0.50的胶结充填体试件进行三点弯曲试验，利用高速摄像机进行裂纹扩展模式全程捕捉，借助二维颗粒流软件PFC2D对充填体裂纹扩展全程、破断方式及断裂机制进行分析。试验结果表明：相同缝高比下，随着裂纹偏置比的增加，断裂峰值荷载越大；当偏置比一定时，随着缝高比的增加，断裂峰值荷载越小；裂纹偏置比在0、0.25和0.50时，裂纹从偏置处扩展，且随着偏置比的增加，偏折角增大；裂纹偏置比在0.75时，裂纹从中心处扩展；断裂裂纹可分为3个阶段，且呈锯齿状扩展并在发育的过程中不断有碎裂状颗粒产生和脱落。利用二维颗粒流模拟充填体试件的力链网络、速度场及破断方式，结合其宏观力学的试验结果进行对比分析，探讨了细观断裂机制，其断裂时的峰值荷载与试验值相差不超过3.8%。

为了分析素混凝土桩复合地基支承路堤沉降变形特征和失稳破坏机制，建立了3组不同桩间距的素混凝土桩复合地基支承路堤离心试验模型及其数值模型。结果表明：在路堤填土自重、轨道和车辆荷载作用下，改变桩间距对素混凝土桩复合地基支承路堤沉降变形、桩体应变、加筋垫层和桩体破坏模式具有显著的影响；当桩间距不大于4倍桩径时，加筋垫层整体基本保持完好，路堤下素混凝土桩复合地基沉降能逐渐趋于稳定，而桩间距达到6倍桩径后，桩顶刺穿加筋垫层，加筋垫层对桩土变形协调和传递荷载作用失效，素混凝土桩复合地基支承路堤沉降持续增大；当桩间距达到4倍桩径时，素混凝土桩最大应变值发生随上部荷载的增大反而减小的突变现象，最靠近坡脚的素混凝土桩最先产生弯曲破坏而不是剪切破坏，当桩间距增大至6倍桩径时，桩体弯曲破坏逐渐往路堤中心方向发展。

针对锚杆受压侧岩体或砂浆体反力非线性作用及结构面的剪胀效应问题，基于经典梁理论推导锚杆轴力与轴向变形及横向剪切力与横向变形的理论公式，建立了锚杆抗剪力计算公式。通过加锚结构面直剪试验验证理论计算有效性，并分析结构面剪胀系数、围岩强度、锚杆安装角（倾角）对锚杆变形和抗剪力的影响。结果表明：锚杆抗剪理论计算与室内试验结果吻合较好；结构面剪胀系数越大，越能较快调动锚杆抗剪作用，相反锚杆塑性强化特征越不明显，改善加锚结构面的阻滑抗剪作用，主要依靠结构面固有抗剪强度；随着围岩强度降低，锚杆需经一定变形才能发挥较大抗剪作用，而随着围岩强度增大，锚杆将迅速达到屈服状态，并且锚杆由轴向张拉破坏逐渐转为拉剪破坏；锚杆最优安装角随结构面内摩擦角增大而增大，依据实际工程中结构面内摩擦角取值范围，可估算锚杆最优安装角为30°～68°。

基于中型三轴仪开展了高聚物堆石料回弹模量试验，分析了高聚物堆石料卸载－再加载的力学特性和回弹模量变化规律。结果表明：围压和应力水平对体积变化规律有明显影响，随着试验围压的增大，试样由初始状态的剪胀逐渐变为剪缩；高围压下，随着应力水平的增大，试样的卸载体缩量呈非线性增大；而围压在100 kPa下，卸载时表现为体胀，不同应力水平下的卸载体缩量相近且较小。平均回弹模量与初始模量的比值大约在3.9～4.2之间，应力水平为0.7条件下对应的回弹模量与平均回弹模量较为接近。高聚物堆石料的回弹模量满足邓肯-张模型关系，数值计算过程中回弹模量系数近似为初始模量系数的4.0～4.2倍。

基于分段线性差分法，建立了一种非饱和土一维大变形固结模型。该模型可考虑土性参数非线性变化，可计算与分析大变形问题，并编制了Fortran计算程序。在现有解答和试验数据的基础上，对该模型进行了验证，瞬时加载情况下模型数值解与现有解答基本吻合，考虑加载过程下的数值解与试验数据吻合。进行了大变形算例分析，对比了加荷压密与消散固结阶段土层变形，探讨了孔隙气、水渗透系数比对土层沉降量、饱和度和不同应变情况下固结度的影响规律，分析了非饱和土大、小变形固结理论计算孔隙水（气）压和沉降量的差异。

