利用微生物诱导碳酸钙沉积（MICP）技术固化南海某岛礁的陆域吹填珊瑚砂，对珊瑚砂微生物固化体进行了三轴压缩试验，基于损伤力学理论建立了珊瑚砂微生物固化体的损伤本构模型。结果表明，利用MICP技术固化珊瑚砂效果好，强度高；固化体的三轴压缩应力–应变曲线可分为近似线弹性阶段、屈服阶段与延性流动阶段。将固化体划分为匀质微元进行损伤演化分析，根据连续介质损伤力学的有效应力理论与应变等效假说，定义了损伤变量，假定固化体强度服从双参数的Weibull分布及Druker-Prager准则，建立了损伤本构模型。模型参数包括固化体力学参数和Weibull分布参数，由三轴试验和线性回归法确定，并用试验资料初步验证了模型的合理性。

拉剪应力状态极易导致岩体破坏乃至失稳，为研究节理岩体拉剪破坏规律，开展了拉剪荷载下共面非贯通节理岩体变形破坏的理论与数值计算研究。通过自定义考虑岩石统计损伤演化的Mohr-Coulomb和最大拉应力准则模型，编写力学参数服从Weibull分布的fish函数，研究了拉剪条件下非均质节理岩体的破坏模式及破坏规律，讨论了岩石均质度、法向拉应力及剪切速率对岩体破坏模式及其力学性质的影响。结果表明，(1) 拉剪应力状态下节理岩体的破坏模式以张拉破坏为主，加载初期破坏位置分布散乱，随着加载和损伤演化逐渐形成带状破裂面，岩体宏观力学性质明显降低；(2) 非均质性对岩体破坏影响显著，主要表现为均质度的增加，岩体由弥散型破坏向集中型破坏转变，破裂面起伏度增大，同时岩体的宏观力学性质增强并最终趋向于均质岩体；(3) 低应力水平下拉应力增大不改变节理岩体以拉张破坏为主的破裂模式，但剪切破坏比例明显减少，同时岩体抗剪强度降低，破裂面的粗糙度增大；(4) 剪切速率对岩体力学性质的影响显著，静态加载范围内岩体抗剪强度随剪切速率的增大而增大，且增幅越来越小。

粗糙度是影响节理岩体强度与变形特性的重要因素之一。首先使用3D 打印机制作模具，并浇筑形成不同粗糙度（节理粗糙度系数JRC=2、7、12、17、22）的节理岩石试样。采用GCTS高温高压动静岩石三轴试验系统，对含有不同粗糙度节理岩石试样进行了三轴压缩试验，获得了不同粗糙度节理岩石试样的三轴应力–应变曲线，分析了JRC对岩石三轴强度和变形特性的影响规律，在三轴加载过程中采用声发射测试系统，分析了不同粗糙度节理岩石试样的声发射特性。运用数字三维视频显微系统观察节理面形态，讨论了不同围压下节理岩石试样峰值强度与JRC之间的关系。研究结果表明，节理面的存在直接导致节理岩石试样强度的大幅度降低，JRC对岩石破坏裂纹的形态、数量和空间分布特征亦有很大的影响，随着JRC值的增大，岩石节理面的抗剪强度增大，岩石试样的三轴抗压强度也会增大，岩石试样由脆性破坏转变为延性破坏。

为分析层理和水对页岩的蠕变特性影响，室内制取0°、30°、60°、90°和不含层理5种页岩，每种层理页岩均处理成干燥、自然、不饱水、饱水4种含水状态，对其进行单轴压缩下的蠕变试验。试验结果表明，（1）层理角度和含水率对页岩的蠕变特性均有较大影响。同一含水率下随层理角度的增大，页岩的初始瞬时弹性呈指数式减小，瞬时弹性模量成指数式增加。相同层理角度下，随含水率升高，页岩的初始瞬时弹性应变线性增长，瞬时弹性模量线性下降；（2）采用含有弹性元件、黏性元件及开尔文体的“伯格斯”蠕变模型对页岩的蠕变过程进行描述，并对模型的参数进行了反演和验证，表明该模型能够较好地反映页岩的蠕变特征。根据试验所得层理和水对页岩蠕变变形的影响规律，通过瞬时弹性模量和黏性系数与层理角度和含水率的拟合关系，将蠕变模型中的瞬时弹性模量和黏性系数替换为层理倾角和含水率的函数，构建了能够反映页岩层理和含水率的蠕变模型。

为研究页岩气藏开发过程中介质变形和滑脱效应对微裂缝表观渗透率动态变化的影响规律，分析有效应力和多孔介质结构参数等对气体渗流影响机制，采用光滑平板模型，结合分形及气体微观渗流理论，建立了介质变形和滑脱效应耦合作用下的微裂缝表观渗透率动态模型，并对模型进行可靠性验证和参数敏感性分析。研究表明，页岩气藏降压开采过程中受介质变形和滑脱效应“一负一正”耦合影响，微裂缝表观渗透率呈先减小后增大趋势，且临界压力值约为5 MPa；不同有效应力状态下，由于介质变形和滑脱效应耦合机制的差异性，导致表观渗透率变化规律不同，从微观作用机制角度对实验中不同加载条件下页岩应力敏感性的差异做出了理论解释；微裂缝最大开度越小，表观渗透率曲线“凹槽”越深，同时微裂缝孔隙度及开度分形维数越高、迂曲度分形维数越低，表观渗透率值越大。

工程实践中有些隧道不可避免的需要穿越滑坡变形区，在后期地质演变作用及施工扰动荷载作用下原来没有明显变形的斜坡会出现较大变形，甚至发展成滑坡，对既有隧道结构产生不同程度的病害。国内外多数学者针对隧道开挖引起的滑坡体变形影响研究较多，针对滑坡体作用下既有隧道结构的受力变形及加固措施效果研究较少。为研究山体滑坡区域既有隧道锚索加固措施下的系统力学机制，首先建立地质力学模型试验，研究不同数量锚索加固后滑坡体与隧道结构的相互作用规律，并与无锚索加固措施工况进行对比，发现增加锚索加固后滑坡体沉降、隧道弯矩、滑坡体与隧道表面接触力明显减小，而不同数量加固锚索工况下上述观测值变化不大。此外，建立了相应工况的数值模型，与物理试验结果进行了对比得到较好一致性。研究成果可为山体滑坡区域隧道锚索加固方法改进提供一定的理论依据。

岩石蠕变是其内部硬化效应和损伤效应共同作用演化的结果。通过分级加载下贫煤单轴压缩蠕变试验，基于试验中瞬时弹性模量增大和黏滞系数减小的现象，分析贫煤蠕变中的硬化-损伤机制。结果表明，较低应力下煤样的变形仅为瞬时应变，煤样仅有硬化效应；当应力达到蠕变起始应力阈值时煤样逐渐出现损伤，次生裂纹出现并扩展，硬化效应与损伤效应共同作用下煤样表现出衰减蠕变和稳定蠕变特征。长期蠕变过程中煤样强度经历先硬化再弱化的过程，最终因累计损伤过大而失稳破坏，依据各级应力下煤样的变形特征，构建了符合其变形规律的黏弹塑性组合模型，并引入了硬化函数和损伤函数，推导得到其蠕变本构方程。采用该模型描述分级加载下贫煤单轴压缩蠕变变形曲线，试验曲线和模型曲线吻合良好。该模型元件简单，物理意义明确，能很好地反映贫煤单轴压缩下的硬化–损伤蠕变特性。

通过污泥固化技术可以将城市污泥转化为一种新型城市污泥固化土。为了研究污泥固化土工程特性，对新型城市污泥固化土进行无侧限强度试验、收缩特性试验、浸出毒性试验以及X射线衍射试验与微观结构测试。试验结果表明，城市污泥固化土无侧限抗压强度随期龄增加而增长，28 d后基本稳定；新型城市污泥固化土的线缩率随龄期的增大而增大，且28 d后趋于稳定值；与消化后城市污泥相比，城市污泥固化土中的浸出毒性明显减少，重金属浸出量均符合国家规范要求。消化城市污泥衍射峰中氢氧化钙峰值很高，但随着养护期龄的增长，城市污泥固化土中氢氧化钙的衍射峰值减小，碳酸钙的衍射峰值增大，说明固化土各成分反应越充分，强度越高。微结构测试研究表明，污泥固化土SEM图像中有大量的纤维状物质联结着土颗粒和颗粒团块，形成土骨架纤维的交互空间结构，提高了土体强度。

