随着深部岩体工程的发展，开挖卸荷导致的应力主轴旋转问题引起了广泛关注。首先，分析总结了岩体工程中存在的应力主轴旋转问题及其对岩体工程稳定性的影响；其次，介绍了土体空心圆柱扭剪仪的发展现状及其特点，从荷载的施加方式、试样尺寸两个方面指出了研制岩石空心圆柱扭剪仪的关键问题，并与土体空心圆柱扭剪仪进行了对比，提出了新的扭矩施加技术和合理的岩石空心圆柱试样尺寸；最后，总结概括了考虑应力主轴旋转的土体本构模型的研究成果，并对考虑应力主轴旋转的岩石本构关系的研究进行了展望。该工作将对岩石空心圆柱扭剪仪的研制和相关理论的研究提供一定的参考和指导。

为了探究静压沉桩与CPTU贯入力学机制，开展了饱和黏土中静压沉桩及CPTU贯入的离心模型试验，获得了静压沉桩与CPTU贯入过程中土压力、超孔压和贯入阻力的变化规律。同时，将静压桩和CPTU压入过程视为一系列球孔的连续贯入，应用圆孔扩张解答，建立了静压沉桩和CPTU贯入过程中锥头阻力、侧阻力与超孔压的预测方法。通过离心模型试验和理论预测结果的对比分析表明：随着桩体的压入，桩周土体的超孔压和土压力均逐渐增大，当桩头通过监测点时，超孔压与土压力均达到最大值；在饱和黏土中，CPTU锥头阻力、锥侧摩阻力和锥头超孔压与锥头贯入深度总体上呈线性关系。预测方法估算沉桩和CPTU贯入引起的土压力、超孔压与模型试验结果相符，较好地反映了饱和黏土中静压沉桩和CPTU贯入的力学机制。

利用自主研发的煤岩剪切-渗流耦合试验装置，开展了不同法向应力作用下煤岩剪切-渗流耦合试验研究，并对剪断面进行立体扫描，分析不同法向应力作用下煤岩剪断面的二维断面特征参数和三维断面特征参数。结果表明：（1）煤岩试件剪切破坏主要是塑性破坏，在恒定气压条件下，法向应力越大，煤岩的峰值剪应力越高，且煤岩的峰值剪应力与法向应力近似呈线性关系；（2）法向应力是煤岩剪断面形态特征的影响因素之一，在恒定气压条件下，其施加的法向应力越大，二维断面特征参数和三维断面特征参数基本都呈减小趋势，也即法向应力越大，煤岩剪断面的起伏度和粗糙度都越小；（3）在煤岩剪切过程中，法向应力能通过影响剪切裂纹的扩展区域进而影响煤岩试件的渗流特性和剪断面的形貌特征。

随钻跟管桩（DPC桩）是一种新型工程桩，其设计方法在工程实践中已得到应用。但是研究现状表明，关于DPC侧摩阻力方面仍有几个关键问题需要专门研究：多个界面导致的结构层破坏模式不清楚、注浆加固机制有待明确和侧阻力参数的精确性有待加强。针对上述问题，开展了DPC桩-土接触面作用机制和破坏模式的大型直剪试验研究。选用粉质黏性土与中密砂土作为代表桩周土，共完成了14组DPC桩-土接触面大型剪切试验，包括8组未注浆及6组注浆试验。基于试验结果，明确了破坏面位于注浆体-土体层的破坏模式；采用线性Mohr-Coulomb强度理论获得了注浆前后接触面剪切强度参数；将试验结果进行了对比，通过对比，揭示了注浆加固机制。试验成果加深了实践中DPC桩设计与施工的理解。

针对黏土中管桩土塞形成机制，利用耦合欧拉拉格朗日（CEL）法模拟钢管桩的大变形沉贯过程。在验证网格密度参数对数值计算精度影响的基础上，结合管桩内外土体速度场、应力场、土塞高度和增量充填比的变化分析了土塞演变和土塞形成机制，讨论了摩擦系数以及软硬土夹层对土塞形成的影响，并与离心机试验和理论计算数据验证。结果表明，管桩贯入过程土塞的演变可分为上涌期、过渡期和下滑期3个阶段。随着桩的贯入，桩端下轴线处形成连续的下凹塑性拱，当此处竖向应力增量达到7～8倍不排水抗剪强度时土塞初步形成。同时土塞效应随着桩-土间摩擦系数增大，桩径减小（壁厚相同）而增强；软硬夹层对土塞效应影响显著，上硬下软的土层易形成完全土塞，而上软下硬的土层，硬土挤入管桩不会形成土塞。

采场基本顶矩形薄板模型的求解直接受边界条件的影响，其理论精确解只在对边简支条件下采用半解析法得以解决，缺少统一合理的理论方法。基本顶薄板模型随工作面推进先后形成四边固支、对边简支和四边简支的边界条件，从薄板弯曲问题控制方程入手，使用基本力学量为对偶变量，构造出Hamilton体系并利用辛几何方法理性求解，给出了该类问题不同边界条件下统一的辛解析解。由本征向量辛正交的特性，求解算法稳定、收敛快速，实例验证计算正确，为顶板来压计算提供了一种新途径。

