为研究地裂缝场地地表动力响应规律，以西安f4地裂缝场地为工程背景，采用剪切型模型箱，进行振动台模型试验。分析了地裂缝场地在地震作用下的破坏特征和动力响应，得到了地表地震动参数变化规律。试验结果表明：地震作用下，地裂缝场地的主裂缝在地表开裂、扩展，并在裂缝区产生与其45°相交的次生裂缝，次生裂缝的数量随着地震强度增大而增多；地表地震动参数峰值均表现出上、下盘效应，均在上盘裂缝处最大，逐渐向两侧递减；随着输入地震强度增大，地表加速度及Arias强度放大系数逐渐减小；上盘加速度变化频率较快，且上、下盘两侧加速度峰值存在相位差，但两侧位移及速度时程波形基本一致。该研究成果可为跨地裂缝结构抗震设计提供重要参考。

风化是中国西北地区土遗址最常见的病害之一。土遗址防风化方法主要是表面喷洒和钻孔注浆。通过对不同干密度重塑土样的钻孔注浆试验，来寻找改性聚乙烯醇（SH）固土剂扩散规律，建立了SH固土剂渗透范围模型——旋转抛物体，解释了产生该渗透现象的原因，并通过计算得到了SH固土剂渗透加固土体体积以及渗透范围内SH的固含量，确定了土遗址中含该固含量的SH固土剂足以对其产生防风化的作用。利用Image J图像分析软件对SEM照片进行处理，获得了不同干密度条件下孔隙分布、孔隙分形维数和平均Feret直径。研究发现，随着干密度增大，土体渗透性减弱，其主要原因是中、大孔隙被压缩成微、小孔隙，并建议将SH固土剂渗透注浆应用于平均Feret直径大于4.98 ?m的土体。最后通过多元线性回归的方法发现，注浆量对渗透半径影响最大，其次是平均Feret直径，孔径的影响最小。

为了研究不同水化环境下的砂岩经多次冻融循环后的损伤情况，将饱和蒸馏水与3%NaCl水溶液的砂岩试样，在冻结温度为?30 ℃、融化温度30 ℃的环境下进行循环冻融试验；并同步采集冻融中的声发射信号，每3次冻融循环后进行1次低场核磁分析与光学显微观测，在冻融循环结束后再进行单轴压缩试验。试验结果表明：蒸馏水环境和3%NaCl溶液环境作用下，随着冻融循环次数的增加，砂岩试样的 谱向右偏移、 谱总面积增加、孔隙度增加、内部显微结构破坏，且3%NaCl溶液冻融组变化更为严重；循环冻融后砂岩的单轴压缩声发射绝对能量概率密度依然满足幂定律分布，但临界指数增加，而3%NaCl循环冻融组的增量更大；每次冻融循环过程中，随着循环次数的增加，声发射概率密度的临界指数表现为先增加后降低，与已有的超声波检测试验结果相一致，而融化过程的临界指数峰值超前于结冻过程，冻融损伤主要是因静压、渗透压破坏以及水化介质对岩石的溶解、侵蚀造成的。本研究将为寒区岩体工程损伤破坏机制和稳定性评价提供一定的参考价值。

垫层是保证变形协调、实现复合地基荷载合理分配的关键组件。但目前对垫层细观工作机制的认识还不够深入，参数选取主要依赖经验。为了进一步揭示垫层协调工作机制，利用自制试验装置进行了3种不同填料高度下的砂垫层可视化平面应变试验。结合2D DEM数值正交试验，揭示了不同尺寸参数组合下垫层的3种变形形态及其细观力链分布特征，指出变形形态与垫层相对厚度（厚度与桩间净距的比值）有关，并提出了按相对厚度控制垫层参数选取的建议。同时，通过垫层细观工作机制分析，提出垫层协调性能的评价指标，利用正交试验分析得到了垫层厚度与桩间净距是影响垫层变形协调能力的显著因素，给出了指标的取值上限值以指导垫层参数设计。

为研究水化学与冻融循环共同作用下岩石的细观结构损伤及力学性能劣化特征，分别对经酸性、中性和碱性水化学溶液浸泡和冻融循环处理后的砂岩进行核磁共振测试和单轴压缩试验，分析砂岩孔隙度和力学参数的变化规律，结果显示：随水化学溶液浸泡时间的增加，砂岩强度和弹性模量均有所降低，且酸性溶液下的降幅最大。随水化学溶液冻融循环次数的增加，砂岩强度和弹性模量均有明显降低，且中性溶液冻融循环下的降幅最大；水化学溶液浸泡对砂岩小孔径孔隙度分量影响不大，而水化学溶液冻融循环对其影响显著，且不同溶液下小孔径孔隙度分量增幅较接近；水化学溶液浸泡与水化学溶液冻融循环对砂岩大孔径孔隙度分量的影响均较显著，单纯浸泡下酸性溶液增幅最大，冻融循环下中性溶液增幅最大；水化学溶液冻融循环条件下砂岩小孔径孔隙细观结构以受冻胀损伤为主，大孔径孔隙则受化学腐蚀和冻胀损伤的共同作用，在孔隙度上综合表现为冻胀与腐蚀的叠加效应，且在砂岩大孔径孔隙细观结构上，酸、碱腐蚀对其与冻胀作用的叠加效应有一定抑制作用；砂岩初始裂隙体变与核磁孔隙度变化率相关性良好。