为研究加载速率对砂岩抗拉强度的影响效应及影响机制，设计开展5种加载速率的劈裂试验，综合分析抗拉强度、破坏特征、能量参数和劈裂面微观形貌变化规律及相关性。结果表明，(1) 随着加载速率增大，砂岩劈裂抗拉强度逐渐增大，总体呈现先陡后缓的趋势，加载速率在0.01～0.10 kN/s范围内时抗拉强度增长迅速，0.10～1.00 kN/s范围内时抗拉强度增长趋势渐缓；(2) 随着加载速率的增大，岩样吸收的总能量增大，弹性应变能占总能量的比值逐渐增大，耗散能占总能量的比值逐渐减小，加载至破坏时裂纹扩展形成宏观劈裂面的时间呈数量级减小，达到峰值应力时弹性应变能的释放，导致岩样破坏的突发性增强，使得劈裂面形貌特征在宏观和微观上逐渐变得复杂，对应抗拉强度逐渐增大；(3) 在岩石劈裂试验过程中加载速率、能量参数、劈裂面形貌特征与抗拉强度密切相关，加载速率影响加载过程中能量的总量与分配，能量参数的变化直接影响岩样的破坏过程及劈裂面的形貌特征，最后宏观上表现为抗拉强度的差异。文中相关分析方法和思路可为类似试验提供较好的参考。

为探究赤泥改性黄土的基本工程特性，进行无侧限抗压试验、直剪试验及渗透试验，得出赤泥改性黄土的最佳配比，建立了抗剪强度、无侧限抗压强度与电阻率的经验公式。通过动三轴试验，分析了循环动荷载下改性黄土的累积塑性变形、动弹性模量及浸出毒性。结果表明，随赤泥含量增加，改性黄土无侧限抗压强度和黏聚力都先增大后减小，当赤泥含量为15%时其28 d无侧限抗压强度达到3.5 MPa，较不掺入赤泥时提高约34.7%；改性黄土的渗透系数随赤泥含量增加先快速降低，至赤泥含量5%后趋于稳定；改性黄土的抗剪强度、无侧限抗压强度与电阻率呈良好的线性关系；改性黄土在循环动荷载下的临界动应力达600 kPa，最大动弹性模量比未改性黄土高出6倍，且其浸出液不具有浸出毒性。

边坡稳定性评价方法有局部和整体两类，两者之间存在差异有其历史的局限性和存在的合理性。以极限平衡法和有限元强度折减法为例，分析了典型整体与局部稳定性评价方法在滑面搜索、平衡条件、安全系数的定义、材料参数和失稳等5个方面存在的异同。利用PFC算例揭示了真实边坡带有强烈空间和时间特征的渐进破坏特性，发现边坡失稳是自然地形的重塑、再造和稳定的过程，也是一个动势能转换和耗散的过程。针对边坡稳定问题及其特点，提出了基于广义软化的边坡稳定矢量和法的理论构架和技术路线，并进行了程序实现，克服了传统强度折减脱离实际材料劣化特征的不足，安全系数求解仅与应力状态相关，假设条件少，可以实现局部与整体稳定评价的辩证统一，可以反映边坡失稳的渐进特性和参数演化的时空效应。与传统极限平衡法(LEM)和强度折减法(SRM)在滑面和安全系数方面的综合对比发现，局部稳定揭示的滑面更稳定，获取的安全系数是全周期的，文中方法所得安全系数比整体方法的结果稍高，差异是整体方法的假设条件造成的。

泥岩作为油气储层常见复杂介质，在深部高温、高压环境下蠕变力学特性异常复杂，是引起套管损伤破坏的重要因素。以深部油气藏工程含膏质泥岩为研究对象，首先开展了高温为130 ℃、高围压为30 MPa、不同偏应力水平下多试样、单级加载三轴蠕变试验。该泥岩呈显著的时效力学特性，蠕变应力阀值较低，应力和持时对蠕变特性存在显著影响，低应力、长时间作用下泥岩亦呈现明显的稳态蠕变和加速蠕变破坏，且加速蠕变起始时间随应力增加呈指数降低关系。其次探讨了泥岩加速蠕变和强度损伤特性，提出了蠕变损伤起始时间概念，认为泥岩内部蠕变损伤变量可用指数函数予以描述。最后，基于蠕变损伤变量和起始时间，构建考虑泥岩加速蠕变的非线性改进Burgers蠕变模型，对蠕变参数开展辨识和分析，所选模型可准确地对深层膏质泥岩蠕变特性进行描述。研究成果旨在为深部泥岩油气藏套管工程长期稳定分析及安全评价提供可靠的依据。

载荷试验成果多用于判断土的变形特性和求得土的变形模量、极限荷载等数据。借助卸荷比、回弹比率、再加荷比、再压缩比率等参数对载荷试验成果中的卸荷及再压缩段的变形特征进行分析，发现其发展变化规律与由固结压缩试验得到的规律一致，载荷试验的特点又恰好弥补了固结压缩试验的一些不足，将其成果应用于回弹再压缩变形的计算中是一种有益的探索性研究。结合工程实例，在固结压缩试验数据处理方法的基础上进行合理改进，将载荷试验成果应用于基坑开挖回弹变形与再压缩沉降的计算，计算结果与原有方法的计算结果、工程实测数据对比分析，验证了该种方法的有效性。现有载荷试验数据也有着明显的不足之处，结合变形计算需要，对载荷试验的试验方法提出了改进性意见，为进一步的研究指出了方向。

为避免锚杆支护过剩或支护不足以及快速地、准确地评价被锚隧洞围岩稳定性，首先将岩石和锚杆的复合体考虑成材质均匀的加固体，基于弹性理论推导出加固体的物理力学参数表达式，建立了围岩与加固体协调变形力学模型，并对该模型进行弹塑性力学分析，同时提出了围岩稳定性评价方法，最后将该理论与已有理论和数值模拟进行了对比，研究不同锚杆支护强度对围岩稳定系数的影响。结果表明，通过文中理论得到的隧洞塑性圈半径以及洞壁位移与已有理论的计算结果相比分别相差0.8％和2.1％，并且理论计算值与数值模拟的结果能较好地吻合，从而验证了文中理论的合理性；锚杆长度和锚杆间排距对围岩稳定性影响较大，锚杆支护设计遵循长而疏、短而密的原则；当间排距减小或者预紧力增大时，所需要的最佳锚杆长度有所减小。文中理论可为锚杆支护下的隧洞围岩稳定性研究提供相对简洁快速的定量计算方法。

研究了考虑土拱效应的黏性填土排桩桩后总土压力的计算方法。以黏性填土的单排支护桩为研究对象，将考虑土拱效应的桩后总土压力分为直接土压力和间接土压力。首先，针对已有土压力计算方法的不足，借鉴并改进了挡土墙的主应力旋转理论，认为主应力旋转后大小会发生改变，通过对土拱单元的应力分析和平衡微分方程的求解，推导出了黏性填土排桩桩后直接土压力的解析式，并将计算结果与前人的解析解和试验数据进行对比，表明改进后的方法与实测数据更加吻合。然后，将改进后的方法应用在黏性土间接土压力的分析中，通过将间接土压力看作是由桩间土体滑裂面上的剪应力沿滑裂面的积分，推导出考虑水平土拱效应的桩后间接土压力和总土压力解析式。最后，探究了总土压力随黏聚力和桩土摩擦角的变化规律，结果表明，土拱效应主要影响桩体H/3深度以下部分，使该部分土压力减小，且越靠近桩底，减小速率越大。该研究可为排桩结构的合理设计提供依据。

砂卵石土具有内摩擦角大、流动性差、渗透系数大等特点，在砂卵石地层的盾构施工时会引起出土困难、刀盘磨损、地下水喷涌等问题。通过泡沫优化试验，得到泡沫半衰期及发泡倍率最优时的发泡液浓度为2%～3%。基于四川成都地铁7号线茶店子站至一品天下站区间砂卵石地层，配制卵、砾石含量为20%、40%、60%、80%的土体，掺入泡沫进行室内大型剪切试验、坍落度试验和渗透试验，发现随着泡沫注入率的增加，包裹在砂卵石土周围泡沫土的含量增加，砂石分离现象逐渐消失，抗剪强度和内摩擦角呈非线性降低，坍落度逐渐增大，抗渗性能明显提高，并得到了不同含石量砂卵石土满足盾构施工中“理想状态土体”要求的泡沫注入率。研究成果对砂卵石地层盾构掘进中的相关问题解决具有一定的意义。

