传统土拱效应理论是基于松动区内土体应力均匀分布这一基本假定建立的，然而由于松动区内部主应力轴偏转的影响，实际情况下松动区内部的土体应力分布往往是非均匀的。针对这一情况，在太沙基松动土压力分析模型的基础上，通过假定3种不同形状的大主应力轨迹线，考虑了松动区内应力分布形式对松动土压力的影响，对传统太沙基松动土压力公式进行了修正，并与离散元数值模拟结果进行了对比验证。研究结果表明：当土体达到极限平衡状态时，松动区内部竖向应力与水平向应力分别呈上凹式分布和上凸式分布，松动区中轴线上侧向土压力系数等于被动土压力系数；采用不同形状的大主应力轨迹线进行计算所得应力分布之间的差异在10%以内，且均与离散元数值模拟结果吻合良好，从而验证了修正解的有效性。为计算方便起见，推荐相关工程中采用圆弧形大主应力轨迹线假定进行计算。

人工合成透明土材料在支撑岩土工程可视化模型试验技术领域得到了良好的应用。然而，关于该新型材料的动力特性研究仍相对缺少，一定程度上影响了其在动力相关模型试验中的推广应用。基于共振柱、动扭剪试验仪器，开展人工合成透明砂土的动变形与动强度特性试验研究，并与天然砂土及福建标准砂的相关动变形与动强度特性进行对比分析；透明砂土由折射率一致的熔融石英砂和混合油配制而成，混合油由15号白矿物油和正12烷按比例混合而成。试验测定并分析了透明砂土的动剪切模量-应变、阻尼比-应变、动剪切模量-阻尼比等关系曲线，以及孔压、动强度特征。试验结果表明，由熔融石英砂与混合油配制而成的透明砂土的动变形和动强度特性与天然砂土相似，可以模拟天然砂土材料开展动力相关模型试验研究。

饱和黏土中固定锚腚拖曳锚的嵌入轨迹和承载力预测是深水系泊系统设计的关键。从固定锚腚拖曳锚在饱和黏土海床嵌土的初始状态出发，将固定锚腚拖曳锚和周围土体视作宏单元，假设在锚链拉力作用下宏单元沿土体屈服面法向运动，利用锚链方程计算锚眼拉力，基于增量迭代法建立了预测固定锚腚拖曳锚嵌入运动轨迹和锚眼拉力的模型，编制了相应的计算程序。利用程序预测了Bruce Dennla MK4固定锚腚拖曳锚、Murff算例拖曳锚在饱和黏土中的运动轨迹和承载力，结果表明：本文所建立的模型预测结果正确，可以用于预测固定锚腚拖曳锚嵌入饱和黏土全过程中板锚的运动轨迹、运动形态和锚眼拉力；固定锚腚拖曳锚嵌入过程中，锚运动形态有一个调整过程，因此，旋转角先减小，而后增加，并逐渐趋于稳定值。

为了更好地分析复杂应力下的强度问题，作为岩石、混凝土材料强度理论的完善和补充，利用双 强度理论，推导出了一个考虑静水压力和主剪应力面上正应力影响的三参数双 强度准则，给出了该准则的数学表达式，进行了几种应力状态下的理论预测与现有试验数据的对比分析。结果表明，不同的极限应力比 和 值对应着不同材料的强度准则； 应力状态的强度低于 应力状态下的强度；在 的双轴受压应力下，其双轴压缩强度 大于单轴压缩强度 ；在三轴压缩的应力状态下，当 处于某一固定值且 较小时， 随着 的增加而逐步增大，而 较大时，则 随着 的增加而逐步减小；理论预测值与现有的花岗岩、红砂岩、软弱砂岩以及混凝土等材料的部分试验数据吻合较好。

水平加筋是广泛应用的软土地基处理方法之一，而水平加筋地基极限承载力的确定是其地基处理设计的重要依据。因此，首先结合条形基础下水平加筋地基的工程特点，在探讨其承载机制和破坏特点的基础上，考虑破坏间断面上筋材与地基土体的变形协调，构建出反映加筋参数变化影响的可变破坏模式及机动允许速度场；然后，在此基础上，通过重点研究筋材的能量耗散分析方法，并引入上限极限分析理论，建立出条形基础下水平加筋地基极限承载力分析模型，再引入序列二次规划优化分析理论，建立出条形基础下水平加筋地基极限承载力确定方法，它能充分反映加筋设计参数对地基破坏模式及承载力的影响；最后，通过试验结果与该方法及现有同类分析模型结果的比较分析，表明了该模型与方法的合理性与可行性。

为预防地下矿山采空区群系统高应变能的突然释放引发的灾害，通过构建顶板-矿柱三维空间力学模型，利用突变理论和流变力学理论对其稳定性及突变倾向性作定量与定性分析，推导出系统在不同时刻突变并释放能量的数学判据和力学条件，提出系统稳定性的分析算法并验证了其有效性和实用性，在此基础上探讨各影响因子对该系统稳定性的影响。结果表明：随着矿柱流变，系统突变倾向性减小，但顶板整体性逐渐破坏且边界条件依次进入固支、简支和自由边3个阶段，维持系统稳定的矿柱有效承载面积比率临界值 仅在各阶段内连续减小，在顶板简支和自由边的阶段起点处 值突跳增大，3个阶段 值的平均减小速率依次降低；顶板刚度D、上覆岩层荷载 、矿柱面积比率 和空区群尺寸之间的数值关系对系统稳定性起主导作用。该研究结果可为矿山安全开采规划和采空区群系统稳定性评判及调控提供新思路和新方法。