极限状态下墙体侧向位移对土压力计算和支挡结构设计影响显著。根据Rankine变形体和Coulomb刚塑体模型，将墙后土体变形分别当作单剪和直剪试验中试样的剪切过程，以达到极限剪切变形（剪应变或单位长度剪切位移）作为进入主被动状态标准，构建了土体变形与墙体位移的几何关系，提出了反映土体变形与强度特性，同时考虑静止时初始应力状态影响的墙体极限侧向位移近似计算模型。分析表明：土体极限剪切变形、滑移区范围、初始应力状态是影响墙体极限位移的核心要素，其中极限剪切变形占据主导作用，是导致不同颗粒组成及密实程度土体进入极限状态所需墙体位移差异显著的主要原因，而主被动区范围不同和因静止土压力系数 1引起的初始剪切变形，则是被动状态墙体位移远大于主动的关键因素；算例中主动与被动状态下墙体位移与墙高之比分别介于0.5‰～13.2‰和?0.4%～?5.2%，且主动状态下细粒土墙体位移大于粗粒土，计算结果与工程经验及相关文献模型试验基本一致。

矢量和抗滑稳定分析方法根据真实应力状态定义求解安全系数，物理意义明确，一批学者对其进行了研究。但是当合法向力矢量投影与合剪力矢量投影的符号相反且其绝对值大于合剪力矢量投影时，矢量和法计算出的安全系数可能为负值；另外，目前潜在滑移面上每点极限抗滑剪应力矢量的方向是根据潘家铮最大、最小原理确定的，将其定义为潜在滑移体滑动趋势方向在该点切平面上投影方向的反方向，但是潘家铮最大、最小原理描述的是滑移体力学系统抗滑能力最大，按照矢量和法的定义式，抗滑能力包括抗剪力和法向抗力两部分。基于矢量和思想与以上关于矢量和法的思考，提出一种滑面应力抗滑稳定分析方法，将潜在滑移面视为薄滑移带，以薄滑移带作为对象进行微元受力分析，每个微元的极限抗滑剪应力矢量方向取为该微元剪应力矢量的反向，所有微元的极限抗滑剪力矢量和的反向定义为潜在滑移体滑动趋势方向，最终将极限合抗滑剪力矢量在滑动趋势反方向的投影与合滑动剪力矢量在滑动趋势方向的投影的比值定义为安全系数。较极限平衡法，方法自动满足静力平衡、力矩平衡和变形协调条件，无需受力模式假设；较强度折减法，新方法基于真实应力，物理意义更加明确，安全系数以显式表达，无需迭代；通过经典二维静态边坡考题，验证此方法的可行性；将新方法应用到三维工程实例中，分析潜在滑移体在边坡开挖过程中安全系数的动态演化规律，证明方法的实用性。

为了模拟实际工程中黄土在不排水条件下的破坏，在控制含水率不变条件下，利用非饱和土真三轴仪对不同初始吸力非饱和原状黄土进行了等向固结试验和不同中主应力参数b值的剪切试验，研究了非饱和原状黄土的力学特性。研究结果表明：真三轴等向压缩屈服应力随着初始吸力的增大而增大，吸力随着净平均应力的增大而减小，净平均应力对吸力的影响程度随着初始吸力的增大而增大。不同 值条件下，广义剪应力和净平均应力破坏状态线近似呈平行直线关系，广义剪应力和有效净平均球应力试验点可归一为饱和土的排水剪切破坏状态线；剪切破坏时吸力随着b值的增大基本呈线性增大趋势；孔隙比和净平均应力对数临界状态线近似呈线性平行关系，其斜率比饱和土大，且大于等向压缩屈服前的斜率；非饱和土孔隙比和有效净平均球应力对数临界状态线与饱和土的临界状态线近似呈线性平行关系；不同净围压条件下，不同 值非饱和土与饱和土的破坏状态孔隙比的比值与气体饱和度的试验点分布于1.0～1.2的直线带内，但同一净有效球应力条件下可以归一为一条非线性曲线。