以基坑施工过程中柔性挡墙墙后主动土压力为研究对象，假定柔性围护结构最大变形位于开挖面处，墙后滑面为通过墙趾的平面，推导出考虑基坑开挖及支护的墙后滑面倾角一般表达式。采用水平层析法，研究墙体内凸型变形时的主动土压力分布、主动土压力合力及其作用点。研究表明，理论结果与实测结果规律一致，大小相近；随着基坑开挖深度的增加，滑面倾角减小，基坑开挖对周边环境的影响范围增大，土压力合力增大，对合力作用点位置的影响较小；当基坑开挖深度减小时土体内摩擦角和墙土间摩擦角增大时主动土压力非线性分布更加明显，主动土压力合力减小，合力作用点距墙趾的距离增大。

研究巷道（隧道）围岩的开挖卸荷效应的有效途径之一是进行小型围岩试件的开挖卸荷试验。为便于制备和掌控小型围岩试件的强度，首先选用高强石膏类材料进行了配比试验，获得了试件强度范围5～20 MPa所对应材料的配比，研究各相似材料成分对试件强度的影响规律。其次制作、加工了小型围岩试件（高290 mm、内径为100 mm、外径为200 mm厚壁圆筒型）。采用具有自主知识产权的巷道围岩开挖卸荷模型试验系统，对小型围岩试件进行了缓慢开挖卸荷和破坏的模拟试验。开挖卸荷过程在力学原理上可以模拟实际工程的开挖条件，即先对围岩试件施加轴压、外压和内压，以模拟原岩应力。开挖（即卸荷）时，卸载内压，保持其他两向压力不变。试验过程中采集到围岩试件轴向和切向两个方向的应变数据，获得了开挖卸荷全过程的应变–时间曲线及应变随内外压差的变化关系。试验结果表明，轴向应变和切向应变随卸荷幅度加大而逐渐增大，而且呈现内侧应变大于外侧，试件在卸荷过程中向内膨胀；同一测点其切向应变大于轴向应变。卸荷破坏时围岩试件破坏发展路径朝向洞内即沿径向发生破坏，破坏形态呈现分层破裂现象。

为考虑时效劣化和含水弱化对岩石蠕变参数的劣化效应，提出了蠕变损伤模型，即对西原模型进行参数修正与完善，开展了不同含水状态的软岩三轴蠕变试验。首先，对不同含水率的岩石蠕变规律进行了对比分析，初步揭示了含水状态对岩石蠕变过程影响规律的机理。其次，为了能够较好地描述岩石蠕变过程，引入时效劣化效应和含水弱化效应，并通过试验数据拟合了损伤变量和蠕变参数。最后，将模型的计算值与试验值进行对比分析。结果表明，岩石随着含水率的增大，初始蠕变值和稳态蠕变值有所增大。通过FLAC3D验证了该模型的数值计算值与试验值具有很好的吻合性，提出的岩石时效蠕变损伤模型将为岩石流变特性的研究提供一定的理论基础。

厦门地区花岗岩残积土的颗分试验表明其粒度呈“两头多，中间少”的特征，级配较独特。孔隙比等物性指标与压缩模量等设计中常用指标定量关联性不强，离散性大且没有明显规律。结合厦门地铁工程地质勘察资料，通过粒间状态参量、级配控制模式确定所研究土体的关键物理状态参量，分析该参量与岩土工程设计中常用指标之间的相关关系。结果表明，引入Thevanayagam提出的粒间孔隙比作为参变量，压缩模量随粒间孔隙比的增大而减小，建立了估计残积砾质黏性土、残积砂质黏性土压缩模量的经验公式。级配控制模式下的特征粒径比可以作为估计花岗岩残积土抗剪强度指标的关键参变量，黏聚力随特征粒径比的增大而增大，内摩擦角随特征粒径比的增大而减小，且线性相关性较好。文中建立的预测花岗岩残积土压缩模量、抗剪强度指标经验公式，可供厦门地区工程设计时参考。

隧道锚是承担悬索桥主缆荷载的关键受力部件，隧道锚–围岩联合承载力学机制较为复杂。通过研究隧道锚简化的力学模型，得到基于 “楔形效应”的隧道锚抗拔承载力计算方法。为进一步验证该方法的合理性与正确性，考虑埋深、锚碇长度、围岩类别等影响因素，设计了14组室内模型试验方案，通过模型试验获得了抗拔承载力，研究了各影响因素与抗拔承载力关系。基于室内模型试验的相关参数，采用“楔形效应”计算方法得到隧道锚抗拔承载力，与模型试验结果较为吻合。模型试验获得的影响因素规律和破坏特征也和理论计算方法一致。研究结果表明，考虑“楔形效应”的隧道锚承载力计算方法是科学和合理的，具有力学意义明确、公式形式简明的特点，可为工程实践提供参考。

直接拉伸试验是测量岩石抗拉强度最直接有效且最有理论和实际价值的方法，但在传统直接拉伸试验中试样加工难度大，测试设备要求高。为克服传统直接拉伸试验加载困难的缺点，准确测定岩石的抗拉强度，设计研发了多直径岩芯双圆环直接拉伸试验机，从试验和数值模拟两方面重点研究了双圆环直接拉伸试验中试样尺寸的影响和最优取值范围，包括外环直径与试样直径比r1/R、内环直径与试样直径比r2/R、内环直径与外环直径比r2/r1三个比值的最优范围。研究结果发现，外环直径和内环直径满足r1/R=0.62±0.08、r2/R=0.45±0.12、r2/r1=0.64±0.06时内外环根部与内外环重叠部位最大应力值相近，获得的抗拉强度与理论值较一致，与其他试验相比，双圆环直接拉伸试验的结果标准差和振荡系数最小。

桩–地下墙组合基础是一种新型的水平承载基础，具有水平承载力高、造价低的优点。通过进行新型组合基础的室内模型试验，研究堆载作用下该组合基础内力及变形的规律，同时进行常规桩–承台基础的室内模型的比对试验，得到新型组合基础的变形控制机制，为进一步推广这种技术提供理论和实践依据。试验结果表明，(1) 组合基础相对于桩承台基础具有较高的水平承载力；(2) 组合基础主要由前墙受力，且组合基础桩身下部受力较小；(3) 组合基础与桩承台基础的变形性状不同，前者由于受较大负摩阻力作用，基础向堆载侧倾斜且呈整体下沉趋势，后者向远离堆载侧位移；(4) 上部荷载对组合基础水平承载力影响较小但增加基础的倾斜。

选用环氧树脂和纯水泥浆作为注浆材料，对含不同角度和不同注浆材料裂隙试样进行单轴压缩试验。试验结果表明，注浆材料和裂纹缺陷角度对类岩石试件单轴抗压强度及破坏模式具有重要影响；环氧树脂加固效果优于纯水泥浆，环氧树脂可以有效地消除预制裂纹尖端的应力集中；在裂纹缺陷角度很小( <30°)和角度很大( =90°)的情况下无论裂隙是注环氧树脂还是纯水泥浆，注浆效果都不明显，当 =60°时两种注浆材料的加固效果都很好。提出滑动裂纹模型，对注浆裂隙进行力学分析发现，含注浆裂隙试样的抗压强度随着注浆材料和完整材料胶结面摩擦系数和黏聚力的增大而增大，不同注浆材料和完整材料胶结面的摩擦系数和黏聚力不同，解释了为什么不同的注浆材料对注浆试样强度提升作用不同。研究成果为分析工程中注浆材料和裂纹缺陷角度对岩体强度的影响提供了一定的理论基础。