软岩的蠕变寿命是岩石流变学研究的重要内容之一，是影响岩土工程长期稳定的重要因素。根据Goodman原理，蠕变破坏点位于全应力-应变曲线的下降段（破坏段）上。当等时应力-应变曲线簇用分离变量函数表达时，证明了对于给定应变 处的等时应力-应变曲线的切线模量比和割线模量比随时间的变化规律相同。将破坏段曲线简化为直线，等时应力-应变曲线与破坏段的交点（蠕变破坏点）近似等于等时应力-应变曲线上某点 的切线与下降段直线的交点，进而推导出了该交点的蠕变寿命的表达式。 越接近峰值应变，误差越小。这样，可由短时蠕变曲线簇变换到等时应力-应变曲线簇，通过拟合方法求出给定应变 下模量比随时间变化的表达式；再由全应力-应变曲线求出峰值应力与应变、给定应变 下的应力与切线模量、下降段直线斜率等参数；即可得到软岩的蠕变寿命和长期强度。利用本文方法，对某泥岩的蠕变寿命进行了求解，得到了蠕变寿命随应力水平变化的表达式和长期强度值，理论结果与试验结果较吻合。

以福建标准砂为材料，采用宏细观模型试验方法，分析了转速比对松砂和密砂地基中螺旋挤扩钻具成孔特性的影响。宏观上，研究了竖向阻力、扭矩和土体应力随贯入深度的变化规律；细观上，结合环氧树脂砂土固化方法与数字图像分析技术，探讨了孔周土体相对密实度变化及其组构演化规律。试验结果表明，无论松砂还是密砂，钻具贯入时的竖向阻力、扭矩及孔周土体最大径向应力均随着转速比的增加而减小；钻具贯入导致松砂地基中钻头深度和孔周土体均发生挤密，而对于密砂则均发生不同程度的体胀；无论松砂还是密砂，孔周砂土切块环向面上的接触法向各向异性程度均随着转速比的增加而减小，而转速比对其径向面上的接触法向各向异性分布影响不大。该试验结果有助于提升对螺旋挤土桩成孔过程宏细观机制的认识。

三明治形加筋土是一种在黏土中加入加筋砂层形成的混合填料形式的新型加筋土。为了研究不同条件下三明治形加筋土筋-土界面的动力剪切特性，采用大型直剪仪对三明治形加筋土进行了一系列循环剪切试验，研究了不同薄砂层厚度、循环剪切幅值和竖向应力对界面剪切特性的影响。试验结果表明：筋-土界面的剪应力峰值随着循环次数的增加而增加，循环周次为10时，薄砂层厚度为5、6、7、8、9 mm的条件下，筋-土界面的剪应力峰值分别为24.84、27.4、27.94、26.33、24.68 kPa，表明薄砂层厚度为7 mm时，筋-土界面在循环剪切阶段的峰值剪应力最大；剪切幅值越大，界面循环剪切的最终剪缩量越大，同一循环次数对应的剪切刚度和阻尼比越小；在不同竖向应力下，界面在循环剪切过程中都发生了循环剪切硬化现象，循环周次为10时，竖向应力为30、60、90 kPa的条件下，筋-土界面的剪应力峰值分别为20.4、25.14、32.96 kPa，表明剪应力峰值随竖向应力的增大而增大，同一循环次数对应的剪切刚度也随竖向应力的增大而增大。

基坑工程是典型的三维空间问题，只有在一定条件下才能简化为平面应变问题。针对基坑工程的空间效应问题，首先采用离心模型试验建立基坑工程三维模型，分析承压水位变动条件下基坑变形规律；然后，进一步开展三维数值模拟，与离心模型试验结果进行对比验证，并开展基坑长度、开挖深度、承压水位高度和基坑面积等因素对基坑三维空间效应的影响研究。研究表明：三维基坑离心模型试验监测得到基坑中部和角部断面处的地连墙水平位移以及基坑外侧地表沉降，验证了角隅效应，且承压水位上升时角隅效应更显著；影响因素分析表明，长江I级阶地中当基坑长度大于6倍开挖深度时，基坑中间断面基本为平面应变状态；随开挖深度逐渐增大时平面应变比显著增大，而当深度大于25 m时增大速率减缓；承压水位升高时角隅效应更显著，承压水位超出地表3 m时平面应变比为0.46。该研究成果为长江I阶地典型二元结构地层深大基坑的设计和施工提供依据。

节理岩体渗流-应力耦合特性研究是岩石力学领域的重点和难点。水利水电工程与地下工程中天然节理岩体往往处于三向不等压应力状态，针对三向应力状态下节理岩体渗流-应力耦合特性研究较少。其中，单节理岩体渗流-应力耦合特性研究是基础。首先分析与探究了单节理岩体侧向应力作用效果及渗流作用机制，在单节理岩体渗透性-应力耦合分析模型基础上推导了单节理岩体渗流-应力耦合的理论公式。通过室内真三轴渗流-应力耦合试验，基于全局优化算法的非线性拟合及块体离散元数值仿真，验证了所提出理论公式的合理性。基于电路原理，给出了模拟电路与渗流问题的相似物理量，通过引入等效渗流阻方法，探究了典型的含正六边形主干节理网络的渗流-应力耦合特性。该研究结果对实际工程岩体的渗流分析有一定的参考价值。