为研究不同围压下深部复合地层岩体变形和破坏特征，结合地质赋存条件制作了类层状复合岩石试样，通过开展不同围压下的三轴压缩试验，研究了围压对水平层状复合岩体变形破坏特征的影响。试验结果表明：随着围压的不断增加，峰后偏应力-应变曲线的降低速率逐渐变缓，应变软化程度逐渐减弱；随着围压的增大，水平层状复合岩石的破坏形态呈现出明显差异，整体上破坏形态逐渐由脆性破坏向延性破坏过渡；在一定围压状态下，围压对软岩膨胀变形的约束效果相对硬岩较弱，导致水平层状复合岩石试样的软、硬分层之间的膨胀变形不协调，在层间黏结力作用下，软、硬分层之间发生相对错动现象。该研究成果对于施工单位预防深部复合地层隧道掘进机（TBM）工程灾害具有一定的指导意义。

一直以来，由Biot孔隙弹性动力方程得到的饱和土地下源Green函数都是u-w形式（u为固相介质位移，w为流相相对于固相的平均位移）。应用两相介质纵波解耦理论，得到了饱和土半空间地下点源荷载的u-P形式（P为孔压）Green函数频域解答；克服了u-w形式Green函数在边界元（BEM）积分时的增根影响。再由Hankel反演，结合Somigliana表象积分，完成BEM计算。并以计算结果分析了地下集中力作用时，饱和土位移、孔压、排水量等动力特性，这对地铁等交通工程、地震工程、土-结构动力相互作用（SSI）的响应计算都具有较重要应用价值。

为了研究煤体静载破坏中低频磁场变化特征及其产生机制，进一步完善煤矿动力灾害监测预警技术，通过室内试验、现场试验研究了煤体静载破坏中低频磁场时、频谱特征，并结合微震信号提出了低频磁信号的产生机制。结果表明：煤体静载破坏中所产生低频磁场信号强度为19～156 nT，信号最大幅值、能量与试样强度、加载速度均呈正相关关系。垂直于裂纹扩展面磁场最强，平行于裂纹扩展面磁场最弱。并结果微震信号提出了低频磁场产生机制。低频磁场与微震信号具有时、频域同步性，带电裂纹面随微震信号同频振荡为低频磁场产生机制。现场放炮破煤低频磁信号由簇状脉冲信号及小幅震荡信号组成，其中簇状脉冲成分产生于炮后振动波带动带电壁面的同频振动，而小幅震荡成分是巷帮煤壁趋向新应力平衡状态时发生的横向拉伸破坏及带电煤碎屑运移、摩擦及转动的结果。

受核废料衰变热影响，处置库内缓冲层的膨润土会长期处于高温状态。经历持续高温作用后，膨润土的膨胀自愈能力能否得以保持，还没有明确的结论。利用马弗炉维持105 ℃恒温环境，对粉状膨润土持续加热到预定周期；然后，获得不同加热周期试样的水-力性能。结果表明，随着加热时间增长，膨润土水-力性能出现大幅衰减。借助X射线衍射仪测试发现持续加热90 d其晶面间距缩合，出现了硅质氧化物胶结，导致颗（团）粒集聚。其红外光谱和热重特征表明，持续加热作用脱去了蒙脱石层间离子水合水，引起部分Na、Mg离子随水分蒸发而逃逸，两者共同作用导致蒙脱石颗（团）粒发生缩合作用。通过观察其扫描电镜图片也能发现，经过90 d持续加热后，蒙脱石颗（团）粒表面不再层次分明，而是紧密地相互搭接，发生了显著的缩合行为。粒度分布特征进一步证实，膨润土经历90 d加热后，即使浸泡28 d，其颗（团）粒依然未被分散，可初步推断上述缩合行为不可逆。

为了研究加筋土挡墙在交通荷载作用下的受力变形特性，分别设计了在静载和动载作用下的加筋土挡墙大模型试验，分析了加筋土挡墙的竖向土压力、挡墙面板变形、加载板沉降以及动力加速度等参数的分布规律。试验结果表明：静、动荷载作用下加筋土挡墙受振源荷载的水平影响范围约为0.16H～0.54H（H为墙高），挡墙土压力均呈现水平方向上由振源中心向两侧减小的趋势；同时静动荷载下挡墙面板水平位移的主要影响范围为墙顶往下约为0.55H；加载前期加筋土挡墙内部结构是一个逐渐压密的过程，动荷载作用下加载板沉降量在整个逐级荷载值变化临界处随荷载值的增大呈斜坡“阶梯”式发展；筋土结构对加速度响应有着显著的消散作用，且随着离荷载作用点距离的增大而减小。

与假定土拱形状与水平层分析相结合的土压力计算方法不同，本文不事先假设土拱形状，考虑条间剪切应力的影响，通过对滑动土体中二维微分单元的受力分析建立平衡微分方程，得到了滑动土体中任一点的应力解。同时求得作用在挡土墙上的土压力，并进一步推导出土拱曲线的解析表达式，讨论了内、外摩擦角等因素对土压力与土拱形状的影响，且与现有理论和试验结果进行了比较分析，在此基础上提出一个实用的土压力计算公式。计算结果表明：土压力计算公式得到的土压力分布与试验结果吻合较好，且当墙高增加时吻合程度更高。当外摩擦角较小时，土拱曲线表达式得到的土拱与圆弧拱较接近，随着外摩擦角的增大土拱越来越陡，但整体位于抛物线拱之下。该研究所提出的实用计算公式只与 有关，方便工程上应用。

为了研究复杂应力条件下非饱和原状黄土的非线性本构模型，通过考虑真三轴条件下中主应力和吸力对大主应变的影响，提出了一个考虑中主应力影响的非饱和原状黄土的非线性本构模型。该模型包含12个参数，均可由常含水率非饱和土真三轴试验确定。研究了中主应力对土体变形和强度的影响，探讨了模型参数的变化规律。初始吸力一定时，土体的黏聚力随着中主应力的增大而增大，而内摩擦角随着中主应力的增大呈线性减小趋势。当吸力小于162 kPa时，吸力摩擦角等于21.8°；当吸力大于162 kPa时，吸力摩擦角等于5.5°。初始吸力相同时，不同中主应力条件下土体的体积模量可取为常数。利用该模型预估了常含水率真三轴等向固结试验的吸力变化规律，理论结果与试验结果比较接近。但是对于真三轴剪切试验吸力的预估还需要进行深入探讨。

