对非饱和土与特殊土力学及其工程应用的近期进展做了全面系统的总结，内容包括仪器研发、基本特性、理论模型和工程应用。对非饱和土的应力理论和本构模型及缓冲材料的热力学特性等前沿科学问题做了重点阐述。在非饱和土的基本问题研究进展方面，详细讨论了持水特性、水气运移特性、结构演化、强度特性、应力理论、本构模型和数值分析；在特殊土研究进展方面，涉及16类土，主要介绍了我国广泛分布的黄土和膨胀土及用于高放废物地质处置库的缓冲材料，对其土压力、增湿变形、蠕变特性、浸水试验、边坡、动力特性和地质灾害等有关问题作了详细讨论；在非饱和土与特殊土力学的应用方面，介绍了两方面的进展：理论成果的工程应用和实用技术的研发；文末对今后的研究工作提出了若干建议。

盐岩具有渗透率低、延展性高、蠕变特性好以及损伤自愈合等特性，已经成为国内外公认的地下石油天然气储库以及储存放射性废料最理想的储存介质之一。盐岩损伤自愈合作为盐岩损伤演化重要的一部分，对储库开采扰动区盐岩力学稳定性以及渗透性具有重要影响。从发生机制、影响因素、本构模型等方面综述了国内外盐岩损伤自愈合研究进展，总结了国内盐岩损伤自愈合研究成果。盐岩损伤自愈合主要机制包括压力闭合、表面能驱动下的扩散效应以及盐岩内部晶体再结晶作用。影响盐岩损伤自愈合特性的主要因素有压力、温度、初始损伤、湿度、化学环境等。对考虑盐岩损伤自愈合特性的MDCF模型以及Lux/Hou模型作了简要介绍。最后指出了我国含杂质层状盐岩损伤自愈合特性值得关注的几个重点研究方向。

基于荷载传递法，建立了热力耦合作用下能量桩单桩工作特性的简化分析方法。该方法中将桩-土荷载传递函数取为双曲线，采用曼辛法则模拟温度循环过程中桩-土界面的卸载和再加载特性，通过再加载过程中刚度的折减近似考虑塑性变形的积累。利用矩阵位移法求解控制方程组后可直接得到任意温度-力学组合作用下的桩体变形、桩身轴力、桩侧阻力和桩端阻力，无需事先假设温度位移零点的位置。通过与试验数据的对比分析，验证了所提方法的可靠性。结合算例，研究了能量桩的长期工作特性。结果表明，温度循环会造成自由桩的桩顶沉降增加，固定桩的桩顶应力减小，温度循环的影响与桩顶静力荷载水平和土体刚度的衰减程度密切相关。

研究土体压缩过程孔隙的分形特性时，常常对试验测量范围内所有孔隙进行整体分析。然而，研究发现大小孔隙分形行为存在较大差别，特别对压缩的响应也显著不同。为阐述黏性土压缩过程大小孔隙的不同响应及分形特征，并对其变化规律进行刻画，以不同干密度的武汉黏性土为研究对象，利用压汞法获取土体孔隙分布数据，基于分形理论拟合分析其分维数。研究发现：孔隙孔径-体积分布图中，均存在特殊的临界孔径现象，临界孔径前后的孔隙分布规律及其对压缩变形的响应显著不同，将大于临界孔径的孔隙定义为大孔隙，小于临界孔径的孔隙定义为小孔隙；小孔隙分布具有天然较强的分形特征，且基本不随干密度的变化而变化，称之为固有分形特征；大孔隙分布远离固有分形特征，分形行为较弱；随着干密度的不断增大，大孔隙的分形特征逐渐增强，且不断逼近小孔隙的固有分形特征。因此，小孔隙的固有分形特征可作为黏性土压缩的基准指标，压缩是迫使大孔隙不断调整趋于更强分形分布且逐步向基准指标靠拢的过程。

合理而准确地评价岩石的脆性是评估岩爆风险、油气储层可压裂性等工程实践的前提。针对表征脆性岩石破坏过程的能量跌落系数，详细分析了其适用性和局限性。为更加有效地评价岩石的脆性，基于岩石破坏全过程的应力-应变曲线，在能量跌落系数的基础上，进一步考虑峰前总能量中可释放弹性能的占比，提出一种改进的能量跌落系数，认为脆性是岩石内部可释放弹性能在峰前阶段大量储存并于峰后阶段快速释放的综合表现。通过对不同围压下大理岩和花岗岩试验数据进行分析和对比，结果表明改进后的能量跌落系数不仅能反映同种岩石不同围压下的脆-延转化行为，还能有效评价相同围压下不同岩石的脆性强弱。同时讨论了泊松比、损伤变量对岩石脆性评价的影响，发现随着泊松比增大，各围压下花岗岩的脆性强于大理岩的性质不改变；随着损伤变量增大，花岗岩的脆性由强于大理岩转变为弱于大理岩，且围压越高，现象越明显。试验结果验证了改进后能量跌落系数的可靠性，研究成果有望对岩石脆性评价提供参考。