运用自主研制的煤岩热-流-固耦合试验系统，以原煤为研究对象，进行峰后轴压保持在不同应力水平下围压的卸载试验，以分析围压卸载对原煤变形特性和渗透特性的影响。研究结果表明：通过径向应变 、轴向应变 和体应变 的不可恢复变形量以及三者在力加载过程中的响应程度来定义损伤变量，满足损伤变量的变化区间[0, 1]，并以此计算煤样在卸载过程中的损伤量，得到在峰后轴压 保持不变，对围压 进行卸载时，损伤量D随着 的减小而增大，煤样的损伤程度越来越大；当轴压卸荷到不同应力时，煤样的渗透率随围压卸载次数的增加而增大，表明当 减小时， 对渗透率的影响越来越重要，同时煤样内部的孔隙裂隙以发育、扩展、延伸为主。此外，渗透率k在 卸载初期，几乎不增加；当 继续卸载时， 开始增大，并且斜率越来越大，表明煤样的损伤加剧。当保持 不变，对 进行卸载时，相当于摩尔应力圆半径增大，煤样向破坏的趋势发展，发生二次破坏的可能性增大。随着 的卸载，卸围压前 越大，摩尔应力圆半径越大，煤样的承载能力就越弱，更易发生煤样的二次破坏，表现在煤样的轴向应变 和径向应变 发生突变。

为探究冻土与结构接触面次峰值冻结强度影响因素、影响规律及其预估方法，选取南京河西地铁施工区域典型粉细砂为试验土样，利用改进后的大型多功能冻土直剪仪，开展多影响因素条件下的冻结强度直剪试验研究。在对次峰值冻结强度定义和量化标准约定的基础上，研究发现极限峰值后剪应力陡降、峰后剪应力周期性变化、软化衰变等典型变化规律。将次峰值冻结强度与接触面温度、粗糙度、法向应力拟合后发现其分别呈反比例线性、二次抛物线、正比例线性关系。通过关系数据库管理软件数据挖掘，得出次峰值冻结强度关键影响因素及大小依次为接触面法向应力、粗糙度，而接触面温度为非关键影响因素。经多元非线性回归，构建了耦合接触面温度、法向应力及粗糙度三因素的次峰值冻结强度预估模型，可为人工冻土区或天然冻土区冻结加固设计、盾构法施工、地下结构物设计等提供冻结强度参数选取依据。

从发挥面的角度出发，分析论证各向异性是引起岩土材料出现非共轴现象的根本原因，得到与材料力学一致的结论。当共轭的两发挥面与沉积面的夹角不相等时，主应力面上将出现塑性应变增量的切向分量，所以塑性应变增量的主方向与应力的主方向非共轴。按照这一结论，对非共轴的数值模拟，也应当根据各向异性本构模型进行。为考虑各向异性影响新近提出的各向异性变换应力法，改变了各应力分量的相对大小，得到的各向异性变换应力张量与真实应力张量的主方向不一致，因此也能反映非共轴。利用各向异性变换应力法，能够在现有的弹塑性本构模型的框架下，描述土的非共轴现象。以各向异性UH模型为例，预测各种加载条件下的非共轴变形，验证了该方法的有效性。

悬浮颗粒在多孔介质中迁移的研究在地下水回灌、地下污染物扩散、核废料处置、石油开采等领域有重要的理论意义和应用价值。为了研究形状对颗粒迁移的影响，对1组球状颗粒（10 ?m中位粒径）和2组杆状颗粒（长径比为3:1和6:1）进行了三阶段室内土柱试验，得到了不同形状颗粒在多种溶液离子强度条件下的穿透曲线。结合DLVO理论分析了悬浮颗粒沉积和释放机制，阐释了形状对颗粒迁移行为的影响。试验结果表明，颗粒形状对迁移特性有重要影响，当离子强度较低时（6 mmol/L），DLVO势能曲线展现较高能量壁垒，各种形状颗粒沉积主要为次级势阱沉积；当离子强度较高时（150 mmol/L），球状颗粒因能量壁垒较高，其滞留机制仍以次级势阱沉积为主，但长径比为6:1的杆状颗粒在次级势阱和初级势阱都有沉积，这和杆状颗粒的静电性能和优先方向有关。对于杆状颗粒，边位沉积比端位沉积具有更深的次级势阱和更大的影响距离，边位沉积是更加稳定的沉积方式和沉积的优先方向。基于Derjaguin近似方法的DLVO理论计算显示，DLVO理论预测结果和土柱试验结果吻合较好。

采用解析层元法对存在地下点热源的岩土工程问题进行解答。首先从热弹性力学三维问题的基本控制方程出发，利用拉普拉斯-傅里叶积分变换推导出其在变换域内单层介质及下卧半空间的解析层元；然后结合有限单元法原理组装得到总刚度矩阵，结合边界条件，得到其在变换域内的解答，最后应用拉普拉斯-傅里叶积分逆变换技术，得到物理域内的解。编制了相应的计算程序，算例分析表明：该结果与已有文献吻合较好，该方法求解层状半空间的热-力耦合响应问题具有较好的适用性和较高的精度；层状岩土介质体系中，热扩散系数对温度及地表隆起的变化过程影响显著，但对其初始值和最终稳定值影响不明显；分层特性对岩土介质温度分布及地表位移变化过程均有显著影响。

基于对非饱和土中孔隙水毛细和吸附作用的区分，得到了一种机制明确的非饱和土抗剪强度模型。首先，假定两种非饱和土的特殊状态，即只存在毛细作用的理想毛细状态和只存在吸附作用的理想吸附状态。分别给出了这两种理想状态的抗剪强度模型，其中毛细作用的影响可表示为考虑气化过程的有效饱和度和吸力的乘积，吸附作用的影响可初步简化表示为表观黏聚力的最大值。其次，利用二元介质模型，认为非饱和土中土-水作用是由这两种理想状态的不同权重组合而成。通过气化概率分布函数，表示了实际非饱和土中两种理想状态的参与比重，建立了适用于较广吸力变化范围的非饱和土抗剪强度模型。最后，通过与试验结果及当前流行的模型拟合结果的对比，验证了所建立的模型的合理性。研究表明，在考虑吸力对非饱和土力学性质的影响时，应该区分吸力的不同作用。