利用偏光显微镜对经历不同高温循环作用后的细粒大理岩进行观测，通过统计微裂纹长度、开度、数量等参数，探讨不同加热循环次数后岩样内微裂纹的扩展规律。结果表明，（1）经历不同热循环次数作用的岩样，微裂纹的数量和长度均不同，未经热处理岩样内颗粒致密，胶结较好，内部无明显的微裂纹。经历4次热循环作用后岩样内微裂纹发育明显，以晶界裂纹为主，开度和长度均显著增加。岩样经历16次热循环作用后开度持续增大，为55 µm，是4次热循环的4倍；（2）对不同热循环处理后岩样内部发育微裂纹的方向进行了统计，发现微裂纹无明显的方向性，还表明细观切片的取样位置对微裂纹的发育影响不大；（3）线性裂纹密度随热循环次数的增加而增大，经历16次热循环作用后岩样的线性裂纹密度是没有经历热处理岩样的21倍。

传统的刚性承载板载荷试验(PLT)主要确定地基的承载力，不能用来反演土的抗剪强度参数c、 。通过刚性承载板下加装气囊，研制出一种适用于载荷试验的柔性承载板，两个电感式位移传感器分别布置于板内边缘处，用于测量该处气囊厚度变化量 。用柔性承载板开展载荷试验时板底压力P均匀分布，同时在柔性承载板一侧采用柔性水压板施加恒定的均匀地表荷载，根据两条 曲线变化规律得出2个临塑荷载，将临塑荷载与地表荷载值代入理论公式反演出c、 。分别采用黏性土和干砂开展室内载荷试验，证明了该反演方法的可行性，通过分析认为该反演方法具有适用性和先进性。

随着温度的升高，花岗岩宏观力学参数往往经历略升高、小幅降低、大幅降低几个阶段。利用纳米压痕测试仪器，对热处理后的花岗岩中主要矿物成分进行纳米压痕试验，揭示花岗岩宏观力学参数随温度演化的微观机理，（1）温度在 300 ℃以内微观结构没有显著变化，基本上没有微裂纹产生，在300～500 ℃之间时岩体内部开始产生微裂隙，温度超过500 ℃时岩体内部产生大量微裂隙，并逐渐扩展增大；（2）石英在300 ℃以内弹性模量和硬度略有增加，超过300 ℃弹性模量和硬度开始下降。超过500 ℃晶体结构发生 相到 相转变，弹性模量和硬度急剧下降，长石在400～500 ℃之间时，弹性模量和硬度开始下降，超过800 ℃弹性模量和硬度急剧下降，云母在800 ℃以内弹性模量和硬度有所增加；超过800℃时弹性模量和硬度开始下降；（3）花岗岩宏观力学性能与主要矿物成分的力学性能和微观结构均相关，室温～300 ℃范围内主要受到前者控制，300～500 ℃范围内时受到两者联合控制，超过500 ℃后主要受到后者控制。研究结果可为研究花岗岩和其他岩石的温度效应提供实验数据和理论支持。

顶板溃沙是我国西部矿区浅埋煤层开采过程中面临的安全威胁之一。利用自行研制的裂隙溃沙试验系统，开展无水条件下风积沙溃沙过程的模拟试验，研究沙层厚度、裂隙倾角和裂隙开度对溃沙速率的影响，获得不同影响因素与裂隙中风积沙流动速率之间的定量关系。研究发现，沙层厚度的变化对溃沙速率几乎没有影响；裂隙倾角的变化对溃沙速率有明显的影响，在裂隙开度一定的情况下溃沙速率随着裂隙倾角的增大而增大，两者之间呈对数关系；裂隙开度对溃沙速率的影响较为显著，裂隙倾角一定时溃沙速率随着裂隙开度的增大而快速递增，两者之间符合指数关系；裂隙开度对溃沙速率的影响权重最大，而沙层厚度的影响权重可以忽略。该研究成果可为西部煤矿溃沙灾害的防治提供理论依据和科学指导。

为研究沁水盆地煤样渗透率演化规律，构建了煤样渗透率测定的瞬态压力脉冲法实验装置，使用N2和CO2在实验室开展了3种试验条件的渗透率测定，应用Connell模型对实验结果进行分析，并讨论了模型预测值和实验值之间差别的原因。结果表明，（1）在恒定孔压变围压条件下渗透率随有效应力增大而减小；在等有效应力条件下，渗透率随孔压增大而减少；在恒定围压变孔压条件下，随孔压增大，渗透率呈先减小后变大的趋势。（2）运用Connell模型预测的恒定围压变孔压条件的渗透率值大于实验值，原因可能是由于裂隙压缩性系数和吸附应变系数存在估计误差。通过开展实验室渗透率实验和模型分析，对指导实验室内二氧化碳封存和气体驱替实验及其模拟研究具有借鉴意义。

为了准确测试页岩的I型断裂韧度KIC，分别采用直切槽半圆盘试样（NSCB）和人字形切槽半圆盘试样（CCNSCB），在3种预制切槽布置模式（splitter、arrester、divider）下，开展三点弯曲加载实验。通过标准差和变异系数分析两类方法KIC测算值的离散性，并评价各自适用性。使用光学显微镜观察试件破裂后的裂纹扩展路径和破裂面断口形态。基于断裂力学理论，给出页岩试件粗糙起伏断口表面能计算公式，分析页岩试件实测值KIC离散的原因，并用最小耗能原理解释裂缝在页岩试件扩展过程中形成粗糙断裂面的机理。对比分析两种试样类型测试的KIC值，认为两种方法在切槽平行层理布置的情况下测算值离散程度一致，二者都适用；对于切槽垂直层理两种布置方式下NSCB试件更容易发生裂缝偏转，导致产生Ⅰ-Ⅱ复合型断裂，使试验失效；CCNSCB试件的韧带具有良好的裂缝扩展导向作用，某种程度上抵消了加载配置非对称性带来的不利影响，CCNSCB比NSCB测得的KIC值离散性更小，更适用于各向异性页岩的KIC测试。

采用自制的压–拉转换装置，配合RMT 150C岩石力学试验系统及数字散斑相关方法，对双边非对称裂纹类岩石平板试样进行直接拉伸试验，得到类岩石试样的拉应力–应变曲线、试样表面应变场演化过程和裂纹扩展模式。研究发现，类岩石试样直接拉伸的拉应力–应变曲线大致可以分为4个阶段：（1）近似线性阶段，预制裂纹基本不起作用，应力随应变增加较快，试样表面应变场的分布主要受试样内部的孔隙及颗粒的影响；（2）整体缓慢增加阶段，两预制裂纹和试样内部的孔隙及颗粒共同影响试样表面应变场的分布，整体上应力随应变呈增加趋势；（3）短暂峰值过渡阶段，试样中某个预制裂纹对试样表面应变场的分布起决定性作用；（4）破坏阶段，裂纹起裂位置在应变场相对集中区域，并扩展导致试样破坏。对于直接拉伸条件下的双边非对称裂纹平板试样，其中某条预制裂纹会率先扩展，先向远离前方裂纹的方向扩展，再向靠近前方裂纹的方向扩展，对采用数值模拟方法研究张拉应力状态下裂纹相互作用扩展规律具有重要意义。

中等应变率下锚固系统的力学响应是地震作用下支护结构安全性分析与评价的关键问题，特别是锚固界面通常为锚固系统中的薄弱环节，其在动态荷载下的力学特性至关重要。开展不同剪切速率条件下锚杆杆体–砂浆界面的直剪试验，详细分析不同法向应力下剪切速率对峰值剪应力、抗剪强度参数以及法向变形性能的影响。试验结果表明，在中等应变率条件下，随剪切速率增大，锚杆杆体–砂浆界面峰值剪应力总体表现为先迅速增加后基本保持不变的趋势；黏聚力和剪胀量均呈现出先增加后减小的变化趋势。试验成果可为中等应变率下锚固系统动力响应分析提供基础数据。

对普通硅质砂和西沙群岛珊瑚钙质砂开展多级正应力下循环单剪试验，对比多循环周期下两种砂土剪切性质和颗粒破碎的差异。研究发现，两种砂样在循环剪切下体积变化都比较微弱，剪切过程中存在阶段性剪胀，使得试样的轴向位移呈波动变化；循环单剪下剪应力峰值包络线可以用联合型指数函数表达；剪应力随循环周期变化分为同步阶段和差异阶段，两个阶段转变节点对应的循环周期数随着正应力的增大而迅速减小；同步增长阶段珊瑚钙质砂和普通硅质砂的剪应力变化一致，在差异阶段普通硅质砂的剪应力要高出珊瑚钙质砂。两种砂剪应力差异程度随试验正应力不同而变化，普通硅质砂剪应力最大可高出珊瑚钙质砂14.7%；珊瑚钙质砂和普通硅质砂的颗粒破碎存在明显差异，珊瑚钙质砂全粒径范围内颗粒破碎分布更均衡，普通硅质砂在特定粒径区间内出现了剧烈的颗粒破碎，颗粒级配曲线存在明显拐点。普通硅质砂和珊瑚钙质砂滞回曲线的形状及随循环次数的变化规律有显著差异，是两种砂样剪切性质不同的重要体现。

