结构性是黄土的基本属性，黄土的湿陷特性与其结构性之间有着必然的联系。针对冻融作用对不同结构性黄土湿陷性的影响，以水泥作为模拟土颗粒间的联结材料制备了人工结构性土，开展了不同水泥含量的人工结构性土与相应的原状土、重塑土的湿陷试验，分析了结构性、冻融作用、初始含水率、湿重度及荷载大小对湿陷系数的影响规律。试验结果表明：冻融前后，人工结构性黄土的湿陷系数均比原状土、重塑土的湿陷系数小，且随着水泥含量的增加，湿陷系数有所减小；冻融之后，各土样的湿陷系数几乎均有所增加，但增加的程度和土样初始结构、含水率、干密度（压实系数）及竖向荷载关系密切，尤其当含水率接近最优含水率和土样为重塑土或水泥含量较低的人工结构性土时，冻融后湿陷系数增大幅度显著。在标准荷载200 kPa下，冻融前后原状土、重塑土的湿陷系数与其湿重度之间基本呈较好的线性负相关关系，而人工结构性黄土湿陷系数与湿重度之间并不呈线性关系；竖向荷载为50 kPa时，重塑黄土和5%水泥含量黄土的湿陷系数与冻融次数之间存在着较好的对数关系。以水泥作为土颗粒间联结材料，制备的人工结构性土是否能很好地代替原状土反映结构性黄土的湿陷特性，还需更进一步深入研究。

传统的湿度应力场理论处理硬石膏围岩膨胀问题时，未反映膨胀特性与湿度状态之间的时变关系。以该理论为基础，设计硬石膏岩膨胀试验：不同初始湿度下的膨胀，不同浸水时间的膨胀，以及膨胀后的抗拉强度测试。试验发现：随初始湿度的增加，硬石膏岩膨胀持续的时间增长，最大膨胀应变和应力增大，终止时的吸水率和结晶水率增加，而自由水率近于0；相同初始湿度下，随浸水时间增加，其吸水率先快速后缓慢增加，结晶水率逐渐增大到接近于吸水率，自由水率逐渐减小到接近于0；随吸水率的增加，其最大轴向膨胀应变、最大侧向膨胀应力和抗拉强度都呈增大趋势。根据试验结果，建立了湿度状态时变系列方程以及含时间效应的膨胀本构模型。

为了研究岩石材料在循环加卸载过程中的声发射特征与非均匀变形的对应关系，开展了花岗岩试件单轴循环加卸载试验。利用声发射系统和CCD相机分别对试样变形破坏过程中的声发射信号和试件表面的变形图像进行采集，结合数字散斑相关方法，对试件非均匀变形演化过程中的声发射特性进行研究。研究结果发现：每次循环加载过程中，非均匀变形的最小点皆与应力卸载的最低点相对应。而自局部化带启动后，每次循环加载过程中的非均匀变形的最大点滞后于循环加载应力的顶点。非均匀变形演化与声发射信号存在较好的对应关系，循环加载过程中非均匀变形的首次转折增大点对应声发射信号增加的起点，非均匀变形的最大点对应声发射信号平静期的起点。随循环次数增加，非均匀变形程度与Felicity比呈负相关关系，即非均匀变形越大，损伤程度越大，Felicity比越小。

脉动注浆虽已在注浆防渗加固工程中得到推广应用，但浆液在脉动压力下的渗透扩散机制却鲜有报道，导致理论远滞后于工程实践。以宾汉流体流变方程、渗流方程及颗粒沉积理论为基础，推导了脉动压力下宾汉流体的渗透扩散理论计算公式，分析了脉动注浆参数对浆液扩散距离的影响，并通过室内注浆模拟试验对其进行了验证。结果表明，脉动压力下宾汉流体渗透注浆扩散理论计算值与试验实测值间存在一定误差，但能满足工程要求，可用于指导工程施工。随着脉动注浆连续时间的增长或地层初始孔隙率的增大，浆液扩散距离随之增大，而随着脉动注浆间隔时间的增长或地层初始孔隙率的减小，浆液扩散距离随之减小，实际注浆工程中为确保有效的浆液扩散距离，宜根据岩土体孔隙率合理地调节脉动连续时间和脉动间隔时间。研究成果可为脉动注浆理论研究提供借鉴，为实际施工提供理论指导。

对成兰铁路4种典型千枚岩开展不同加载方位角的单轴压缩扩容特性试验研究，研究结果表明：千枚岩一般在峰前产生扩容现象，加载方位角和各向异性程度影响其扩容行为。扩容前后纵、横向应变速率明显不同，扩容前轴向应变率大于横向，扩容后则反之；千枚岩体积应变正负转换点相对峰值点有3种出现情况：峰前、峰后和不出现，不同出现概率与加载过程中原生裂纹的参与程度、形式以及对破坏模式的影响有关。千枚岩扩容率最大值出现在轴向应变最大瞬间，高方位角对扩容更敏感；千枚岩扩容起始应力普遍较低，不同方位角和岩性差别较大；弹性模量、泊松比显著地反映了千枚岩加载中的变形破坏过程，扩容对其产生重要影响。

在自然力和人为活动影响下，地处干旱半干旱地区的长城、交河故城、北庭故城等土遗址，其墙体根部因掏蚀而大面积悬空，甚至造成局部区域坍塌。针对夯土遗址根部严重掏蚀问题，采用夯筑支顶加固措施既符合文物保护的基本原则，也遵循保存原材料与原工艺的要求，且加固效果显著。然而大体积夯筑支顶体在固结和失水干缩作用下，与原遗址墙体之间形成较大的裂隙，宽度达1～3 cm。如何控制和减小夯补体与原遗址体之间的收缩缝隙，成为实现大体积夯筑砌补加固的关键。基于固结理论和失水收缩特性，在室内制作不同密度和级配的试块进行固结试验，以及不同形状土样试验的失水收缩量的数据统计，对比分析不同密度、级配条件固结变形、干缩变形的特征，拟合基于传统夯筑工艺的夯补支顶体固结、干缩变形的阈值，初步摸索出了预控大体积垂直方向变形的经验式，为预判大体积夯筑支顶体沉降机制提供可靠的理论依据。

