鉴于非饱和土的复杂性，经典的3相模型过于简单，不利于分析相间相互作用及正确定义土中应力。将非饱和土视为一种特殊结构，并细分为6相，定义了其承载结构——广义土结构，进而分析了饱和土与非饱和土的主要差异：承载结构和孔隙流体均不同。基于承载结构的共性，提出了一套定性描述土体结构特点的指标——广义结构性，其普遍适用于描述不同土的承载结构特点。结合实际现象，分析了各指标的合理性，指出湿陷的本质是广义土结构的弱化。此后，分析了两种代表性相间相互作用，揭示了中性应力的物理意义，并合理定义了吸应力，最终明确了土骨架总应力就是“有效应力”。

形状不规则的钙质土在剪切应力作用下土颗粒之间存在咬合作用，从而使抗剪强度显著提高。为研究钙质土颗粒的咬合作用机制，针对不同粒径的钙质土开展三轴固结不排水和固结排水试验，并对颗粒形状进行了分析，揭示了钙质土咬合力的形成机制和表现形式。研究表明：①不规则的颗粒形状是钙质土产生咬合力的前提条件；②在不同粒径的钙质土中，因不同形状颗粒的含量存在差异导致咬合力大小也不同；③咬合力大小受应力水平影响较为明显，在低围压下咬合作用导致剪胀而提高内摩擦角；在高围压下咬合作用克服颗粒强度做功，造成颗粒破碎，提高黏聚力值而降低有效内摩擦角。钙质土颗粒之间的咬合对强度有明显增强作用，在工程设计中应充分考虑咬合力的影响。

针对某原型工程采用的新型气泡轻质填土路基，通过室内相似模型试验和UDEC数值模拟相结合分析的手段，研究该气泡轻质土路基在受载-破坏过程中的变形特征和受力破坏机制，得到了该过程中路基内部的应变变化、应力分布以及沉降变形规律等数据。研究表明：该种气泡轻质土路基在受载-破坏过程中，内部老路基首先发生变形，当荷载达到175 kPa后，中层左侧轻质土路基内部最先发生塑性变形直至破坏；轻质土路基与老路基交接处易受老路基沉降变形与轻质土路基破坏变形的共同作用而产生弯剪破坏裂缝，最终导致路基失稳；该气泡轻质土路基受载-破坏模式是一个由内而外的从弹性变形到塑性屈服，最终发生弯剪破坏的过程，即先局部破坏再整体失稳；纵向上老路基的应力传递比轻质土路基小；一定荷载范围（小于100 kPa）内，路基变形程度与路基深度成反比。

筒型基础的沉放是一项关键施工过程，沉放时土体在施工负压下产生渗流场，而渗流对基础筒壁的侧摩阻力和端阻力产生影响，导致沉贯阻力难以预测。针对这一问题，首先应用试验和数值模拟的方法，对筒型基础沉贯过程中的渗流特性进行分析，揭示筒壁两侧及筒端土体超孔隙水压力的分布；然后将分析结果应用于沉贯阻力的推导中，并对推导的公式进行验证。研究表明：筒型基础沉贯过程中，筒壁两侧土体的超孔隙水压力沿筒壁深度几乎呈线性变化，在接近筒端时出现非线性变化；不同的沉贯深度下，渗流对沉贯阻力的影响不同，随着沉贯深度的增加，减小的阻力占总沉贯阻力的比值越来越大；通过推导的理论公式计算的试验模型和实际工程的沉贯负压理论计算值与实测值吻合较好。

利用解析层元法推导温度荷载作用下非稳态热传导时层状路面体系的温度响应解答。从热弹性理论平面应变问题的控制方程出发，借助于Laplace-Fourier积分变换，推导出单层介质及下卧半平面的精确刚度矩阵即解析层元，结合有限层法原理及边界条件，组装并求解总刚度矩阵，得到其在变换域内的解答，最后通过相应的积分逆变换得到物理域内的真实解。由于该法刚度矩阵元素中不含正指数项，计算时不会出现溢出或病态矩阵的现象。编译了相应的计算程序，所得结果与有限元模拟结果吻合较好。在此基础上，对有限深度和半平面两种假定条件下的解答进行对比分析，并分析层状路面体系中位移和温度随时间的变化趋势及沿深度的分布规律。分析表明：温度场具有一定的影响深度，超过此深度，有限深度与半平面理论解答基本一致；温度荷载的影响深度与其强度有关，强度越大，其影响深度越深。

超细尾砂已成为充填材料的主要来源。为了便于充填料浆配合比设计与强度预测，基于超细料浆微观结构，提出用固体填充率表征充填料浆结构密实程度。选用某矿山超细尾砂进行了63组配合比强度试验。研究结果表明：固体填充率和水灰比与充填体无侧限强度分别呈指数函数和负幂函数关系。采用Pearson理论对试验样本进行相关性分析，结果表明：固体填充率与水灰比相互独立。在此基础上，建立了超细尾砂胶结充填体双变量强度计算模型，模型计算值与试验值的误差在7%以内。进行了超细尾砂胶结体强度随养护时间增长的试验，基于试验数据拟合规律，提出了强度龄期数学模型，建立了三变量强度计算公式。模型能准确预测矿山充填体强度，且能有效指导矿山充填料浆设计。