为研究温度冲击下煤的微观结构变化及其损伤断裂机制，以干燥颗粒煤为研究对象，分别开展了煤样的冷冲击和热冷冲击试验。利用扫描电镜（SEM）观测图像结果，分析对比了两种温度冲击前后煤样微观形貌、裂缝分布、开裂和延伸情况，结合断裂力学理论分析了煤样内部微裂缝的开裂机制和扩展方向，并通过ANSYS有限元软件模拟了微裂缝扩展时的应力场和位移场的分布情况，揭示了煤样的断裂机制。研究结果表明，两种温度冲击对煤的结构均造成了不同程度的破坏，温度冲击所形成的热应力最终导致了原始裂纹和新生裂纹的扩展和延伸；温度冲击下所产生的裂纹形式主要有沿晶裂纹、穿晶裂纹、翼型裂纹、交叉裂纹、枝须状裂纹和网状裂纹；分析结果表明，温差愈大，所产生的温度热应力愈大，热冷冲击所产生的裂缝的数量更多、扩展更充分，对煤样的破坏更严重，因此，热冷冲击的破煤效果更好。

以天津滨海新区临港工业区吹填软土为试验材料，以普通型竖向排水板、改进型竖向排水板及改进型横向排水板进行室内低位真空预压试验。结果表明，利用普通型竖向排水板进行低位真空预压试验，在真空-堆载联合作用下，28 d表层土体强度达到10 kPa，但中间土体强度偏低，整体呈两边硬中间软的夹心层；以改进型竖向排水板进行低位真空预压试验，前10 d土体强度增长与普通型竖向排水板试验接近，后期土体强度增长明显比前者快，28 d表层土体强度达到12 kPa，中间土体强度略有提高，但整体均匀性仍较差；以改进型横向排水板进行低位真空预压试验，28 d表层土体强度达到11 kPa，强度增长比改进型竖向排水板试验慢，但中部土体强度和整体均匀性均优于改进型竖向排水板试验。基于上述试验成果，运用有限元模拟低位真空预压试验过程，计算沉降量和孔隙水压力并与实测数据对比，发现两种竖向排水板试验计算结果与实测数据吻合较好，改进型横向排水板试验稍差，但基本上都能反映低位真空预压过程中土体沉降量和孔隙水压力变化趋势。

针对南京秦淮东河开挖后的稳定性问题，选取黄马青组（T2h）砂岩为研究对象，对砂岩在吸水-干燥循环条件下的单轴抗压、抗拉特性进行试验研究。考虑到未来边坡运营过程中水的影响，试验时分别考虑自然吸水和饱和吸水两种情况。根据试验结果对所研究砂岩的空隙特征、水致劣化特征和劣化机制进行了详细分析。随着吸水-干燥循环次数增加，岩石的抗压、抗拉强度和凝聚力均呈劣化趋势，说明循环次数的增加对岩石的损伤有累积作用。岩石自然吸水条件下（小开空隙未进水时）强度和弹性模量下降速度较慢，而饱和吸水条件下（开空隙被水充满时）强度和弹性模量下降速度较快，表明岩石中小开空隙对岩石的劣化效果显著。微观结构分析结果表明，随着吸水-干燥循环次数增加，岩石中空隙率增大。结合抗剪强度特征分析认为，干-湿循环导致岩石的黏结强度不断下降，而摩擦强度变化较小，表明黏结强度劣化是岩石水致劣化的主要原因，干-湿循环导致水-岩反应，岩石颗粒胶结物发生松散，边缘发生开裂，宏观上表现为岩石劣化。该研究成果对于新开挖河道边坡稳定性分析具有较大的参考价值，为河岸边坡的长期稳定性分析提供了依据。

为了分析径向非均质土中单桩纵向振动特性，基于复刚度传递径向多圈层并采用黏性阻尼模型描述桩周土材料阻尼，建立了三维轴对称径向成层非均质土体中桩基纵向振动简化分析模型。采用Laplace变换和复刚度传递方法，递推得出桩周土体与桩体界面处复刚度，进而利用桩-土完全耦合条件推导得出桩顶动力阻抗解析解，并将所得解退化到均质土情况，与已有解答进行比较验证其合理性。在此基础上对桩基纵向振动特性进行参数化分析，计算结果表明：桩周土体阻尼系数、桩底土阻尼因子仅对桩顶动力阻抗曲线振幅有较明显的影响，而桩底土刚度因子对桩顶动力阻抗曲线振幅及共振频率均有显著影响；桩周土软（硬）化程度越高（低），桩顶动力阻抗曲线振幅越大（小）；桩周土软（硬）化范围越大，桩顶动力阻抗曲线振幅水平越高（低）；但桩周土软（硬）化程度、软（硬）化范围对桩顶动力阻抗曲线共振频率影响则可忽略。

橡胶砂作为轻质、耗能填料在土木工程中有广泛的应用前景，但其强度往往会随橡胶含量的增大而降低。土工格栅常用于对散体材料的加筋补强，研究土工格栅对橡胶砂强度特性的加筋效应具有重要意义。基于三轴压缩试验，对3种不同格栅布置方式（1、2、3层）下的干燥橡胶砂强度特性展开研究，重点考察加筋层数对不同围压（50、100、200 kPa）下、不同配比（0%、10%、20%、30%、40%）橡胶砂的强度参数，如峰值强度、似黏聚力、内摩擦角的影响规律。结果表明：土工格栅加筋橡胶砂的强度参数，包括峰值强度、似黏聚力、内摩擦角，相对于未加筋橡胶砂均有明显提高，提高幅度随土工格栅加筋层数的增加而增大，随着围压的降低而增大；土工格栅对配比为20%橡胶砂的强度加筋效应最为明显；土工格栅加筋橡胶砂的强度参数恢复系数与加筋密度之间呈良好的线性关系；土工格栅加筋橡胶砂的强度特性可由试验所得的经验恢复函数较好地估计。