加筋土挡墙具有优越的抗震性能，并在土建工程中被广泛应用，因此，加筋土挡墙抗震设计方法的研究尤为重要。为了能够分析加筋体内部筋材布置方式、筋材抗拉强度等对屈服加速度的影响，假定破坏模式为双楔块模式，根据极限分析理论推导了加筋土挡墙屈服加速度系数表达式。与规范计算值相比，计算结果更接近模型测试值与数值模拟结果，同时计算方法可以反映模型的真实破坏模式。参数分析表明：屈服加速度随着筋材抗拉强度的增大而增大，特别是筋材长度较长时；随着筋材竖向间距的增大，屈服加速度逐渐减小；面板的宽度对屈服加速度几乎不产生影响；与面板宽度相比，筋材抗拉强度与竖向间距对加筋土挡墙破裂面形状的影响更大。

为研究细粒含量FC对不同密实状态饱和砂类土液化强度CRR的影响，将不同FC的砂类土试样分为3组：（1）相同的相对密实度 50%；（2）相同的孔隙比 0.90；（3）相同的骨架孔隙比 1.20，对不同FC和密实状态（ 、e和 ）的砂类土进行了一系列不排水循环三轴试验。试验结果显示：e或 相同的砂类土CRR随着FC的增加逐渐降低；具有相同 砂类土的CRR随FC的增加迅速增大，砂类土的CRR与 、e或 都没有较好的相关性。分析表明：不同FC和密实状态砂类土的CRR随等效骨架孔隙比 的增大而降低，两者呈现较好的负幂函数关系，这表明考虑细粒影响程度的 是合理表征不同种类砂类土CRR的一个物理状态指标。通过对比已有的砂类土的试验结果发现：砂类土中的砂粒是影响CRR的重要因素，且随着砂粒的形状从圆状向角状变化，砂类土的总体CRR逐渐增大。

对于粗颗粒土三轴固结排水剪试验，橡皮膜嵌入是影响试验体变测量的最重要因素。通过分析橡皮膜嵌入机制，指出影响膜嵌入量的主要因素如下：有效净压力p、平均粒径 、橡皮膜厚度 、弹性模量 、接触面积 ，以及初始孔隙比 。基于Kramer等给出的膜变形模式，根据板壳理论和弹性力学的基本方程，利用能量守恒定律推导出了考虑初始孔隙比的橡皮膜嵌入量解析解。同时，采用在中三轴试样中埋置不同直径铁棒的方法进行等向固结试验，获得各个围压下粗颗粒土试样的橡皮膜嵌入量。最后，将解析解与试验结果以及前人的解析解进行对比。结果表明，解析解计算得到的膜嵌入量和试验值吻合度较高，验证了所推导解析解的正确性与适用性。

主应力旋转将加速孔压和塑性应变的累积，影响土体的力学特性。为研究主应力轴循环旋转对 固结饱和粉质黏土孔压和变形的影响，利用GDS-HCA试验系统开展了不同应力路径的 固结饱和粉质黏土不排水循环三轴试验和循环扭剪试验，研究了主应力轴循环旋转对 固结饱和粉质黏土累积塑性应变、孔压等动力特性的影响。结果表明：动剪应力幅值、心形应力路径所包围的面积、循环偏应力幅值等均随循环剪应力比和循环动应力比的增大而增大。试样未发生破坏时， 固结饱和粉质黏土的孔压比随着振动荷载作用次数的增加而增大；当试样发生破坏时，孔隙压力迅速消散，孔压比急剧下降。循环扭剪试验时试件产生的轴向累积塑性应变始终大于循环三轴试验产生的累积塑性应变，说明主应力轴循环旋转会加速试件轴向应变的累积。试件的累积塑性应变随循环剪应力比和循环动应力比的增大而增大。循环动应力比越大时，主应力轴旋转造成的轴向累积塑性应变差异越显著。在Monismith幂次函数模型的基础上，建立了主应力轴循环旋转条件时K0固结饱和粉质黏土累积塑性应变方程，并对模型的可靠性进行了分析和验证。

利用自主研发的岩石松弛-扰动试验装置，测试了岩石加载、松弛、动态扰动和扰动后4个阶段的轴向应力、轴向应变和声发射响应，观察到了岩石试样在动态扰动后应变增加、应力降低的现象，砂岩试样的这种特征比花岗岩明显。初步分析认为，产生该现象的原因一方面由于松弛-扰动过程导致岩石内部出现不可逆的损伤，另一方面则是扰动去除后试样的残余变形。在初始压密和弹性阶段，砂岩试样的声发射撞击数少；在接近应变峰值阶段，撞击数骤增；在应力松弛阶段撞击数骤减；在动态扰动阶段，撞击数骤增。声发射是由于岩石损伤引起的，声发射数据反映了岩石的损伤是引起松弛试样在动态扰动后应变增加、应力降低的一个原因。另外，基于砂岩和花岗岩的准静态循环加、卸载试验，对砂岩、花岗岩在不同应变等级下的残余应变进行了定量化；砂岩的残余应变远高于花岗岩，这与砂岩试样在历经松弛-动态扰动后应变增加、应力降低较为明显的趋势相对应。同时，无论是松弛-动态扰动试验还是准静态循环加、卸载试验，岩石的残余变形都会随着卸荷初始应变的提高而增加。岩石的损伤与残余变形是密切相关的，两者的综合作用引起了动态扰动后岩石试样的应变增加、应力降低现象。

