土体静止侧压力系数K0随应力状态的变化规律对深入把握其力学性质非常重要。然而，由于适用于粗粒土K0试验仪器及方法较少，对粗粒土K0随应力状态变化规律的研究几乎是空白的。为研究加载和卸载过程中粗颗粒土静止侧压力系数K0随应力状态的变化规律，利用新近研制的大型K0试验仪对某砂卵砾石料和堆石料进行了不同应力状态下的K0试验。K0试验结果表明：颗粒形态、应力状态、级配都对粗粒土K0有一定影响，其中应力状态影响最为明显；加、卸载时粗粒土K0随竖向应力增大呈减小的趋势。通过对K0试验结果进行深入分析，提出了粗颗粒土在加载过程中K0与竖向应力的关系式，并进行了验证。在此式基础上，基于前人总结所得K0与OCR的关系式，总结了一个反映任意固结状态下粗颗粒土K0随应力状态变化的关系式。

黄土由于结构不同于一般岩土体，三轴试验的饱和阶段，利用抽气饱和极易导致黄土结构扰动而发生破坏。而试样饱和是三轴试验中的重要步骤之一，且饱和度直接影响后期黄土力学性质的准确性。为研究不引起黄土结构破坏的饱和方法，利用天水和兰州所取原状黄土试样，在GDS三轴仪上开展了8组共33个试样的三轴饱和试验，基于体变传感器实时监测试样在饱和中所产生的体积变化，结合精确控制器测得试样中滞水质量，进行饱和度计算。同时利用GDS三轴仪进行B值检测，如此反复获得黄土试样饱和度与B值关系曲线。分析了不同饱和方式对黄土饱和效果的影响，并对黄土饱和度与B值关系进行非线性拟合，获得其定量关系：饱和度和B值存在指数函数关系。

针对地下工程中涌水、涌砂诱发的沉降问题，设计了一套可以改变涌口直径模拟水、砂涌出的可视化试验装置，对不同厚跨比及砂土中不同细颗粒含量下涌水、涌砂诱发的沉降规律进行了研究。试验结果表明：当厚跨比大于某一数值时，砂土中无论细颗粒含量多大，土体均不会发生沉降；当厚跨比在一定范围内、细颗粒含量小于某一数值时，土体会发生沉降，大于该数值后，土体会发生溃砂；溃砂发生的临界细颗粒含量与厚跨比初期呈抛物线上升关系，后期保持水平；当厚跨比小于某一数值时，砂土中无论细颗粒含量多小，均会发生溃砂；圆形涌口涌水、涌砂诱发的沉降在平面上呈圆形，剖面上近似二次曲面；土体溃砂后的沉降范围与沉降曲面的形状破坏角有关，沉降曲面的形状破坏角大致比土体天然休止角大9o。

为了便于研究不同粗糙度结构面岩体在压剪荷载作用下的剪切强度、剪切变形等力学特性的变化规律，制作了3种具有不同起伏高度的大理岩规则齿形结构面，锯齿高度分别为0、1、3 mm，开展了不同法向应力下的结构面直剪试验。试验结果发现，结构面剪应力?剪切位移曲线可分为两类：滑动破坏型和峰值剪断型；结构面沿锯齿先爬坡后剪断的破坏过程可划分为4个阶段：压密闭合阶段、爬坡剪胀阶段、锯齿剪断阶段、挤压碾碎阶段；锯齿结构面剪切强度?法向应力曲线近似呈三段线的特征，建立了三线段剪切强度准则；锯齿结构面剪切刚度?法向应力曲线呈上凸型特征，提出了结构面剪切刚度模型公式；锯齿结构面法向位移?剪切位移曲线呈先剪缩后剪胀的变化特征，提出了评价剪胀特性的经验公式。

内部结构不稳定的砂砾石土在渗流作用下可能发生细颗粒移动流失现象，从而降低砂砾石土地基的承载力。确定坝基砂砾石土的管涌临界渗透坡降，是砂砾石地基上堤坝设计和防渗安全分析的重要内容。基于砂砾石土在渗流作用下单个颗粒或颗粒群的力平衡理论，推导了砂砾石土发生管涌的临界坡降的预测公式。基于文献中64组垂直向上的砂砾石土管涌试验，采用Kenney-Lau稳定性判别方法结合Kezdi粒径比法分析了土体的内部稳定性，表明该方法是利用颗粒级配曲线判别砂砾石土内部稳定性的有效方法。通过对41组发生管涌的砂砾石土的临界渗透坡降的预测与试验结果比较，表明渗流作用下砂砾石土内部颗粒所受到的渗透力与颗粒表面积成正比的假定合理。提出的基于颗粒群启动模式假定的公式计算值，比文献中其他方法更接近于试验结果。