设计并完成了一个缩尺比例为1:20的锚索框架梁加固平面滑动型边坡的振动台试验，通过改变输入地震波类型和峰值，研究了边坡体及支护结构的动力响应特性。试验结果表明：锚固边坡体的整体稳定性较好，地震造成的破坏主要为滑体顶部震碎和无约束坡面岩土体剥蚀、掉块；地震波在经过软弱夹层时存在能量聚集效应，不同地震波下滑体重心处加速度放大系数的差异性随输入地震波峰值的增加而减小；锚索在地震时表现出协同工作的特性，预应力损失最先发生在坡顶，然后向坡体中下部转移；在锚索框架梁的抗震设计时，应考虑边坡体上部的加速度放大效应和锚索预应力损失对边坡整体稳定性的影响。试验结果为合理考虑预应力锚索框架梁的抗震设计提供有益的参考。

基于土体的三维波动模型研究了饱和土中单个管桩的竖向振动。将桩周土和桩芯土视为两相多孔介质，管桩视为等截面的圆管杆单元。在考虑桩周饱和土和桩芯饱和土径向位移和竖向位移的情况下，建立了基于土体三维波动模型的饱和土-管桩竖向耦合振动模型。借助势函数和分离变量法并考虑土体边界条件，求解了考虑土体三维波动的桩周饱和土和桩芯饱和土的竖向振动。在此基础上，考虑管桩桩端边界条件，利用三角函数正交性求解了饱和土中单个管桩的竖向振动，得到了管桩桩顶的竖向复刚度。通过数值算例，对比分析了土体三维波动模型解和不考虑土体径向位移的简化模型解的计算结果，分析了主要桩、土参数对饱和土中管桩竖向振动的影响。研究表明：当管桩壁较薄时且低频时不应忽略土体径向位移的影响，在动态刚度因子和等效阻尼随频率变化曲线峰值峰谷处不宜忽略土体液相的影响，管桩壁不宜过薄。管桩壁厚、长径比、桩芯饱和土与桩周饱和土密度比、剪切模量比以及桩-土模量比对饱和土中管桩竖向振动有较大影响，在进行管桩设计时需要综合考虑相关参数。

针对典型的Y型狭长沟谷型地貌中的黄土高填方工程做了大量的室内一维高压固结试验。试验结果表明，Gunary模型可较好地表征侧限压缩情况下压实马兰黄土的垂直压应力与垂直压应变的关系，其适用性优于既有且常用的双曲线模型及幂函数形式；基于Guanary模型，利用割线模量法构建的压实马兰黄土地基变形修正公式，可修正考虑上覆荷载变化、含水率变化及压实度变化的地基变形量；割线模量Esoi与含水率的倒数1/w符合二次多项式的关系形式，目前普遍使用的割线模量Esoi与压实度K的线性关系形式不符合实际情况。研究成果对沟谷型黄土高填方工程填筑方案的设计与施工具有重大的参考价值。

为研究鄂西北地区板岩的力学特性及各向异性特征，开展了志留系粉砂质板岩的单轴压缩和巴西劈裂试验，分析了试样的力学特性和各向异性特征以及在不同荷载作用下的变形破坏模式，揭示了不同破坏模式的力学机制，并通过数值分析研究了不同板理面角度板岩边坡破坏模式及力学机制。研究结果表明，粉砂质板岩中的板理面是影响岩体力学行为的弱面，使得粉砂质板岩表现出明显的各向异性的特征。在单轴压缩条件下，粉砂质板岩在垂直板理面方向比平行板理面方向更易变形，变形量更大；平行板理面方向加载时试样破坏类型为竖向劈裂型张拉破坏，其实质是压杆失稳；垂直板理面加载时试样的破坏类型为穿切板理面的劈裂型剪切破坏；所测得的力学参数各向异性也较明显。在劈裂荷载作用下，粉砂质板岩的破坏模式主要有张拉劈裂破坏和沿板理面剪切破坏两种，所得抗拉强度在平行板理面方向上最大，在垂直板理面方向上最小，两个方向上的抗拉强度均小于抗压强度。由于板理面间的抗拉强度极低，在受到与板理面呈小角度相交的劈裂荷载作用时，容易产生沿板理面的张拉劈裂或拉剪破坏，在实际工程中应尽量避免板理面间的受拉破坏和沿板理面的拉剪破坏。在边坡工程中，板理面倾向、倾角对边坡破坏模式及力学机制有较大影响，边坡防护治理需充分考虑这一影响。上述研究为粉砂质板岩区岩质边坡防护治理以及其他岩石工程设计与施工提供理论依据与技术基础。