基于人工裂隙网络模型，展开一系列不同边界荷载作用下含不同交叉点个数的裂隙网络渗流试验。针对所有试验工况，模型进水口水压力范围均为0～0.6 MPa，侧压力系数均由1.0增加至5.0。试验结果表明：裂隙网络体积流速和水力梯度之间的相关性可以通过Forchheimer函数进行拟合，拟合方程中线性和非线性项系数均随着侧压力系数的增加逐渐增大，而随着裂隙网络交叉点个数的增加逐渐减小；渗流试验过程中，非线性效应系数E和水力梯度J之间的相关性可采用一个幂指数函数进行描述，随着水力梯度的增加，非线性效应系数逐渐增大；随着侧压力系数的增加，裂隙网络临界水力梯度呈现逐渐增大的趋势，对于所有裂隙网络交叉点个数（1～12），当侧压力系数由1.0增加至5.0，临界水力梯度由0.63～12.13增加至6.01～81.55；提出数学模型 对归一化导水系数 随水力梯度的增大而减小的特征进行分析，随着侧压力系数的增加，两者之间的拟合曲线逐渐上移，拟合系数 整体呈现逐渐增大的趋势。裂隙网络的等效渗透系数随侧压力系数的增加逐渐降低。

为了研究地下盐穴开挖扰动区（EDZ）损伤盐岩在盐穴综合利用过程中的自恢复特性，设计了损伤盐岩在卤水温度作用下的自恢复试验。结果表明：损伤盐岩经过卤水浸泡后在不同温度下烘干时力学性质可以得到恢复，在试验温度范围35～80 ℃内，其恢复效果随着温度的增加而增强。经过恢复处理的损伤盐岩试件二次加载时的声发射特征显示，其Felicity比低于0.1，Kaiser效应基本不成立，说明损伤盐岩在自恢复处理过程中其内部损伤在细观尺度上发生愈合。根据损伤盐岩试件自恢复处理后的细观形貌特征，总结出盐岩损伤恢复3种不同的细观机制：基于扩散作用的损伤微裂纹愈合，基于NaCl晶体重结晶作用的微裂隙充填以及破碎区NaCl晶体颗粒的愈合黏结。盐岩损伤恢复过程中，裂纹中充填的饱和卤水为裂纹中的物质传递提供了通道，同时提供了大量的结晶基础物质，为盐岩损伤愈合奠定了基础。温度的升高为盐岩损伤恢复提供了更高的能量，提升了损伤愈合速度，同时使氯化钠重结晶密度增加，从而提高了损伤恢复程度。

利用Wille Geotechnik环向剪切仪对3种不同粒径的珊瑚砂进行了大剪切位移的环向剪切试验，探讨了颗粒破碎对珊瑚砂强度和残余应变发展的影响。试验结果表明：颗粒破碎随着剪切位移的增加逐渐增加，且初始粒径较大的均匀级配珊瑚砂粒径越大颗粒破碎越多。颗粒破碎对峰值强度和残余强度无影响，但对珊瑚砂的体积应变有显著影响，颗粒破碎较多的试样其体积应变也较大。建立了考虑长宽比、球形度和凹凸度的分形维数计算公式。由于颗粒破碎后颗粒形状在全粒径范围内的自相似性和无尺度性，考虑颗粒形状与不考虑颗粒形状的公式计算得到的珊瑚砂分形维数基本一致。

泥石流冲毁桥墩是桥梁在遭受泥石流冲击时的常见破坏形式。为了研究泥石流对桥墩的冲击力大小，通过调整黏土、沙、石子、水的不同含量，配置不同流变特性、不同密度的泥石流，使用所配置的原料在泥石流槽内对两种形状（圆形、方形）的桥墩缩尺模型进行冲击，综合考察了流变特性、流速、桥墩形状以及冲击力的关系。试验表明：试验配置的泥石流原料流变特性差异明显，且可以用简单的选择流变仪测得，用牛顿流体或宾汉体描述。泥石流的流速可用曼宁公式求得，而公式中的糙率系数与泥石流黏度满足幂函数关系。相同工况下，不同形状桥墩所受的冲击力差异明显，方形桥墩阻力系数普遍大于圆形桥墩。使用非牛顿流体雷诺数（Re）可以综合反映流变特性和流速，因此，圆墩的阻力系数可表达为Re的函数，而方墩则没有明显关系。为方便工程应用，可根据黏性泥石流、稀性泥石流对圆墩的阻力系数分别为2.3、0.9，对方墩分别为2.6、1.9进行选用。

冰作为冻土的基本组成部分，对冻土蠕变的加速蠕变阶段有重要影响。温度通过影响冻土中冰的冻结与融化过程，及其黏塑性流动，引起冻土结构的强化与弱化，从而成为了决定冻土蠕变力学行为的关键因素之一。同时，外部应力也造成冻土的强化与弱化，影响着冻土的蠕变。通过引入硬化因子与损伤因子来考虑温度、应力造成的冻土材料强化与弱化。硬化因子H代表了蠕变过程中强化效应的大小，而损伤因子D则代表了由弱化效应造成的冻土材料相关参数的折减比例，进而提出了适用于冻土的改进西原蠕变本构模型。该模型预测值与试验数据的比较表明：改进的模型不仅能较好地描述初始蠕变阶段、稳定蠕变阶段，而且相比于传统模型，能更好地描述冻土加速蠕变阶段，具有合理性与一定的实用性。