隧道开挖引起的地层不均匀沉降造成附近的地埋管线产生额外的变形，甚至破坏。被动管线与土体的相互作用的研究表明，不考虑土体的刚度衰减，较大的土体弹性模量使得管线的最大弯矩计算结果过大，偏于保守，造成不必要的浪费。在被动管线Winkler地基模型分析基础上，引入土体刚度衰减模型考虑土体非线性特性，提出了隧道开挖作用下管线响应的等效线性分析方法。基于自由土体位移场计算管周土体由于隧道开挖引起的附加应变，基于水平受荷桩的环状弹性介质模型考虑由于管土相互作用引起的管周土体应变，从而对被动Winkler地基模型的土体弹性参数进行修正，计算得到管线的最大弯矩。通过与现有的弹性理论方法、离心模型试验结果的对比，验证了针对隧道开挖引起的被动管土相互作用问题，该方法考虑土体非线性特性的合理性。

在波浪荷载、潮汐作用下砂土等粗粒土常常经受长期动力变形。运用分数阶微积分理论，分析了5种不同粗粒土在不同加载条件下的累积变形特性及粗粒土的分数阶应变率，传统的整数阶应变率随着加载次数的变化而变化，而粗粒土的分数阶应变率在同一加载条件下保持为常数。通过粗粒土颗粒破碎的分形理论，尝试建立分数阶应变率与土颗粒分布的分形维度之间的关系，分析土体分形维度对分数阶应变率大小的影响，发现随着分形维度的增加，分数阶应变率的数值降低。

恰当的地下厂房支护设计是保证地下工程安全施工和运行的关键工程技术问题。对国内20座跨度在19.2～32.5 m的地下厂房主厂房边墙围岩支护参数展开归纳研究，提出锚杆、预应力锚索的支护强度与围岩强度应力比、厂房跨度的经验公式。研究表明，在强度应力比 <3.0时围岩所需锚杆支护强度将显著提高，支护强度与强度应力比呈现–2次奇异性，当3.0 < < 6.0时围岩所需加固强度呈现非线性递减特征，在 > 6.0时围岩所需锚杆加固强度趋于常值；锚索的支护强度与强度应力比呈负幂指数函数关系，当 < 4.0时锚索支护强度增加显著。研究还提出了支护指数的概念和相应的计算公式，发现这20个厂房的锚杆支护指数和锚索支护指数均分布在1.0左右，因此可将支护指数达到1.0作为实际工程支护设计的参考依据，用以评价围岩支护强度是否合理。

为探究荷载作用下软土地基直接拼接拓宽路堤受力和变形特征，利用自行设计制造的模型试验系统，通过改变软土地基差异沉降、土工格栅加铺层数对软土地基高速公路直接拼接路堤进行一系列模型试验，研究各种工况下旧路与新拓宽路堤土中应力变化。试验结果表明，拓宽路堤在荷载作用下新旧路各断面土中竖向应力随着荷载的增大而增大，受路堤填土边坡与下伏地基侧向约束条件的影响，荷载作用下土中竖向应力在填土路堤与地基内沿深度方向呈现先减小、后增大、再减小的分布特征；软土地基拓宽路堤差异沉降对新旧路结合部位土中竖向应力影响较大，土中竖向应力随着差异沉降增大而增大；旧路范围内土中竖向应力受差异沉降的影响不大；在拓宽路堤填土的顶部和底部各布设一层土工格栅加筋层时可明显减小路堤土中竖向应力和路堤沉降：相同荷载作用下对比无加筋路堤，铺设2层土工格栅加筋路堤的顶面沉降最大可以减少62%，土工格栅加筋对软土地基拓宽路堤沉降有较好的控制作用。

为研究膨胀土在降雨与蒸发过程中的胀缩裂隙演化规律，对原状膨胀土进行干湿循环的CT扫描试验。利用Matlab软件编写程序对土体CT图进行三维体重建以及裂隙信息的提取，从定性与定量的维度研究土体三维空间裂隙与干湿循环之间的关系。定性研究发现，裂隙发育开始于土体内部初始孔洞与微纹裂等薄弱处，并扩展延伸，形成裂隙面、裂隙体，最后形成复杂的三维裂隙网络；随着干湿循环的进行，裂隙面积和体积逐渐增加，最后趋于稳定。定量研究发现，裂隙面积沿试样轴向的分布具有明显的周期性规律，随着干湿循环的进行，周期逐渐减小，振幅A先增加后减小；裂隙开展分为3个阶段，即裂隙酝酿期、裂隙快速发育期和裂隙平稳发展期，而裂隙发育主要发生在裂隙快速发育期。得出了试样径向裂隙面积、轴向高度与累计干缩体变之间的近似关系，以裂隙体积定义了符合Logistic函数变化规律的扰动函数，可以预测裂隙在试样局部的发展及分布情况，为裂隙膨胀土的渗透特性以及整体与局部的应力、应变研究提供参考。

土工格室广泛运用于道路或铁路路基的补强和病害整治，针对不同几何尺寸土工格室的整治效果不同，采用焊距为340、400、680 mm和高度为0.10、0.15、0.20 m组合的9种不同规格土工格室进行整治铁路基床下沉病害的现场试验，并与换砂法试验进行了对比，分析不同整治法的轨下动应力衰减规律。结果表明，格室每增高0.01 m，动应力衰减增加约0.6%～1%；焊距每增加100 mm，动应力衰减降低约5%；相比较于换砂法，土工格室法轨下动应力衰减快、分布均，路基强度高，表明换填厚度的大小与整治方法密切相关。在试验的基础上提出了换填厚度设计容许应力法，综合考虑了路基应力水平、格室与砂垫层动应力衰减性能以及路基基床土的容许承载力，为换填厚度设计提供了理论设计方法。

为提高冻融模型与原型的相似程度，提出冻结指数相似比和实验室修正系数的概念及计算方法。以哈尔滨地区黄土为试验材料，将该地区2010–2012年3年日平均气温进行线性简化，基于含相变热传导的微分方程基础上，采用相似理论，在几何、温度和时间比尺约束下对密度为1.60 g/cm3、含水率为20 %的试样进行冻融循环模型试验，确定实验室修正系数K值为1.13，得到冻结指数相似比CI为1:102.5。对冻融阶段温控历时进行优化，进行冻融循环模型试验。通过对比可知，优化后模型的最大冻深值为21.33 cm，与模型预定值20 cm相差仅6.5 %；优化后冻融模型弥补了太阳辐射对冻深的影响，一个冻融周期由108.14 h减少为84.53 h。以实验室修正系数K和冻结指数相似比CI优化冻融过程的各温控阶段历时合理，显著提高了冻融模型的最大冻深和冻融过程在几何比尺和时间比尺上的相似度。

为探究不同充填间隔时间(FTS)和料浆浓度对胶结充填体长期强度影响机制，配制70%、72%、75%三个浓度、充填间隔时间为12、24、36、48 h的两分层胶结充填体试件，开展单轴抗压强度(UCS)试验并探究其力学特性及其破坏形式。试验结果表明，（1）胶结充填体峰值抗压强度随充填间隔时间增大而呈递减趋势，充填间隔时间一定时胶结充填体抗压强度随料浆浓度增大而增大，且峰值抗压强度与充填间隔时间呈多项式函数规律；（2）胶结充填体试件加载过程中表现为压密阶段、线弹性阶段、裂纹扩展阶段和破坏发展4个阶段，随充填间隔时间延长，胶结充填体的破坏形式可能表现为张拉破坏–拉剪破坏过渡–拉剪混合破坏的损伤模式。研究结论能够为后期充填体强度设计和稳定性控制提供有益参考。