针对隧道工程中硬石膏围岩在压力水作用下的膨胀现象，设计加工了多功能膨胀仪。使用该仪器及MTS815岩石力学测试系统，对不同水压条件下硬石膏岩的轴向膨胀应变及侧向膨胀应力进行了测试，对压力水作用后硬石膏岩的含水状态及力学特性进行了测试。结果表明：水压越大，硬石膏岩的最大轴向膨胀应变及最大侧向膨胀应力越大，膨胀起始时间越短；随水压的增大，硬石膏岩的吸水率增大，结晶水率逐渐增大并趋于吸水率，而自由水率逐渐减小并趋于0；硬石膏岩的弹性模量和峰值强度随水压的增大而增大。这些说明水压能影响其含水状态，增强硬石膏岩的膨胀性，促进其膨胀的激活，提高其力学性能。基于试验结果，建立了压力水作用下的硬石膏岩吸水状态方程，并改进了湿度场理论体系中的膨胀本构模型。

为研究加筋土挡墙在墙顶荷载作用下土体受力和变形形态，通过改变筋材层数、筋材长度和替换加筋材料等方式对加筋土挡墙进行了4种工况的模型试验。对4种工况下的加筋土墙体内竖向土压力、墙面水平位移、墙顶竖向位移和筋材应变等进行对比研究。研究表明，挡墙上部竖向土压力增长较快且各层竖向土压力最大值由加载点下部向墙面处移动；墙顶荷载超过130 kPa时，由于不均匀沉降，第5层筋材对应墙面处有向内收缩趋势，墙面水平位移最大值大约在上三分点位置；整个加载阶段，筋材总体应变值增幅不大且远小于筋材设计应变峰值；增加挡墙内筋材层数和增加筋材长度均可提升挡墙各方面性能，但增加筋材层数提高效果要优于增加筋材长度；使用废旧轮胎代替单向格栅进行加筋可有效提高挡墙整体性能，分散超载引起的附加应力，有效减小墙面水平位移和墙顶竖向位移。

以CCD相机配合高速相机搭建试验变形观测系统，开展不同加载速率下含Ⅰ型预制裂纹花岗岩试件的三点弯试验。利用数字散斑相关方法对试验过程采集的数字散斑图像进行分析，对不同加载速率作用下含Ⅰ型预制裂纹花岗岩试件裂纹扩展过程中的变形演化特征、裂纹扩展速率、裂纹尖端张开位移、裂纹张开角以及初始断裂应力强度因子进行研究，研究结果表明：（1）花岗岩试件初始裂纹扩展速率随着加载速率的增加总体呈线性增加趋势；最大扩展速率随着加载速率增加呈现先较快增加后缓慢增加的变化趋势。（2）不同加载速率作用下，花岗岩试件预制裂纹尖端张开位移均呈现非线性缓慢增长-迅速增长-线性增长的变形趋势，且线性增长阶段曲线斜率随着加载速率的增加而增大。（3）随着加载速率的增加，花岗岩试件初始裂纹张开角先逐渐减小后稳定在0.1o～0.13o。（4）随着加载速率的增加，花岗岩试件初始断裂应力强度因子呈指数增长。

软土在低水力坡降下的渗流会偏离达西定律，即为非达西渗流模式。假设孔隙水渗透服从指数渗流模式，采用镜像法原理推导了浅埋单孔和双孔圆形隧道非达西渗流场的解析解。结合算例，对浅埋圆形隧道非达西渗流解析解与达西渗流解析解进行了对比分析与验证，并对非达西渗流指数、隧道周围土体与衬砌渗流系数比值对隧道渗流场的影响进行了讨论。结果表明：非达西渗流指数、渗流系数比值对隧道渗流量和周围土体孔压均有较大的影响；随着渗流指数逐渐增大，土体内水头损失加快，隧道周围土体孔压及渗流量逐渐减小；随着土体与衬砌渗流系数比值逐渐增大，衬砌排水能力增强，隧道渗流量逐渐增大，隧道周围土体孔压减小更大。

岩体板裂化破坏是地下工程中一种常见的破坏现象。采用等效岩体技术，将岩体中裂隙（平行于临空面）和岩块分别用光滑节理模型及颗粒体模型表征，通过试验和计算对比，研究单侧限压缩条件下裂隙岩体强度、裂纹分布、裂纹孕育演化规律及裂隙岩体板裂化形成机制。研究表明：（1）随裂隙数量的增加，岩体单侧限抗压强度近似呈线性降低的规律。（2）单侧限压缩下裂隙岩体中产生的裂纹可划分为Ⅰ型～Ⅴ型裂纹，其中Ⅰ型、Ⅱ型（剪切）裂纹是由加载端部效应导致，Ⅲ型～Ⅴ型裂纹由岩体板裂化破坏导致。（3）单侧限压缩下岩体板裂化破坏过程中，导致无侧限边界处岩体剥落的Ⅴ型裂纹最先产生，原生裂隙进一步扩展的Ⅳ型裂纹随后产生，最后产生的是板裂化现象向岩体深部发展的Ⅲ型裂纹。（4）各类裂隙试样在单侧限压缩下的声发射数量与破裂强度均近似服从高斯函数分布关系。