陡倾顺层斜坡在静力条件下的稳定性一般较好，但是在“5.12”汶川地震中该类型斜坡却发生了大量的失稳破坏现象，通过现场调查在陡倾软硬相间顺层斜坡中发现了一类特殊的动力变形破坏模式——倾倒变形。在已有认识基础上，以四川汶川县水磨沟陡倾软硬相间顺层斜坡在强震作用下的失稳案例为基础，通过离心振动台试验研究该类型斜坡在强震作用下的倾倒变形机制和动力响应规律特性。研究表明：在斜坡表面，随着高程的增加，加速度放大系数总体表现出先增大、后减小、再增大的节律性变化，在坡高1/3处和坡肩部位动力响应呈现两个峰值。在同一水平高度下，越靠近坡表，加速度放大系数越大，即斜坡岩土体临空面效应较为显著。通过试验揭示该类斜坡失稳机制为：在强震荷载反复作用下，软岩和硬岩产生差异剪切破坏，岩土体沿优势层面下滑受阻，坡脚附近岩土体弯曲隆起，斜坡深层潜在滑面未完全贯通，坡肩震裂松弛岩体在地震的巨大水平惯性力下，向临空面作悬臂梁弯曲倾倒，整个斜坡发生拉裂滑移－下部弯曲－上部倾倒式失稳破坏。

为了研究不同颗粒级配砂土与格栅界面的剪切特性，采用3种不同颗粒级配的砂土与土工格栅进行了一系列大型室内单调直剪试验、循环直剪试验和循环后单调直剪试验，并且通过对比单调直剪以及循环后单调直剪下界面剪切特性的变化，研究了循环剪切应力历史对界面抗剪强度的影响。结果表明：单调直剪试验中，3种界面均发生峰值后剪切软化现象，且高应力下软化现象更明显；3种界面在循环直剪试验中均呈现剪切硬化特点，同一循环次数下颗粒级配良好砂土与格栅界面剪切强度最大；经历过循环剪切后，3种界面的峰值黏聚力与残余黏聚力均减小，而峰值摩擦角与残余摩擦角增大；遭受循环剪切后，3种颗粒级配砂土与格栅界面抗剪强度都得到了提高。

相同形貌结构面重复性剪切试验和各向异性剪切试验一直是岩体结构面剪切力学特性试验研究中的难点，而该问题对于工程岩体的开挖力学响应和稳定性分析、评价与控制至关重要，问题的关键在于同一种岩石的结构面形貌的再现。为此，基于3D扫描和3D雕刻技术，重复制备了3种不同粗糙度的大理岩结构面试样，开展了不同法向应力下相同形貌结构面的各向异性剪切试验。试验结果发现：（1）同一法向应力、不同剪切方向下，相同形貌结构面的剪切强度、剪胀和剪切破坏特征均呈现明显各向异性；（2）结构面粗糙度各向异性很大程度上决定了剪切强度的各向异性，两者具有较好的正相关性；（3）随着法向应力的升高，结构面剪切特征的各向异性有逐渐弱化的趋势。同时，研究还充分表明，3D雕刻技术是系统开展结构面剪切力学特征各向异性研究的可靠手段，可在将来研究中发挥更为重要的作用。

基于工程实践中研究斜坡桥基抗震加固的需要，设计并完成前后排抗滑桩加固滑坡桥基的振动台模型试验。通过加载不同频率、加速度峰值的正弦波，分析振动时桥墩基桩、抗滑桩的受力变形规律，探讨滑坡破坏发展过程和动力响应特性。试验结果显示，前后排抗滑桩均应与桥基保持合理距离，有利于桥墩基础的受力变形；受桥梁上部结构的动力影响，桥墩基桩应变沿桩深衰减，衰减速度与土体抗力相关；当后排抗滑桩开裂后，桩身应变骤降，桩后土压力出现卸荷效应，但抗滑桩仍有潜在的承载能力，同时滑坡从稳定性最差的区域开始破坏，逐渐产生频段耦合效应，在后排抗滑桩达到承载极限前，频段耦合效应显著，达到承载极限后，卸荷效应显著。

岩石尺寸是影响其力学行为的重要因素，而岩爆是岩石处于复杂应力状态下的特殊力学响应，因此研究岩爆过程中的尺寸效应影响问题具有重要意义。利用室内改进的真三轴仪（简称MTTA）岩爆模拟试验系统和美国物理声学公司（简称PAC）声发射（AE）监测系统，对具有不同高度的花岗岩进行室内岩爆模拟试验，观察岩石试件破坏特征，分析花岗岩试件岩爆过程中声发射信号的参数特征、波形频谱特征。研究结果表明，随着岩石试件高度的降低，岩爆临界破坏强度有升高的趋势。岩石岩爆破坏后破裂面特征随着试件高度的降低而发生明显变化，经历了由劈裂张拉破坏为主向剪切破坏为主破坏模式的转变。同时，试验中表征损伤的声发射能率参数随着试件高度的降低有增大的趋势，即释能速度越来越快。对试验各典型阶段产生的AE特征波形进行提取并采用快速傅里叶变换方法处理，对比频谱图发现，花岗岩岩爆试验过程声发射主频值总体呈“从低频向高频再向低频”转变迁移的趋势，不同高度岩石岩爆试验结果有着相似的谱分布，主频主要集中在90～120 kHz低频区间范围，是该花岗岩岩爆中的最重要特征频率，频谱特征中的高频部分受试件高度的影响而有不同。