针对隧道突水灾害防治对注浆材料的特殊要求，在水泥浆中加入外掺剂改善其力学特性与抗冲刷特性。通过测试不同水灰比、纤维掺量、硅灰掺量下水泥石的抗压与抗折强度，得出各水灰比下的强度最佳配合比，并测试最佳配合比下浆液的流动性与抗冲刷特性。试验发现，纤维与硅灰的掺入能够显著提高水泥石的强度，且对浆液的流动度影响不大；低流速下纤维硅灰水泥浆的抗冲刷特性较纯水泥浆改善显著，但流速较高时其抗冲刷特性仍较差。基于此，在纤维硅灰水泥浆中再掺入可再分散性乳胶粉进一步改善浆液抗冲刷特性。试验结果表明，可再分散性乳胶粉能明显改善浆液抗冲刷特性，即使在较高流速（0.6 m/s）下，其浆液留存率仍达到60%以上。研究结果为隧道突水灾害防治与动水注浆浆液选择提供了参考。

岩溶隧址区强致灾性承压隐伏溶洞较为发育，为研究隧道开挖诱发隔水岩体破裂突水致灾机制，以利川至万州高速公路齐岳山隧道为工程背景，研制了流固耦合相似材料，提出了承压溶洞制备新工艺，自主研发了大型隧道突水灾变演化模拟试验系统。针对隧道开挖方式与溶洞发育尺寸，开展了多种工况下隐伏溶洞突水灾变演化过程模拟试验，研究结果表明：隧道施工过程突水灾害是爆破施工扰动与承压含水溶洞渗透破坏双重作用的结果；受爆破开挖扰动影响，隔水岩体内部裂隙发育密集，重点监测区域累计位移高出人工钻凿开挖27%，应力释放率达23.5%，稳定渗透压力仅为初始压力的36.7%，外加水压加载至40 kPa约15 min后最先突水；相同水压加载条件下，溶洞尺寸越大对隔水岩体渗流场、位移场、应力场的影响越大，位移释放率越大、渗透压力整体水平越低，最终在应力和渗流作用下优势导水通道形成并扩展率先发生突水；承压型隐伏溶洞突水灾变演化过程经历了群裂隙的萌生扩展、优势导水通道的形成、隔水岩体破裂失稳3个阶段。试验结果对隧道突水机制的研究和灾害防治具有一定的指导意义。

修建大坝、隧洞等工程活动必将对其周围岩体产生扰动，导致赋存于岩体裂隙中的水产生附加水压，从而使岩体在扰动荷载和裂隙水压作用下沿裂隙面失稳扩展。首先基于夹杂理论，推导出扰动荷载所引起的裂隙附加水压的解析式，并应用数值分析进行验证，然后分析裂隙附加水压随岩石力学性质、裂隙形状以及裂隙倾角的变化规律。其次，应用岩石压剪断裂准则，推导出考虑裂隙附加水压的岩体断裂强度解析式。最后结合算例，进一步探讨了裂隙附加水压对岩体断裂强度的影响规律。结果表明，裂隙附加水压降低了岩体断裂强度，增大了岩体发生断裂破坏的倾角范围，使岩体更易于沿裂隙面发生水力劈裂失稳破坏；另外，岩石弹性模量、裂隙形状因子以及裂隙倾角对裂隙附加水压有显著影响，岩体断裂强度随岩石弹性模量和裂隙形状因子的增大而增大，且随裂隙倾角的增大，其增大的趋势更加明显。

随着地下工程开挖深度的增加，深部岩体将处于高应力和复杂的地质环境中，产生与浅埋洞室破坏模式迥异的分区破裂现象。深部洞室在动力卸荷作用下，基于应变梯度理论和损伤软化模型，建立了弹塑性损伤软化动力模型，推导了含有应变梯度项的运动方程、平衡方程和边界条件，提出相应的破坏判据，采用Runge-Kutta方法和Matlab数值软件求得不同卸载时刻围岩附加位移场、应力场和开挖后围岩总位移场、应力场，得到深部洞室围岩分区破裂的动态形成过程和发展规律。由理论计算值与地质力学模型试验实测值对比分析得知，围岩的径向位移、径向应力和切向应力出现波峰和波谷交替振荡的变化规律，理论计算得到的破裂区和非破裂区的宽度和数量与试验实测值有很好的一致性，证实了该模型分析分区破裂现象的适用性，对以后深部地下工程围岩变形破坏和支护设计提供理论支持。

海底泥流是海底斜坡发生失稳滑动后，经复杂的水土交换作用演变成的稀式海底滑坡体，表现出土体和流体的双重特征，而现有的测试方法难以获得低剪切应变率下连续变化的强度值，不能很好地揭示其综合强度特性。利用新型全流动贯入仪和RST流变仪，对模拟海底泥流在不同剪切应变率下的流变和强度特性进行了多组试验研究，并基于试验结果分析了不排水剪切强度、屈服应力和表观黏度与含水率的相关性。基于剪切稀化理论，提出分阶段拟合模式来描述海底泥流从低剪切应变率到中高剪切应变率的流变关系；通过多种常规流变模式拟合结果的对比分析，显示出新流变模式的适用性和优势。考虑强度软化的影响，建立了全剪切应变率范围内海底泥流的不排水剪切强度模型，为海底泥流运动过程的数值模拟和灾害评价提供科学依据。