为研究水泥掺量对风积砂改良效果影响及不同负温、频率下的改良风积砂动力特征，开展了单轴、动力循环加载和蠕变试验。通过单轴试验获得了不同水泥掺量的改良风积砂7、28 d单轴抗压强度，并结合冻胀量随时间变化规律确定了最优水泥掺量；通过动力循环试验测定了不同次数的滞回曲线，确定了改良风积砂动弹性模量衰减、动损伤和阻尼比的演化规律；通过流变试验确定了能够描述滞回曲线流变特征的西原模型参数，建立了屈服前后滞回曲线的演化方程，并给出了每个循环内的时间划分标准。研究发现：（1）电镜观测显示水泥在风积砂颗粒间形成絮状连接结构，增加颗粒间的黏结强度，有效抑制动力损伤发展；（2）负指数模型可以描述改良风积砂动弹性模量衰减特征，阻尼比随加载次数增加逐渐变大，最终趋于某一定值，掺入水泥可以有效控制阻尼比发展；（3）提出了考虑围压影响的改进西原模型，根据实际加载特征建立了滞回曲线的加载方程，最小二乘原理可以对流变参数进行识别。

坑中坑在基坑工程实践中普遍存在，使得基坑底部土体成为有限土体，因此，常规的建立在半无限空间土体假定上的朗肯土压力理论对于坑中坑条件下的基坑不再适用。基于极限平衡理论和平面滑裂面假定，考虑土体黏聚力和滑动土体不同的形状，推导了4种情况下被动土压力的计算公式，并给出了滑裂面剪切破坏角的数学表达式。通过算例，计算了不同内坑位置条件下被动土压力的大小和变化趋势。结果表明，滑裂面剪切破坏角是与土体内摩擦角、黏聚力、计算深度、内坑大小及位置有关的变量，内坑的存在将降低围护结构上的被动土压力，且存在一个内坑影响最不利位置，此时的被动土压力值最小。成果为基坑围护设计中被动土压力的计算提供了理论基础。

由于气泡消泡的缘故，室内制备和现场浇筑气泡混合轻质土时存在塌陷问题。为分析和解决该问题，以砂土为原料土，开展了不同温差、湿度和掺砂与否条件下3种密度气泡混合轻质土的制备试验，并测定了各试样的高度和强度，基于热力学理论分析了3种因素对试样制备和强度的影响规律。试验结果表明，试样制备时温度与养护温度之间的温差是影响气泡混合轻质土胀缩性的决定性因素，轻质土中的气泡含量越高，受温差影响越大，通过控制温差即可解决塌陷问题；湿度和掺砂与否对气泡混合轻质土的试样制备影响不明显，但是湿度高会延长试样脱模时间以及影响试样的完整性；温差和温度共同影响气泡混合轻质土的早期强度，其中温差主要影响试样密实度，温度主要影响水泥水化反应速率。试验结果可为气泡混合轻质土制备和施工时间点选择提供借鉴。

环境温度和孔隙压力对含水合物沉积物的力学特性存在重要影响，深刻揭示温度和孔隙压力对含水合物沉积物力学特性的影响机制并对其进行有效地模拟是含水合物地层稳定性评估的前提。在分析温度和孔隙压力变化对含水合物沉积物的力学特性影响机制的基础上，引入温压条件参数来考虑温度和孔隙压力变化对含水合物沉积物力学特性的影响，建立了考虑温度和孔隙压力影响的损伤本构模型。模型假设含水合物沉积物微元强度服从Weibull分布，采用Drucker-Prager强度准则描述微元强度，建立了损伤因子的演化规律。此外，还提供了一套模型参数的确定方法。通过一系列不同温度压力条件下的含水合物沉积物的三轴压缩试验结果对模型进行校核和验证，结果表明，该模型能很好地模拟含水合物沉积物的应力-应变关系，并且能较好地考虑水合物含量、环境温度和孔隙压力对含水合物沉积物的力学特性的影响。

基于结构性土易受扰动的特点，在典型花岗岩残积土地层上开展自钻旁压试验（SBPT）和地震扁铲试验（SDMT），以此提出获取原位剪切模量-剪应变（G- ）衰减曲线的建议方法。为了分析建议方法的适宜性，开展共振柱试验（RCT）获得常规的室内G- 衰减曲线，同时结合RCT与SDMT数据推求近似原位G- 曲线。结果表明，利用SBPT与SDMT可以直接获得完整的土体原位G- 衰减曲线，采用Stokeo模型能很好地描述该曲线；基于对比分析，发现在相同应力条件下室内试验的剪切模量低于原位试验值，证明取样、运输和制样等扰动因素对花岗岩残积土造成不可恢复的结构损伤；用RCT结合SDMT结果拟合得到的近似原位G- 曲线的初始阶段与建议方法一致，但曲线衰减速率明显偏高。综合比较3种方法，认为建议方法在残积土以及其他结构性土体的刚度分析中具有更好的适宜性，可为相关工程参数的选取提供参考。

将围岩和衬砌分别视作均质、连续的线弹性正交各向异性和各向同性体，并充分考虑衬砌的支护滞后效应和隧洞运行时的内水压力作用，运用复变函数方法中的幂级数解法，提出了正交各向异性岩体中任意形状水工隧洞的力学解析方法。以直墙半圆拱形水工隧洞为例，所获得的解析解可精确满足衬砌内边界的应力边界条件以及围岩与衬砌接触面的应力、位移连续条件，同时还将解析结果与ANSYS数值结果对比分析，吻合良好。利用获得的解析解，讨论了围岩开挖面上不同的各向异性程度、不同的弹性对称面角度以及隧洞内不同的水压荷载对衬砌以及围岩上应力和位移分布的影响。