螺纹钢横肋的外形及尺寸显著影响树脂锚杆的锚固能力。为分析横肋对螺纹钢树脂锚杆荷载传递的影响，将拉拔条件下的螺纹钢树脂锚杆简化为轴对称模型，基于剪切-位移原理导出了关于剪切位移的二阶周期间断变系数齐次微分方程，对周期间断变系数进行Fourier变换，基于MATLAB求解出横肋影响下螺纹钢树脂锚杆剪切应力分布规律，并与圆钢锚杆进行对比分析；采用ABAQUS对螺纹钢锚杆受力进行模拟分析，并与理论分析结果对比验证；提出横肋应力集中因数F，对横肋的影响范围与影响程度进行了分析。研究表明，螺纹钢锚杆剪切应力沿锚杆轴向呈锯齿状递减分布；锚杆有效锚固承载区域内横肋应力集中因数F范围为[1.875，2.156]；300 MPa拉拔荷载条件下横肋附近剪切应力峰值可达36 MPa，预示着锚固系统易从横肋附近损伤破坏。

为了探讨多年冻土区自然斜坡失稳机制，开展了不同含水率黏土、粉土、砂土的土-冰交界面直接剪切试验和相应融土的直接剪切试验。结果表明，砂土和砂土-冰冻融交界面剪切应力-变形特性主要表现为弹性变形，且剪应力存在明显峰值；粉土、黏土及相应的冻融交界面在很小的变形范围内表现为塑性变形，且剪应力无峰值。水分对砂土活动层抗剪强度影响较弱，表现为水分增高，内摩擦角小幅降低。水分对粉黏土活动层抗剪强度影响剧烈，表现为水分增高，粉黏土黏聚力急剧减小。研究发现，冻土区斜坡失稳更易发生于细颗粒粉黏土中。相对于粉土，粉土-冰冻融交界面抵抗剪切变形的能力更强，粉土斜坡潜在滑动面更易发育在冻融交界面上层附近；相对于黏土，黏土-冰冻融交界面抵抗剪切变形的能力更弱，黏土斜坡更易在冻融交界面处发生滑动。同时，细粒土斜坡极易在达到最大融化深度前提前失稳，斜坡坡度越高，失稳时间越提前。融化期活动层水分增多导致潜在滑动面黏聚力降低是细粒土冻土斜坡失稳的最主要原因，孔隙水压对冻土斜坡具有一定影响，在稳定性评价时要考虑活动层水位的影响。

高放废物地质处置库缓冲/回填材料的重要作用之一是传导和散失高放废物衰变热，在膨润土中添加石英砂、石墨、花岗岩岩屑等导热性能较好的添加剂是提高缓冲/回填材料导热性能的主要方法。选用北山花岗岩岩屑为添加剂，与高庙子钠基膨润土GMZ01组成混合材料，制备不同含水率、不同密度的试样。使用Hot Disk TPS2500s热常数分析仪测定样品的导热系数，分析其与花岗岩岩屑含量、干密度、饱和度等参数的关系，并运用多种混合物热传导模型分析预测导热系数。研究结果表明，花岗岩岩屑能够有效提高缓冲/回填材料的导热性能，混合材料的导热系数分别与其饱和度、气体体积存在线性关系；Maxwell方程能够较好预测北山花岗岩岩屑-膨润土混合材料的导热系数。

以非饱和粉土为研究对象，利用吸力可控的动三轴仪对其进行动力变形试验，得到了在不同净围压和不同吸力路径下非饱和粉土试样的骨架曲线、动弹性模量和阻尼比，研究了先脱湿后吸湿的吸力历史对其动力变形特性的影响。结果表明，在同一净围压和吸力下，非饱和粉土试样经历过先脱湿后吸湿的骨架曲线和动弹性模量比仅经过脱湿的要高，而试样经历过先脱湿后吸湿的阻尼比比仅经过脱湿的要小；此外，随着非饱和粉土试样经历过最大吸力的增大，其骨架曲线和动弹性模量增大，而阻尼比减小。试验结果可用非饱和土的平均骨架应力和弯液面水的表面张力作用来解释，并用两项联合预测非饱和土试样的最大剪切模量。

针对冲切破坏模式下溶洞顶板极限承载力问题，进行了不同顶板厚度以及不同荷载偏心距下溶洞顶板极限承载力室内试验研究，依据试验结果将偏心荷载作用下的溶洞冲切破坏假定为轴对称问题，引入Griffith强度准则，基于极限分析上限法，提出了一种适用于轴对称和偏心荷载作用下溶洞顶底板极限承载力的计算方法，并给出了能发生冲切破坏范围的估算方法。试验结果表明：在同一偏心距下，随着顶板厚度的增加，在达到基岩极限承载力之前，顶板极限承载力呈线性增长；当顶板厚度一定时，顶板极限承载力随着偏心距的增加呈非线性增长，偏心距e在能发生冲切破坏的范围之外时趋于平缓，并逐渐达到基岩极限承载力；理论计算结果与试验结果吻合较好。

开挖利用和开发建设等人类工程活动，破坏了岩体原有的天然应力平衡状态，而结构面的存在进一步恶化了地质环境安全，所以，为了有效防治崩塌、滑坡等地质灾害的发生，有必要对扰动作用下结构面的应力状态和强度特性进行分析研究。将岩体所受扰动作用以应力形式量化，分析了扰动应力波在结构面中的传递过程并对其衰减特征进行了量化，同时建立了扰动作用下结构面应力分析模型。基于此，结合库仑-纳维叶准则，给出了扰动作用下结构面的强度分析准则，同时，实现了扰动作用对结构面强度的劣化效应分析并使用折减系数进行定量描述。该过程的实现为有效防治工程活动引起的地质灾害提供理论依据，给出了一种分析扰动作用下地质灾害诱发机制的新思路。