钙质砂作为南海岛礁填筑常用的岩土材料，其渗透性很大程度上决定着填筑后土体的固结和沉降。拖曳力系数是表达流体对土体颗粒表面力的参数，也是表征颗粒状土体渗透能力的一个重要参数，目前国内外对钙质砂拖曳力系数的研究十分有限。首先引入一个修正的三维参数 对钙质砂这种天然非规则颗粒材料的形状进行定量描述，然后开展一系列单个钙质砂颗粒在液体中沉降试验，利用高速相机记录颗粒沉降过程，结合图像处理技术获得颗粒沉降平衡速度Ut，进而计算出拖曳力系数CD和雷诺数Re，最后拟合出包含CD、Re及 三个参数的钙质砂拖曳力系数半经验模型。结果发现，在相同雷诺数条件下钙质砂的形状系数 越大，拖曳力系数越小。通过与其他研究结果对比发现，其表面微孔隙越发育，拖曳力系数越小的规律。该模型能够考虑不规则颗粒形状对拖曳力系数的影响，从而提高对土体渗透性预测的精度，对南海岛礁填筑工程中钙质砂固结和沉降的计算也具有重要意义。

大量实测地质资料与防治水实践证实，深部煤层开采底板含水层存在大量的局部高承压水区域，在强开采扰动下极易诱发底板突水灾害。基于“下三带”、“关键层”理论，将局部高承压水与底板隔水关键层简化为圆筒力学模型，分析研究隔水关键层在局部高承压水作用下的屈服破坏机制，得到了隔水关键层发生屈服的4个临界水压值公式；对各临界水压值进行区间划分，分析不同区间隔水关键层的屈服状态，确定了局部高承压水致使隔水关键层屈服破坏两个阶段的水压判据平衡方程，得出了奥陶系顶部岩层作为隔水关键层剩余隔水能力的计算表达式，并反演得到了开采深度上限、下限公式。结合九龙矿深部开采实际，对所建力学模型进行了验证与应用，进而提出了防止局部高承压水致灾的相关措施，对实现深部煤层安全带压开采具有重要的理论指导意义。

黄土是一种典型的具有结构强度的欠压密土，其特殊的结构性会使黄土的压缩曲线出现类似超固结土的明显转折点（对应的压力称为结构压缩屈服应力）。为分析黄土的初始结构性对其压缩屈服的影响，对6个场地的黄土进行了侧限压缩试验及单轴抗压强度试验，分别得到了各个场地不同含水率黄土的压缩屈服应力和构度指标。研究表明：黄土的构度指标与压缩屈服应力均随含水率的增大而减小，同时随含水率的增大，构度变化幅度小的黄土，其压缩屈服应力变化幅度也小；沉积时代相同的黄土，构度越大，其压缩屈服应力越大，两者呈线性关系；黄土的沉积时代不同，其构度与压缩屈服应力的线性关系就不同。分别给出了Q3、Q2黄土的构度与压缩屈服应力的线性关系式，并通过实例初步验证了此线性关系的适用性，为以构度为桥梁，利用简便易得的物理指标计算压缩屈服应力提供了一种途径。

泥石流拦砂坝底的扬压力会抵消坝体的部分有效荷重，影响其抗倾覆稳定性。为了研究拦砂坝底扬压力的分布规律及其影响因素，设计制作了拦砂坝模型和扬压力采集系统，开展了不同沟床坡度和不同坝前堆积条件下的扬压力模拟试验。试验结果表明，扬压力自坝踵至坝趾不断减小，且与渗流距离呈线性关系，当坝前有堆积物时相关系数绝对值达到0.98以上；沟床坡度明显影响坝底扬压力的分布。随着沟床坡度的增加，扬压力不断减小，且对坝踵处扬压力的影响较坝趾处更大；坝底和坝前堆积物的渗透性对扬压力的影响也很显著，它们的渗透性越差，扬压力就越小；坝前堆积物的渗透性还显著影响扬压力的分布规律，渗透性越差，其分布规律性就越强。研究成果为深入研究泥石流拦砂坝底扬压力的作用过程和作用机制奠定了基础。

冻土的强度随围压的增加呈先增大后减小的趋势，通过修正子午面内q-p曲线的斜率M*来探讨冻土强度变化规律。基于摩尔圆和包络线定理，推导了冻土内摩擦角随平均正应力的变化规律。假定偏应力的大小采用Mohr-Coulomb和Von-Mises强度准则的组合形式表示，将内摩擦角引入到偏平面中获得了偏平面内的强度准则。在不同温度（-6、-10、-15 ℃）和0.3～15.0 MPa围压下对冻结粉土进行了一系列低温三轴压缩试验，根据试验结果确定了子午面和偏平面的相关强度参数。结果表明：（1）子午面内的强度准则能较好模拟冻土在低围压下的强化效应和高围压下的弱化效应；（2）内摩擦角随平均正应力增大呈先增大后减小的趋势；（3）随控制参数s的增加，在偏平面内偏应力由Mohr-Coulomb包络线逐渐向Von-Mises包络线转化，其形状大小与极限强度值呈一一对应关系。最后通过试验结果与已有的强度准则对比表明：修正的强度准则具有一定的适用性。

目前深基坑桩锚支护结构的研究已引起学者的高度关注，支护结构与土体之间协同工作的研究仍然是一个亟待深入研究的课题。以桩锚支护结构与土体相互作用体系为研究对象，考虑桩后土抗力与锚杆拉力共同作用，建立静力平衡方程，在前人总结的桩锚变形协调条件的基础上，对其进行改进，并与变形协调条件的其他3种算法对比。结果表明，改进的方法更能反映桩锚支护结构受力变形的实际情况，由此算得的锚杆设计拉力较其他方法算得的锚杆设计拉力偏大，这是因为克服了前述方法中忽略锚杆倾角、增大了锚杆的伸长量以及未考虑桩锚实际受力状态的缺点。结合工程实例，应用FLAC3D模拟的桩身内力与改进方法算得的桩身内力基本吻合，说明改进方法的优越性。