吹填土陆域的固有特性是造成其频受雷击的重要因素之一。针对广西北部湾吹填土的电冲击特性，结合理论分析、室内试验和数值模拟的方法对其展开研究，探究其与外电场的响应规律。首先从Archie电阻率模型理论出发，结合土体的介电常数公式，提出了吹填土的电冲击模型，认为影响其与外电场之间的响应规律的主要因素是干密度、含水率和含盐量。电冲击试验表明，吹填土击穿场强随含水率对数和干密度对数的升高呈线性降低，随含盐量的升高呈指数降低。再结合数值模拟结果发现，含水率、干密度和含盐量越高，吹填土内部场强越大，受冲击电场作用越显著，对外电场的响应越强烈，其中又以含水率和含盐量的影响为主。

超深储层地层起裂压力较高，水力压裂受现场泵注设备的限制严重，文中重点研究了大尺度水力压裂物模实验水泥样品尺寸（762 mm×762 mm×914 mm）在循环和常规两种泵注条件下的起裂扩展和声发射规律。实验结果显示，（1）相对于普通泵注，采用循环泵注方式进行水力压裂可以有效降低起裂压力，类似于单轴和三轴循环加载岩石力学行为，都是由于循环加载引起疲劳损伤；（2）对于螺旋射孔完井方式，水力压裂裂缝只从最薄弱射孔处起裂，一旦起裂后其他射孔孔眼很难再开启，水力压裂现场应合理选择分段距离和簇间距，实现储层改造效率最优化；（3）循环泵注水力压裂存在Kaiser效应（当加载应力到前次加载最高应力值时出现的声发射信息）。因孔隙流体扩散到岩石并导致孔隙压力的局部上升，破坏模式仍然可以由摩尔圆表示。研究成果对循环泵注条件的裂缝扩展规律研究以及发展新型压裂改造技术具有重要意义。

通过现场桩基承载力试验，对静压钢管注浆微型桩抗压与抗拔性能进行了对比分析。基于实测Q-s曲线，研究压力注浆工艺及注浆体积比对微型桩抗压极限承载力、抗拔极限承载力以及极限侧阻力的影响，分析注浆微型桩的桩土作用机理，对微型桩抗拔极限状态进行讨论，建议微型桩设计抗拔系数 极限抗拔位移。研究结果表明，软土地基中静压钢管注浆微型桩较未注浆钢管微型桩，桩基极限承载力提高显著，桩基抗拔性能良好。

为探究碎裂煤储层中裂缝特性指标对垂直井起裂压力的影响规律，解决垂直井起裂压力的理论计算问题，首先基于断裂力学和弹性力学原理，考虑原生裂缝特性和压裂液渗透特性，建立了垂直井起裂压力模型。其次定量化分析原生裂缝特性对起裂压力的影响，提出了“裂缝特性指标T”的概念，并推导出T的数学表达式。最后对起裂压力做了原生裂缝特性参数敏感度分析，得出影响起裂压力的最敏感性因素为裂缝宽度b，且当b在100～700 μm区间内时地层的裂缝特性指标对起裂压力有实际意义，解决了压裂目标层的选择问题。研究结果表明，垂直井起裂压力的影响因素不仅与储层岩石力学性质、应力场、压裂液性质、井孔尺寸有关，还与原生裂缝的宽度、长度、密度以及裂缝面的粗糙度有关，尤其是裂缝宽度的小范围波动都会引起垂直井起裂压力较大的变化。根据焦作矿区恩村5口试验井田实际地质勘查资料和压裂施工资料，对垂直井起裂压力进行了计算和验证，发现实际起裂压力与大部分计算结果较为吻合，且与井筒埋深的变化趋势一致，表明该理论模型对于垂直井起裂压力的实际控制具有一定的指导意义。

初始地应力的方向、量值和分布形式是影响岩石地下工程围岩应力、变形和破坏模式的重要因素，在工程区域难以开展大量实测工作，且实测结果具有相当的离散性，引入数值分析方法和数学理论对地应力场综合分析是有效的解决手段之一。结合滇中引水香炉山隧洞穿越龙蟠－乔后断裂段（楚波–白汉场断裂南段）工程，针对实测结果中方向结果离散性较大的问题，基于中国现代构造地应力场特征，对丽江地区复合断裂对区域地应力场影响的理论分析与数值模拟，获取了地应力场方向的定性认识。基于钻孔测试成果，通过基于多元线性回归的三维地应力场反演获取了地应力场方向与量值的定量认识。获得的初步结果表明，龙蟠–乔后断裂F10运动形式以正断错动为主；左旋走滑为辅的滑动，受其影响隧洞工程在穿越F10断裂部位的主应力发生偏转，偏转后最大主应力方向近似平行或小夹角相交于F10断裂走向；反演获得的香炉山隧洞趋近F10-1、F10-2段最大主应力量值范围为13～19 MPa，中间主应力为11～16 MPa，最小主应力为9～13 MPa，应力量值较高，并呈现 > > （ 、 分别为最大、最小水平主应力）的特征；F10断裂F10-1、F10-2主断带成为地应力场的控制性边界，其间应力量值明显小于上下两盘岩体，F10-1、F10-2主断带间岩体最大主应力量值范围在9～10 MPa，最小主应力量值范围在7～10 MPa，地应力最大主应力方向与隧洞纵轴线以约60°夹角相交，相交角度较大，对隧洞稳定性影响较大。

以华丽金沙江桥华坪岸顺层边坡地震稳定问题为研究对象，在slide下利用Janbu-simplified法计算了其最不利滑动面和安全系数，为模型试验确定了宽900 m×高450 m的试验范围。采用拟静力法，在Phase 2D下利用有限元强度折减法模拟模型边坡，计算了0.00g、0.10g、0.15g、0.20g、0.25g、0.30g、0.35g等7个地震工况的安全系数和位移。对比不同工况下的安全系数、位移与水平地震加速度曲线，结果表明，（1）极限平衡法与强度折减法所得安全系数在1.0附近安全系数离散性最小，远离1.0则安全系数的离散性增大，差异是两类方法极限状态定义的不同造成的。基于安全系数确定的临界水平地震加速度为0.20g；（2）剪应变揭示的边坡破坏模式为桥墩位置拉剪破坏、T2凝灰岩主滑和前缘近于水平剪出破坏，坡体内部的变形响应敏感性为水平位移＞竖向位移＞剪应变。基于变形演化规律确定的临界值为0.15g～0.20g，相应水平位移预警值为10.2 mm，室内模型试验验证了上述分析的合理性；（3）综合确定华坪岸顺层边坡临界水平地震加速度为0.2g，50年超越概率为10%和100年超越概率为2%对应的安全系数分别约为1.2和1.1，华坪岸边坡在现行抗震设防标准下是安全的。当前选择安全系数作为边坡稳定性评价指标，而安全监控实践中一般选择可操作性和预警性强的变形值作为控制指标，所以边坡稳定性评价需要采取安全系数与临界位移相结合的方法。

山岭隧道的建设无法完全避免大变形灾害，侵限后大变形初支更换时机不当不仅会延误工期，而且有可能导致隧道塌方等事故造成二次危害。以云南安企村1号隧道塌方事件为背景，基于收敛–约束原理，分析隧道发生大变形并施加临时钢支撑后围岩与支护相互作用的应力变化，得到围岩在初支及临时钢支撑作用下的应力–变形关系。利用离散元软件3DEC，分析了不同处治时机对大变形隧道围岩应力及岩块与节理破坏情况的影响。在模型隧道拱顶沉降达到最终位移(当拱顶沉降速率小于等于0.2 mm/d)的70%、75%、80%、85%、90%、95%、100%时进行变形初支更换，对重新平衡时隧道周围应力分布、岩块破坏量和节理破坏面积进行了统计。结果表明，拱顶沉降达到最终位移的90%时围岩应力与100%时基本相同；90%时换拱后重新达到稳定时节理破坏面积比在100%时换拱小，围岩应力与岩块破坏量与100%时基本相同，因此隧道大变形处治可以在围岩达到最终位移值前的一定范围时进行。研究结果不仅可以提高大变形处治过程的安全性，而且可以大大减少处治时间，具有重要的研究及施工参考价值。