针对取自南沙群岛的钙质砂，通过室内模型试验对钙质砂中单桩轴向抗拔承载特性进行研究，讨论了地基相对密实度与桩基埋深对于其抗拔承载力的影响特征。结果表明，在一定范围内，增大地基相对密实度和埋深均能显著提高桩基的承载能力；降低相对密实度或埋深不仅会降低其承载能力，也会增加其在同级荷载下产生的变形；模型桩的桩身轴力从桩顶随深度增加而逐渐降低至0；相对密实度的增加不仅能提高极限桩侧摩阻力的大小，还会在一定程度上影响桩侧摩阻力的分布形式；0.1倍的桩径可以看作是模型桩出土破坏的临界位移量。

假定土体在固结过程中压缩性和渗透性的变化成正比，基于 - 及 - 关系，推导出饱和软土成层地基一维非线性固结解析解，分别给出了按沉降定义和按有效应力定义的每层土平均固结度及整个土层总固结度的计算公式。采用Fortran语言编制了相应的计算程序，将计算得到的结果与已有双层地基一维非线性固结解析解计算结果进行比较，验证该解析解的正确性。利用该程序分析成层地基一维非线性固结性状，分别讨论了初始竖向渗透系数、初始体积压缩系数、荷载值及土层厚度对地基固结性状的影响。分析结果表明：在成层地基一维非线性固结过程中，初始竖向渗透系数对超静孔压的影响较为复杂，对上下层地基固结速率影响不同；初始体积压缩系数增大，超静孔压增大，固结速率变小；所加荷载值越大，超静孔压消散越慢，固结发展越慢；超静孔压消散速率不仅取决于土层厚度，同时取决于各层土渗透性的相对大小。

为分析岩石节理在剪切加载-蠕变-卸载下的能量演化与变形特征，利用GCTS（RDS?200型）岩石剪切测试系统对人工劈裂岩石节理进行分级剪切加载-蠕变-卸载试验。结果表明：在法向应力小于6.5 MPa和大于7.8 MPa时，滞回环面积与循环级数分别符合线性和指数关系；总变形能和弹性变形能与法向应力呈正相关，与循环级数呈指数关系；塑性变形能与循环级数和法向载荷呈正相关。各级剪切应力加载终止时的剪切位移外包络线与直剪应力-位移曲线变化趋势相同，具有加速上升段、匀速上升段和匀速下降段；累积剪切塑性变形随循环级数增加而增大，但增大速率逐渐变慢；各级剪切加、卸载曲线均能以剪切滑移点为界分为两个阶段；剪切失稳前，加、卸载阶段的法向位移-剪切应力曲线出现在上一循环前方，循环剪切加载和（或）蠕变结束时的累积法向变形出现从增加到减小的现象。

特殊的地理、气候条件及工程地质的复杂性决定了在北疆地区软岩地层中修建引水隧洞的设计施工难度较大。隧洞成拱效应与围岩自稳能力差，围岩渗透性强，遇水软化特性显著，极易产生软岩大变形甚至坍塌失稳灾害。为进一步研究北疆地区侏罗系与白垩系泥质砂岩的物理力学性质、遇水软化特性与能量损伤演化机制，开展了二者的单轴压缩、常规三轴与单轴蠕变试验。研究结果表明：两种岩石均富含黏土矿物，白垩系泥质砂岩的粒径分配更好，但其胶结程度较差，导致其强度稳定性与地层波速相对较低。低围压条件下，两者均以环向变形与体积扩容为主，但随着围压升高，其破坏模式由体积扩张过渡到体积压缩类型。高围压加载会造成岩石内部损伤，从而导致其抗压强度的降低。遇水后，两种岩石的延塑性与应变软化特性均明显增强，白垩系泥质砂岩的遇水软化特性更为显著。白垩系泥质砂岩的蠕变特性更为显著，两者的长期强度接近其单轴压缩损伤应力值。两种泥质砂岩的能量损伤演化过程均呈现S型变化规律，侏罗系泥质砂岩的能量硬化特性更为显著，白垩系泥质砂岩会更早地进入到能量硬化与能量软化阶段。

为研究土石混合体在渗流作用下细观结构的变化。选取土石比例为7:3的重塑土石混合体试样进行室内渗流试验，采用核磁共振（NMR）实时监测试样在不同水力坡降和不同时间段下的细观结构信息，如孔隙分布和自由水孔隙等。结果表明：（1）渗透压力变化导致土石混合体孔隙分布发生改变，促使孔隙扩大及孔隙连通性变好，并破坏土石混合体结构特性等；（2）随着水力坡降和时间的增加，自由水孔隙、总孔隙及NMR渗透率均有不同程度增长，NMR渗透率增长速率持续升高，且自由水孔隙在对NMR渗透率贡献上大于束缚水孔隙；（3）低水力坡降下土石混合体孔隙分布曲线的不均匀系数Kua和曲率系数Kca系数变化较小，土石混合体侵蚀程度小，渗透破坏程度低。高水力坡降下Kua和Kca系数变化明显，土石混合体侵蚀程度较高，土石混合体形成渗流通道并发生渗透破坏。

为了研究干湿、冻融和干湿-冻融循环作用对延吉膨胀岩的应力-应变关系、体变特性、抗剪强度的影响，开展了一系列的固结排水剪切试验。结果表明：未循环试样的应力-应变关系曲线表现为稳定型或弱应变软化型，3种环境作用后试样应力-应变关系曲线呈现出一定的应变软化特性，剪胀明显，而且围压越小、循环次数越高的试样软化和剪胀的程度越高；随着循环次数的增加，3种环境作用下试样的黏聚力急剧减小，而内摩擦角略有增加；干湿-冻融循环作用下试样的应力-应变关系软化程度最高，剪胀最显著，试样的黏聚力降低的幅度最大。基于Konder双曲线模型，对循环处理前后试样的应力-应变特性进行归一化分析，建立了考虑干湿-冻融循环次数和围压影响，能同时描述应变软化型和硬化型的应力-应变关系式，并对不同干湿-冻融循环次数试样的应力-应变曲线进行预测，预测值与实测值较为接近，预测效果较好。