为了探究渗透压-应力耦合作用下页岩的渗透性，选用岩石伺服三轴试验系统，在不同渗透压差和围压条件下对页岩进行全应力、应变渗透性试验。分析页岩不同变形阶段与渗透率的关系，探讨页岩破坏过程中形成的局部压缩带与渗透性的关联性。试验结果表明：相同渗透压差、不同围压下，初始渗透率随着围压增大而呈不同程度的减小，峰值强度随着围压增加而增大；相同围压、不同渗透压差下，试样渗透率随着渗透压差增加而呈不同程度的增大，但是峰值强度有一定程度的降低；试验结果表明，页岩出现了局部压缩带的现象，压缩带的出现对渗透率增加有着抑制的作用，它的出现并不是页岩脆-延转换临界点出现的特征，而是孔裂隙萌生、扩展并开始软化的标志性特征；页岩试样在高围压条件下出现硬化现象，在低围压条件下的页岩试样内部孔裂隙渗流网络的形成早于高围压下硬化的页岩试样，破坏模式以高角度剪切破坏为主。研究页岩不同应力环境下的渗透性，对揭示页岩气开发过程中页岩的渗流机制具有实际意义。

基于岩石裂隙渗流传热试验系统，以蒸馏水为换热工质，针对预制平滑裂隙与粗糙裂隙的花岗岩岩样，开展不同试验温度与水流条件下的单裂隙对流换热特性试验研究。试验结果表明：①同一温度水平下，对流换热系数的量值与流量呈正相关关系，但对流换热系数的增幅大于流量的增幅，随岩石基质温度的升高，相同流量水平下的对流换热系数呈增大趋势；②与平滑裂隙试验结果相比，粗糙裂隙面的对流换热强度有所提高，但增幅不大；③沿渗流路径，裂隙面局部对流换热强度的演化呈现多波峰的非线性特征，其中粗糙裂隙的非线性更加强烈。但二者均存在由进水口至出水口，换热强度逐渐减弱的特征。④努塞尔数与普朗特数1/3次方的商与雷诺数较好地满足幂指数关系，随着试验温度的升高，这种关系逐渐向线性转变。

针对地铁竖向振动在成层地基中的传播，提出了移动荷载作用下层状地基的分析模型。基于该模型，利用狄拉克函数及三重傅里叶变换将时空域内单个移动简谐荷载转换为频率-波数域内的荷载，结合薄层法和移动坐标系法推导了单个移动简谐荷载和移动简谐线荷载作用下三维层状地基动力响应的解析解，并给出了移动简谐线荷载动力响应解析解中参数n的经验取值范围；分析了荷载的移动速度对层状地基动力响应的影响以及弹性模量、泊松比、阻尼比和荷载频率对土体临界速度的影响。结果表明：荷载的移动速度对不同频带的动力响应的影响范围不同；移动速度对低频响应的影响程度大于对高频响应的影响程度；相比于泊松比和阻尼比，弹性模量对土体临界速度的影响最大；频率越接近荷载振动频率的振动响应，其幅值越大，临界速度越小。

开展了张紧式吸力锚在侧壁最优系泊点处遭受平均荷载和循环荷载共同作用下的模型试验，着重研究了软黏土中吸力锚在等幅及变幅循环荷载下的变形失稳过程。研究发现，循环累积位移过大是锚发生破坏的主要原因。对于等幅循环加载试验，由于竖向附加荷重的施加，锚在水平向的循环累积位移要明显大于竖向，表现为明显的水平破坏模式。在特定的平均荷载水平下，循环荷载水平越高，锚的累积位移发展得越快，达到破坏所需的循环次数就越少。循环位移随循环次数的增长变化不明显，但随循环荷载水平的增大而增大。对于变幅循环加载试验，系泊点各方向的循环累积位移与循环位移均与循环荷载水平成正比。不同的循环加载时程下，锚的竖向累积位移均比水平累积位移大，表现为偏向于竖向破坏的中间破坏模式。锚前期的循环加载历史对后续加载产生的累积变形有明显影响。与静力加载相比，循环加载时锚的运动方向角有所增大，这可能是由于锚底孔压的累积要大于锚侧孔压的累积，从有效应力的角度分析，锚底有效应力的减少相对锚侧明显，进而使得锚竖向承载力减小得更多，导致锚的竖向运动更明显。

岩体粗糙裂隙非线性渗透特性是岩体渗流研究的重要课题。针对Javadi所提T模型中亚裂隙中速度恒定这一假设的不足，将其修正为速度与开度成正比的经验关系，考虑黏性压降和局部压降，提出了新的低速下粗糙裂隙非线性渗流模型（MT模型）。为了验证MT模型的正确性，对5种不同粗糙裂隙进行了低流量的饱和渗流试验，将现有模型及MT模型的预测值与试验结果进行对比，分析表明MT模型与试验结果更为吻合，且模型适用于粗糙性系数JRC≤10的低粗糙度裂隙，雷诺数小于1 000的低流速情况。对MT模型进行分析，初步揭露了粗糙裂隙的非线性渗流机制，即小雷诺数下的Darcy流和大雷诺数下的Forchheimer流，并用临界雷诺数区分两种流动行为。分析了裂隙的粗糙度和开度对非线性渗流特性的影响，表明裂隙越粗糙或开度越小，则临界雷诺数越小，非线性作用将越强。提出了临界雷诺数与水力开度和绝对粗糙度的经验关系式，同时指出该关系式适用于JRC≤10的低粗糙度裂隙。