针对深井沿空留巷充填体常向巷道空间发生移动，分析深井复合顶板条件下充填体水平位移特征，计算顶底板对充填体的摩擦力和基于弹性地基梁理论下的采空区冒落矸石对充填体的水平挤压力。基于淮南矿区顾桥矿1115（1）工作面轨道顺槽典型深井复合顶板条件下沿空留巷工程地质条件，建立充填体力学计算模型，得到深井复合顶板条件下沿空留巷充填体内移表达式。结果表明，（1）由于复合顶板裂隙发育，垮落后具有较好的流动性，在关键块旋转下沉过程中容易对充填体产生水平挤压力，且复合顶板能够较大程度吸收关键块旋转下沉施加的给定变形，底板不易插底，充填体更易发生内移；（2）理论计算充填体位移量为0.38 m，实测位移量为0.5 m，二者能够吻合，验证了研究成果的正确性。根据充填体内移特点，提出抗剪锚杆等措施增加充填体和顶底板摩擦因数和在靠近充填体的采空区侧设置隔离桩的控制技术。

在反倾层状边坡的破坏机制和稳定性分析方面，由于其稳定性一般较好，系统深入地研究其破坏机制和稳定性的反而不多。以火山岩地层多次火山喷发旋回形成的缓倾角反倾似层状岩质边坡为研究对象，利用有限元分析其位移矢量图，揭示边坡的变形破坏机制和稳定性控制要素，利用极限平衡法、矢量和法，评价其稳定性，利用强度折减法分析塑性区的扩展规律，揭示滑动面发展的时间空间规律，结果表明，（1）类似层状反倾岩质边坡的潜在破坏模式为剪切–张拉破坏，滑面形态表现为近似折线状：顺坡向穿过凝灰岩夹层和强风化岩体，后缘通过陡倾结构面；（2）极限平衡法、矢量和法的边坡稳定性综合评价表明边坡浅层稳定性不满足工程稳定性要求，深层稳定性满足工程稳定性要求，且三维矢量和安全系数大于二维结果，是三维效应造成；（3）塑性区扩展揭示滑面的空间发展序列为滑面4、5、3。文中的技术路线和分析方案可用于缓倾角反倾层状岩质边坡稳定性评价。

分析北斗高精度定位技术应用在机场高填方工程变形监测中的优势与可行性，设计了基于北斗卫星定位的高填方机场变形监测系统。该系统中通过载波相位差分技术实现了北斗高精度定位，通过4G无线网络传输数据，将机场变形监测数据传输到云服务器，实现了远程自动测量。通过太阳能板和蓄电池，实现了稳定供电。为确定监测设备每天测量时长，设计试验分析北斗竖向测量精度与定位时长的关系。试验结果表明，每天定位时长为60 min的情况下北斗静态相对定位垂直方向精度优于3.6 mm，可以满足机场高填方变形监测的需求，且监测时长继续增加时精度提高不明显。通过定时开关设置在机场布置的监测设备每天工作70 min。

分析金属矿山地下采矿引起的地表变形规律，可为地表变形扩展范围的预测与矿山安全生产提供指导。以程潮铁矿为例，对地下采矿情况的调查以及地表GPS、水准和三维激光扫描数据分析，探讨采空区周界变化与移动线和陷落线对应关系，采矿推进与沉降漏斗扩展之间关系，采矿推进与采空区上方及周边测点的变形规律。其结果表明，从2006−2017年间，随着西区–325、–342.5、–358、–375.5、–393 m水平采空区向不断向东移动，西区移动线和陷落线的扩展主要集中在西区东北部，东部和东南部；沉降漏斗东部有新的漏斗中心发育，沉降漏斗曲线逐渐呈2个漏斗中心的特点。采空区正上方测点变形受地下采矿推进直接控制，当开采测点正下方的矿体时测点变形会明显加速，而采空区周边测点，变形加速则受多种因素影响，并基于监测结果，分析了采空区上覆岩体崩落，通过建立采空区周边岩体力学模型，解释了测点变形规律，所得成果可为其他类似金属矿山提供参考。

复合式衬砌结构中衬砌分担围岩压力的评价方法是隧道工程技术的重要研究课题之一。依托某新建铁路隧道工程，提出了一种基于监测位移反分析评价围岩和支护应力，进而计算初期支护和衬砌背后压力的方法。根据监测位移和衬砌施作时间，确定初期支护的已发生变形和剩余变形。通过有限元反分析求出与已发生变形和剩余变形相对应的围岩和支护应力，得到初期支护和衬砌背后压力。对比初期支护背后压力及衬砌背后压力的现场监测和反分析的计算结果，两者比较一致，说明了该方法的可行性。该新建隧道初期支护闭合95 d后施作衬砌，计算得到衬砌背后压力约0.04～0.06 MPa，衬砌分担围岩压力比例约13%～16%。研究成果对复合式衬砌结构的设计具有一定的参考意义。

基于p-y曲线（p为土水平抗力，y为侧向位移）的基坑围护结构计算方法虽然考虑了基坑内侧土体可能进入塑性状态的实际情况，但未考虑内支撑架设时围护墙已发生一定侧向位移、内支撑是在围护墙已发生初始位移后才开始工作的工程实际。针对上述不足，提出一种基于p-y曲线的、考虑内支撑架设时支撑处围护墙初始位移的基坑围护结构计算模型，建立了围护墙侧向位移计算的有限差分方程和方法，通过工程实例验证了方法的合理性。理论分析与工程实例计算结果均表明，文中提出的基于p-y曲线的基坑围护结构计算方法是合理的。

在垃圾填埋场混合填埋污泥是污泥处置途径之一。针对混合填埋体的干密度参数对填埋场的强度和稳定性有重要影响，开展了不同击实功和不同污泥添加量条件下混合填埋体的击实试验，研究压实特性。结果表明，在不同击实功和不同污泥添加量条件下混合填埋体相比垃圾的干密度增加了2.74%～32.50%，改善了垃圾的压实特性；混合填埋体的干密度随着击实功的增加而增大，可以用一个双曲线模型描述。对模型参数的物理意义进行分析，讨论模型参数的变化规律，给出模型参数的取值范围， 值在0.373～0.750之间， 值在1.958～2.158之间；混合填埋体的干密度随着污泥添加量的增加而增加，满足对数模型。讨论模型参数的变化规律，给出模型参数的取值范围，b值在0.331～0.776之间，c值在0.052～0.164之间。综合运用两个模型可以预测混合填埋体的干密度参数，减少试验的工作量，为填埋场的设计分析提供理论依据。分析混合填埋体击实评价方法及机理，提出依据混合填埋体干密度的变化趋势判断是否击实。

为探究高路堤、深路堑边坡锚固系统耐久性以及锚固效果，研制了一种内外双锚固段新型锚索，从其结构设计、结构特点及锚固机理入手，分析其受力模式与计算方法，并通过室内足尺模型试验分析双锚固段新型锚索锚固效果，试验结果表明，（1）外锚固段有效的起到了双重锚固作用；（2）双锚固段锚索系统能有效避免因锚索失效导致的预应力损失；（3）整个锚固系统能实现反向自锁功能，与传统的锚索比，安全可靠性更高，能有效避免因锚索破坏突发灾难性的安全事故，长期性价比高；（4）工程实例验证石炭系岩关组砂岩、泥岩及深灰色灰岩呈互层地层外固段长度不少于8 m，才能有效地避免外锚头失效自由段预应力不损失。试验结果对正确分析双锚固段新型锚索加固作用机制和工程设计应用具有一定的参考价值。

泥水平衡盾构开挖过程中常遇到盾构顶推力难以确定且波动复杂的问题。针对该问题，对盾构推进过程中所受阻力进行系统的分析，确定了阻力的组成部分和计算方法，改进了盾壳与周围土体间摩擦力的计算公式。分析泥水平衡盾构推进系统的组成和工作原理，基于盾构推力的静力学模型建立了单自由度动力学模型，根据能量守恒原理建立了系统的平衡微分方程，推导出盾构推力的非线性动力学公式。基于上述公式，分析了盾构推力的变化趋势和波动规律，确定了液压油缸的最佳行程距离。通过与武汉地铁8号线越江隧道长江穿越段盾构顶进推力的实测数据对比分析，验证了提出公式能够正确计算管片衬砌所受的动态顶推载荷，对衬砌结构内力分析具有重要意义。