为研究盐岩变形破坏过程中损伤变量和分形维数之间的关系，对取自某地的纯盐岩开展了单轴压缩和三轴压缩试验。在基于声发射振铃计数的损伤模型和基于声发射定位点空间演化的分形维数计算的基础上，对盐岩变化破坏过程中的损伤变量和分形维数进行了研究。研究表明：在盐岩变形破坏过程中，盐岩分形维数逐渐降低，损伤变量逐渐增加，且分形维数下降的各个阶段与损伤变量增加的各个阶段相对应；盐岩变形破坏前分形维数不再明显下降，且不同应力状态下，盐岩变形破坏前分形维数不同；随着围压增大，盐岩变形破坏前分形维数逐渐降低，其中单轴压缩和三轴压缩应力状态时，分形维数分别低于2.42和2.31、2.20时，预示着试件内部损伤开始汇集，逐渐形成宏观破裂面，导致试件变形破坏；围压对盐岩声发射活动有明显的抑制作用，随着围压的增大，盐岩变形破坏过程中声发射活动逐渐减少，且在此过程中可以发现：在应力加载初期，盐岩分形维数快速下降时所对应的应力百分比逐渐增大，在应力加载后期，当盐岩分形维数不再明显减小时对应的应力百分比逐渐增大；在盐岩变形破坏的加载初期，损伤变量较小，能量释放较少；盐岩变形破坏前损伤变量增加较快，能量快速释放。

桩锚支护结构应用日益广泛，然而在基坑开挖过程中，基于锚杆预应力的基坑稳定性与位移的量化关系尚未解决。同时考虑锚杆预应力引起的附加应力对基坑稳定性和位移的影响，分别得到预应力与桩锚支护结构基坑整体稳定性安全系数、水平位移的计算公式，以及基坑整体稳定性安全系数与水平位移二者之间的关系表达式；通过典型基坑工程实例与现行通用基坑设计软件计算结果进行对比。结果表明：（1）将预应力以附加应力形式来计算基坑整体稳定性安全系数，安全系数随着预应力增加而增加，二者呈非线性关系；（2）以预应力在土体中产生的附加应力形式来计算桩锚支护结构水平位移，支护结构水平位移随着预应力增加而减小，二者呈非线性关系；（3）给出的支护结构稳定性安全系数和支护结构水平位移之间的关系表达式，更加符合理论与工程实际；（4）现行桩锚支护结构设计偏于保守，考虑预应力的基坑稳定性和位移计算方法，仍需根据大量工程实践进行验证与修正。（5）首次考虑附加应力作用的桩锚支护结构稳定性计算与水平位移关系研究，可为基坑开挖过程中的动态稳定性评价提供理论依据。

基于稳定采空区场地并结合某一工程实例进行建筑地基沉降变形计算分析，并对采空区地基适宜性进行综合评判。提出一种适合于采空区地基的荷载影响深度 确定方法，采用概率积分法对采空区场地不同区域剩余变形进行预测，提出考虑活化变形、剩余变形、附加变形的采空区建筑地基沉降变形计算方法，研究结果表明：（1）建筑荷载相同时判别系数越小（0.10 （自重应力）、0.08 、0.07 、0.05 ），荷载影响深度越大；判别系数相同时建筑荷载越大，荷载影响深度也随之非线性增大。（2）对于一般采空区地基，宜采用 （附加应力）= 0.10 判别标准确定荷载影响深度；对于复杂采空区地基，宜采用 0.05 判别标准确定荷载影响深度。（3）在常规方法上（ 0.20 ）确定的荷载影响深度 ，对于采空区地基经对比分析，1.4 和1.8 荷载影响深度可作为一般采空区地基和复杂采空区地基工程设计参考。（4）在不引起活化变形的最高层数建筑荷载下，地表剩余变形量非常小可忽略不计，采空区建筑地基沉降变形主要是土层附加压缩变形。（5）数值模拟结果表明，采空区内边缘沉降较大、不均匀沉降明显，不宜作为建设场地；采空区中央沉降较小，没有明显不均匀沉降，宜作为建设场地。

填方路堤变形失稳是西部山区工程建设的常见问题。重庆某高速公路边坡为典型的堆载条件下降雨诱发型滑坡，填方堆载后，填方边坡在连续降雨条件下，沿基岩之上的软弱面产生滑动破坏。定性分析认为，降雨在滑坡形成中起着关键作用，为了研究填方边坡在降雨条件下的变形破坏机制及孔隙水压力与变形之间的关系，采用物理模拟方法研究边坡变形失稳的全过程，分析孔隙水压力随降雨时间的变化规律及其与变形破坏的关系。研究结果表明：边坡后缘大方量堆载，改变了其应力条件，是滑坡产生的主要因素。场地施工改变了原有的地表水环境，连续强降雨致使大量下渗的雨水，不仅显著改变坡体应力条件，而且雨水沿着滑面运移软化滑带，是滑坡产生的重要诱发因素。孔隙水压力在坡体失稳过程中起着关键作用，填方体土碎屑、泥质含量大，下渗的雨水携带上部细小颗粒及滑带泥质成分至滑带附近，堵塞地下水消散通道，表现为坡体变形积累，孔隙水压力增加；边坡变形陡增，孔隙水压力降低。该滑坡破坏分为降雨下渗、滑带饱水软化、后缘产生裂缝、裂缝贯通-整体滑动4个阶段，为蠕滑-拉裂式滑坡。

桩端后压浆浆液上返高度对后压浆桩承载力的计算影响较大。基于幂律型流体的黏度时变性特征，推导了考虑黏度时变性的桩端压力浆液上返的理论计算公式，并给出了参数的确定方法及成层土中浆液上返高度的迭代算法；结合台州湾大桥的接线工程，利用电磁波CT对桩基后压浆的加固效果进行了探测分析。结果表明，采用浆液沿压浆管道阻力损失的拟合值并考虑黏度时变性得到的浆液上返高度的计算结果与实测结果基本吻合且偏于安全，而忽略黏度时变性得到的计算结果偏大，会对后压浆桩的承载力设计造成不利影响。此外，电磁波CT能观测到桩体、水泥浆加固体及土体的分布情况，且能推测出水泥浆液在桩端的扩散范围和沿桩身的上返高度，可用于评价后压浆桩的压浆效果。研究成果可为后压浆桩的设计和效果检测提供参考和指导。