针对无黏性土体，采用模型试验的方法，研究平移模式下刚性挡土墙后被动破坏滑裂面的空间形态。自主设计一种模型试验装置，重复开展6次试验，通过记录挡土墙后土体中预埋脆性玻璃条断裂的空间坐标，复原土体发生滑动的位置，绘制出挡土墙后滑裂面的三维形态图。试验结果表明：挡土墙后滑裂面具有明显的三维效应；挡土墙宽度内滑裂面纵向高度呈先缓慢增高后近似直线增高的曲面，初始破裂角度为9°，平均破裂角为26°，朗肯土压力理论的破裂角为28°；最大纵向破裂面长度为1.8倍挡土墙高度，与经典土压力理论的平面假定基本一致；滑裂面均有一定的横向扩展，主平面投影以初始扩散角约45°的斜线往外扩展，距离挡土墙最远处是宽度为0.7倍挡土墙宽度的水平线，斜线与水平线之间以半径为挡土墙宽度的圆弧过渡连接。研究结果为分析土体被动破坏的滑裂面空间形态提供了试验依据。

对土石坝心墙掺砾黏土开展模拟心墙单元小主应力方向加载的真三轴试验，首先对试样进行不同围压条件下等向固结，然后保持小主应力恒定，通过调整大主应力和中主应力，以模拟土石坝竣工后的初始三向应力状态。试验过程中保持大主应力和中主应力恒定，从小主应力方向单向加载，以模拟土石坝蓄水过程中心墙单元所经历的应力路径。试验结果与常规三轴试验以及复杂应力条件下大主应力方向真三轴加载试验结果都有显著不同。不同初始应力条件下，不同主应力方向的初始切线模量和初始切线泊松比的变化规律非常复杂，应力–应变显现出明显的各向异性。在心墙堆石坝施工过程及蓄水过程中，心墙单元所经历的应力路径明显不同，合理的土体本构模型应该对这种由于加荷路径不同所引起的不同方向模量和泊松比进行合理描述。

为了研究深埋圆形隧道围岩的应变软化行为，首先通过引入应变软化度，即软化区与残余区交界面处的切向应变和弹塑性交界面处的切向应变的比值，来表征应变软化程度。其次，推导了求解软化区与残余区位移方程，并将该方法求得的位移曲线与Lee法和Cui法对比，验证了方法的正确性。最后，通过算例分析，研究不同力学模型对塑性区半径的影响，以及应变软化度对塑性区中软化区与残余区比例和位移的影响。结果表明：弹塑性交界面处的围压与软化度和支护力均无关，塑性区半径与支护力有关；软化度直接影响软化区与残余区的比例，随着软化度的增加，软化区范围增加，相应的残余区范围减小；软化区与残余区交界面的位移随着软化度的增加而逐渐增加，应变软化度的增加，支护力对其影响增加；洞壁处的位移受支护力的影响较大，随支护力的增加而减小。

在1.2 m×1.2 m×1.2 m小型土工箱中完成了4组采取不同桩头连接构造的单桩-承台-土复合受力体缩尺模型的低周往复水平加载抗震试验，获得了试件破坏形态、荷载-位移滞回曲线、刚度退化曲线、桩身弯矩及桩侧土压力等数据，研究了不同桩头连接构造对试件水平受力性能的影响。研究表明：桩头部位采取不同的节点连接构造措施对桩头破坏形态和破坏程度、体系耗能能力和水平极限承载力及桩身弯矩分布规律均有一定的影响，但对桩与承台侧面的土压力分布规律和大小的影响并不显著。对于桩头普通连接的情况，以桩头嵌入深度为0.5D（D为桩径）为宜。桩头加强环连接与桩头嵌入深度1.0D时的连接具有大体相当的桩头约束效果，但加强环的制作相对复杂，其约束效果和破坏形态与加强环的截面尺寸、混凝土强度及配筋参数均有关系，应进一步深入研究。

为研究酸性环境中砂岩在干湿循环作用下强度的劣化规律，在溶液pH值分别为7、5、3的浸泡环境中，对砂岩试样进行循环次数为1、5、10、15、20次的干湿循环试验。根据每个循环阶段后的强度数据，得到Mohr-Coulomb强度准则参数和Hoek-Brown强度准则参数，并对这些参数的干湿循环劣化效应做简要的分析。再根据应力空间中偏应力与强度准则参数的关系式，分别作出pH值为7、5、3的浸泡溶液作用下π平面上的破坏面随不同循环次数的变化图。结果表明：各准则参数随着干湿循环次数的增加呈下降趋势，循环次数较小时劣化较为严重，而后呈缓和趋势；pH值越低，劣化越严重，劣化效应由大至小依次为：单轴抗压强度、黏聚力、材料常数、内摩擦角；同一pH值浸泡环境中，循环次数较小时，π平面上的破坏曲线较为稀疏，循环次数越大，破坏曲线越密集；不同pH值浸泡环境中，pH越低，破坏曲面越小；偏应力与单轴抗压强度、黏聚力正相关，与材料常数、内摩擦角负相关。