水与温度变化是工程岩石物理力学性能劣化的典型风化因素。对不同含水状态及经受不同次数冻融循环损伤后的红砂岩岩样进行了单轴压缩、劈裂拉伸及变角剪切试验。结果表明，红砂岩抗压强度、弹性模量、劈拉强度、黏聚力及内摩擦角等主要力学指标随含水率和冻融循环次数的增大均有不同程度的降低，但降低规律有所不同。水对岩石有明显的软化作用，冻融循环累积损伤显著。利用微观电镜扫描分析了不同含水率及冻融损伤后岩样微观结构的变化规律，认为吸水及冻融循环过程中水对红砂岩的软化表现为溶蚀作用与介质作用，温度变化的作用表现在热变形不协调和相变作用。提出了冻融循环作用下红砂岩力学特性衰减模型，并据此分析了各力学指标的衰减速率和半衰期。该研究结果对涉水岩石工程及寒区岩石工程具有一定的意义。

当前盐岩的宏观力学模型通常是唯象模型，不能很好地解释盐岩受力变形破坏的真正物理基础。盐岩是由于化学沉积而形成的矿物集合体，是一种主要由NaCl和少量杂质组成的多晶体，其变形机制主要由晶粒与晶界的力学特性控制。通过扫描电镜（SEM），获得盐岩晶粒的微细观结构特征，采用分子动力学方法和纳米压痕技术，确定盐岩晶粒和晶界的微细观力学参数；将盐岩晶粒作为块体，基于Voronoi多边形技术，建立盐岩的微细观数值模型；利用离散元方法，对盐岩试件在单轴压缩和直剪条件下的宏观力学行为进行了数值模拟。数值模拟结果与宏观力学试验结果吻合度高，表明基于盐岩微细观晶粒结构特征并结合离散元数值模拟的方法能够较好地研究盐岩的宏观力学性能及其材料物理基础。

珊瑚礁沉积的钙质砂与石英砂的物理力学性质有较大差别。对取自南海岛礁的钙质砂进行了单次往返环剪试验以分析钙质砂的抗剪强度特性，试验中考虑了相对密实度和竖向应力对结果的影响，并与相同级配和试验条件下的石英砂进行对比分析。结果表明：钙质砂正向剪切时应力-位移曲线为软化型，具有明显的残余强度特性，而反向剪切时则表现为硬化型，正向和反向剪切强度基本一致；石英砂正向剪切和反向剪切均表现为软化型。钙质砂正向剪切和反向剪切残余强度与峰值强度的比值在0.75～0.93之间；石英砂正向剪切和反向剪切残余强度与对应峰值强度的比值在0.89～0.96之间。相同级配和试验条件下，钙质砂残余强度均大于石英砂，且强度比值基本保持在1.05～1.3之间。在100、200 kPa竖向荷载作用下，钙质砂0.5～2.0 mm的颗粒发生了破碎，破碎率分别为4%和6%。

为了提高裙式吸力桩的承载力，使其更易于沉贯且能更好地保护主桶周围土体免受洋流刨蚀，提出了一种新型低裙式吸力桩模型，采用双桶负压法沉贯该桩，能有效减小土塞高度。提出的超低位真空预压法能够快速固结土体，缩短试验周期，采用该方法加固的土体，能够较好地模拟强度沿深度增加的地基土。在该土体上采用抽真空法沉贯不同规格的吸力桩模型，对比研究低裙式吸力桩的可贯性，分析其沉贯阻力，结合试验数据拟合出了沉贯阻力公式。最后，通过45°斜拉试验并结合PLAXIS 3D软件对吸力桩承载力展开研究，对比试验与数值模拟结果，分析新型低裙式吸力桩的合理性。

为使解析模型可以更加科学准确地描述储层中多相流体的迁移机制与压力演化规律，提高解析计算与分析的精度。首先将储层中的流场划分为3个区域，然后根据渗流体积守恒方程反演储层中两相流体混合渗流区的各相流体饱和度，进而将总流度直接引入到达西公式中得到了一个适用于两相流的广义达西公式，据此推导出了一个更为精确的表征储层流体压力演化规律的解析模型。最后，通过案例分析，将该解析模型的计算结果与既有文献的显式积分解及TOUGH2/ECO2N的数值解进行对比，验证了该模型的可靠性及相比于既有文献的显式积分解在计算精度方面的优越性。此外，计算结果也表明，该解析模型虽然是在稳态流的假定条件下得到的，但对于实际储层流体压力演化的全过程均具有很强的表征能力，这主要归因于该模型可科学准确地确定饱和度，因此，可以在工程中推广应用。

层理对页岩力学性质和应变能的积聚和耗散具有重要影响，以不同层理面角度下龙马溪组页岩为研究对象，开展电镜扫描试验和单轴压缩试验，研究起裂、扩容和峰值特征点的应力-应变、弹性模量和泊松比的各向异性特征，分析其页岩变形破坏过程中输入应变能、可释放弹性应变能和耗散应变能的变化规律，揭示输入应变能与层理面角度和抗压强度的关系。结果表明：龙马溪组页岩脆性矿物含量达到72.58%，微观结构各向异性明显；随层理面角度增加，起裂、扩容和峰值特征点的应力和应变都先减少后增大，在 30°时均达到一个最低值，总体上呈现两边高、中间低的U型变化规律；随层理面角度增加，起裂、扩容和峰值特征点的输入应变能、可释放弹性应变能和耗散应变能也先减少后增大，在 30°时均达到一个最低值；各特征点的应力、应变和应变能各向异性敏感性明显，0°≤ ≤30°和30°≤ ≤60°内各向异性的敏感性大于60°≤ ≤90°；起裂应力和扩容应力均与峰值应力呈线性相关，同时峰值应变能与抗压强度存在相应的二次非线性关系，这为页岩气钻井、储层压裂改造和井壁稳定性预测预警提供了根据和参考。