为了更准确地描述膨胀土应力松弛的力学特性，应用分数阶微积分理论构造的软体元件取代传统元件模型中的理想黏滞元件，并考虑黏滞系数的损伤劣化，建立了可以更加准确地反映南宁膨胀土非线性应力松弛特性的三元件模型。通过一系列室内试验研究，探索了在不同含水率条件下南宁膨胀土的应力松弛规律，并根据对试验结果的分析，确定了相关的模型参数，得到了膨胀土在不同含水率条件下的应力松弛方程。与整数阶西原模型和整数阶St.Venant模型进行对比，其结果表明所提出的改进模型能更有效地模拟膨胀土应力松弛的全过程，且模型具有结构简单、计算参数少、计算精度高和便于实际应用等优点。研究结果为膨胀土在长期荷载作用下的应力松弛分析提供了理论基础。

通过动三轴试验，研究水泥土中掺入不同掺量的聚丙烯纤维和玄武岩纤维条件下，其动应力 、动弹性模量 随动应变的变化规律。试验结果表明：水泥土的动强度和动弹性模量与围压、掺入纤维的种类和纤维掺量有关；随着纤维掺量的增多，水泥土的动强度和动弹性模量增大，动变形减小。从滞回曲线和微观的角度分析，掺入玄武岩纤维的水泥土动力性能最好，聚丙烯纤维水泥土次之，素水泥土（无纤维）较弱；最大动弹性模量 随着围压和纤维掺量的增大而增大。玄武岩纤维水泥土在不同围压下的 归一化曲线相互聚拢，表明 对围压的依赖程度降低。

防渗墙与复合土工膜联合作为防渗体系已广泛用于围堰工程，但变形不协调易导致联接部位处土工膜的破坏。通过某围堰工程复合土工膜与防渗墙联接部位离心模型试验，模拟防渗墙泥皮及其厚度、堰体填料的沉降变形等，研究不同联接方式时复合土工膜应变的变化规律。试验结果表明：当联接部位处土工膜水平铺设时，土工膜紧靠防渗墙的部位尤其是泥皮范围以内将产生较大应变，当防渗墙与周围堰体的差异变形达到一定量时，土工膜产生拉裂破坏；当土工膜先竖向抬高一段距离后再水平铺设，水平铺设段的土工膜应变明显减小，且随着与防渗墙的距离越远，土工膜应变越小。防渗墙泥皮的存在可有效缓解土工膜局部受力。

依托毗邻深圳水库的深圳东部过境高速公路连接线工程，研制了以控制渗透系数为核心的围岩-支护体系新型相似材料，利用自制渗流模型试验系统，研究不同高度的动、静作用水头对水压力、排水量及渗流场的影响。试验表明：地下水位较高时，注浆圈内壁经历块状润湿、浸润线状态、完全湿润、拱腰以上挂满水珠、间断性水流线等过程，而随着作用水头的降低，渗流速度减慢，渗流时间大幅增加；随着静水头高度降低，各特征点水压力呈近似线性下降，且作用水头越小，相同位置二衬和注浆圈背后的水压力值更加接近，而隧道排水量测试的离散性也越小；动水头作用下，水压力随时间变化有明显的滞后性，其时间效应不利于结构稳定，而动水头下降过程中浅埋处更易受到影响，需加强隧道顶部的承载及抗渗设计，隧道排水量值随动水头下降呈减小的趋势，且降低相同水位差所需的时间越长。

针对土工合成材料界面特性试验易受试验装置影响的特点，采用大型叠环式剪切仪进行土工织物与砂土的界面剪切试验。对比砂土本身、土工织物与砂土的两种剪切试验结果发现，土工织物-砂土剪切引起的叠环位移较小；叠环的水平位移变化规律与土体的剪胀性具有密切联系，土工织物限制了下剪切盒内土颗粒的运动，对达到峰值强度时的土体剪胀也具有抑制作用。由试验结果可知，筋-土界面的剪切带远小于剪切的影响范围，土工织物在界面剪切中的作用不能仅通过剪切带反映，还应考虑土工织物的屏蔽作用和对于土体剪切带形成的影响。