在与可液化场地相关的振动台模型试验中，地震动持时按照时间相似比压缩后，所输入地震动的持时、频率、能量等特性均发生改变，这将对液化地基在地震荷载下的动力响应产生显著影响。以持时压缩比例为研究的唯一变量，依托小型振动台试验，分析了各组试验中可液化地基土在地震中的宏观现象、加速度反应、孔压比发展等，针对与可液化场地相关振动台试验设计中的地震动持时按照时间相似比压缩后对液化场地动力响应影响的问题进行研究。试验结果表明：地震动记录按照很小的相似比压缩后持时太短，地震动峰值一定时，可液化场地则有可能不发生液化；地震动持时越长，地震动能量越大，超孔隙水压力随地震动的输入积累迅速，场地土液化现象越明显，土体中加速度反应也表现出不同规律。根据得到的试验结果，建议在涉及可液化场地的振动台模型试验中，所输入的地震记录采用原始持时地震动记录或按照较大时间相似比压缩的地震动记录。

针对在地下水作用力使用中易出现力的概念混淆、重复计算等问题，论述了土体中的孔隙水压力、浮力、渗透力3种地下水作用力的性质，从能量守恒角度论证了稳定渗流环境下的孔隙水压力与水深和水力坡角相关；探讨了浮力、渗透力两种体积力与边界孔隙水压力的等效关系，论述了在稳定渗流环境下的土体稳定性计算采用土-水分算与土-水合算两种方法时，前者应使用渗透力和土粒浮重度进行平衡计算；后者应使用孔隙水压力和土体饱和重度进行平衡计算。在此基础上，对现行滑坡防治工程的相关规范中滑坡稳定性计算公式中的地下水作用力的不当使用问题进行了探讨，并采用工程实例对其引起的稳定性计算偏差进行分析。结果显示：相关规范中存在渗流条件下孔隙水压力未考虑水力坡角及孔隙水压力与浮力概念混淆的错误，这两种情况都将造成设计偏保守，工程治理时后者将造成较大的经济浪费。

为了研究层状盐岩小间距双井水溶造腔中流场浓度场特征，进行了相关的模型试验和数值计算。基于量纲分析法搭建了模拟建腔期腔内流场的相似模型试验平台，利用染色法研究了建腔期腔内流场运移规律，并采用时均法测量腔内浓度。试验发现：流量越大，浮羽流极限高度越高，但腔内浓度变化速率减小，排卤口浓度变低；提管高度的改变实际上是改变了淡水相对于腔体的初始空间位置；夹层赋存状态变化实际是改变夹层在溶腔中的空间位置，处于不同区域的夹层会改变腔体流场的运动趋势和作用范围。利用Fluent软件进行3D数值计算，结果验证了室内试验流场的普遍规律，得出同样的分层结果；但在速度分布上，发现流场底部并非无宏观流动，而是自然对流扩散和沉降作用占主导。

利用GDS变围压动三轴试验系统对宁波重塑饱和软黏土进行了一系列变围压不排水循环加载试验，重点研究了循环轴向偏应力和循环围压耦合作用下饱和软黏土不排水动力特性，分析了循环围压、振动频率对轴向累积应变及孔压的影响。研究结果表明：不排水条件下，循环轴向偏应力和循环围压耦合作用对试样的累积塑性应变发展具有一定的限制作用，轴向累积应变随应力路径斜率? 及振动频率f的增大而减小。不同应力路径斜率、振动频率影响下，应变率随加载时间的变化规律一致，应力路径斜率? 对应变率-时间关系影响较为明显，随着应力路径斜率? 的增大，应变率减小，而不同振动频率条件下的应变率-时间关系曲线几近重合。最大孔压随循环围压的增加而增大，而随振动频率的增加而减小。在上述试验结果基础上，建立了呈线性关系的应变率与加载时间关系表达式。

生物成因的珊瑚礁灰岩明显有别于传统意义的地质岩体，通过对礁灰岩进行霍普金森压杆（SHPB）冲击试验，研究南海珊瑚礁灰岩的动力破碎形态和动态力学性能。研究表明：垂向沉积演化发育的强度高且致密的礁灰岩，具有较高的弹性波速和单轴抗压强度；单轴冲击荷载下礁灰岩主要发生沿轴向的张拉破坏，且主要发生在生物组分、珊瑚砾块与珊瑚藻的胶结面等薄弱部位；生物成因的礁灰岩的动态应力-应变模型与一般岩石不同，存在较明显的压密阶段，礁灰岩的动态抗压强度对应变率表现出更强的敏感性；礁灰岩的能耗密度、入射能和动态抗压强度呈线性关系，与应变率呈乘幂函数关系。珊瑚礁灰岩的动态力学性能对岛礁工程实践中的爆破开挖、冲击破碎和防震抗爆设计有重要的指导意义。