采用磷酸镁水泥（MPC）对铅污染土进行固化/稳定化处理。基于无侧限抗压强度试验、渗透试验和浸出试验，研究了养护龄期和铅含量对污染土固稳性能的影响规律。试验结果表明：固化土的强度随养护龄期增加而增大，渗透系数和浸出浓度减小，7 d龄期的固化土强度和浸出浓度分别为0.36 MPa、1.75 mg/L，均满足环境安全标准；铅含量对固化土的强度及渗透特性的影响均存在临界值，为500 mg/kg。铅含量低于临界值时，固化土的强度随着铅含量的增加而增加，渗透系数随着铅含量的增加而减小。浸出浓度随铅含量的增加而增加，但浸出浓度均低于浸出安全标准。压汞试验结果表明，随养护龄期的增大，固化土孔隙体积减小，铅含量不超过临界值时，固化土孔隙体积随着铅含量的增大而减小。扫描电镜试验结果表明：随着养护龄期的增加，土颗粒团聚化越明显，胶结程度加强；铅含量不超过临界值时，土颗粒团聚体增多。镁钾磷酸盐晶体（MKP）主要通过减少孔径大于0.1 ?m的孔隙体积来影响固化土的渗透特性。

为研究石膏岩的水致老化效应，在室内模拟石膏矿采空区的水环境条件，包括不同空气湿度环境和饱和地下水环境。将石膏岩岩样置于其中，定期取出测定其力学性质指标，得到石膏岩老化的宏观力学表现，并结合核磁共振技术测定试验过程中石膏岩岩样内部的孔隙结构变化，分析石膏岩的水致老化机制。研究结果表明，水对石膏岩的老化效应具有显著的影响。老化程度随时间递增，石膏岩的单轴抗压强度、巴西抗拉强度和弹性模量与置于水环境中的时间基本呈负指数关系，泊松比则无明显变化规律；石膏岩老化程度和老化速率与水的状态密切相关。相对湿度越高，石膏岩的老化越显著，老化速率也更快，尤其是被液态水浸泡时，石膏岩的老化最显著，老化速率最快。水对石膏岩的老化过程是水的物理作用与化学作用的耦合，而化学作用是水致石膏岩老化的根本原因。石膏岩与水接触时，石膏的溶解、重结晶作用的不断进行改变着石膏岩的矿物组成结构，使其结构由紧密变得松散，孔隙率增大，力学性质不断弱化。该试验研究结果可为石膏矿开采的设计及采后空区的长期稳定性评估提供参考。

土-膨润土竖向隔离墙被广泛应用于污染场地治理，其服役性能受应力状态和固结变形影响较大。通过建造两段不同尺寸的土-膨润土隔离墙试验段，并利用土压力盒、孔压计、测斜管等分别对墙体现场应力状态和变形进行了为期15个月的监测，获得了土-膨润土隔离墙固结行为的基本特征。监测结果表明：墙体主固结阶段需要数月；墙体固结变形以侧向变形为主；大部分深度内总应力在前1个月显著减小，并在随后基本保持稳定，有效应力随超孔压消散而不断增加；水平应变与最大水平有效应力均与墙深呈显著正相关；然而在主固结期间，墙体底部总应力和孔压均一直减小直至等于静水压力，有效应力始终很小。根据实测墙体变形及应力分布的特点，指出在相邻土体中可能形成滑动楔形体，对填料产生整体挤压，从而对隔离墙的现场固结行为特征作出了合理解释。最后，针对土-膨润土隔离墙的设计施工提出了相关建议。

为研究上海浅部黏土的渗透系数及其各向异性，沿水平及竖直方向对上海浅部主要黏土层进行了不同压力下的固结试验，联合使用时间平方根法和时间对数法获取了试样的渗透系数，探讨了渗透系数与孔隙比及渗流方向之间的关系，并通过电镜扫描，从微观角度分析了水平和竖直方向渗透系数存在差异的原因。研究结果表明：上海浅部主要黏土层的渗透系数均随着孔隙比的增加而增大。对于单组试验来说，渗透系数k与孔隙比e在e lgk坐标系中呈现很好的线性关系，且渗透变化指数Ck大致呈现Ck = 0.5e0的规律；但对于整体试验而言，渗透系数与孔隙比在e lgk坐标系中大致呈现出曲线关系。通过扫描电镜观察，揭示了沉积形成的絮状微观结构是竖直和水平渗透系数差异较小的主要原因。

寒区隧道围岩的最大冻结深度是隧道抗冻胀结构设计、防排水与保温隔热层设计的重要基础参数。基于准稳态假定，采用积分法推导了能够考虑衬砌、保温层及冻结围岩中未冻水含量的寒区隧道围岩最大冻结深度的解析计算公式；利用围岩温度场数值模拟结果反演得出了解析计算公式中的参数影响半径与冻结半径比 的取值，从而得到了围岩最大冻结深度的半解析解。将所得解的计算结果与现场实测数据及数值模拟结果进行了对比，验证了所得解的合理性。利用得到的半解析解分析了工程冻土段围岩冻结深度的影响因素，结果表明：初始地温、年平均气温对冻结深度的影响最为明显，岩体骨架导热系数、岩体孔隙率的影响次之。