围绕堆石料单粒强度尺寸效应的颗粒流模拟方法展开研究。首先，基于FISH二次开发建立了堆石料的随机不规则单粒模型，充分考虑堆石料的形状特征和破碎现象；然后，建立了堆石料单粒强度尺寸效应的等效模拟方法，以单粒强度随其粒径的变化规律为基础，推导了堆石料模型中细观黏结强度与堆石料等效粒径的负指数经验公式；其次，基于建立的数值模型对堆石料的室内单粒压缩试验进行仿真模拟，验证数值模型的正确性和合理性，并对较大粒径堆石料的单粒强度进行模拟预测，突出数值试验的优势；最后，基于建立的数值模型对相同粒径不同形状特征堆石料的单粒强度分布特征进行模拟研究。研究结果表明：（1）堆石料内部缺陷含量和尺寸随粒径增加对其单粒强度所产生的尺寸效应，可通过堆石料模型中细观强度参数随粒径折减进行等效模拟；（2）形状特征对堆石料的破裂机制具有重要影响，方形颗粒为压剪破裂，单粒强度较高，而随机不规则颗粒和圆形颗粒为拉剪或劈裂，单粒强度相对较低；（3）拉剪或劈裂条件下，堆石料形状越不规则，其单粒强度的离散程度越高，反之则离散程度越低。相关研究成果可为进一步研究荷载作用下堆石体内各粒径段堆石料的破碎量奠定基础，从而更加真实地反映堆石体的级配演化规律。

水平向渗透系数各向异性会导致抽水产生的水位降深等值线呈现椭圆形，进而产生椭圆形地面沉降漏斗，这种椭圆形地面沉降漏斗的现象在现实中广泛存在。渗透系数均质各向同性的圆形地面沉降漏斗中，地面某点沉降值s与该点至漏斗中心的距离r之间符合s- 线性关系，渗透性水平向各向异性导致的椭圆形地面沉降漏斗也具有s- 线性关系规律。应用地下水动力学相关理论，经过理论推导，得出了椭圆形地面沉降漏斗各径向线上半对数线性关系式 中常数项 、 与径向线方位角θ之间的函数关系式，即 、 与 或 的平方呈正比，该函数关系式得到中国、美国和印度共6个区域性地面沉降漏斗实例的有力验证。对公式验证回归所得的12个相关系数中，1个为87.19%，其余11个都在90%以上。以上渗透性水平向各向异性导致的区域性椭圆形地面沉降漏斗的性质，公式简单实用，可方便应用于椭圆形地面沉降漏斗中非监测点的沉降值推测，利于全面了解椭圆形沉降漏斗信息，具有广泛应用价值。

在边坡稳定性分析中，滑面搜索方法对于得到边坡的稳定性系数至关重要。现今两种常用的边坡稳定性分析方法，极限平衡法以及强度折减法，可以得到极限应力状态下边坡的潜在滑面。而为了评价边坡在当前应力场下的稳定性，提出一种基于聚类分析概念的滑面搜索方法。这种方法综合考虑了边坡各点的位移以及点安全系数，采用K均值聚类法将具有相近性质的点进行分类，把边坡体分为潜在危险区以及稳定区。潜在危险区的边界即为边坡在当前应力状态下的潜在滑面，并运用矢量和方法计算得到其稳定性系数。采用上述方法对3个算例进行验算，并与极限平衡法以及强度折减法进行对比。结果表明：（1）基于聚类分析的边坡稳定性评价方法具有较好的合理性和可靠性；（2）当边坡处于临界状态附近，通过聚类分析得到的潜在滑面与其他两种方法得到的滑面基本一致；当边坡处于较稳定状态时，当前应力状态下的潜在滑面要比强度折减法得到的滑动带范围要更深更广，但求出的稳定性系数也较高；当存在软弱夹层时，矢量和计算出的滑面更为陡峻，稳定性系数比其他两种方法的结果要小。

土工格室能有效减少软土地基上路堤的变形，并增强其稳定性，但对于土工格室加筋土垫层路堤的临界高度还少有研究。采用极限平衡分析方法，假定地基在路堤荷载作用下呈圆弧滑动破坏模式，将格室及其内的填土视为复合体，考虑格室复合体的应力扩散作用和侧向限制作用，提出了路堤临界高度的计算模型，并将该模型值与建立的有限差分模型结果进行对比，然后讨论了格室高度、应力扩散角及格室复合体与地基接触面摩擦系数对路堤临界高度的影响规律。结果表明，理论分析和数值计算结果吻合较好；加筋路堤的临界高度明显大于未加筋路堤的临界高度，并且增加此3种影响因素的取值均能提高路堤的临界高度；同时增强格室的侧向限制作用比提高格室高度和应力扩散角更有利于路堤的稳定。

针对目前含多个相关失效模式的低概率水平岩质边坡系统可靠度分析的难题，提出了基于子集模拟的岩质边坡系统可靠度分析方法，推导了典型边坡系统失效概率计算表达式。为表征不同失效模式间的相关性，提出采用max和min函数构建边坡系统功能函数。并通过含多个相关失效模式的双滑块岩质边坡及锦屏一级左岸坝肩边坡系统可靠度分析验证了提出方法的有效性。结果表明：提出方法计算效率明显高于蒙特卡洛模拟方法，计算精度优于一阶等效近似方法、N维等效方法和Ditlevsen上下限方法，可为解决低概率水平复杂岩质边坡系统可靠度问题提供一个重要的工具。此外，通过max和min函数构建的边坡系统功能函数不仅可以准确地表征边坡不同失效模式间的相关性，而且可为边坡系统可靠度分析提供便利。