通过对已有的水化学溶液腐蚀作用后红砂岩三轴蠕变试验结果的分析，可知水化学作用能够加快岩石损伤的发展，增强红砂岩的蠕变效应。根据水岩化学作用的动力学理论，将红砂岩中可溶解胶结物的流失作为水化学腐蚀作用下岩石力学性能劣化的根本原因。通过化学反应速率方程和测定浸泡过程中溶液pH值的变化，定义了考虑初始pH值和时间的化学损伤因子。考虑流变过程中的应力损伤，基于广义Kelvin模型，提出了考虑水化学作用的砂岩流变损伤本构模型。通过对水化学作用下红砂岩流变试验结果进行模拟，对该模型进行了参数辨识和验证。结果表明，所提出的模型能够较好地反映水化学作用下砂岩的流变特性，具有有效性和合理性。

软土地基的处理一直是工程界的难题，大多数处理方式采用排出软土中水的措施。虹吸排水免动力，且操作简单，可以降低地下水。根据该技术的这些优点，可以将其应用于软土地基处理领域。为了得到虹吸排水作用下土体内部的水位及虹吸管内流量的变化，针对软土中地下水运动进行理论分析。基于Theis理论，针对潜水含水层完整井的轴对称井流微分方程，采用Boltzmann变换，推求得到虹吸过程中软土地基中的水位和流量的显式解析解，并进行室内物理模拟试验验证。结果表明，解析解与试验数据较吻合。与前人经典解析解进行对比，表明相对误差绝对值范围为0～15%，误差较小。推导得到的解析解相比经典解析解而言，计算更简单，更有利于工程应用。

工程上常利用水平加筋法来预防或延迟因受交通荷载和地下水等因素导致空洞坍塌而引起的临近道路的突发性破坏，起到破坏预警作用；但加筋体界面特性与作用机制相当复杂，下伏空洞加筋路基缺少完善的设计方法。通过总结国内外已有文献的研究成果，重点阐述了受空洞坍塌影响的加筋路基-路堤力学机制与作用机制，包括对路堤填土滑移面的定义、层间土拱效应、加筋体拉膜效应、塌陷区上覆填土膨胀、锚固区筋土界面摩擦及过渡区加筋体张拉力折减等方面；总结了空洞区加筋路基已有的设计方法，并进行了对比与讨论。结果表明，已有成果对受空洞坍塌影响的加筋路基-路堤荷载传递机制、渐进性破坏演变机制、沉降计算、极限承载力与稳定性问题等方面的研究仍显不足，针对加筋体上方荷载分布形式仍未形成定论，现有设计方法过于保守，并指明了进一步的研究建议，可为今后研究提供方向和参考。

盾构施工诱发周边地表振动已成为突出的环境振动问题。依托兰州某砂卵石地层盾构施工标段，通过隧道-地表同步采集三向振动加速度，研究盾构施工诱发振动在地表50 m×50 m范围内的时域、频域传播规律。结果表明：①地表自由场地加速度随距离的传播呈现先放大后急剧衰减的趋势。X向会出现局部放大反复的现象。②横断面最大峰值为0.33 m/s2，但盾构施工诱发振动将对敏感的古建筑产生不利影响。③50 m范围内地表频率主要以4～80 Hz为主，各频段振动级并非随振源距离的增加单调衰减，与场地土层卓越频率接近的频段存在较大的反弹现象。④在盾构诱发环境振动的评价中应考虑三向振动的影响。

金属矿山由于其矿体形态多变、地质条件复杂、多非充分采动、开采方法多样、构造应力显著及结构效应明显等特点，难以把握由地下采矿引起的地表变形和岩体的破坏形式。以程潮铁矿东区为例，依据近年（2010年3月至2015年9月）的地表变形实测数据，绘制出相应的监测成果图。结合三维激光扫描等新技术再现地表变形三维盆地，探究了地下开采影响下的地表变形规律和机制。对矿区上下盘地表变形规律等进行了比较分析，结果表明：程潮铁矿东区在采矿初期发生筒状冒落；变形传递到地表后，在采空区正上方形成大小不等的漏斗状塌坑群。上盘地表变形扩展与采矿推进度有较好的对应关系；水平应力是岩体变形的主动力，应力不断释放影响着地表变形特征。结构面倾向改变了上、下盘岩体的破坏形式，减缓和加速了上下盘岩体的破坏。同时，在坡体形态的影响下，地表变形在下坡方向总变形量增大和垂直变形增量更大。

镇城底矿工作面的回采巷道一条沿顶板掘进，一条沿底板掘进，相邻两工作面在端头搭接，沿底板掘进的巷道形成巷顶沿空掘巷。通过理论分析、相似模拟、数值模拟及现场实测对巷顶沿空掘巷围岩结构及应力环境进行了研究。得到如下结论：该巷道不受超前和固定支承压力影响，大结构下方的矸石垫层可起到能量和应力耗散的作用，避免了动载和冲击影响，应力低且稳定；岩层移动形成的垮落角对采空区应力大小和分布（尤其采空区边缘）有重要影响；垮落角越小，采空区应力越小，该巷道围岩应力越小，采空区恢复至原岩应力的距离越大；垮落角对岩体塑性区发育方向起控制和导向作用；该巷道围岩应力大幅低于原岩应力，卸压程度大；实测该巷道竖向和横向位移均比非沿空巷道小，即顶底板和两帮应力环境均得到改善。研究对维护具有冲击倾向的高应力巷道具有一定意义。