为了揭示水压致裂法和巴西劈裂法测量岩石抗拉强度的关系，开展了理论和现场试验研究。基于经典的水压致裂法理论，推导了不同围压下钻孔破裂压力和抗拉强度。利用断裂力学理论建立了水压致裂法和巴西劈裂法测得抗拉强度的关系。利用预制切槽方法模拟天然裂纹，对水力裂缝的起裂压力进行了研究。结果表明：围压为最大主应力等于3倍最小主应力测得的抗拉强度大于围压为0测得的抗拉强度；水压致裂法和巴西劈裂法测量抗拉强度关系与应力场、裂纹长度、断裂韧度3个变量有关；通过在晋城矿区王台铺矿的预制切槽试验，运用断裂力学建立的抗拉强度计算式更为符合现场实际。研究结果可为坚硬难垮落顶板预制切槽的水力压裂设计提供参考。

在CO2地质封存过程中，CO2注入深部岩层，引起地层孔隙流体组分和压力的改变，影响岩层的力学稳定性，可能导致储盖层破裂、地表隆起，并引发中小规模地震等不良后果。以砂岩为试验研究对象，以CO2、N2、H2O作为孔隙流体介质，通过控制和调节流体的温度和孔隙压力，开展了单相流体作用下岩石三轴压缩力学特性对比试验，分析了单相流体耦合作用下岩石强度、弹性模量和泊松比等基本力学参数。研究发现，高压孔隙流体使干燥砂岩的峰值强度和弹性模量均出现不同程度降低，泊松比却有较为明显的升高现象，且影响作用从大到小依次为H2O、CO2、N2。孔隙流体降低了干燥砂岩的脆性，并增强了塑性变形，且含水砂岩塑性最强。孔隙流体对砂岩力学特性影响程度取决于流体与岩石矿物成分的相互作用强弱，分析认为砂岩中不同矿物成分对CO2、N2、H2O的选择性吸附导致孔隙流体对砂岩强度影响差异明显，且作用效应从大到小依次为H2O、CO2、N2。

改性料礓石作为一种传统硅酸盐建筑材料，可以与修复加固的文物本体很好兼容且牢固结合，现阶段已经运用到文物保护工作中。为研究其全面的力学特性，在前人研究基础上，采用伺服刚性试验机对改性料礓石进行了不同围压下的常规三轴试验、单轴压缩试验及巴西劈裂试验。试验结果表明：材料具有较高的抗压强度和抗拉强度，同时具有韧性特征。在低围压时，试样表现为剪切破坏，当围压超过6 MPa时，试样表现出明显的塑性流动特征，且试样的峰值强度与围压近似线性关系。通过绘制莫尔圆包络线计算出抗剪强度参数c、? 值，并分析了峰值应变、弹性模量和围压的关系。分析改性料礓石结石体的微观结构及固化过程中的化学成分变化，认为水化和碳化产物包裹石英砂颗粒的特殊结构，是材料具备韧性特征的原因。研究结果对改性料礓石的应用及文物修复的现场工作具有重要的意义与价值。

粗粒土颗粒的外形特征是影响其力学特性及渗流特性的重要因素之一。采用室内试验分析的手段对颗粒的外形特征进行了研究。选取粒径分别为10～20、20～40、40～60 mm的两种不同形状的砂卵石粗粒土颗粒，在风干状态下通过排水法分别测定其体积，通过蜡膜厚度估算法测定其表面积，对颗粒体积及表面积关系进行数学拟合，建立了一定粒径范围内两种不同外形砂卵石粗粒土颗粒体积与表面积之间的函数关系。通过类比，发现试验所得出的两个拟合函数关系式和同体积标准球体的体积与表面积关系式具有十分相似的形式，据此提出了类圆度的概念及类圆度系数的计算方法，为颗粒外形特征的定量描述提供了一种方法与思路。