钙质砂为海相沉积的多孔介质，是防护工程分配层的理想填充材料。利用改进的铝制分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，简称SHPB），分别对颗粒级配以及相对密实度相同的南海钙质砂和福建石英砂进行了83组一维冲击试验，得到了应力波透射率、冲击响应和吸能效率曲线，分析了应变率、相对密实度和含水率对两种砂冲击特性的影响。结果表明，相同的荷载和边界条件下，钙质砂的刚度仅为石英砂的1/10。由于内孔隙的存在，钙质砂对冲击波的衰减作用大于石英砂，在承载性能允许的情况下，适当减小相对密实度、增加含水率可有效提高分配层消能效果。

1. College of Civil Science and Engineering, Yangzhou University, Yangzhou, Jiangsu 225127, China; 2. School of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing, Jiangsu 210096, China

为研究盐岩在长历时蠕变过程的声发射特征规律与损伤演化过程，采用四川大学大型程控流变仪和PAC Sensor- highway II型声发射监测仪器对盐岩进行了为期约1 a的单轴蠕变声发射试验，分析了盐岩长历时蠕变过程应变规律与声发射试验结果，探讨了盐岩全蠕变损伤演化过程。试验结果表明，盐岩在为期约1 a的蠕变时间内经历了初始衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段、加速蠕变阶段，其中稳态蠕变速率基本维持在6×10?5 d?1；盐岩全蠕变过程声发射各特征参数规律与蠕变应变趋势基本一致，呈活跃－平静－活跃趋势，同时根据声发射参数特征曲线可以预判盐岩进入加速蠕变阶段在300 d之时，比由应变曲线（320 d）判断更为提前，为储气库工程建设提供室内试验依据；根据声发射时空演化特征揭示了盐岩长历时蠕变损伤破坏路径是从端部－中部－整部的形式；基于声发射振铃计数特征参数计算的损伤变量变化趋势与蠕变应变趋势一致，而盐岩蠕变全过程声发射分形维数呈下降－波动－上升的趋势，表征声发射经历了一个从无序到有序再到无序的过程，且与蠕变速率曲线变化一致，分形维数的拐点与声发射提前预判加速蠕变拐点节点相一致，分形维数变化与损伤变量率变化趋势基本一致，进一步分析表明声发射分形维数值基本在2上下波动，损伤变量率基本稳定在0.002 d?1周围。

非饱和原状黄土具有显著的结构性，结构性对其力学变形特征有着较大影响，但鲜有报道将结构性引入到非饱和黄土地基湿陷变形的多场耦合响应分析中，该领域亟待进一步深入研究。以已建立的非饱和原状黄土弹塑性损伤本构模型为基础，将其纳入到非饱和土流固理论中，结合非饱和原状黄土水气运移规律，建立考虑结构性的非饱和原状黄土弹塑性损伤流固耦合模型。对新建流固耦合模型的控制方程在时间域和空间域上进行离散，得到单元模量矩阵各元素的具体表达式，并编写多场耦合分析有限元程序ULEDSC。利用新编程序对黄土地区的大型现场浸水试验进行数值计算，得到浸水和停水阶段的孔压场、位移场以及损伤场等关键变化特征，以初步揭示湿陷性黄土地基浸水沉降变形过程中的多场耦合响应机制。研究成果可为黄土地区的工程实践提供一定参考，新编程序也能为初步解决黄土地基的湿陷性问题提供可能。

水-岩作用是岩石表面风化、结构破坏以及强度降低的重要原因之一，也是岩土力学研究领域的经典问题。基于此，以甘肃兰州地区红层砂岩作为研究对象，进行了10次不同（盐）溶液下的干湿循环试验，研究了红层砂岩的声波劣化特征以及劣化机制。结果表明：（1）随着干湿循环次数的增加，试样的质量逐渐减少，纵、横波速逐渐降低，这种变化在高浓度Na2SO4溶液中更为明显，且垂直层理试样比平行层理试样更容易劣化；（2）通过对岩石纵波的频谱特征分析，发现Na2SO4溶液条件下，岩石的能量损失较NaCl溶液更为显著。同种溶液，浓度越高，岩石的能量消散越大；（3）在劣化过程中，出现了2种形式破坏：端面剥蚀和沿层理的横向断裂和纵向劈裂；（4）微观结构分析表明，水-盐作用下岩石矿物颗粒的胶结变差，导致孔隙变大是影响红层砂岩声波劣化的主要原因。研究成果对于红层砂岩边坡长期稳定性评价具有较大的参考价值，同时，也为砂岩质文化遗产风化病害的评价、保护提供科学依据。

风积黄土垂直节理发育，在黄土塬边或岸边容易观测，受水环境变化影响极易诱发黄土灾害。以黄土垂直节理为研究对象，从黄土垂直节理细微观发育特征入手，总结了黄土垂直节理在横纵方向上发育规律，研究了黄土垂直节理在不同评价尺度上的展现形式、转换机制及形成垂直节理的微细观结构基础。从黄土的沉积动态出发，探讨了垂直节理的垂向发育机制。研究结果表明：垂直节理是黄土在历史沉积过程逐渐形成的，是成岩过程的产物，提出了黄土中存在的孔隙集中带及垂直管状通道是能够发育垂直节理的微细观结构基础，三维CT扫描试验结果为其提供了强有力的证据；其在不同评价尺度上的展现形式不同，在外部作用下（干湿循环作用及黄土堆厚）其垂直节理在微-细-中观是可以向上尺度（扩张特征）或者向下尺度（衰退特征）发育、发展转换的，即尺度转换机制；并借此提出了黄土垂直节理的垂向发育机制。