岩石在冻融环境下发生的损伤与其层理结构密切相关，同时冻融损伤作为一种综合表现，单纯考虑岩体内部某一种尺度缺陷或外部单一因素在冻融循环作用下的变化，不足以客观反映损伤情况。对垂直、平行层理试样开展0、20、40次冻融试验，首先探究了层理砂岩在冻融过程中的损伤发育特征，之后基于?100 mm SHPB试验装置，进行5种弹速下的冲击试验，分析了冻融循环条件下层理砂岩冲击破碎块度分布规律，以冻融损伤累积与破碎块度的相关性为理论依据，以力学性质的冻融劣化为思想建立了层理砂岩的冻融劣化模型，研究结果表明：冻融环境下，两种试样孔隙发育、纵波波速表现出显著差异，平行层理试样相对更容易发生损伤；各级冲击弹速下破碎块度分布与冻融循环次数之间存在正相关、负相关以及波动型3种相关关系；劣化模型基于负相关区域数据和成比例相同区域数据得到的强度、峰值应变计算值与实测值非常接近，基于正相关区域数据得到的强度计算值也与实测值有很好的一致性。

以重庆鸡尾山岩质滑坡为代表的前缘“关键块体”型滑坡具有较强的隐蔽性，研究“关键块体”前缘锁固段岩桥的破坏性质对滑坡预警具有重要意义。以鸡尾山滑坡地质条件为基础，在岩样端部预制不同长度边缘裂缝，填入软弱材料，形成软弱夹层节理，在不同法向压力下进行直剪试验，分析了前缘端部岩桥的裂纹扩展规律、块体剥落特征信息和岩桥断裂条件，提出了临滑阶段剪应力变化率k值。试验结果表明：软弱夹层节理长度对岩桥破坏模式和块体剥落剧烈程度有重要影响，且端部岩桥越长，破坏前临滑阶段剪应力增速k值越小。端部岩桥破坏模式为剪切破坏、拉剪破坏和张拉破坏，且不同破坏模式决定了相同节理岩桥块体剥落的剧烈程度。岩桥块体剥落点与破坏点剪应力比值百分数平均值为79.5%～92.2%，且端部岩桥临滑阶段时间快慢依次为短节理慢、中间节理居中和长节理快。端部岩桥3种破坏模式满足一定断裂条件，且呈现出3个阶段和裂纹稳定扩展。通过本直剪试验研究揭示的端部岩桥破坏特征信息和断裂条件，可对前缘“关键块体”锁固段型岩质边坡失稳破坏评价提供理论依据。

为研究岩石经历干湿循环后的细观损伤演化特征，选取三峡库区某边坡的泥质砂岩为研究对象，在饱和状态下分别对各组进行多次干湿循环试验。采用低场核磁共振技术（NMR）研究了干湿循环作用对泥质砂岩的损伤行为，结果表明：干湿循环作用下，核磁共振T2谱图波峰信号幅度发生显著变化，T2谱图面积、孔隙率呈现出定量的指数增长；通过核磁共振成像（MRI）发现，随着干湿循环试验的进行，岩石内部孔隙逐渐增多，孔隙尺寸增大，形成贯通的小裂隙并逐渐扩展，不同干湿循环次数作用后的MRI内部结构变化与扫描电镜（SEM）微观结构变化相似；MRI像素点的灰度值分布符合对数高斯分布，分布期望随循环次数逐渐饱和；随着循环次数增加，力学参数逐渐降低，峰值应力的降低与孔隙率的增大成正相关。

针对柱状节理岩体的构造特性，采用水泥砂浆等材料制作出具有不同柱体倾角且含有横向节理分布的柱状节理岩体模型，并通过单轴压缩试验，研究柱体倾角和横向节理对岩体各向异性力学特性及破坏机制的影响。结果表明：试样峰值强度和变形模量随柱体倾角变化曲线均近似为U形，并体现出典型的各向异性特征；随着柱体倾角的变化，试样单轴压缩破坏模式可分为垂直于柱体轴向的劈裂破坏、沿纵向节理面的剪切滑移破坏、滑移破坏与劈裂破坏同时发生的复合破坏和平行于柱体轴向的劈裂破坏4类；横向节理的存在降低了柱状节理岩体沿柱轴方向的完整性，并影响了劈裂破坏裂纹的分布与扩展，因此，横向节理切割柱体是影响柱状节理岩体承载能力的重要因素。

考虑沉桩效应对桩周土体力学特性的影响，采用指数函数型荷载传递曲线分别建立了静压桩的桩侧和桩端荷载传递模型。在此基础上，根据群桩加载过程中桩周土体的变形模式，基于荷载传递法描述桩-土界面的非线性行为，采用剪切位移法考虑群桩之间的相互作用，提出了考虑沉桩效应的群桩非线性荷载-沉降混合计算方法。通过开展离心模型试验对该计算方法解答进行了验证，研究了沉桩效应和桩-土界面非线性特征对群桩承载特性的影响。研究结果表明，沉桩效应对桩周土体起到挤密作用，使得桩周土体的强度和刚度增大，从而提高了群桩的承载特性。群桩加载过程中桩-土界面刚度随沉降变形而逐渐减小，使得群桩荷载-沉降曲线呈现出明显的非线性特征。