为了评价在层间错动带C2影响下白鹤滩地下洞室群尾调室在地震作用下的稳定性，针对其在试验中表现出来的明显的延性及法向荷载依赖性等特征，一种非线性的连续屈服（CY）模型被采用，用来描述层间错动带在静力以及地震动力作用下的复杂力学特性。在CY模型中，非连续面的变形特性采用幂函数形式表述，并且考虑了剪切破坏过程中强度的渐进性破坏。CY模型预测的C2错动带的力学行为与试验获取的结果相比较差异非常小，证明了CY模型在静力作用下的适用性。基于位移非连续假设的应力波透射理论被用来论证CY模型在动态作用下的适用性，同时将结果与线性结构面本构模型的结果进行了对比。比较结果表明，CY模型预测的规律与已有文献利用其他非线性模型得到的结论基本相同，并优于线性本构模型，理论结果在数值软件中得到了验证。3条地震波在经过特殊的反应谱匹配处理后，对白鹤滩地下洞室左岸1#尾调室进行了地震动力响应分析。分析结果表明，C2错动带在地震作用下对尾调室的变形及稳定性有明显的控制作用。地震作用下洞室整体运动趋势以刚体位移为主，岩体间相对变形为辅。相对变形中，错动带C2的相对变形占据了较大的成分。C2的相对变形以接触面上下盘的切向错动变形为主，主要发生部位为洞室顺C2走向的部位；结构面上、下盘法向变形为辅，主要发生在洞室顺C2倾向部位。通过超载法，获取了洞室的地震动力安全裕度。当超载系数从2增加到3时，C2的剪切变形、洞室的塑性区指标均剧烈增加，显示洞室的安全裕度大约在2～3之间，即洞室最大可抗拒峰值加速度为438g～657g的地震动作用。研究结论可供地下洞室的抗震设计与分析参考。

大直径超长灌注桩是高规格建（构）筑物桩基工程的发展趋势，但有关其水平承载性能的研究还较少。依托江苏靖江文化中心大直径超长灌注桩建设项目，通过现场试桩试验获得了桩身水平受力及承载变形特征。采用孔压静力触探（CPTU）测试p-y曲线法构建了大直径超长灌注桩水平承载数值计算模型，在与现场试桩结果比对验证之后，进一步研究了桩径尺寸效应、桩顶嵌固形式、桩身倾角、竖向载荷对大直径超长灌注桩的影响规律。最后通过计算各影响因素的参数敏感度，实现了对大直径超长灌注桩水平承载性能参数敏感性的客观定量评价。研究结果表明：原位测试CPTU可以很好地应用于大直径超长灌注桩的水平承载分析，大直径超长灌注桩参数敏感度由大到小依次为：桩顶嵌固形式、尺寸效应、竖向荷载、桩身倾角。

就围护桩（或围护墙）加内支撑这一基坑支护形式而言，基于弹性地基梁理论的增量法是其围护结构内力和变形计算的常用方法。合理计算荷载增量是该方法实施的关键之一。目前，该法的荷载增量主要由土压力增量和挖除土体弹性抗力释放的反力增量两部分组成。根据弹性地基梁和增量法的基本原理，结合基坑施工过程，综合分析得出：荷载增量除上述两部分外，还应包括开挖面以下土体因开挖面下降、水平抗力系数降低而引起的土体弹性抗力部分释放的反力增量；开挖面以下围护桩（或围护墙）任意点的这部分反力增量等于该点在上一工况下的侧向位移与开挖侧土体水平抗力系数的比例系数m和本工况挖除土体厚度的乘积。工程实例理论计算结果和实测结果的对比分析表明，与传统增量法相比，采用改进增量法，围护桩（或围护墙）侧向位移的计算值与实测值更加接近，计算结果更加符合工程实际。

将极限分析的上限定理、有限元离散思想、随机规划理论和蒙特卡洛方法这四者结合起来，提出了一种土质边坡可靠度分析的上限数值方法。首先采用三节点有限单元离散土质边坡，然后将土体的抗剪参数设为随机变量，根据上限定理构建同时满足三角形单元的塑性流动约束条件、单元公共边的塑性流动约束条件和单元速度边界条件的机动许可速度场，并根据内功功率等于外功功率条件建立目标函数，构建土质边坡可靠度分析的上限法随机规划模型。采用蒙特卡洛方法求解上限法随机规划模型，同时提出了一种基于上限法速度场的边坡失效风险系数估算方法，该方法特别适用于具有多种失效模式的边坡风险分析。对2个经典算例进行了深入分析，验证了方法的正确性。