水平井中多条水力裂缝间的应力干扰行为，造成了压裂液排量的非均匀分配，影响了水力裂缝的几何形态。采用边界元法研究岩体在压裂液作用下的变形程度，以幂律流体泊肃叶平板流动方程来研究水力裂缝内部的压裂液流场，考虑了多条裂缝间应力干扰和压裂液流量分配，建立了流-固耦合的水平井多条水力裂缝同步扩展模型。模型可模拟水平井多条水力裂缝几何形态、应力干扰情况和压裂液排量的分配情况，可解释水力裂缝之间的竞争机制。多条裂缝同步扩展时，压裂液排量并非均等地分配到各个裂缝之中，进入到内部裂缝的压裂液流量最小，内部裂缝宽度最小；内部的水力裂缝增长一定长度后，停止增长，并且在应力干扰下逐渐闭合。

颗粒形状是影响碎石料孔隙特性的主要因素之一，进而影响碎石料的渗透特性和力学行为。选取粒径为2~5 mm和5~10 mm的灰岩碎石颗粒填筑试样，同时与相同级配和孔隙率的玻璃球试样进行对比研究，采用CT扫描技术和图形处理软件获取多孔介质孔隙边界轮廓，选取0.5 mm开度阈值分割孔隙；每组试样选取3张扫描断面图像，取定量参数的平均值为研究对象，对孔隙特性进行定量分析。结果表明：玻璃球多孔介质孔隙形状的复杂性甚于碎石料；玻璃球多孔介质孔隙系统的连通度大于同粒组碎石料。

岩体的声学特性与应力状态和破坏程度密切相关，通过岩体声学特性的变化来分析岩体应力状态进而评价工程稳定性是一种行之有效的工程措施。针对砂岩开展了单轴压缩试验，并在加载过程中同步进行3个方向的声波测试，获得了砂岩加载过程中3个不同方向声波波速与应力的演化规律。试验结果表明：随着应力的增加，轴向波速逐渐增大，横向波速表现出先增后减的趋势。考虑到不同方向声波测试结果的差异性，采用含不同倾角裂隙的石膏试样进行声波试验。结果表明，当裂隙方向与声波传播方向一致时，波速最大，与声波传播方向垂直时，波速最小；此外，为分析岩样波速与应力状态的相关性，建立了波速与体应变的关系，结果表明，随着体应变的增加，平均波速逐渐增大，在体应变达到最大值附近时，平均波速达到最大值，在体应变下降阶段，波速开始下降；根据轴向波速与应力的变化规律，得到了应力与波速的指数函数拟合公式，据此可以通过现场测试获得的波速预测现场岩体的应力范围，进而评价工程岩体稳定性。

作为一种柔性支挡结构，加筋土挡墙相较于传统重力式挡墙具有优越的抗震性能。由于结构在地震等动荷载作用下的动力响应大小与其自身的固有频率大小有关，因此，固有频率的研究显得尤为重要，特别是其最小值基频。以整体刚性面板加筋土挡墙为研究对象，分别用弹性地基梁模型、线性弹簧模型表示面板、填土及筋材，提出了一种加筋土挡墙固有频率计算方法。计算求得的基频值与既有瑞利能量法计算值具有较好的一致性。参数分析表明：填土中铺设筋材可以增大墙体的基频；对于加筋土挡墙，筋材长度以及筋材-填土界面摩擦系数对墙体基频影响较小；随着筋材竖向间距的增大,加筋密度对加筋土挡墙基频的影响逐渐减小；墙体基频随着面板宽度的增大先减小后增大；随着面板模量的减小，墙体基频趋于恒值。

大变形是隧道建设中无法完全避免的灾害之一，发生后若处治不当极有可能出现多次换拱甚至塌方等二次灾害。通过相似模型试验，采用自行设计的隧道模型开挖装置和围岩内部位移监测装置，研究了隧道开挖和埋深增大过程中围岩渐进性破坏过程及位移和应力变化规律，揭露出预防隧道大变形的重点支护部位，并进一步研究了大变形出现后处治过程中衬砌的破坏规律，明确了大变形处治时的支护措施。试验结果表明：（1）隧道产生大变形过程中，拱顶与拱底的变形量大于拱腰与拱脚的变形量，且随着埋深增大，差值逐渐增大；（2）大变形产生后隧道拱顶径向和切向应力值均减小，而拱脚切向应力值大幅上升；（3）更换变形拱架时，更换位置附近衬砌拱顶处可能出现张拉破坏，拱腰处可能出现剪切破坏，因此，大变形处治时需保留两侧衬砌的临时钢支撑，必要时需增设底部横支撑或临时仰拱。该研究结果有助于得到大变形发生时和发生后处治时的防控重点，为大变形的预防及安全处治提供指导和参考。