基床作为路基结构的重要组成部分，其填料的质量对路基、轨道、列车的动力响应影响显著。在实际工程中，基床填料通常可根据设计规范取为A、B组填料，但考虑到经济因素、力学性能等，也可采用既有填料或改良的既有填料。为了研究红层泥岩，A、B组填料，石灰改良红层泥岩分别作为基床填料时对路基动力响应的影响，进行了不同基床填料的现场激振试验。通过对动应力、加速度及沉降等数据的对比分析，得到以下结论：红层泥岩作为基床填料时，动应力与路基沉降在加载激振次数内可满足设计要求；与红层泥岩相比，当基床填料为A、B组填料与石灰改良红层泥岩时，路基表面的动应力与加速度分布更加均匀，因而此时路基的整体承载性能更优越。除此之外，后两种填料时路基内部动应力与加速度的衰减相对前者更显著，并且路基的沉降变形更小，特别是为石灰改良红层泥岩时。

基于临界状态土力学框架，建立了一个适用于砂土排水循环加载的边界面塑性模型。采用了考虑虚拟峰值应力比的偏应变硬化准则，初始加载阶段应力点位于边界面上，反向加载阶段以历史最大屈服面作为边界面，同时实现了对密砂软化现象的模拟和对历史所受最大应力的记忆。边界面采用修正的椭圆形，引入考虑密度与应力水平的状态相关剪胀函数，采用非相关联流动法则和以应力反向点作为映射中心的径向映射准则。模型仅有10个参数，通过常规三轴试验即可确定，并且使用一套参数可以模拟不同围压、密度的单调和循环加载情况。分别对饱和砂土的单调、循环排水三轴试验进行模拟，结果表明，该模型能够合理地反映饱和砂土排水条件下的应力-应变特性。

为研究花岗岩在三轴循环加卸载条件下气体渗透率的演化规律，利用岩石多场耦合三轴试验仪分别对花岗岩进行三轴恒下限分级循环加卸载试验和气体渗透试验。试验结果表明：加载曲线与上一次循环卸载曲线形成塑性滞回环，随着循环次数的增加，每个循环应力下限的轴向应变也随之增加；前期几个循环试样体积压缩明显，以轴向压缩变形为主，后期轴向应力达到一定数值时体积由压缩转为扩容，裂纹发展方向偏向于轴向方向，均呈剪切脆性破坏；气体渗透率变化分为稳定下降阶段、缓慢增加阶段、急剧上升阶段3个阶段，试样脆性破坏后气体渗透率均上升2～3个数量级；体积应变曲线拐点与横向应变曲线结合起来可以作为研究岩石渗透率变化规律的一个重要参考因素。

基于取样于太平洋C-C矿区(Clarion-Clipperton Zone)的深海底质土，采用美国INSTRON公司生产的5943型万能材料试验机，选用4种常用的海洋金属，自制金属模具，开展黏附特性试验，研究孔隙比、法向压力和加载速度等因素对深海底质土与金属界面间黏附特性的影响规律。并基于平行圆盘分离力的计算公式，建立了深海底质土-金属界面表层土黏附指数的计算公式。研究结果表明：随着土样孔隙比的增加，黏附力呈增加的趋势，增速先快后慢，最终趋于平缓。随着法向压力的增加，深海底质土与金属界面间的表层土黏附指数呈指数函数增加趋势。随着加载速度的增加，深海底质土与金属界面间的表层土黏附指数反而呈逐渐减小的趋势。4种金属中，铝合金5052和钛合金STi80对深海底质土表层土的黏附能力较弱。该研究结果为我国深海采矿系统的安全运行提供一定的理论依据。

准确预测路堤沉降对于规避风险和减小成本至关重要。传统的仅基于场地勘察数据的路堤沉降预测方法的预测值常偏离监测值。提出了基于贝叶斯理论的多源信息融合方法进行路堤沉降预测，采用有限元法模拟多层土体的固结沉降，并结合高效的马尔科夫链蒙特卡洛模拟法更新土体参数得到高维后验分布。以新南威尔士州的Ballina地区试验路堤数据为例说明了所提方法的有效性。结果表明，基于贝叶斯理论的多源信息融合方法可以有效融合勘察和监测数据，通过多源数据融合能够较准确地预测路堤沉降。对于Ballina路堤，总体上随着监测数据量的增加，路堤沉降预测预测精度逐渐提高。使用0～116 d监测数据可以准确地预测地表沉降；基于0～496 d监测数据可同时准确预测所有监测点的沉降。对于Ballina路堤，先验信息对沉降预测具有一定影响，但观测误差对预测准度影响微弱。

一般情况下，随着尺寸的增大，裂隙岩体的性质参数也会发生变化，当尺寸增大到某一临界状态时，该参数会保持不变，这一临界尺寸称为裂隙岩体表征单元体（REV）。依托国家某地下水封石洞油库项目，基于辐射流的REV尺寸确定方法，研究了该库址区的渗透性REV尺寸及渗透系数，得到了该库址区辐射流情况的REV尺寸为37.5 m，是迹长的1.3倍；研究了迹长、间距、岩桥长度对REV尺寸及渗透系数的影响，得到了迹长、间距对REV尺寸和渗透系数有一定的影响，而岩桥长度对REV尺寸的影响不明显；对比分析了平行流和辐射流情况下REV尺寸与渗透系数的异同，得到了采用辐射流得到的REV尺寸和渗透系数更加符合实际，并且计算较为方便。

柱状节理玄武岩是火山岩区所特有的地质现象，其地质成因独特，工程特性、开挖响应特征明显不同于一般常见岩体。针对节理岩体中不同钻孔属性条件下松弛深度测试结果存在变异性的问题，提出单孔声波测试与数字钻孔摄像综合的原位测试手段和松弛深度评价方法，获得了柱状节理条件下不同角度及不同孔径的岩体卸荷松弛特性。研究结果表明，在节理岩体中进行围岩的松弛深度测试时，不同孔径钻孔测试的松弛深度未有显著影响，但在不同钻孔角度条件下测试时，钻孔偏差角度、钻孔轴线与节理方位的夹角均对测试结果有较大影响，围岩松弛深度随节理方位与测孔轴线角度增大而增大。基于现场测试的结果与柱状节理的各向异性特征，进一步探讨了不同钻孔条件下松弛深度变异的机制。该研究结果对柱状节理围岩松弛测试评价、稳定性分析以及支护方案优化有显著价值。