采用核磁共振技术，对不同配比的水玻璃、石灰+粉煤灰及石灰+粉煤灰+水玻璃的固化盐渍土的微观特征进行检测，结合无侧限抗压强度试验，分析了各固化方案的盐渍土固化效果，讨论了强度成因的微观特征机制。结果表明，不同固化土的孔隙特征有较大差异。石灰+粉煤灰固化盐渍土大孔隙减少；石灰+粉煤灰+水玻璃固化盐渍土孔隙总体积减少，但同时有大孔隙生成；水玻璃固化盐渍土孔隙总体增多，但随水玻璃浓度增大，孔隙体积有所减小。石灰+粉煤灰+水玻璃固化盐渍土抗压强度远大于其他固化方案，但是其孔隙结构并不是最优，说明颗粒间的胶结情况对固化效果的影响远大于孔隙特征。

将路面结构简化成Euler-Bernoulli梁，路堤填土和加筋体视作复合材料并简化成可考虑横向剪切作用的Timoshenko梁，软土地基采用可考虑应力扩散的三参数Kerr弹性地基模型模拟。采用能量法建立加筋路基能量平衡方程，根据总势能驻值原理得出加筋路基的沉降控制微分方程，并基于特征值法求解沉降微分控制方程，分别求得Kerr地基上路基沉降、路堤剪切应力和弯矩的解析解，分析了软土地基的厚度、模量和加筋体位置等参数对路堤沉降和受力的影响。研究结果表明，相对于Winkler和Pasternak模型，Kerr地基模型能更加准确地模拟低填方加筋路基的沉降。

针对天津滨海地区围海造陆工程所形成的上软、下硬双层软黏土地基，利用室内载荷试验和数值模拟开展了双层软黏土地基的承载特性及破坏模式研究。研究表明：由于下层沉积土的补强效应，双层软黏土地基的P-S曲线会出现明显的凹凸转折点，其出现的位置与宽厚比密切相关，宽厚比越小，转折点出现的时间越靠后，下层沉积土的补强效果越不明显。数值结果表明：双层软黏土地基破坏模式随着上覆土厚度的变化相差不大，均为整体剪切破坏。随着载荷板宽度的增加，双层软黏土地基以冲剪破坏模式过渡为局部剪切破坏，当载荷板宽度大于3.0 m时，表现为整体剪切破坏。

装配式地下连续墙采用工厂预制、现场沉桩施工快速，具有施工文明、环境污染小的特点，是我国城市轨道交通基坑支护领域的重要发展方向。装配式地下连续墙现场施工的关键在于大截面预制板桩沉桩过程的控制，沉桩设计中需综合考虑沉桩阻力计算及预成槽泥浆状态的控制问题。针对装配式地下连续墙沉桩阻力的评估计算，通过模型桩室内沉桩试验系统研究了不同预成槽泥浆状态下的桩侧摩阻力、桩端阻力分布规律，提出了装配式地下连续墙自重沉桩及预压沉桩情形下的预成槽泥浆状态控制标准确定方法。结合预成槽模型桩室内沉桩试验结果，建立了装配式地下连续墙沉桩阻力评估模型，提出了预成槽泥浆状态控制范围，开发了预制桩沉桩可行性评估软件。其中，1.2 m标准幅预制桩自重沉桩的泥浆密度不应超过1.15 g/cm3，300 kN预压沉桩不应超过1.33 g/cm3。

高填方涵洞在我国西部山区高速公路中应用广泛，由于高填方荷载较大以及涵洞-填土之间的刚度差异引起的土压力集中，造成涵洞结构出现一系列病害。为了缓解涵顶应力集中，消除涵洞结构病害，改进了涵洞结构形式，即在一般盖板涵结构的侧墙正上方设置减载块，其与涵洞侧墙为一整体结构；减载块与涵洞顶板形成U型减载孔，在孔内铺设柔性填料，由此构成减载式涵洞结构。利用模型试验和数值模拟方法，分析了柔性地基条件下减载式涵洞的受力特性，结果表明数值模拟结果与模型试验结果一致。此外，讨论了刚性和柔性两种地基条件对减载式涵洞受力的影响规律。研究发现：涵洞在柔性地基条件下减载效果比刚性地基条件更好，涵洞结构受力更合理。实际工程中应该重视对柔性地基的处理，优先考虑满足工后沉降，不应刻意提高地基刚度。