裂隙是影响岩石力学特性和破裂模式最重要的因素之一，通过试验、数字照相技术和声发射监测对完整和含不同裂隙倾角 单裂隙、不同岩桥与裂隙夹角 双裂隙充填与非充填类岩石材料巴西圆盘的抗拉强度和破裂模式进行研究，探讨了随着 、 的不断变化和裂隙充填与否对试样最终破坏机制的影响。试验结果表明：（1）随着裂隙倾角 不断增大，单裂隙试样的抗拉强度先减小后增大，然后又减小；预制裂隙尖端萌生的翼裂纹贯通造成试样破坏；（2）双裂隙试样的抗拉强度随着 的增大先减小后增大；预制裂隙尖端萌生的翼裂纹和远场裂纹的扩展导致试样破坏；（3）在 、 相同的情况下，充填试样抗拉强度明显要高于非充填试样；预制裂隙充填与否对试样裂纹扩展的时间和裂纹数目影响较大；（4）加载初期，声发射较为平稳；宏观裂纹出现或者抗拉强度跌落时声发射将会变的异常活跃；在 、 相同的情况下充填试样声发射的起伏变化更为剧烈。

天然气水合物是一种潜在的能源资源，开采过程中，水合物的分解会造成工程和地质等安全隐患。为研究降压开采过程中多因素综合影响条件下沉积物的力学性质，在自主研发的低温高压三轴仪上进行了不同围压条件下含水合物沉积物的剪切试验。试验结合常规三轴剪切及一个试样多级加荷的方法，并加入了水合物的降压分解过程。结果表明：水合物的存在可以显著提高沉积物的抗剪强度。在降压分解过程中，含水合物沉积物试样的力学强度受到有效围压和孔隙中水合物含量的综合影响。前期试样由于孔隙压力降低导致有效围压大幅增加，试样抗剪强度增大，后期由于水合物含量的大幅降低，试样在较高有效围压下抗剪强度下降。有效围压对含水合物沉积物试样的体积应变有较大的影响，较高的有效围压会导致含水合物试样产生显著的剪缩现象。

目前关于路基侧向变形研究，大都是基于现场测试或数值模拟，却鲜有理论上的计算与分析。为深入研究路堤荷载下地基的侧向变形，基于布辛奈斯克等弹性理论解及平面应变问题，推导出无限长线荷载、均布条形荷载、三角形分布条形荷载及梯形分布条形荷载下地基侧向变形解析表达式，并与有限元数值计算结果对比验证了解析解的正确性。在此基础上，重点分析了土体的泊松比、路堤宽度以及路堤边坡宽度等参数对地基侧向位移场的影响。计算结果表明，路堤荷载下地基同一垂直线上土体的侧向变形沿深度呈弓形状，变形最大值在地表下某深度处。泊松比对地基侧向位移有较显著的影响：在坡脚附近地表浅层处，随着泊松比的增加，土体侧向变形的方向由向路堤内逐渐转为向路堤外；另泊松比越大，土体的水平位移也相对越大，且最大位移发生位置逐渐上移。研究结果可为类似路堤工程地基变形分析及稳定性控制监测提供一定理论支撑。

在考虑相变的热能平衡方程和非饱和水分迁移质量控制方程的基础上，建立温度场-水分场的耦合模型，并采用一种无网格粒子算法（SPH）进行数值求解。其中，耦合方程中考虑了水流传热以及温度势对水流的直接驱动，在不考虑相变的情况下，该耦合模型可退化为常温下的水-热耦合模型，故可用于模拟冻融循环的相关问题。从求解热能平衡方程中的含冰量出发，实现解耦并对半无限单向冻结条件下介质内非稳态温度场和体积含水率分布场进行模拟，将耦合作用下的温度场与不耦合的解析解进行对比，反映出水分迁移对温度场存在较大影响。最后，求解了路基边坡在季节性周期温度边界下，温度场、水分场分布的演变规律，并评估了边坡阴阳面受热不均对水热两场分布的影响。计算结果基本能反映土冻结相变的实际物理过程，光滑粒子算法可以用于尝试解决冻土领域的其他相关问题。

以冬瓜山铜矿深部出矿进路附近的矽卡岩为研究对象，采用改进的SHPB试验系统，进行高轴压和围压共同作用下受频繁动态扰动时深部矽卡岩动力学特性的研究。研究结果表明：预加载的高轴压和围压促使岩石内部微裂纹闭合，致使冲击荷载作用时动态应力-应变曲线初始阶段无下凹现象，即无压密阶段；峰值应力后，当岩样内部存储的弹性力大于卸荷时的冲击荷载时，出现应变减小的回弹现象，否则压缩应变一直增大至岩样破碎；累计扰动冲击次数随围压增大递增，随轴压增大递减，且增减率受围压、轴压大小的影响；动态变形模量、动态峰值应力随扰动冲击次数增加而减小，但最大应变及动态峰值应变增加；动态均值强度随轴压增大而减小，随围压增大先减小后增大；岩石动态变形过程中伴随着弹性变形，产生的回弹应变总体上随扰动冲击次数的增加呈先增大后减小的趋势发展。

基于天然饱和黏土地基中静压沉桩扩孔问题的弹塑性解，以沉桩结束后桩周土体的应力状态为初始条件,推导了桩周孔压消散的解析解。在此基础上，考虑桩周土体再固结过程中的土体松弛效应，提出了采用有效应力计算天然饱和黏土中静压桩时变承载力的理论方法。通过已有离心模型试验和现场试验结果对该方法进行了验证，研究了沉桩结束后静压桩承载力随固结时间的变化规律。结果表明，提出的理论方法合理考虑了土体的原位力学特性、沉桩效应及沉桩结束后土体有效应力的变化，因而可以较好地预测静压桩的时变承载力。该研究成果为合理确定黏土中静压桩承载力提供了理论依据，具有一定的理论和工程意义。