深水海底管线的底部稳定性受管线的竖向贯入深度和阻力影响。采用耦合欧拉?拉格朗日法（CEL）模拟黏土中海底管线竖向大变形贯入过程，并通过子程序VUSDFLD研究土体的应变率效应和应变软化对管线承载力的影响；分析了贯入过程中管线两侧隆起土体提供的阻力，并对其进行了敏感性分析，提出了表面隆起承载力系数的公式。研究结果表明，管线承载力系数随土体应变率的增大而显著增加；土体灵敏度越大，土体软化速率越快，管线的承载力系数越低。表面隆起承载力系数取决于土体的有效重度，并且贯入深度越大，土体的有效重度对表面隆起承载力的影响越明显。通过拟合数值结果，得到了表面隆起承载力表达式。

基于连续多孔介质原理与混合体原理引入流?固耦合模型，采用FISH语言编制程序，建立了初始渗流场设置函数、饱和?非饱和渗流分析模块、特殊应力修正模块以及非饱和单元抗剪强度修正模块，实现了利用FLAC3D进行饱和?非饱和渗流分析，同时基于饱和?非饱和渗流场修正非饱和区土体单元的有效应力以及抗剪强度，完成了将FLAC3D中饱和土流?固耦合计算原理扩展到非饱和土中。在二次开发的分析模块基础上对Liakopoulos砂柱排水试验进行数值模拟，验证了计算模型和计算程序的正确性。同时也研究了降雨入渗对土质边坡的渗流场、位移场以及稳定性演变过程的影响，揭示了降雨诱发边坡失稳的机制。

在遭遇强烈地震时，复杂地形和地质条件下高速铁路桥隧搭接段是容易出现严重损伤或破坏的一类复杂连接工程组合体。但是，目前国内外对于统筹考虑桥?隧?岩这一复杂系统内不同结构、部位之间相互作用的在强烈地震作用下的震害机制与动力响应的研究仍不多见。为此，设计并完成了多组基于大型振动台的不同方向地震激励下的模型试验，分析了软岩桥隧搭接段的动力响应特点及激励方向的影响机制。试验结果表明，强烈地震作用对桥?隧?软岩系统的安全与整体稳定非常不利，且隧道洞口及桥梁端部的加速度、位移、应变等地震响应数值大小及变化规律在不同方向地震激励下有显著的差异性。隧道扩大段拱顶和拱脚、标准段拱脚以及桥梁端部、桥台顶部、洞顶土体等部位地震响应较大，应予以加强或特殊处理。研究结果可以为软岩条件下桥隧相连结构抗震设计与地震响应分析提供一定参考。

为揭示土遗址锚固系统中第二交界面黏结破坏机制，采用自主研制的依托压力试验机的第二交界面力学性能试验装置及试样制作装置，以孔壁粗糙度及注浆体配合比为变化参数，设计了两组共30个土体?浆体（CGN+C）界面试样进行室内推出试验。结果表明：锚固系统土体?浆体的荷载?滑移关系曲线具有明显的峰值强度；研究用各类浆体30 cm锚固长度可提供0.08～0.26 MPa（光滑孔壁）与0.26～0.46 MPa（螺纹孔壁）的抗剪强度，螺纹界面使抗剪强度最大提高了4.21倍；随烧料礓石掺和比的增大，两组试样抗剪强度值呈现的规律基本相同；光滑界面的剪滑曲线特征主要呈应变强化型，螺纹界面曲线特征主要呈应变软化型；界面剪应力?位移关系模型与试验结果拟合度较好。研究结论为土遗址锚固系统内部力学过程研究奠定理论基础。