为了研究爆破掘进施工对巷道支护锚杆的影响，采用结构动力学理论，从理论上推导出了锚杆在爆破地震波作用下的振动规律，计算出锚杆上的位移、振速、轴力随时间的变化，研究了黏结式锚杆在爆破动荷载作用下的动力响应特征。结果表明：自由段锚杆的轴力和轴向振速呈现指数型衰减，而锚固段锚杆的轴力和轴向振速以及剪应力呈现正弦变化，整体表现为先增大后减小。锚固长度对锚杆振动效应影响较大，不同锚固长度时锚杆受力状态不同，在锚杆满足抗拉强度的前提下，可以适当减小锚固段长度。剪切刚度对锚杆的振动有一定的影响，剪切刚度越大，锚杆与锚固砂浆之间的剪应力也越大。故为了防止锚杆不发生剪切破坏，尽量选择剪切刚度较小的锚固剂材料。研究成果对掘进爆破安全技术的提高具有一定的指导意义。

在相同或相似的外界条件下，滑坡位移监测点运动的相似性极大程度地表明了滑坡内部结构和外在表现的相似程度。因此，采用合适的相似性评价方法具有较大的理论价值和实际意义。提出了一种基于运动角差的滑坡监测点相似性评价方法。将不同滑坡的变形速度的数值转换为角度，将变形加速度转换为角度差。通过比较角度差的差异，更准确地对滑坡不同监测点的相似性进行评价。针对监测点数据充足的情况下，提出了更为精确的三维运动角差。运用该方法不仅突出了针对相同外界因素下监测点位移的不同响应，而且在很大程度上消除了不同规模滑坡的尺度效应。通过试验认证，将该方法运用到同一滑坡上不同监测点相似性评价后的分区、三峡库区不同滑坡的相似度评价以及相似滑坡监测点的位移预测等方面都取得了良好的效果。

以金沙江乌东德水电站右岸的鸡冠山梁子高陡斜坡为典型实例，在斜坡表层地震动监测基础上，通过在斜坡弹性模型底部分别输入水平、竖向Ricker子波，发现：斜坡顶部低模量岩体材料在水平Rick子波激励下，易产生放大效应；而当输入竖向Rick子波时，易在模型表层地形凸起部位产生共振放大，其顶面表层卓越频率也与现场实测值基本一致。其次，对比分析了在分别输入汶川八角什邡加速度记录、典型鲁甸地震加速度记录时的斜坡弹塑性模型的稳定性和动力响应特征，发现：（1）斜坡在静力条件下可能存在3种不同位置潜在滑面，但输入两种地震波后，变形破坏区仅发生在顶部滑面位置；（2）输入汶川地震波时，斜坡顶部滑面剪应变增量明显大于输入鲁甸地震波时对应值，且前者的滑面出现明显整体拉破坏区，滑面上部水平、竖向残余变形也不收敛，处于震后斜坡失稳状态。后者滑面底部无明显的拉破坏区，滑面上部残余变形收敛，处于震后斜坡稳定状态；（3）斜坡水平、竖向加速度都在斜坡顶部低模量材料表层出现明显的放大现象，场地效应明显。此外，表层加速度普遍大于斜坡内部相应值，尤其是地形凸起位置。输入汶川地震波时斜坡顶部水平向加速度放大系数大于鲁甸地震波相应值，但竖向加速度放大系数两者基本一致。

为研究两河口水电站5#、6#母线洞开挖过程中围岩破坏机制，构建高精度微震监测系统，通过实时监测微震聚集情况并分析聚集区微震信号，圈定地下厂房开挖卸荷过程危险区域；依据前期勘探资料及现场开挖进度，借助UDEC离散元程序，揭示母线洞开挖后变形分布区域及破坏机制。研究结果表明：（1）微震活动和地下厂房开挖密切相关，5#、6#母线洞开挖引起微震事件聚集和锚杆应力计读数增加，开挖形成的临空面容易失稳。（2）围岩破裂发生前，微震信号高频成分先减少后增多。（3）开挖后的母线洞顶拱及主变室上游边墙位移明显，且呈现拉张破坏现象。研究结果可为两河口水电站地下厂房后期开挖支护提供重要参考依据。

以样本平均值和样本方差为表征的矩估计值在小样本岩土参数下具有较大不确定性，直接用于可靠度分析可能导致结果出现较大误差。根据抽样获得的同一小样本X可能来自不同总体W*的事件发生概率关系，基于正态总体均值、方差与相应矩估计值的偏差分别服从t及χ2分布的基本规律，依据条件概率原理构建了由W*组成的岩土参数虚拟总体空间? POP及对应发生概率空间? OCC。以简单土坡为对象，采用Monte Carlo法获得了不同强度参数总体W*下的失效概率空间? FAI，应用全概率公式建立了考虑样本矩估计偏差影响的边坡稳定可靠指标?T计算方法，分析了多批次小样本抽样下?T空间分布特征。研究表明：以小样本岩土参数矩估计偏差发生概率为权重的矩偏权值法能有效收窄?T分布区间，减小参数估计误差传递至βT空间的不确定性，且?T空间平均值收敛于真值，表现出良好的有效性和无偏性；针对实际勘察工作中的单批次小样本取样特点，矩偏权值法能较好地降低数据在偏差偶然过大情况下造成的可靠性计算结果失真程度。