刚性桩复合地基中性面深度及桩土应力比的简化计算主要基于桩侧摩阻力线性分布假设，当桩身较长时，桩端侧摩阻力的计算值会远大于实际值，致使中性面深度及桩土应力比的计算结果与实际差别较大，故有必要对线性分布模式予以修正。据此将桩侧摩阻力分布简化为分段线性模式，考虑负摩阻力作用及桩上、下刺入变形，根据褥垫层-桩-土变形协调关系推导了刚性桩复合地基中性面深度、桩顶面桩土应力比、中性面桩土应力比计算公式。最后通过模型试验与工程实例验证，计算值与实测值吻合较好。

针对暂态水压力影响下的厚覆盖层边坡稳定性分析问题，基于不同暂态饱和区形式，提出了暂态水压力的计算方法，推导了考虑暂态水压力影响的边坡稳定性分析的Bishop方法，并利用VB语言编制了相应分析程序。结合汝郴高速某段覆盖层边坡，对是否考虑暂态水压力影响两种不同计算工况下的边坡稳定性进行了分析。研究结果表明：暂态饱和区厚度越大，边坡安全系数越小；暂态饱和区厚度相同条件下，受暂态水压力影响的边坡安全系数更低；随着暂态饱和区的扩大，边坡安全系数降低率保持扩大趋势，最高达39.79%；边坡潜在滑动面位置在暂态饱和区厚度大于4 m后基本与湿润锋位置相切，深度呈增加趋势。

针对已有锚索抗滑桩计算模型的不足，按锚索抗滑桩实际的受力过程，考虑了施工阶段锚索预应力的损失及桩体位移对桩锚协调方程的影响，分别在预应力施加和滑坡推力作用阶段建立计算模型，并基于加权残值法建立了锚索抗滑桩的内力与变形计算方法。同时，基于Matlab平台编制了锚索抗滑桩的计算程序，将该程序对已有的工程实例进行分析，并与现有的桩锚计算模型进行对比，结果表明，该模型能很好地体现锚索抗滑桩在预应力施加阶段主动受力这一特殊过程对桩锚位移协调方程的影响，且能考虑下排锚索施工对上排锚索造成的预应力损失；而且与现有的计算模型相比，本模型更加符合工程实际。

预测陷落柱突水与否的关键在于准确描述其内岩石在采动影响下的力学特性及损伤深度。以弹性模量作为损伤变量，基于耗散结构理论建立细观层面的修正平行杆模型，根据宏观层面的声发射和应力-应变数据得到损伤演化方程；结合Drucker-Prager屈服准则和对应的非关联流动法则，建立D-P弹塑性双标量型随机损伤本构模型。分析结果表明，D-P随机损伤模型可以较好地反映岩石非线性和随机性特征，在概率意义上预测了应力-应变曲线的离散范围。同时，该模型可以较好地反映压-拉-压循环荷载下岩石弹性模量的退化。基于此模型，对成庄矿51510工作面WDX40陷落柱的损伤规律进行研究发现，柱体内压缩损伤深度呈现非对称倒马鞍形分布规律，且远离切眼的陷落柱边壁处压缩损伤深度更大。

褶皱网络中褶皱的空间分布是水力通性分析及渗漏量评估的基础。褶皱的空间分布规律尚待研究。基于一个典型场地的场底褶皱网络，利用K-S检验方法分析了褶皱几何参数服从的概率分布类型，统计得到了褶皱几何参数相应的统计参数。提出了基于褶皱几何参数的统计规律随机生成褶皱网络，并对随机褶皱网络进行渗漏量评估，然后从随机分析得到的渗漏量中选择特征值来表征场地的渗漏量的方法。通过案例分析，研究了该方法的应用。结果表明：对典型场底褶皱网络的统计分析为确定类似场地中褶皱几何参数的概率分布类型和统计参数具有重要的参考价值。由随机生成的褶皱网络得到的渗漏量样本的均值可以作为特征值，用来保守地评估场地内实际的渗漏量。基于案例分析，在对褶皱几何参数统计规律积累了丰富的经验后，可以实现对待建场地的设计不再需要获取整个场地的航拍图像，从而为有褶皱场地渗漏量评估提供了新思路。

挖孔基础是目前我国山区架空输电线路强风化岩地基中最常用的基础形式之一。以强风化岩地基中的直柱型、扩底型两种结构型式的挖孔基础为研究对象，通过开展16个全尺寸基础现场抗拔试验，获得各试验基础和地表不同位置处的荷载-位移曲线。试验结果表明：基础及地表的荷载-位移曲线整体变化特征相似，均可划分为初始直线段、中间曲线段和终了直线段3个特征段。采用M值表示相应阶段位移量占总位移的百分比，不同的特征段M值的大小不同，并且其值随着远离基础边缘而逐渐减小。分别对直柱型、扩底型两种结构型式的基础荷载-位移曲线进行归一化处理，采用双曲线模型获得无量纲荷载（Q/QL2）与上拔位移s之间的关系曲线，通过对比分析同种结构型式挖孔基础在黄土、强风化岩两种地基中荷载-位移曲线的差异性，得出地基岩土体抗剪强度参数c、? 值与双曲线模型参数b值呈负相关，与基础抗拔承载力呈正相关。采用推荐的模型及参数对挖孔基础的荷载位移曲线进行预测，预测值与试验值吻合较好，从而验证了该模型及参数对于强风化岩地基挖孔基础荷载-位移变化行为预测的适用性。