边坡稳定性评价研究是土力学经典问题。为研究非均质边坡稳定性问题，以上限分析法为理论基础，建立非均质边坡分段对数螺旋线破坏机构。应用拟合多项式近似描述对数螺旋线，计算破坏机构外力功率和内能耗散率，应用设计的计算流程进行强度折减循环计算，使边坡逐步过渡至极限平衡状态，确定边坡安全系数。以某露天矿南帮边坡为工程背景，经过反复强度折减，最终确定安全系数，通过变换初值的方式验证计算流程的稳定性，应用严格Morgenstern-Price法验证计算结果的准确性。研究结果表明：该流程性能稳定，不受初始值影响。相比于严格Morgenstern-Price法，二者安全系数计算结果偏差小于5%，可充分满足工程实践要求。同时，上限分析法求得的最危险滑面满足速度分离关系，具有更强的工程参考价值。

以程潮铁矿西区为例，结合矿区的地层岩性和地下采矿情况，系统分析了金属矿山地下开采引起的地下水位变化及地表突发性塌陷的原因。研究表明：地表塌陷主要受地下采矿的影响；在一定的地质水文条件下，地表塌陷时采空区高度与采矿深度呈线型关系；地表变形大小和扩展范围与地层岩性息息相关；连续降雨能诱发地表塌陷。地表塌陷可被分为4个阶段：间歇性向上崩落阶段、裂缝连通及扩展阶段、疏干塌陷阶段及地表塌坑群形成阶段。采空区上部岩体垮落是非充分的，岩体空隙随时间的积累和岩体崩落动态变化，崩落呈间歇性、跳跃性地向上发展。岩体崩落的高度与地层岩性有关，岩体强度越小，完整性越差，每次崩落高度越小，总崩落高度越大。随着矿体的开采，漏斗状水位降形成。地下水位降低不仅与采空区的相对位置有关，还受岩性构造所控制。岩体裂隙的产生及发展贯通为地下水向下流动提供了有利通道，可溶岩不断被侵蚀，黏土及岩屑被地下水容冲刷带走易在地下形成隐伏空区。硬石膏整体变形破坏会造成地下水的突涌，在地下隐伏空区内产生瞬时高负压，诱发地表塌陷。

为研究强降雨条件下地表径流和裂隙水流的拖曳力作用对斜坡稳定性的影响，建立斜坡地表径流和地下水渗流耦合分析模型。采用Navier-Stokes方程描述地表径流和裂隙水流，Brinkman-extended Darcy方程描述土体和岩石中的渗流，并根据不同介质交界面处流速相等及剪应力连续的边界条件，推求各介质中的流速分布。应用Newton内摩擦定律求得水流对斜坡产生的拖曳力，进而将拖曳力嵌入刚体极限平衡理论对斜坡稳定性进行分析。典型斜坡实例计算结果表明，当未考虑拖曳力效应时，斜坡的安全系数为1.164，考虑水流对斜坡土体产生拖曳力效应时，斜坡的安全系数为1.089，斜坡安全系数降低了6.44%。这表明拖曳力作用对斜坡的稳定性存在不利影响，斜坡土体在近乎临界稳定状态下拖曳力将对斜坡失稳起到决定性作用。最后分别讨论了考虑拖曳力和不考虑拖曳力情况下斜坡的安全系数与径流水深、斜坡倾角、土层厚度之间的关系。分析表明，在其他条件相似的条件下，斜坡越陡，斜坡土体的安全系数下降越明显；斜坡安全系数随着斜坡倾角增加而不断降低，随着土层厚度的增加而不断降低。

微震事件中常常包含一些异常信号、强噪声干扰信号和弱信号，这些通道信号的P波到时自动拾取精度往往很低，甚至拾取错误。目前国内外微震监测系统进行自动定位时，并不对各个P波到时拾取值预先筛选，而需要技术人员手动剔除或修正部分无效P波到时，然后才能进行正确定位。为此，首先引入了一种Akaike信息准则（AIC）两步骤拾取算法，并基于某深埋隧道微震监测案例定量分析了P波到时拾取误差与震源定位精度之间的关系，从而引入了P波到时拾取值容许误差的概念。然后，利用AIC两步骤拾取算法拾取微震波形的P波到时，并计算各项波形参数，进行大量统计，深入研究了影响P波到时拾取精度的波形参数。以容许误差为基准，将P波到时拾取值分为有效（标签为1）和无效（标签为?1）两类，并以相应的波形参数为数据输入，采用支持向量机方法（SVM）训练数据，最终建立了P波到时拾取值质量控制模型。实际应用表明：P波到时拾取值质量控制方法能有效剔除错误拾取值，从而大幅度提高数据自动处理效率和震源定位精度。