近年来，结合拉力型、压力型以及荷载分散型锚索特点于一体的拉压分散型锚索在工程中有一定的应用，但内锚固段锚固机制以及设计方法研究尚不成熟。基于Kelvin解，分别推导拉力分散型锚索和压力分散型锚索的内锚固段与周围岩土体之间的剪应力解析解，再根据叠加原理得到了拉压分散型锚索内锚固段剪应力简化计算方法；基于理论成果将拉压分散型锚索应用于工程实例中，分别进行了拉压分散型锚索的基本性能试验及与拉力分散型锚索的预应力损失对比测试。通过算例分析结果表明，单元锚固体的两端剪应力较大，中间较小，剪应力的分布特征与现有文献资料模型试验及数值模拟结果相吻合；根据锚索的基本性能试验结果，按照本文计算方法得到了压力段和拉力段剪应力峰值强度，与已有的研究成果根据岩石单轴抗压强度得到的压力型和拉力型锚杆锚固段剪应力峰值强度结果基本吻合；经对锚索预应力损失测试结果分析及工程的长期监测，拉压分散型锚索在工程应用中荷载传递稳定可靠，工程应用效果良好。

针对基坑工程中预应力锚索的特点，采用理论推导、算例计算、数值模拟及实例分析的方法，对拉力型、压力型、荷载分散型锚索及锚拉桩上多排预应力锚索的锁定值取值规律进行了探讨。结果表明：由于锚头刚度的差异，拉力型锚索的锁定值宜取规范规定范围的小值，而压力型锚索宜取相应的大值；荷载分散型锚索应分组张拉锁定，各分组钢绞线的锁定值与锚索自由段长度、分散间距及锚头位移有关，且离孔口距离越远，分段承载体锚索锁定值越大；锚拉桩上的多排预应力锚索应考虑锚索的张拉顺序采取不同的锁定值，基于各排锚索张拉锁定后产生的真实锚头位移的差异，上排锚索宜取较小的锁定值，下排锚索宜取较大的锁定值。相关规律可为基坑锚索的张拉锁定施工提供有益的参考。

考虑节理质量对应力波传播的影响，运用波的位移位函数推导了谐波在厚黏弹性节理的透、反射系数计算公式，采用波形相关系数描述子波穿过黏弹性节理的波形变化，讨论具有一定厚度的黏弹性节理简化位移不连续模型的适用条件。设厚黏弹性节理模型和位移不连续模型的透射波波形相关系数为0.9时对应的节理厚度为临界厚度，岩体与节理的阻抗比对临界厚度的影响很小；临界厚度随子波中心频率增大呈负指数减小，入射角越大，临界厚度随中心频率减小得越慢。试验数据分析表明：当节理厚度为0.03 m时，采用位移不连续模型和厚黏弹性模型计算得到的节理力学参数非常接近，随节理厚度和子波中心频率增加，运用位移不连续模型的计算结果偏差越大，试验结果与理论分析是一致的。

抗液化排水刚性桩是一种将刚性桩与竖向排水体相结合的新桩型。基于某建筑桩基工程，开展了抗液化排水刚性桩和不含排水体的普通刚性桩的沉桩对比现场试验，采用了动态土压力传感器实时监测沉桩过程中桩周土体内产生的土压力响应，对比了排水桩与普通桩沉桩对桩周土体水平方向应力及有效应力影响的差异。试验结果表明：抗液化排水刚性桩能够有效减小沉桩过程对桩周深部可液化土体的扰动，在桩身近侧（距桩心0.6 m）深部埋深（-15 m）位置，排水桩的水平土压力响应峰值仅为普通桩的1/4；排水桩能够有效降低沉桩对可液化土层有效应力的影响，使桩周土体更加稳定；在单次沉桩过程中，对于浅部埋深（-5 m），排水桩对桩周土压力峰值的影响作用较小，对于存在可液化土层的深部埋深（-10、-15 m），排水桩对土压力峰值的有效影响半径可达4倍桩径。现场试验数据为抗液化排水刚性桩的桩间距选择提供了有力的设计参考依据。

白鹤滩水电站左岸边坡受缓倾角软弱面及NW向断层影响，施工、运行期的边坡稳定性问题尤为重要。为研究左岸边坡在开挖卸荷过程中应力场、位移场分布规律，揭示岩体内部破坏失稳机制，利用RFPA3D（realistic failure process analysis）软件以拱轴线剖面为例建立准三维数值模型，再现坝基边坡岩体裂隙萌生、发育、扩展直至贯通的渐进损伤破坏过程。结合左岸边坡开挖卸荷及应力调整过程中的微震活动演化特征，圈定工程边坡潜在危险区域，探讨可能的失稳破坏模式。分析表明：基于离心加载法计算得到工程边坡开挖后安全系数为1.33；边坡表层区域受缓倾角错动带控制，变形破坏最为明显，以小范围楔形体滑移为主。该研究结果可为白鹤滩水电站坝基边坡后期施工提供依据，对于类似岩质边坡工程施工具有一定的指导作用。

在有限数据条件下，可靠度敏感性分析是研究各种不确定性因素对边坡失稳概率影响规律的重要途径。基于直接蒙特卡洛模拟和概率密度加权分析方法提出了一种高效边坡稳定可靠度敏感性分析方法。所提出的方法通过随机场表征岩土体参数的空间变异性，并采用局部平均理论建立岩土体参数的缩维概率密度函数，用于概率密度加权分析中高效、准确地计算不同敏感性分析方案对应的边坡失稳概率。最后，通过一个工程案例——詹姆斯湾堤坝说明了所提出方法的有效性和准确性。结果表明：在敏感性分析过程中，所提出的方法只需要执行一次直接蒙特卡洛模拟，避免了针对不同敏感性分析方案重新产生随机样本和执行边坡稳定分析，节约了大量的计算时间和计算资源，显著提高了基于蒙特卡洛模拟的敏感性分析计算效率；在概率密度加权分析中采用岩土体参数的缩维概率密度函数能够准确地计算边坡失稳概率，避免了有偏估计，使概率密度加权分析方法适用于考虑空间变异性条件下的边坡稳定可靠度敏感性分析问题。