违规临时地表堆载将引起地层附加应力，对既有盾构隧道产生不利的影响，严重者将导致隧道结构破坏。现有方法多是将隧道简化为搁置于Winkler地基的Euler-Bernoulli梁，不能考虑隧道的剪切变形和隧道埋深对基床反力系数的影响。针对既有研究的不足，提出考虑隧道剪切效应和隧道埋深的地表堆载下既有盾构隧道变形和受力的简化解析解。将既有盾构隧道简化为搁置于Winkler地基的Timoshenko梁，地基反力系数考虑隧道埋深的影响。通过三维有限元模型和已发表工程案例的实测数据，验证所提方法的正确性及适用性。通过参数分析发现，在荷载中心与隧道中心距离较近情况下，浅埋盾构隧道将发生较大的沉降变形；提高等效抗弯刚度和基床反力系数可以减少隧道沉降变形。而增大等效剪切刚度对隧道的沉降变形贡献较小，但是可以明显减小管片之间的错台变形。该研究成果可为合理预测地表堆载对既有盾构隧道的影响提供一定的理论支持。

为进一步深入研究弹性饱和黏性土地基的二维固结机制，引入Hansbo渗流方程描述固结过程中的非达西渗流，修正Biot二维固结方程。基于加权残数法，给出相应的有限元数值求解格式。通过和饱和黏性土一维非达西渗流固结理论有限体积法数值结果的对比，证明数值计算方法的有效性。在此基础上，探讨Hansbo渗流参数对二维地基固结进程的影响。计算结果表明，在固结初期，Hansbo渗流将增强Mandel-Cryer效应，增大孔压的峰值，并延长孔隙水压力达到峰值的时间；在固结中后期，整个土层存在孔隙水压力滞后现象。同时，Hansbo渗流将阻碍地基沉降的发展。而且，上述影响会随着Hansbo渗流参数的增大而更加明显。

粗粒土由于抗剪强度高、易压实、变形较小等优点被广泛应用于各类工程建设中。目前对于粗粒土动力特性的研究较少，理论滞后于工程应用。在工程设计中，通常将粗粒土划分为非液化土类，但在国内外多次强震调查中发现了严重液化的粗粒土，在一定的震动作用下，松散至中密的粗粒土也有可能发生液化。根据国内外地震中发生严重液化现象的粗粒土选取了研究土料的级配，在模型参数标定基础上，使用可描述土体交变移动和液化现象的交变移动(Cyclic-mobility)土体本构模型，探讨了试样端部与试验仪器之间的摩擦、重力场、动剪应力比、围压、动荷载频率等不同因素对饱和粗粒土动力特性的影响。研究表明：Cyclic-mobility土体本构模型能较好模拟粗粒土的应力、应变特性；端部约束条件和重力场将对粗粒土室内单元试验结果造成一定的影响；较低的围压或较高的动剪应力比作用下，试样的动应变幅值越大、内部应变不均匀现象越明显；频率较低时对应的试样内部体应变分布较为相似，高频率和高动剪应力比同时作用时会对试样造成较大的破坏。通过三轴试验研究土体不同位置单元的动力响应时，应注意应变传感器的布置方法，并对结果进行综合考虑和适当修正。

颗粒尺寸是影响颗粒离散元模型宏观力学性质与计算效率的一个重要因素。为充分考虑由模型随机性导致的模拟结果的不确定性，利用统计学方法对模型的颗粒尺寸效应进行研究。整体检验结果表明：特征长度比L/R的改变对模型力学参数（峰值强度、弹性模量、泊松比及峰值应变）与破坏特征参数（黏结破裂率）的总体分布位置均有显著性影响，且各参数的变异系数会随着L/R的减小而增大。进一步的多重比较结果表明：当L/R≥125时，L/R对峰值强度、弹性模量、泊松比及峰值应变的总体分布位置均无显著影响；当L/R≥79时，相邻3个粒径水平的黏结破坏率总体分布位置无显著性差异；随着L/R的减小，模型损伤程度增加，破坏模式由整体剪切破坏转向局部损伤引起的失稳破坏，最终失去模拟岩石材料的效力。最后，综合各项力学参数的统计学检验结果、模型破坏模式及计算效率，岩石模型颗粒的特征长度比取L/R=200较为合适。

将长输埋地管道化为多自由度体系的等效离散集中质量模型，建立了集中质量模型在管道纵向荷载作用下的结构响应计算模型。模型考虑了沿管道长度方向的行波效应，实现了不同质量点处地震动的非一致输入，为考虑管-土相互滑移的影响，模型中考虑了土体的弹塑性本构关系。模型以纵向地震动位移输入，求解得到管道各集中质量点的位移和管-土间的相对位移，在此基础上运用结构力学方法对每两个集中质量点间管道进行精细分析，进而求得管道的内力和变形。通过算例分析，集中质量模型程序计算结果与连续型管道的有限元分析结果进行比较，验证了集中质量模型方法的有效性和合理性。