减饱和法是一种通过减小饱和砂土地基中水的饱和度来处置可液化砂土地基的方法。基于单相流-固耦合理论，将减饱和砂中水-气两相流体等效为单相流体，提出一种可以考虑加载过程中孔隙流体体积模量变化的减饱和砂土静态液化的单相流改进算法，用其进行单调荷载作用下三轴不排水压缩试验数值模拟研究，分析了不同饱和度条件下的减饱和砂土的不排水反应并与饱和砂土三轴不排水试验结果进行对比。研究结果表明，单相流改进算法能够很好地反映减饱和法的抗液化特性。此外，对比不同数值分析方法模拟结果，得出以下结论：采用单相流简化算法分析减饱和砂土的不排水反应时，因为不考虑加载过程中的孔隙流体体积模量变化，所以初始的流体体积模量取值会影响减饱和砂土的强度，初始围压为100 kPa、饱和度为96%的减饱和砂土在单调荷载作用下，气体体积模量取值从100 kPa增加至200 kPa时，减饱和砂试样的峰值偏应力会减小约30%，孔隙压力会增加约40%；通过对比同等条件下的单相流改进算法和两相流算法的应力-应变关系曲线以及饱和度和体积应变变化曲线，两者结果相近，误差在5%以内。综上所述，单相流改进算法是一种较为合理而简洁地模拟减饱和砂土静态液化的计算方法。

较多已建和待建的土石坝直接修筑于覆盖层上，合理描述土石坝与覆盖层之间的动力相互作用对大坝抗震安全评价至关重要。基于等效荷载和人工边界的地震波动输入方法能较好地反映出结构-地基之间的相互作用并得到了广泛应用。等效荷载和人工边界参数在均质线弹性地基条件下易于获得，而对于覆盖层地基，土体动力非线性特性给求解带来很大困难。鉴于此，首先根据覆盖层侧向边界的位移模式，发展了能高效、精确地获取多向地震动垂直入射时均质或成层覆盖层自由场非线性动力响应的简化模型；结合能动态实时获取地基材料参数的非线性人工边界，发展了一套覆盖层上土石坝非线性动力响应分析的地震波动输入方法。算例表明，发展的地震波动输入方法可大大减小计算网格量，并能较好地反映覆盖层对地震动频谱特性的影响且具有较高的精度。

为解决隧道工程建设各阶段之间的信息交流和数据共享困难的问题，前期在工业基础类（industry foundation classes,简称IFC）标准的基础上实现了盾构隧道建模数据模型。在此基础上，提出基于建筑信息模型（building information modeling，简称BIM）技术的盾构隧道结构信息模型建模方法。根据扩展的盾构隧道结构信息模型的IFC表达，提出了单个管片块建模方法和隧道线路解算流程和步骤。在此基础上，进行盾构管片拼装与隧道建模，建立了盾构隧道建模流程和参数化建模方法，形成了基于BIM技术的盾构隧道结构信息模型建模方法。最后，通过实例验证了建模方法的可行性。工程应用表明，通过借鉴和引入BIM技术，建立基于统一IFC数据标准的盾构隧道结构信息模型，可以实现盾构隧道信息的无损交换与充分共享，从而进一步验证了前期提出的基于IFC的盾构隧道建模数据模型的正确性。研究成果可为隧道数值计算分析提供初始模型，为实现隧道三维可视化模型和分析计算模型的无缝对接提供基础。

天然软土成层分布特性及土中渗流存在起始水力坡降的现象已被人们熟知。但变荷载下能同时考虑黏土中起始水力坡降、软土非线性压缩渗透特性及大应变特性的双层地基固结理论还鲜见报道。在拉格朗日坐标系中建立以超静孔压为变量的双层软土地基大应变非线性固结模型并给出其有限差分解。通过与考虑起始水力坡降的单层地基大应变非线性固结数值计算结果对比，验证了差分解的可靠性。着重分析了上、下土层起始坡降无量纲参数R1、R2对双层地基固结性状的影响，分析在大应变与小应变假定下双层地基超静孔压消散及固结沉降变形的异同。结果表明：上层土无量纲参数R1对双层地基固结性状的影响程度较下层土无量纲参数R2显著；大应变假定下双层地基渗流前锋的下移速度要快于小应变假定下的移动速度；大应变假定下考虑起始水力坡降的双层软土地基超静孔压消散速率要比小应变假定下快，且大应变假定下考虑起始水力坡降的双层地基最终沉降量要比小应变假定下大。