研究降雨因素对边坡稳定性的影响，最有效的方法是室内外试验和数值模拟方法，最为重要的是设置与实际情况接近的降雨入渗边界与动态流量边界下初始孔隙水压力分布问题。为有效地解决这两方面的问题，首先将现有的降雨数值边界施加方法所得模拟结果与室内试验结果进行了对比分析，指出了传统方法的不足之处，并在此基础上提出了新的降雨数值边界条件，即在土体表面施加一层很薄的“空气单元”，表述的是一个动态的边界条件。降雨入渗边界施加在“空气单元”表面，而不直接施加在土体单元表面，应用该方法完成的入渗土柱数值模拟结果更加接近现场和试验测得的降雨入渗率，为有效模拟降雨诱发边坡破坏的边界条件提供准确、真实可行的方法。同时，由于相对渗透系数和负孔隙水压力均为饱和度的函数，通过设置流体的抗拉强度来赋予节点负孔隙水压力模拟基质吸力，在数值模拟中每一个计算步根据节点饱和度自动更新负孔隙水压力和相对渗透系数，可实现FLAC软件中非饱和土的有效渗流分析。此外，为解决非饱和区土体施加负孔隙水压力所带来的问题，提出数值模拟过程中施加动态的流量边界，通过模拟自然界中地下水的补给，很好地解决使用FLAC进行数值模拟时动态流量边界条件下初始孔隙水压力的分布问题。

土体在非常小应变（小于10?6）时表现为线弹性。以往大量试验研究表明，土体的弹性特性主要受到土体有效围压、孔隙比、颗粒级配和试样制备方法等影响。通过离散元方法模拟Duffy和Mindlin中的物理试验，建立球形颗粒规则排列的三维模型，继而进行小变形条件下的数值加载试验来确定弹性特性，并从细观层面揭示决定土体弹性特性的内在因素。模拟结果表明：粒状土的弹性模量取决于土体的颗粒接触配位数、法向接触力的大小和分布，跟宏观土体孔隙比、有效围压作用相对应。弹性模量应力指数n高于Hertz-Mindlin接触法则对应的1/3，主要是由于应力增加过程中配位数的增加和接触力趋于更均匀导致。同时，泊松比也随着配位数的增加而减小，并非保持不变，跟试验结果趋势一致。

为可靠预测基坑周边地表沉降的发展趋势，提出了一种基于混合蛙跳算法和广义回归神经网络模型的基坑地表最大沉降预测模型（SFLA-GRNN模型）。首先，在沉降机制分析并初选输入变量集的基础上，利用灰色相关度分析对模型输入、输出变量的相关性进行量化，并剔除与输出变量相关性明显偏小的输入变量；其次，利用混合蛙跳算法（SFLA）对广义回归神经网络模型（GRNN）的平滑因子进行优化确定，减少人为因素对模型精度和泛化能力的不良影响；最后，利用筛选得到的输入变量集建立基坑地表最大沉降预测的广义回归神经网络模型。实例应用及对比计算结果表明，基于灰色相关度的输入变量筛选和基于混合蛙跳算法的平滑因子优化均能够有效提高广义回归神经网络模型的精度和泛化能力，以上结论可为类似变形预测提供参考。

1. 浙江水利水电学院 水利与环境工程学院，浙江 杭州 310018；2. 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240； 3. 浙江省钱塘江管理局勘测设计院，浙江 杭州 310016

为了掌握抽水蓄能电站地下厂房结构围岩约束条件、振动特性及评价标准，采用电测法对国内某大型抽水蓄能电站地下厂房结构的模态和动力响应进行了有限元计算及现场振动测试与分析。根据上下游边墙与围岩之间不同的约束条件，建立了4种有限元模型。通过有限元模态计算结果与现场模态测试结果对比分析发现：抽水蓄能电站地下厂房结构进行有限元模态计算时，比较合理的计算条件为厂房边墙边界节点与围岩法向接触，法向共同变形，切向不约束；围岩变形模量按Ⅲ类围岩选取，取变形模量为10 GPa，泊松比为0.25；混凝土弹性模量应按动弹性模量计算。通过地下厂房结构的动力响应测试发现：出现位移最大值的工况主要为发电开机或发电停机工况，说明发电开机和发电停机工况是抽水蓄能电站正常运行时地下厂房结构振动最不利工况，该电站发电开机和发电停机工况引起的振动对地下厂房围岩稳定并无影响，地下厂房围岩处于安全状态；厂房结构振动响应的频率主要是0.5、0.75、8.25 Hz等低频成分，这些低频分量可能是尾水管或蜗壳内水流脉动压力及机组基本转频或其倍频的频率成分，说明抽水蓄能电站地下厂房结构的振动响应主要是由水流脉动和机组转频所引起。通过对地下厂房结构进行安全评估分析，建议以0.2 mm和0.8 mm分别为抽水蓄能电站正常运行时地下厂房楼板在稳态工况和瞬态工况下的振动控制评价标准，该电站地下厂房结构的抗振性能基本满足安全要求。上述模态和动力响应的有限元计算及现场振动测试与分析结果，弥补了国内抽水蓄能电站地下厂房结构基于现场振动测试研究的不足，为抽水蓄能电站地下厂房结构抗振设计及振动安全评价提供了参考依据。

土压力作为离心模型试验中重要的测试参数，受土压力盒的性能、离心机数据采集系统稳定性及外部环境等诸多因素的影响，准确地测量土压力较为困难。土压力盒作为土压力测试元件，其性能对土压力测量准确性有直接影响。为获得较为准确的土压力测试数据，结合离心机数据采集系统，选择两种常见的电阻应变式土压力盒。通过标定试验得出两种土压力盒砂标系数均小于出厂标定系数，Ⅰ型偏小64.75%，Ⅱ型偏小18.77%，Ⅱ型土压力盒与出厂数据的重合度比Ⅰ型好；在研究墙高10～30 m类扶壁式挡墙侧向土压力分布的离心模型试验中，与Ⅱ型土压力盒相比，Ⅰ型存在按出厂系数测得数据失真、灵敏度低和稳定性差的缺点。标定试验和离心试验结果表明，接入自行组建的数据采集系统的Ⅱ型土压力盒比接入静态应变数据采集系统的Ⅰ型土压力盒性能更佳。