无限元是一种有效的人工边界，可用于处理弹性波的传播问题。在传统动力无限元的基础上，提出了一种采用分向插值技术的新型动力无限元，详细地推导了这种无限元的形函数，建立了完全解析形式的刚度矩阵，以提高计算效率，采用该无限元边界，计算了弹性介质中的线源Lamb问题，通过对比解析解答的地基表面位移，验证了该无限元的有效性。算例分析表明，采用此类无限元时，有限元单元边长建议取不超过1/8剪切波波长，网格边界到激励源点的距离宜取5倍剪切波波长。无限单元中的幅值衰减系数对计算结果影响甚微，建议取较小值。

采用黏弹性介质的三维本构模型，基于工程波动理论推导了入射简谐波情况下平面波和柱面波在黏弹性介质中传播的应力场，扩展了波动理论在黏弹性介质中的应用。结合有限元人工黏弹性边界参数取值的弹性经典解，得到了在平面波和柱面波假设情况下的黏弹性边界参数取值。通过编制频域分析有限元计算程序讨论了基于理论解的黏弹性边界在有限元计算中的应用效果。结果表明：与基于弹性介质推导的传统黏弹性边界和黏性边界相比，采用黏弹性边界得到的模拟精度更高。同时指出，由于理论分析与时域分析有限元法在本构模型、参数设置等关键问题上存在根本差别，结果并不完全适用于常规的时域分析有限元法。最后，结合时域分析有限元法的特点为研究的进一步发展提供了建议。

准确估计随机场参数和相关函数是定量描述岩土参数空间变异性的关键。基于间接测量的静力触探试验数据，系统对比了传统统计方法与贝叶斯方法确定砂土有效内摩擦角随机场参数和相关函数的有效性，指出了两种方法存在差异的原因，并探讨了静力触探试验样本数量对两种方法计算精度的影响。研究结果表明：传统统计方法未考虑砂土有效内摩擦角与锥尖阻力间经验回归方程的不确定性，识别相关函数的正确率较低，并且传统统计方法会高估砂土有效内摩擦角的标准差，低估其波动范围。而贝叶斯方法由于合理地考虑了经验回归方程的不确定性，可以准确地确定砂土有效内摩擦角的随机场参数和相关函数。根据间接测量数据量化岩土参数空间变异性时，应考虑回归模型不确定性的影响。此外，随着静力触探试验样本数量增加，贝叶斯方法识别砂土有效内摩擦角相关函数的正确率逐渐提高，随机场参数估计结果的不确定性逐渐降低。为了提高岩土参数空间变异性定量表征结果的准确性，应广泛收集岩土工程勘察资料。

实际荷载条件下（如交通、地震荷载），粒状岩土材料常受到三维复杂应力路径作用。目前，多数粒状岩土材料的本构理论和模型都基于简单应力路径加载条件下的物理试验提出，在更加复杂应力路径下的适用性则需要进一步验证。但受机械控制的限制，物理试验中无法实现很多客观存在的三维复杂应力路径加载。为了能够再现并分析三维复杂应力路径下粒状介质的力学响应，提出了一种离散元数值试验方法，该方法采用球形数值试样，通过直接控制试样边界应力达到对3个主应力大小和方向的任意控制，从而可以实现诸多物理试验中无法实现的复杂应力路径。通过与目前常见的一些物理试验进行定性对比，论证了该数值试验方法通过高精度的加载控制和测量能够再现已有物理试验现象。在此基础上，进一步开展了应力主轴的三维旋转，分析了在这种实际存在却无法通过物理试验再现的加载条件下粒状介质的变形规律，初步显示了提出的数值试验方法在深入研究三维复杂应力路径下粒状介质力学响应方面所拥有的能力和优势。

提出了一种土石混合体模型随机生成的方法。利用MATLAB数学处理软件，对块石数字图像进行边界提取、平滑，规则化等处理后，得到块石形状坐标和块石形状参数。在此基础上，通过采集、处理大量块石样本数字图像，建立含有大量岩石样本形状坐标与形状参数的数据库。之后在建模区域内，基于一定规则要求，对数据库样本进行选取，并对选取样本进行缩放、旋转，并根据规则进行随机放置。重复上述过程，直到满足含石量要求，从而得到土石混合体随机生成模型。然后利用有限元软件自带程序或语言，将模型导入有限元软件进行建模、分析。该方法结合了随机生成与数字图像处理技术的特点，弥补了规则化随机生成块石形状真实性不足的缺点，同时避免了数字成像技术的数据单一性。该方法满足了土石混合体随机建模所要求的空间位置随机性与块石形状多样性，可以直接生成符合现实块石形状并具有良好随机性的土石混合体模型，对于土石混合体工程结构的规律与一般性研究，有良好的应用前景。

为研究液化砂土的流动变形特征，开展了液化砂土的流体特性试验研究。基于边界层理论研发一套液化砂土表观黏度测试装置，主要由调速电机、电机调速器、圆柱转子、扭矩传感器等部分组成，该装置能有效测试液化砂土的表观黏度；开展了不同孔压比、转速下饱和砂土表观黏度及圆柱转子所受摩擦力矩特性研究，着重分析了液化后砂土的表观黏度特性。结果表明，液化前孔压发展及液化后孔压消散阶段摩擦力矩均受到孔压比及转速的影响；液化后砂土孔压逐渐消散，强度恢复，流动能力衰减，表观黏度升高，表观黏度与孔压比呈现出一定的线性相关性；表观黏度随着剪应变率的增大而降低，且两者呈现出幂函数关系，表明液化后砂土具有典型幂律型剪切稀化非牛顿流体特征。