利用扩展精细积分法求解横观各向同性地基的平面应变问题。扩展精细积分法具有高精度和较高计算效率的特点，是求解微分方程的有效方法，相比于解析法可以节省大量理论推导工作量。从直角坐标下弹性力学控制方程出发，推导出Fourier变换域内地基的常微分矩阵方程；之后对地基微层元进行消元合并，进一步得到荷载作用在地基内部时层状地基的扩展精细积解。与已有文献的对比验证了方法的精确性，并分析了横观各向同性参数、层状性质和荷载作用点对计算结果的影响。结果表明：土体竖向位移随着横观各向同性参数n的增大而减小，而随着横观各向同性参数m的增大而增大；荷载作用点 的变化只对作用点以上的土体有影响，而上层土体的模量对竖向位移计算结果的影响更为显著，土体成层性对沉降的影响要比对竖向应力的影响更为显著。

自升式钻井船是广泛用于浅、中水域油气资源开发的重要设施，经常紧邻固定式导管架平台进行作业。钻井船插桩就位过程中大量土体被排开，挤土效应会导致邻近导管架平台桩基承受很大的附加荷载，影响平台的正常设计性能，该效应在黏土中尤为显著。针对黏土中钻井船插桩对邻近桩基的影响这一实际问题，现有规范和分析方法存在明显不足。为此，建立了一套数值分析方法，把这一复杂问题分解成相对独立、简单的两个方面进行分析：一是采用任意拉格朗日-欧拉（ALE）数值方法，计算自由场地插桩周围土体产生的位移场；二是利用桩基水平力与位移关系曲线，即P-Y曲线，采用杆系-土弹簧的传统方法计算土体位移产生的桩体加载。通过与已有离心试验数据的比较，验证了该方法的可靠性和适用性。研究揭示了自由场地土体的变形模式和流动机制，阐明了由于插桩邻近桩基产生的附加荷载变化规律，特别是发现了黏土变形参数 对插桩引起的自由场地土体位移场有显著影响，但对插桩引起的桩基加载影响较小。最后，针对导管架对桩基的桩头约束条件和插桩及导管架自身对桩基的线性叠加加载适用性问题给出了详细说明。

基于Laplace变换，对层状地基中桩土横向振动阻抗计算问题进行了研究。考虑土层天然分层的特性及桩顶轴向力的参与作用，结合频域内桩-土动力文克尔理论，采用传递矩阵法并通过拉普拉斯变换，将振动微分方程变成代数方程以求解桩的横向振动响应参数，并导出了单桩横向振动阻抗。基于所得解，进一步计算出桩-土-桩水平动力相互作用因子。通过实例分析对比，验证其有效性和可行性。该方法计算工作量小，易于理解，计算结果与已有结果具有良好的一致性，并能保证解的连续性，对桩-土动力相互作用的研究具有一定的实用意义。

全长黏结式锚杆是地下洞室常用的一种围岩支护手段。研究全长黏结式锚杆沿程应力分布特性对于锚杆-围岩组合体的稳定性评价具有重要的作用。利用单元嵌入计算格式，建立锚杆-围岩组合体中锚杆的等效模拟方法。通过轴对称四边形单元模拟锚杆内部变形，据此推导该单元内力、切线刚度及锚杆模型固有内力、计算刚度，最终通过整体及局部坐标的变换建立锚杆模型附加内力及切线刚度的计算方法。锚杆的非线性特性主要由接触面失效、杆体屈服引起，该方法能够较方便地应用隐式有限元计算格式，对围岩及锚杆的非线性特性进行统一分析。该方法在反映锚杆对围岩支护效果的同时，能够较好地反映锚杆的沿程应力分布特性。

针对自行研制的岩石空心圆柱扭剪仪可独立控制4个加载参数（轴力、扭力、内围压和外围压）的功能，通过数学和力学分析，系统地整理出几种易于实现且符合实际工程的应力路径及加载方式：在轴力与内围压满足一定关系的前提下，可以获取岩石的抗拉强度，提供一种新型测量岩石抗拉强度的方法；通过控制内外围压及轴力，可以进行常规三轴试验与真三轴试验，克服了现阶段岩石真三轴试验中试验装置复杂、试样加载面摩擦大的缺点；在轴力与内、外围压分别满足一定关系时，可以分别实现平均应力p不变与中主应力系数b不变的应力路径，用于研究应力主轴旋转对岩石力学性质的影响。上述应力路径的实现对岩石力学性质的研究以及现阶段岩石室内试验的发展具有重要意义。