Hoek-Brown强度准则的屈服面与塑性势面在棱角处导数无定义，具有数值奇异性，采用圆角进行光滑过渡只能满足一阶导数连续性，而二阶导数仍然无定义，使得棱边上一致切线模量矩阵无法正确计算，导致有限元总体平衡方程组Newton-Raphson隐式迭代二阶收敛性丧失。提出基于C2阶连续函数的广义Hoek-Brown准则屈服面与塑性势面棱角圆化方法，使得棱角处函数曲面二阶连续可导，棱边上一致切线模量矩阵可精确计算。基于ABAQUS数值开发平台，采用FORTRAN语言编制Hoek-Brown准则理想弹塑性UMAT用户子程序，通过数值算例验证所提方法的正确性。

基于数值流形法（NMM）进行三维裂纹扩展分析研究，编写了相应的C++程序。充分发挥数值流形法在非连续变形分析领域的优势，不需要扩展有限元中的水平集和阶跃函数概念，应用数值流形法计算结果分析裂纹尖端线的破坏状况，对已有的非局部求迹法和三角形推进法进行简化和扩展，提出一种简化算法确定最终的新裂纹扩展面。应用简化算法对水平钱币型裂纹扩展问题进行数值模拟和对比分析研究。计算结果表明，基于数值流形法的三维裂纹扩展算法是可行的，采用简化处理之后，克服原有算法的不足，大大减少了新裂纹尖端线和新裂纹面的数目，降低了计算网格对新裂纹面的影响，提高了计算效率和扩大了应用范围。

将各向异性岩体中任意形状隧洞的位移解析解与智能算法——差分进化法（DE）结合，研究横观各向同性岩体中在各向异性面上开挖马蹄形隧洞的位移反分析问题，获得关于参数灵敏度、参数可惟一辨识性和测线布置方案的有关结论。计算发现，通过DE算法可获得很高精度的参数辨识结果；参数的可惟一辨识性不仅与灵敏度有关，还与具体的参数组合形式有关，在给定竖向地应力和各向同性面角度的情况下最多可以高精度惟一辨识5个参数；当待辨识参数的个数大于等于4时会产生不可完全高精度惟一辨识的参数组合，当待辨识参数的个数小于等于3时，任意的参数组合形式均可以被高精度惟一辨识。

以有限差分法(FDM)为计算框架，利用Weibull分布描述细观单元弹性模量和单轴抗压强度的分布特征，采用弹塑性应变软化本构模型描述细观单元的力学响应，进而建立一种模拟非均匀岩石介质破裂的数值模型。采用该数值模型探讨了单轴压缩时细观均质度m及细观结构对数值试样宏观特性的影响。结果表明，（1）随着细观均质度提高，数值模型的非线性特征逐渐减弱，脆性逐渐增强；宏观峰值强度及弹性模量逐渐增大，峰值强度与lnm呈线性关系，而弹性模量与1/m为线性关系；数值试样表现出由塑性流动破坏至剪切破坏进而为张拉破坏的破坏模式；（2）当细观均质度一定时，细观结构或细观单元空间排列是决定岩石力学行为波动性的主要因素；应力–应变曲线峰前阶段对细观单元的空间排列不敏感，但峰值强度附近及峰后阶段对细观单元的空间排列比较敏感。

泥石流是一个世界范围的地质灾害问题，多年来受到广泛而深入的研究。大多数工作致力于分离地研究岩土材料破坏前的失稳机制和失稳后的快速流动扩展。尝试以一种连续方法模拟完整的泥石流过程，仅用一个本构模型描述泥石流的起始、扩展和停滞。首先讨论了重力增大和基质吸力降低诱发泥石流的力学机制，描述了泥石流过程中岩土材料力学性质的弹塑性–黏性转变现象，对泥石流进行了黏弹塑性的全程模拟，并对挡土墙的冲击效应进行了启发性研究，证明了研究中所使用的本构模型可以准确地描述岩土材料的固流转化现象，数值方法可以很好地对均质连续介质进行大位移模拟。

基于Hansob渗流理论和Merchant流变模型，将微分型流变方程耦合到一维固结理论中，建立了循环荷载作用下双变量表述的软黏土一维流变固结耦合方程组。采用FlexPDE软件对方程组进行了求解，通过与已有文献结果对比，验证了算法的可靠性，在该基础上研究了循环荷载作用下饱和软黏土的一维流变固结特性，分析了Hansob渗流参数、Merchant流变模型参数以及循环荷载类型对饱和软黏土固结特性的影响。研究结果表明，按超孔压定义的平均固结度 和按变形定义的平均固结度 均呈现循环变化特征，且 > ；当循环周次较大时， 进行稳定循环状态，由于流变效应， 峰值仍呈逐渐增大趋势；随着Hansob渗流参数 和 的逐渐增大，地基固结速率逐渐降低，同一循环周次内 、 的峰值也随之降低；随着流变参数F的逐渐增大，同一循环周次内 的峰值逐渐降低， 的峰值显著提高；随着 的逐渐增大，同一循环周次内 、 的峰值逐渐降低。循环荷载作用下地基的平均固结度始终处于循环状态，无法达到固结完成状态，其最大平均固结度也远小于线性荷载的情况。

采用三维有限差分软件FLAC3D对地下连续墙施工进行模拟，分析苏州地区粉土地层中地连墙施工对土体扰动及周边建筑物影响。利用UBCSAND硬化规律对外部扰动作用下土体强度逐步发挥的力学特性进行表征，模拟开挖过程中浅层土体变形，并对地连墙施工中成槽开挖、钢筋混凝土施工及混凝土硬化进行全过程模拟。计算结果表明，硬化模型较好地反映地连墙施工扰动下浅层土体力学特性；地连墙成槽阶段地层变形随深度的增加而减小，地表以下20 m范围内地层变形显著，而深部土体变形较小；钢筋混凝土浇筑施工对地层变形起到抑制作用；混凝土硬化阶段地层变形趋于稳定。在该基础上采用硬化模型对苏州某基坑地连墙施工进行数值仿真，模拟结果和现场实测吻合较好。

为准确地测量岩石试样在不同围压作用下的拉伸强度与变形特性，对用于岩石三轴压缩试验的MTS815材料试验机为主体设备进行了一系列技术改造，一方面设计加工了一套试验机活塞与三轴室的随动连锁装置，使原本只能提供压缩载荷的MTS815试验机也能精确提供轴向拉伸荷载；另一方面设计开发一种多自由度岩石试样三轴拉伸夹具，解决岩石等脆性材料在拉伸过程中难以始终保持对中的技术难题。提出一套完整的测试技术方法，能实现0～140 MPa围压范围内各种岩石试件的复杂三轴直接拉伸测试研究，利用研发的配套装置与测试方法对页岩试样进行了三轴拉伸试验。结果表明，试验装置和试验方法完全能够进行不同围压条件下的岩石三轴拉伸试验，得到相应的三轴拉伸试验曲线；页岩在低围压和高围压下呈现不同的破坏特征和破坏形式，低围压下依然呈现脆性特征，高围压下则是由脆性向塑性转换。

目前应用电磁波CT技术进行溶洞探测时对于溶洞形态和填充状态的解释与判断尚缺乏成熟的理论依据。在FDTD(时域有限差分法）基础上，采用Matlab软件编程建立CT技术探测溶洞模型，在模型边界处特意设置PML完全匹配层和PEC完善导体。模拟分析和实验探测结果表明，（1）电磁波穿过溶洞时在溶洞边界处发生折射现象，溶洞内部发生反射、绕射和障碍增益现象，且电磁波能量的衰减主要由折射现象产生；（2）当溶洞内充填物有水存在时，因反射现象使一部分电磁波滞留在溶洞内部，该部分电磁波在溶洞内部不断发生反复的反射和绕射现象；（3）经过溶洞后电磁波波形的扰动主要由反射现象及滞留在溶洞内部电磁波造成；（4）当溶洞对电磁波吸收系数发生改变时需综合考虑填充物种类及地层含水率等因素的影响。最后应用模拟结果对实际工程试验层析成像数据进行了判断和解释，将所得判定结果与勘察资料进行对比，二者基本吻合。验证了模拟结果的准确性和应用电磁波CT技术探测溶洞的可行性，可为今后层析成像的结果解释和判断提供借鉴和理论依据。