为了探知黄土高填方地基的沉降规律及影响因素，对某黄土高填方原地基沉降、孔隙水压力以及填筑体内部分层沉降的长期监测结果进行了对比分析。分析结果显示：饱和黄土原地基的沉降与孔隙水压力基本同步趋于稳定，未发生明显的蠕变变形，沉降主要是上覆填土荷载作用下的瞬时沉降和固结沉降；排气条件是影响非饱和填筑体沉降发展的关键因素，排气条件较好土层的工后初期沉降量甚至是排气条件较差土层沉降量的2倍以上，离心模型试验揭示的沉降发展规律同实测规律之间存在差异的主要原因之一就是排气条件不同。适当减缓施工速度以及合理布设排气通道有利于缩短工后沉降稳定时间，为工后建设赢取宝贵时间。

传统充填沿空留巷工艺繁琐﹑留巷速度慢，与现代化高强度开采要求不相适应，由此提出了切顶沿空成巷无煤柱开采新技术，其中关键参数设计是该技术的核心问题之一，对留巷的稳定性具有较大影响。以城郊煤矿21304工作面为研究背景，采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法，对切顶沿空成巷关键参数进行了系统研究。基于岩石碎胀自承特性和围岩结构“S-R”稳定原理，推导出切顶高度﹑切顶角度的理论计算公式；建立了聚能爆破力学模型，并结合数值模拟和现场试验，确定了聚能爆破装药量及钻孔间距。研究结果表明：合理的切顶参数能够切断巷道顶板与采空区岩层间的力学关系，使采空区顶板沿切缝顺利垮落，碎胀的矸石可有效支撑上覆顶板，限制其回转下沉，减弱覆岩运动对留巷的扰动作用，沿空巷道围岩变形量明显减小。根据理论计算﹑数值分析和现场试验研究成果，确定了城郊煤矿21304工作面切顶沿空成巷关键参数，并在现场进行了应用，回采后沿空巷道侧向顶板能够迅速切落形成巷帮，留巷稳定后各项指标均能满足现场使用要求。

在西北某失稳填埋场设置34口平均深度为15 m的压缩空气排水井开展滑移控制。对比控制前后的表面位移、深层水平位移和渗滤液水位，分析压缩空气排水井的滑移控制效果。结果表明：采用压缩空气排水井治理后，表面位移最大速率从237.3 mm/d降为78.7 mm/d；压缩空气排水井的最大导排速率为255 m3/d，平均导排速率为132 m3/d，单口排水井导排速率为3.88 m3/d。压缩空气排水井造价低、工期短，对填埋场滑移治理效果好，可为各地填埋场滑移控制提供参考。

深层预应力锚索支护是大型地下洞室围岩稳定控制的主要工程措施。针对高应力区岩体开挖卸荷稳定与锚固支护系统长期承载安全问题，通过对系统锚索安全长期监测成果的深入分析，研究锦屏一级水电站地下厂房系统锚索开挖期和开挖完成后5 a时间的受力特征、时空变化规律，分析锚索预应力随时间演化的时效特征，探讨锚索结构受力影响因素和高应力下长期承载风险，同时辅以数值模拟等手段对锚固系统长期安全性进行综合评价。研究结果表明，与常规洞室表现不同，该地下洞室大部分深层锚索超过设计锁定值，锚索系统负载高，持续增长时间长，时效性十分显著，开挖全部完成后2 a内才逐步趋于收敛，2～5 a基本稳定；锚索长期承载能力影响因素主要有岩体蠕变、锚索初始张拉应力、锚索施工与应力不均匀等；锚索系统长期承载安全是有保障的。

分析了瓦斯隧道揭煤特点，提出多孔割缝定向水力压裂增透方法，研发出射流割缝导向系统装置，在此基础上形成大断面瓦斯隧道揭煤综合防突技术体系，并应用于渝贵高铁特大断面瓦斯隧道揭煤工程。结果表明：（1）水力压裂裂缝的起裂受割缝缝槽导向明显，并始终沿定向孔割缝和水力压裂孔裂缝在煤层中共同形成的连贯塑性区持续扩展；（2）压裂后煤层透气性系数提高了35~187倍，平均瓦斯抽采纯量较本隧道邻近煤层普通压裂和邻近隧道同一煤层普通抽采工艺分别提高了4.28倍和12.73倍，揭煤时间比预期缩短了50%；（3）定向水力压裂有效弱化了高压水对围岩的损伤破坏，隧道拱顶沉降和水平收敛较常规压裂分别减少了18.3%和16.4%。

为解决塔山煤矿高强度开采条件下瓦斯低含量、高涌出的问题，同时为了弥补大型物理实验和现场试验成本高、操作难的缺点，根据该矿8101工作面所属区域煤层的地质和瓦斯赋存条件，确定了数值试验方案，对地面垂直钻孔预抽特厚煤层瓦斯的效果进行优化分析。基于煤岩（体）的孔隙特征，构建了含瓦斯煤岩（体）破裂过程气-固耦合和渗透率-损伤耦合数学本构模型。采用RFPA2D瓦斯分析版软件建立地面钻孔抽放瓦斯的数值计算模型，设置有关简化条件、边界条件和物性参数，通过数值试验得出：地面垂直钻孔的终孔位置布置在煤层底部比较合理；在综合考虑地面垂直钻孔投入成本和瓦斯抽采效果的基础上，确定地面垂直钻孔间距为50～60 m比较合理。同时，由8101工作面地面垂直钻孔抽采煤层瓦斯的实际应用效果分析可知，当地面垂直钻孔的终孔位置布置在煤层底部，且钻孔间距布置为50 m时，能够实现良好的瓦斯抽放效果，这也从一定程度上进一步验证了数值试验的合理性和可行性。