为了准确确定岩体力学参数，通过综合分析多种地质强度指标(GSI)量化方法，提出了一种改进的GSI值量化和修正方法。首先，利用测线法估算结构面平均间距(d)和岩体块度指数(RBI)的改进型岩体块度率(RBR)，根据岩体三维结构面网络，获得岩体体积节理数(Jv)和岩体结构等级(SR)，然后采用上述参数和结构表面条件(SCR)及结构表面特性参数(Jc)进行了GSI值的定量化处理。为了克服GSI体系的缺点，考虑结构面产状和地下水对岩体力学性质的影响，提出了GSI值的修正方法和公式。以某铅锌矿体的矿岩体为例，根据改进的GSI值量化和修正方法及Hoek-Brown强度准则来确定矿岩体力学参数，通过与原位变形试验的对比分析，验证了该方法的精确性和可行性。该方法为从室内岩石力学试验合理地获取节理岩体力学参数提供了理论及实现的依据。

建立了轴对称情形下横观各向同性层状饱和土（TISS）动力问题的反射、透射矩阵（RTM）方法。对横观各向同性饱和土状态向量所满足的偏微分方程组进行Fourier和Hankel变换，得到状态向量所满足的常微分方程组。求解该常微分方程组，得到横观各向同性饱和土状态向量的通解。根据该通解得出了状态向量和波向量的传递矩阵，由波向量的传递矩阵得出了层状土的反射、透射矩阵表达式。利用上述反射、透射矩阵，并结合层状饱和土的边界条件和层间连续性条件，得出了垂直力作用下横观各向同性层状饱和土在变换域内的解。对变换域内的解进行Hankel逆变换，得出了频域内层状饱和土的动力响应。

工程场地中透镜体对地震动具有明显的影响，且饱和场地与相应干土场地的地震响应具有明显的差别，而目前对于深厚饱和软土场地中透镜体对地震响应的影响还鲜有研究。采用有限元-间接边界元耦合法，建立饱和场地中非线性土-结构动力相互作用模型，对深厚饱和软土场地中透镜体的宽度、厚度和埋深对上部结构动力响应的影响进行了系统地分析，并着重讨论了土骨架-孔隙水耦合作用的影响。研究表明，深厚饱和软土场地中的透镜体可能会明显改变上部结构的动力响应；透镜体的宽度、厚度和埋深对上部结构动力响应有不同程度的影响，且与干土场地中规律存在明显差异；土骨架-孔隙水耦合作用对上部结构动力响应的影响显著。

基于离散单元法对不同密实度理想散粒体进行了双轴剪切试验的宏微观数值模拟，通过网格剖分将Voronoi多边形表征的loop单元作为散粒介质细观力学结构的基本单元，模拟了剪切过程中不同类型loop单元数量、几何形态和力学特征的演化过程，并重点分析了临界状态时散粒介质的细观力学结构特征。模拟结果显示，初始密实度不同的试样在向临界状态发展的过程中，高阶单元与低阶单元的发展规律完全不同，不同初始密实度试样中同阶loop单元的发展规律也不相同，但同阶loop单元的数量比例、几何形态、颗粒接触力及单元内滑动率最终均达到了各自的临界状态。从细观角度分析，散体介质的临界状态是高阶和低阶loop单元在荷载作用下相互转化的结果，是所有loop单元物理力学状态的综合平均与外在表现，临界状态时不同阶数的loop单元处于一个动态平衡状态，宏观上表现为常剪应力和常体积下剪切变形的不断发展。数值模拟结果也表明，loop细观结构单元包含了丰富的信息，其数量、几何形态、受力特征及接触稳定性的发展与散粒体的强度、剪胀以及临界状态的发展密切相关，可以将其作为散粒介质细观尺度的分析单元。

强风化软硬互层岩质高边坡属岩质边坡特殊情况，其结构面组成及性质复杂，与支护结构相互作用的复杂程度较高，相互影响较大，顺倾结构面临空等情况下破坏可能性很大。以兰永一级公路某深挖路堑边坡的治理工程为依托，对边坡支护过程中及支护结束后的锚杆应力、锚索内力、坡体位移进行了原位监测，并利用岩土分析软件PLAXIS，采用节理岩模块对该边坡工程进行了数值模拟分析。监测及模拟结果表明：该边坡由节理裂隙与岩层面形成折线形潜在滑面，且具有相同滑动可能性的潜在滑面不止一个；支护结构穿透组成滑面折线的任何折线段部分均对结构面稳定有显著影响，但支护结构穿透泥岩面对结构面的影响较穿透节理裂隙更大；支护锚索预应力变化具有一定规律，预应力变化过程对坡体位移及支护结构内力具有一定影响；坡体的主动变形对支护结构内力的影响较坡体被动变形大，结构面产生滑动趋势对坡面位移影响的敏感程度较支护结构内力影响的敏感程度低。该边坡支护稳定，支护设计合理，可为同类边坡支护设计提供相应建议。