岩桥的破裂贯通是一种非连续变形现象。强度折减技术虽然是渐进破坏过程模拟的主流技术，但其不具备描述非连续变形现象的能力。提出连通率折减法和刚度折减法来模拟含非贯通结构面岩块的渐进破坏过程，并建立考虑渐进破坏过程的块体稳定分析方法。首先，引入Goodman单元来描述共面非贯通结构面的岩桥部分和裂隙面部分，建立静力平衡方程来求解滑裂面内岩桥单元和裂隙面单元的应力。其次，岩桥单元采用Griffith准则来判别破坏，利用连通率折减法来描述其破裂；裂隙面单元采用MC准则来判别破坏，用刚度折减法来描述其屈服；通过循环迭代，模拟岩桥单元的破裂过程和裂隙面单元的应力调整过程，实现整个滑裂面的渐进破坏过程模拟。然后，定义考虑渐进破坏过程的滑裂面极限状态；通过自重超载方式将滑裂面推送至极限状态；基于极限状态设计的理论框架，计算度量块体稳定性的安全系数指标。工程实例分析结果表明，渐进破坏过程模拟结果与现场调查结果是一致的。渐进破坏过程的模拟实现，有助于岩质边坡变形破坏机制分析从定性分析阶段扩展至定量分析阶段。

随着全套管护壁振动取土灌注桩施工工艺的发展，灌注桩在工程中的应用越来越广泛，但是关于灌注桩护壁套管高频振动贯入速率的研究较少。通过假定套管为刚体，将套管周围土体划分为同心轴的圆环柱体，利用Gudehus-Bauer亚塑性本构模型计算套管外侧各土体单元接触面间的剪应力和套管端部土体竖向应力，并考虑套管振动贯入过程中土塞效应，建立灌注桩套管高频振动贯入砂土中贯入速率的计算模型。将所提出的贯入速率计算结果和物理模型试验结果与有限元结果进行对比分析，验证了计算模型的合理性。通过参数分析，得到地基土体孔隙比、振动频率和套管直径对贯入速率的影响规律，为实际工程中快速、准确地预测套管振动贯入速率提供了可靠方法。

根据陡坡段桥梁基桩承载特性，提出了一种可考虑桩土非线性作用的基桩内力与位移分析有限杆单元方法。首先，基于单元划分结果，结合桩侧摩阻力和坡体侧向推力的分布规律，得到了相应的等效结点荷载向量表示方法；其次，在线弹性地基反力法的基础上，引入p-y曲线开展了桩周土抗力非线性分析，并结合桩身P-?效应（P为桩顶轴向荷载，?为桩顶水平位移）计算方法给出了单元刚度矩阵修正方法，进而提出了适用于基桩内力位移非线性分析的有限杆单元法并编制了MATLAB计算程序；最后，结合某工程实例，将计算结果与工程实测值及已有理论值进行对比。结果表明：考虑桩土非线性作用的计算方法是合理的；当桩身具有自由段时，P-?效应对基桩内力位移的影响较大，在实际工程设计中不可忽视。

基于二维颗粒流软件PFC2D的人工合成岩体技术（SRM），研究了岩桥倾角和节理间距不同组合形式的含顺层断续节理岩质边坡在地震作用下的破坏模式与动力响应规律。研究结果显示：在地震动力作用下，含单潜在滑动面的顺层断续节理岩质边坡呈现出滑移-倾倒的混合破坏特征，含多潜在滑动面的顺层断续节理岩质边坡则主要发生倾倒破坏；由顺层断续节理以及岩桥交替连接所组成的潜在滑动面是控制边坡动力稳定性的关键因素。在地震动力作用下，最靠近坡脚的岩桥段首先萌生翼裂纹，使得拉应力得到释放，随后各节理相继萌生裂纹并扩展、贯通，最终导致坡体发生阶梯状整体失稳。裂纹扩展受顺层断续节理控制，萌生裂纹中以张拉裂纹为主，且裂纹数量与输入地震波的加速度曲线具有同步性。另一方面，节理面的存在对边坡动力响应产生明显影响，沿坡表以及沿水平方向上的峰值速度、峰值位移随着岩桥倾角的增大、节理间距的减小而增大，同时节理间距和岩桥倾角对于峰值加速度（PGA）放大系数的影响范围主要集中在坡表、坡肩；沿竖直方向上，峰值位移随着岩桥倾角、节理间距的增大而减小，PGA放大系数曲线随高程变化总体呈现U型分布特征。

采用?800 mm模型土压盾构开展室内掘进试验，以探究砂卵石中土压盾构隧道掌子面失稳诱发地层变形特征。同时，补充开展三维离散元仿真以挖掘室内试验难以获取的掌子面失稳信息，并研究隧道埋深对掌子面稳定性的影响规律。研究结果表明：砂卵石地层中盾构隧道掌子面失稳发展到地表后，沉降曲面呈上大下小逐步收缩的沙漏状，影响范围小于砂土地层。考虑盾构动态掘进过程后，卵石颗粒接触关系变化十分剧烈，掌子面稳定性被削弱，极限支护压力随之增大。掌子面极限支护压力随隧道埋深基本呈线性增加，极限支护压力与初始支护压力之比则随埋深增大而减小。掌子面失稳机制可根据隧道埋深划分为3种模式。与既有研究相比，考虑了盾构动态掘进过程与实际工程更加接近，可为确保砂卵石地层土压盾构隧道施工掌子面稳定提供参考。

采用传统研究方法对盾构开挖面稳定性的分析多基于土体是均质、各向同性材料的假设，显然与其本身的非均质性相违背。为此，开展了考虑土体抗剪强度参数的空间变异性对盾构开挖面稳定性的影响研究。在随机场理论的基础上，采用协方差矩阵分解法建立了描述砂土内摩擦角空间变异性的三维随机场模型，借助于数值分析软件平台研究了内摩擦角的变异系数、自相关距离对开挖面失稳模式、极限支护应力的影响规律，并采用概率分析法探讨了极限支护应力特征值的选取。结果表明：砂土内摩擦角的空间变异性对开挖面稳定性有重要的影响；随内摩擦角的变异系数的增大，极限支护应力的概率分布离散性越大；开挖面失稳模式与自相关距离的大小密切相关，当自相关距离与隧道直径比较接近时，开挖面可能出现局部失稳；提出了开挖面极限支护应力特征值的概念，并结合失稳概率给出了其初步确定方法。