注浆是治理地下工程围岩裂隙涌（突）水的有效手段，裂隙注浆扩散封堵过程的理论研究是岩体涌（突）水注浆方案科学设计与工程顺利实施的保障。深入分析了注浆材料流变特性、扩散路径及注浆方式等工程与地质因素对裂隙注浆扩散过程的控制作用，基于注入时间的离散将注浆区划分为若干无限小的扩散单元，提出了可计算任意时刻浆液锋面位置、注浆压力、扩散区浆液黏度与压力分布以及注浆速率等关键数据的改进步进式算法，完整刻画了不同注浆工艺下岩体裂隙注浆扩散过程。通过步进式算法分析了恒压注浆、恒速注浆等恒参量裂隙注浆过程（即注浆压力或注浆速率保持恒定）；经与已有成果对比，计算结果与文献数据一致性较好，验证了该方法的可靠性和适用性。结合工程实践，运用步进式算法开展了“阶段式递降速率”和“阶段式递增压力”等典型动参量裂隙注浆扩散机制的研究，分析了不同注浆方案下注浆压力、注浆速率及浆液扩散距离等指标的变化特征，在一定程度上揭示了动参量裂隙注浆扩散规律，深化了人们对岩体裂隙注浆扩散理论的理解，为注浆设计和工程实践提供了有意义的指导。

为研究冻融循环作用下饱水砂岩的强度劣化规律，开展了饱水条件下两组具有不同初始孔隙率砂岩的室内冻融循环试验。在测量砂岩孔隙率变化量、静态峰值强度和动态峰值强度的基础上，分析了整个冻融循环次数内两组砂岩孔隙率变化量和峰值强度损失率的演化规律。采用孔隙率变化量来衡量岩石的冻融损伤，比较了两组砂岩的冻融损伤程度大小。基于孔隙率变化量建立了饱水砂岩在冻融循环作用下的相对剩余峰值强度劣化模型，并选取与饱水砂岩强度劣化模型相同的函数对试验数据进行了拟合验证。结果表明：在整个冻融循环次数内，两组砂岩的孔隙率变化量和峰值强度损失率均随着冻融循环次数的增加而增大。B组砂岩的冻融损伤程度大于A组砂岩，但其峰值强度损失率却低于A组砂岩，说明饱水砂岩的峰值强度受冻融循环次数与应变率共同影响，且二者影响机制相反。冻融循环作用下饱水砂岩相对剩余峰值强度与孔隙率变化量的拟合关系较好，表明冻融前后的孔隙率变化量适用于评估饱水砂岩冻融作用后的相对剩余峰值强度。

针对典型的浅海风机大直径单桩基础，采用自主设计的水平循环加载装置，在砂土地基中完成了单桩模型试验，揭示了长期水平循环加载下单桩累积变形响应特征。试验结果表明，桩顶水平累积位移随循环次数的变化呈两阶段特征，循环加载短期效应大于长期效应；砂土密实度及循环加载路径对桩顶累积位移特征影响较大；不同初始条件下，单桩水平循环刚度随着循环次数的增大而不断增大；不同密实砂土中循环后单桩水平静承载力的变化与松密砂剪切硬软化机制不完全一致。基于经验公式法，对单桩水平循环累积位移预测模型进行了参数分析。与试验结果对比分析表明，该模型能较好地预测不同循环加载路径下单桩累积位移。

深部岩体工程中，锚杆在围岩变形后处于高承载应力状态，受到爆破振动、矿震等动载荷作用后极易失效，因此，亟待研究动力扰动下锚杆的力学响应机制。基于SHPB试验平台，自行研发了一套研究锚杆动力响应的试验装置，开展动力扰动下全长黏结锚杆的力学响应特性研究。结果表明：初始动载荷作用下锚杆滑移量随着入射能的增加而增加，锚杆中应力波的波峰值随着传播距离的增加而逐渐减小，当应力波传播至锚杆最里端时，应力波峰值衰减较大；第2次动载荷后锚杆SG1处与SG2处应力波峰值差明显比第1次减小，表明动载荷下锚固界面从锚杆外端开始损伤；锚杆失效与锚固界面损伤有关，锚杆承载后初次受到动载荷的影响导致锚固界面产生损伤，损伤锚固段又受到外部载荷（如二次冲击、岩体挤压）作用时会进一步劣化，其不能抵抗围岩的变形而失效。研究结果为揭示锚杆支护失效行为，采取合理的设计与施工提供新的思路。

在滑坡治理与边坡防护工程中，圆形截面抗滑桩由于具有便于机械化成桩的施工优势，已被工程广泛应用。然而，与传统的矩形抗滑桩相比，目前对于圆形截面抗滑桩的研究较少，设计和理论体系不够完善，其抗滑效果尚无统一定论。基于圆形截面与矩形截面抗滑桩对比模型试验研究圆形截面与矩形截面抗滑桩的受力变形特征，比较两者的抗滑能力：在满足各试验相似关系的前提下，分别进行无桩空推试验、圆形截面抗滑桩试验和矩形截面抗滑桩试验。观察土体与模型桩受力发生变形的全过程，并对试验结果进行比较。布设土压力盒、钢筋计及百分表，对土压力、钢筋应力、桩顶位移进行监测，分析模型桩的受力特性。研究结果表明，相同条件下圆形截面抗滑桩的受力性能与矩形截面抗滑桩基本一致，受力过程中传力均匀，对桩底嵌固端强度要求低，具有良好的抗滑承载能力，值得在工程实际中推广应用。