在多点输入方法和等价黏弹性模型的基础上，采用半解析的波函数组合法实现了面板堆石坝在非一致输入下的动力计算。从频域散射角度对计算方法的合理性进行了验证。对比了非一致输入与一致输入下高面板堆石坝的动力响应，发现在采用基岩自由表面点的振动过程相同的对比标准下，非一致输入的整体动力响应较小；在面板坝防渗系统相对薄弱的止水结构附近，非一致输入的动拉应力最大值比一致输入的结果更大；非一致输入下大坝动力响应值的分布相比一致性输入呈现出中间小、周边大的特性。并基于波动理论进一步分析了不同种类地震波入射角度对高面板堆石坝动力响应的影响，揭示了P波、SV波和SH波入射下高面板堆石坝动力响应规律：随着入射角的增大，SH波入射时，高面板坝动力响应强度基本不变； SV波入射时，存在一个临界角，当入射角在临界角左右时高面板坝动力响应强度急剧增大和减小，之前基本不变，之后一直减小；P波入射时，存在一个特征角度，在入射角小于特征角度时高面板坝动力响应强度基本不变，大于特征角度时高面板坝动力响应强度减小。

夹层是常见的地质结构，在地震或爆破荷载作用下，夹层对应力波的传播以及对岩体的响应具有重要的影响。以往对应力波在夹层介质中传播的研究多集中于夹层对应力波的隔振或透射性能，而对应力波在夹层中的多次折、反射过程中能量的演化规律缺乏讨论，对夹层介质的应力响应与破坏没有开展较好地分析。通过理论方法对应力波在夹层内部传播过程中的能量系数的变化规律进行了研究，分析了岩体介质波阻抗和应力波入射角对夹层内外介质中累积波动能量系数的影响规律，以及平面型边坡中软弱夹层的应力响应特征和动态稳定性。研究发现，应力波在夹层内部往复反射过程中，夹层内剩余应力波能量随折、反射发生次数呈指数曲线下降，第4次折、反射后产生的应力波能量可以忽略；夹层内外介质中应力波的累积能量系数的差异随着夹层内外介质波阻抗的相对差异的增大而增大。在平面谐波入射下，边坡内部的夹层中的剪应力和抗剪强度呈波动变化；相对P波，SV波入射会产生较高水平的剪应力，对边坡稳定性影响最大。且SV波入射时，边坡的安全系数对夹层的倾角变化更为敏感，随倾角增大而迅速降低。

依据模拟钻井船在不同场地条件下贯入阻力的离心模型试验结果及具体工程实例，对利用耦合欧拉-拉格朗日（CEL）有限元方法模拟钻井船在黏土、砂土、黏土下覆砂土、砂土下覆黏土及成层土场地插桩过程时，影响贯入阻力计算结果的几个因素进行了研究。结果表明，对于不同土层场地条件，有限元模型中欧拉区域范围对贯入阻力几乎没有影响。为确保CEL数值结果的精度，有限元建模时靠近桩靴部分设置为细网格区域，以外区域设置为粗网格区域；对于不同土层场地条件，减小细网格尺寸及增大细网格范围可以减小贯入阻力的振荡情况；经比较总结，细网格尺寸建议取0.05倍桩靴直径，细网格范围建议取2倍桩靴直径。采用位移控制模拟钻井船插桩时，桩靴贯入速率对黏土场地的贯入阻力影响较小，对砂土下覆黏土场地的贯入阻力影响很大，对一般成层土场地的贯入阻力有一定影响。经比较总结，建议在研究钻井船在不同土层场地的计算贯入阻力时，有限元模型的桩靴贯入速率取0.2 m/s。

动力响应问题的求解对于地基在外荷载作用下引起的弹性波动问题研究有重要的意义。本文提出了一种求解横观各向同性层状地基在施加时间简谐荷载作用下任意点的应力响应的算法。此算法利用傅里叶变换将广义平面应变问题频率-空间域的动力方程转化到频率-波数域内，结合对偶变量的引入，利用高精度的精细积分算法对状态方程进行求解，在得到频率-波数域内的位移响应的基础上，利用傅里叶逆变换得到任意点的动应力响应。简谐荷载不仅可以施加在地基表面，而且可以施加在地基内部。对比算例验证了本文算法的准确性，同时对地基各向异性特性、激励频率和阻尼比对动应力响应的影响进行了参数分析，为工程实际提供可靠的数值依据。

研究表明岩石材料在拉应力、压应力条件下具有不同的力学行为，因此，岩石材料存在两种弹性模量，分别为拉伸弹性模量和压缩弹性模量。为了甄别出直梁弯折试验和巴西劈裂试验哪一种更加适合测试岩石材料的拉伸弹性模量，以大理岩、花岗岩和砂岩为典型的岩石类型，开展了一系列的单轴压缩、直接拉伸、三点弯折和巴西劈裂试验，测试了岩石材料的拉伸弹性模量；并对测试结果的可靠性、准确性开展了系统的对比研究。最终发现，巴西劈裂试验因为较好的测量精度、制样简便、试验操作简单等因素，可以成为测量岩石材料拉伸弹性模量的推荐方法。

研制了基于LVDT（线性可变差动变压器）传感器的高精度小应变三轴仪，详细介绍了该三轴仪的结构、传感器特性及小应变测量的技术细节。三轴仪采用电控调压阀控制轴压和围压，同时可用电机驱动施加轴压，进行各种复杂应力路径的应变或应力控制三轴剪切试验。针对信号干扰等影响微小位移测量精度的问题，提出了恒温、接地、使用高精度直流电源等措施，并利用中值滤波的方法有效提高了LVDT局部位移计的测量精度。利用安装有LVDT位移传感器的三轴仪对上海软土进行K0固结不排水剪切试验，成功获得上海软土在0.001%～0.1%小应变范围内的割线模量变化情况；确认了LVDT位移传感器能够获得比霍尔效应局部位移计更小应变范围的软土割线模量，指出自主研制的设备比黑盒子产品更有利于实现测量精度的提高。