为研究横观各向同性（TI）介质的凸起地形对平面qP-qSV波的散射问题，采用间接边界元法进行数值模拟，并且分别给出该问题在时域和频域内的解答。在求解过程中将计算模型分解为开口层状半空间域和闭合凸起域，同时将波场分解为自由波场和散射波场，自由波场可通过直接刚度法求得，散射波场由斜线荷载动力格林函数来模拟。频域结果表明，TI介质参数的改变导致了凸起和层状半空间动力特性的改变，进而导致了凸起与层状半空间动力相互作用机制的改变，使得不同TI介质参数对应的地表位移幅值显著不同。而时域结果表明，TI介质参数与波的传播方向均对qP波和qSV波的在凸起地形中的传播有着显著影响。另外，时域结果更为清晰地展示入射波、反射波和散射波的传播过程。

采用计算流体动力学（CFD）和离散单元法（DEM）建立描述水与颗粒相互作用的耦合算法，用以分析海底滑坡的动力学特性。通过颗粒堆积体坍塌试验验证了模型的有效性。模拟分析了不同初始高宽比的水下坍塌过程，并与空气中的坍塌过程进行详细对比。研究表明：该耦合算法可以较好地描述海底边坡的失稳、流动、堆积过程；水下滑坡体与水体会发生复杂的相互作用，在颗粒由垂直下落转为水平流出时，会在水中形成涡旋；在高宽比较大的情形下，水中涡旋会明显改变颗粒最终堆积的表面形态；水中滑坡的移动距离较小、堆积厚度较大、表面松散介质易受水流影响。

针对高填方膨胀土路基边坡的治理问题，提出了在膨胀土和挡墙之间设置EPS（聚苯乙烯泡沫）柔性垫层的刚柔复合桩基挡墙结构。采用FLAC3D建立了刚柔复合桩基挡墙结构支护的高填方膨胀土路基数值模型，并基于热-力耦合模型实现了湿度变化后的高填方膨胀土变形模拟，进而对比分析了5种不同工况下刚柔复合桩基挡墙结构的受力变形特性及路面变形，并着重探讨了EPS垫层厚度和刚度对刚柔复合桩基挡墙结构墙背土压力和水平位移的影响。研究结果表明：刚柔复合桩基挡墙结构的墙背土压力、抗滑桩桩身弯矩和剪力、挡土墙和抗滑桩水平位移均明显减小，但路面沉降和水平位移有所增大；EPS垫层弹性模量越小或厚度越大，则EPS垫层压缩量越大，允许膨胀土发生的侧向变形也越大，刚柔复合桩基挡墙结构的受力和变形则越小；柔性EPS垫层减压作用的充分发挥，必须同时满足厚度和弹性模量2个方面的条件，单一采用垫层刚度指标不足以反映EPS垫层的影响。

渗透系数是体现土体渗透特性的主要参数。已有关于粒径及级配特性对土体渗透系数影响的研究主要采用试验研究方法，在试验研究中各个变量相互影响，很难完全独立改变某一参数，从而造成已有研究结论差异较大。在其他参数不变条件下数值模拟基本可以独立改变某一参量，弥补试验研究方法的不足。采用离散元数值模拟方法，通过调节控制粒径的方式，随机生成不同粒径、不同孔隙率、不同级配的土体多孔介质。利用格子Boltzmann方法从细观孔隙流体尺度模拟了土中的渗流。研究结果表明，格子Boltzmann方法可以准确有效地模拟土中的渗流；在渗流过程中存在主通道现象和大粒径效应；计算结果与Kozeny-Carman(简称K-C)公式完全一致，且证明K-C公式适用于不同级配的土体；渗透系数随不均匀系数和曲率系数的增大而增大；给出了一个包含级配参数的渗透系数计算公式，该公式与K-C公式基本等价，但所含参数是工程中较易测量的，对实际工程有一定的参考意义。

近年来，随着海洋能源开发步伐的加快，海底管线铺设的数量不断增加，在服役期内这些管线是否稳定直接影响着海洋油气开采、作业人员生命财产及海洋生态环境的安全。针对海底管线易遭受滑坡破坏的现状，提出一种具有双椭流线型截面的海底管线，基于计算流体动力学（CFD）方法，分析了新型管线在滑坡冲击作用下的减灾效果与降阻机制。研究表明，对于平铺和悬浮式铺设形式，双椭流线型管线可以延缓边界层的分离，降低卡门涡街对管线的振动影响，有效地降低滑移体冲击管线产生的拖曳力和升力，最大可使拖曳力系数降低71.01%，升力系数降低32.14%；并提出双椭流线型管线拖曳力系数和升力系数的计算公式，为海底管线的减灾工程提供了新的思路。