全断面隧道掘进机(简称TBM)在穿越深部软弱地层时围岩收敛变形较大，围岩容易挤压护盾，导致TBM卡机，影响TBM正常掘进。通过分析TBM卡机灾害孕育过程，得到了预测TBM卡机的重要条件：一是围岩变形量大于预留的空间，二是额定推力不能克服摩擦阻力。为了监测实际工程TBM卡机状态，提出了一种监测护盾变形的方案以及护盾受力的计算方法，可通过监测得到的变形估算护盾的受力，进而计算出护盾受到的摩擦阻力，得到TBM卡机的状态。根据TBM受到的摩擦阻力、TBM正常掘进时所需推力和TBM额定推力之间的关系，将TBM卡机状态分为4个等级，即无卡机、轻微卡机、卡机和严重卡机，并提出了对应的处理措施。结合TBM卡机条件以及护盾受力监测方案，提出了TBM卡机灾害预警流程。在兰州水源地输水隧洞工程中应用了该监测方案和卡机灾害预警流程，应用结果表明，预测的卡机状态与TBM实际状态基本一致，说明该方法具有一定的可靠性，对指导TBM隧道施工具有重要意义。

以新疆大石峡250 m级特高面板砂砾石坝为依托工程，采用大型接触面直剪试验确定了筑坝料与基岩的摩擦接触参数，建立了考虑坝体与坝基相互接触作用的面板坝三维数值模型，研究了摩擦接触效应对坝体、混凝土面板应力变形以及止水接缝三向变位的影响。结果表明：双曲线模型符合筑坝料与基岩之间剪应力与位移的非线性关系；若不考虑坝体与基岩的接触效应，坝体边界处变形梯度和主应力值计算值均偏小，导致判断该区域坝体开裂区范围偏小而拱效应被高估；蓄水期面板挠度和顺坡向应力受接触效应影响相对较小，而轴向位移和轴向应力受接触效应影响较大；周边缝变位受接触效应影响非常强烈，在高水头压力作用下，坝体局部可能出现相对基岩的滑移导致周边止水变形和坝肩竖缝张开量大幅增加。陡峻河谷筑坝若不考虑接触效应，计算结果是偏危险的。计算结果和Anchicaya 坝实测渗漏位置结果均表明，周边缝变位控制是陡峻河谷面板坝建设的关键。

软土地区土体工程性质较差，土体所能提供桩侧摩阻力和桩端阻力较小，预制桩桩身材料强度无法充分发挥。在预制桩压入土体过程中灌入砂石能够改善桩周土体性质，提高桩-土接触面摩擦性能，从而提高桩基的抗压极限承载力。为了研究填砂竹节桩的抗压承载性能，进行了一组现场静载试验和ABAQUS三维建模计算，通过对试验和计算结果的分析可以得出以下结论：软土地基中填砂竹节桩的抗压承载性能相比常规等截面管桩有了显著提高；填砂竹节桩桩身轴力在竹节节点处减少幅度较大，竹节节点能够提高桩侧承载性能；软土地基中填砂竹节桩桩侧承载性能相比常规等截面管桩有了显著提高，且侧阻增大系数为1.15～1.40。

基坑支护结构作为一种临时支挡设施，如何做到确保安全的前提下降低工程造价、提高施工速度是工程界普遍关心的问题。为此，结合实际工程需要，提出一种施工安全快速、造价低、可回收利用、绿色环保的新型基坑支护型式——十字形装配式基坑支护结构。介绍并设计了该支护结构格构单元的结构选型和计算方法。依托南宁市五象新区某项目做了基坑支护现场试验，结果表明试验值与计算值相近，证明了设计方法的正确性。在该基坑支护结构支护下，基坑稳定性、基坑变形、支护结构强度均满足规范要求，可以在类似的工程中推广应用。

颗粒材料的表面粗糙度在很大程度上影响颗粒集合体的力学特性，传统离散元方法中对颗粒具有光滑表面的假设，使得其无法准确描述真实颗粒材料的接触行为，因此有必要发展可以定量考虑颗粒表面粗糙度的随机离散元方法。在介绍经典粗糙表面接触模型Greenwood-Williamson（简称G-W）模型的基础上，分析了G-W模型应用于离散元模拟的缺陷，提出了分别考虑颗粒重叠光滑部分和粗糙部分的改进模型，并推导出了相应的无量纲形式，对比了经典G-W模型与改进模型计算得到的粗糙颗粒接触时压力分布、变形分布、总接触力等结果。结果表明，改进的接触模型能够更直观地反映颗粒表面粗糙度对颗粒接触的影响。基于改进的接触模型，采用两步曲线拟合手段，得到了可以直接应用于离散元模拟的随机法向接触定律。将该定律通过开发用户自定义接触模型引入到颗粒离散元程序PFC3D中。通过数值试验观察了表面粗糙度在不同加载路径下对颗粒集合体力学特性的影响。

土层场地对地震动的影响明显，研究成层场地局部复杂地形的波动场特性，对于抗震设防具有重要意义。基于土-结构相互作用理论，含有局部复杂地形的成层场地，可分解成广义结构（即近场复杂地形及其周围土体）和具有规则开挖边界的成层无限地基（即远场）。远场的格林函数可通过精细积分求解频域-波数域内的对偶波动方程获得，利用傅里叶逆变换得到频域-空间域内的柔度矩阵。近场可采用比例边界有限元进行模拟，通过高性能连分式的传递边界求解动刚度。自由场波动可通过传递矩阵法求得，将动刚度和自由场波动位移代入控制方程即可得到散射场的动力响应。数值算例验证了方法的准确性，并利用提出的方法讨论含有软夹层场地局部复杂场地的波动场特性。