运用数值流形法在非连续介质领域的独特优势，并结合断裂力学的基本原理，分析了重力坝的水力劈裂破坏问题，实现了重力坝起裂、扩展和渐进破坏的全过程。充分发挥应力强度因子判别法和带抗拉强度的摩尔-库仑破坏准则各自的优势，根据不同情况选取其中某种方法确定断裂和扩展方向，且不需要预制初始裂纹。选取一个算例两种工况分析了重力坝在不考虑裂纹面内水压力和考虑裂纹面内水压力的水力劈裂破坏情况。计算结果表明，在重力坝的水力劈裂中，当不考虑裂纹面内水压力时，坝踵处裂纹向下游和深部扩展，上游折坡点处裂纹属于压剪型破坏；当考虑裂纹面内水压力时，坝踵处裂纹偏向深度方向扩展，折坡点处的裂纹逐渐由压剪破坏变成了拉剪破坏，并且考虑裂纹面内水压力后坝体破坏所需要的时步减少，故而考虑裂纹面内水后降低了重力坝的安全系数。该方法加深了对重力坝水力劈裂破坏的认识，具有较大的实际应用价值。

饱和土场地-桩基-地上结构体系中，饱和土与结构分别具有不同控制方程和计算方法，造成有限元计算的不便。基于Client-Server技术，通过两个子程序分别计算饱和土和桩基-上部结构的动力响应，并利用土体和结构的共同节点传递两者间的作用力与位移，建立了一套求解饱和土-结构相互作用问题的交互式计算方法，其中饱和土采用基于u-p（其中u表示固相位移，p表示孔压）方程的全显式时域积分法求解，有效提高计算效率。最后，通过与Newmark法的数值结果进行对比，验证了提出方法的正确性，并说明该方法可以应用于求解饱和土场地-桩基-地上结构体系的地震响应问题。

研制了一种新型静止侧压力系数试验仪，介绍了该仪器结构及工作原理。对干砂进行了试验，测定其静止侧压力系数，与传统的水囊式 固结仪试验结果进行了对比。分析了该试验仪的可能误差来源，主要包括加载过程中的试样侧向变形和试样与压力室筒壁之间的摩擦力，具体分析了试样侧向变形引起 值误差的大小，提出了摩擦力影响修正方法，充分论证了仪器的准确性和有效性。对某粗颗粒土进行了静止侧压力系数试验，测定了该土在加载及卸载条件下 随应力状态的变化，验证了仪器对粗颗粒土的适用性。该仪器结构简单，操作方便，结果准确，适用于包括粗颗粒土在内的各种土的 试验，克服了现有的静止侧压力系数试验仪不适用于粗颗粒土的缺陷，而且适用高应力范围。

水-力耦合流变损伤试验是揭示软岩灾变机制的重要途径，其瓶颈在于缺乏能模拟工程实际环境条件的大型室内试验设备及其对全过程精确跟踪的多尺度量测技术。为此，根据力学控制与智能优化原理，设计了基于高强透明材料的压力室，结合伺服控制、非接触三维量测与协同集成技术等，研制了软岩水-力耦合的流变损伤多尺度力学试验系统，重点包括全通透高压动静水压力室、多元同步三轴加载系统、高围压光纤传感实时量测系统、内外流变损伤多尺度三维成像系统、多元异构量测数据同步快速处置系统等。通过软硬件集成，研制成功了样机。该系统可模拟重现高压动/静水及其他工作液体环境条件下软岩水-应力耦合软化破坏全过程，可开展同一时段内多种不同溶液、不同压力、不同流变阶段的软岩流变损伤试验，实现高精度无损量测与多尺度观测。通过应用，获得了软岩应力-应变曲线、内部损伤演化、表面各点应变变化及表面损伤演化等数据，并重构了内外损伤演化过程，将重构图像与实际岩样变化对比，验证了本试验系统的可靠性，为捕捉软岩灾变全过程与深入研究提供了试验技术支持。

土石混合体滑坡具有分布范围广、发生频率高、规律性差等显著特点，是西部山区及其重大工程建设中最为常见的灾害类型之一，其内部复杂的土-石结构是构成该类滑坡防治困难的关键因素。为了获取土石混合体斜坡接近真实的地质结构，提出通过探窗组合法，即采用高分辨的地球物理勘探方法进行地质结构探测，并借助探坑土石结构的图像处理技术予以补充，以初步实现地质结构的精细探测及宏-细观结构模型的统一。应用该方法，对湖南省南岳区拜殿乡土石混合体斜坡进行地质结构探测，获得了该斜坡接近真实的精细地质模型。该研究方法可为揭示滑坡形成演化的结构控制机制提供基础，使滑坡的预测和防治工作更加科学合理。

神华CO2捕获和封存（carbon capture and storage，CCS）示范项目是我国首个全流程煤基CO2捕获和在低孔低渗深部咸水层进行多层注入的CO2封存示范项目，意在通过时移垂直地震（VSP）监测CO2地质封存状况。介绍了CO2地质封存时移VSP技术和监测效果。通过注气前后3次VSP观测，得到了高品质时移VSP资料，研究了一致性处理技术、矢量波场分离和多波成像技术，获得了高分辨率的多波时移VSP剖面，通过深度域标定和多种属性解释对比，分析了注气前后VSP地震响应特征，预测了CO2地下运移范围，达到CCS项目预期监测目标。结果证明，时移VSP技术是监测CO2地质封存与运移的有效技术手段。