危岩是三峡库区典型的地质灾害类型之一，而主控结构面受荷断裂扩展是危岩发育成灾的关键核心。将危岩主控结构面类比为宏观裂纹，利用扩展有限元法在模拟裂纹扩展方面的优势，基于考虑裂纹面水压力作用的虚功原理推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的控制方程，给出了危岩主控结构面水力劈裂问题的扩展有限元实现方法，对重庆万州太白岩危岩主控结构面的水力劈裂进行了数值模拟分析。计算结果表明：暴雨是威胁危岩稳定性的最敏感因素，随着裂隙水压力上升，裂端拉应力会急剧升高，危岩的稳定性降低；I型裂纹扩展是危岩主要的结构面扩展形式，结构面一旦发生开裂，将处于非稳定扩展状态。

海底滑坡的运动可能引发海啸，破坏离岸设施，威胁海岸带安全。国内外关于海底滑坡引发海啸的研究方兴未艾。采用Mih颗粒流模型控制具弱黏聚力的砂土滑坡运动，利用两相流模型计算岩土体-水体相互作用及RNG湍流模型控制水体运动，构建了基于颗粒流模型的海底滑坡海啸全耦合数值分析方法。通过简单水槽水下滑坡案例进行了海底滑坡海啸全过程研究。数值分析再现了变形滑体的不均一运动、密度分异流动、水滑机制和以波谷为典型特征的涌浪波等典型海底滑坡及海啸现象，这表明数值模型具有有效性。许多海域（包括中国南海北部）都存在弱黏聚力和无黏聚力的水下滑坡，该数值方法值得推广和进一步研究完善。

饱和土的动力响应一直是土动力学重点关注的问题，尤其是在循环荷载作用下饱和砂土容易发生孔压升高、强度降低的液化现象。同时，采用有限元法求解尺寸较大的实际饱和土场地，巨大的自由度数往往造成整体系统的计算效率极低，制约着饱和土数值方法的发展。因此，基于已提出的u-p（u为固相土骨架位移，p为孔压）饱和两相多孔介质动力方程的全显式有限元法，将其嵌入OpenSees开放性平台中，并利用软件自带的饱和多孔介质单元和本构模型，实现了高效、显式计算饱和土的动力响应。通过计算二维弹性饱和土动力响应，与Newmark法的计算结果对比，两者结果吻合较好，验证了嵌入算法的正确性。将提出方法计算非线性自由场海床土的地震响应问题，有效模拟了海床土的液化过程和失效模式以及发生的侧向变形，同时说明了提出方法在计算效率方面具有的显著优势。

研究黏土的抗拉性能对于认识离子固化剂改性黏土的黏聚力等力学性能有着重要的意义。针对现有拉伸测试装置的不足，设计研发了一套基于变形数字图像处理的土体材料拉伸试验装置，该装置包含应变控制模块、加载夹具模块、数据采集模块和数字图像处理模块。改进了现有加载夹具的不足，将土样形状设计为“8”型并运用FLAC3D有限元数值计算软件验证其合理性，巧妙地解决了夹具与土样之间的连接问题，并且将加载夹具功能与制样盒功能合并，避免了试样转移过程中可能受到的扰动。新增了图像采集装置，记录土样变形破坏过程，基于Geo-PIV数字图像处理软件分析土样试验过程中的变形规律。应用该装置开展了素蒙脱土及不同配比离子固化剂减小蒙脱土黏聚力对比试验研究，研究结果表明：拉伸仪能精确控制、采集土体的抗拉强度。粒子图像测速（particle image velocimetry，简称PIV）分析结果客观、真实地表明，试验过程中土样处于受拉状态，并且土样受加载夹具夹持的部位并未出现明显的应力集中现象；离子固化剂改性蒙脱土抗拉强度以及拉伸变形模量较未改性土低，降低程度随离子固结剂溶液浓度增大而增大；数据采集装置对应力、应变信息变化敏感。试验结果和数字图像结果表明，所设计的拉伸试验装置具合理性、可靠性以及敏感性。

以京沪高速济南连接线港沟隧道穿越断裂破碎带区域为依托工程，研究了复杂地层超大断面隧道施工情况下围岩力学响应特征。研发了大型可拼装式地质力学模型试验系统，搭建了以静态数据采集为基础的应力–应变场监测系统和以光栅测距为基础的位移场监测系统，开展了复杂地层超大断面隧道施工过程力学模型试验研究。通过对试验开挖过程中位移变形和围岩应力变化的实时监测，揭示了超大断面隧道穿越断裂破碎带施工过程的力学演化规律。监测数据表明：位移变形大致可分为“缓慢增加—急剧增大—稳定状态”3个过程，水平收敛位移要早于拱顶沉降进入急剧增大阶段；应力变化也可分为“应力积聚－应力释放－稳定状态”3个阶段。形成的试验方法技术以及结论对类似工程研究具有重要的指导和借鉴意义。

加快模型试验中水的渗流速率对库岸滑坡研究意义重大。考虑滑坡渗流特性，基于电磁驱动原理，在滑坡模型中施加相互垂直的电场、磁场，推导出孔隙水受力公式，根据电渗固结理论，推导水分迁移速率v与电压Ve、磁场强度B的关系式，进而获得时间相似比，实现了通过电磁场强度来控制滑坡模型水分迁移速率，改进模型试验，为研究库水位升降对滑坡的影响提供条件。通过试验进行验证：电磁场对水分迁移速度的影响具有显著效果，且电压大小对模型的稳定渗流场影响较小。说明在不改变模型材料参数的条件下，改变磁场强度和电压可获得任意孔隙水的渗流速度，为研究库水位波动条件下的滑坡演化机制奠定基础。