集中降雨及地下水位波动引起的毛细水作用是诱发中原地区粉土类遗址掏蚀、滑塌等病害的重要因素。为研究毛细水作用下其强度特性的劣化规律，以新密古城寨遗址粉土为研究对象，对自制土柱进行多次干湿循环后，取样进行固结排水剪切试验以研究其抗剪强度特性，并对部分土样进行核磁共振和扫描电镜测试以研究其微观结构特征。探讨后者与抗剪强度特性之间的关系。宏观试验结果表明，干湿循环作用对粉土应力?应变关系曲线形态的影响规律与围压相关；强度及黏聚力在首次干湿循环后增大，随后逐渐减小并趋于稳定，稳定值均低于原土样，而内摩擦角衰减幅度较小。因此，对于土遗址毛细水影响区域，建议采用干湿循环稳定后的力学参数进行相关计算。结合核磁共振及扫描电镜试验结果，发现造成粉土强度及黏聚力随干湿循环次数增加呈先强化后衰减变化规律的主要原因是，土的中孔孔隙体积先降低后缓慢增大，小孔孔隙体积逐渐增大，二者的调整作用致使土的总孔隙体积先减小后逐渐增大直至稳定。分析认为，粉土强度特性的干湿循环效应与黏粒“网架”1次干湿循环后的均匀收缩及后续循环中的破坏有关。

沥青混凝土心墙作为堆石坝的防渗结构，其受力安全备受工程领域的关注，对其进行快速简便地受力变形分析具有重要意义。利用薄板小挠度弯曲理论以及里兹法求解了置于Winkler弹性地基上三边固支一边自由矩形薄板在水压力作用下的挠曲变形函数，推导了矩形薄板的变形、内力和应力计算公式；建立了矩形薄板与实际沥青混凝土心墙之间的一一映射关系，将矩形薄板的变形、内力和应力映射到实际河谷断面心墙上，从而建立了沥青混凝土心墙简化解析受力分析模型。借助有限元方法对模型的可靠性进行了验证，最后将该模型应用于工程实例。研究结果表明，此模型有助于快速预估沥青混凝土心墙受力变形，同时研究思路也拓展了沥青混凝土心墙受力变形的计算方法。

密实砂土通常表现出常压下剪胀软化特性、高压下剪缩硬化特性，不同的力学特性对岩土体受荷力学行为的演化有着重要影响。构建能够反映剪胀软化、剪缩硬化特性的本构模型并且实现其数值模拟计算，则是分析剪胀软化材料的受荷响应特征以及完善岩土体渐进破坏理论所要解决的一个重要科学问题。研究中首先对已构建的能够反映密实砂土相关力学特性的砂土统一本构模型进行描述，分析该模型的数值计算关键问题。基于显式方法进行模型应力积分程序的二次开发，应力积分过程中采用应变空间中的加卸载准则并对模型破坏面进行光滑处理以满足计算过程中的加卸载判断以及塑性应变方向的确定。通过计算实例验证了显式方法能够克服剪胀、软化问题的计算难点，可以实现对剪胀软化、剪缩硬化材料的力学行为分析计算。

冻融循环是寒区最为常见的物理风化过程之一，会显著影响土体的变形特性。基于椭圆?抛物双屈服面本构模型，建立了考虑冻融循环影响的修正模型。以青藏高原粉质黏土为对象，进行一系列的冻融循环试验和三轴固结排水试验。结果表明，试样表现为应变硬化型应力?应变关系和剪缩特征，随着冻融循环次数的增加，剪切过程中的体积应变逐渐增大，而破坏强度则逐渐减小。然后，分别选择椭圆函数和抛物线函数描述p-q平面上的体积屈服面和剪切屈服面，引入相关联流动法则，推导了偏应力增量与轴向应变增量和体积应变增量两者之间的函数关系式。基于三轴试验结果，确定了模型参数随冻融循环次数的变化规律。结果表明，随着冻融循环次数的增加，c、φ、h、K、M1、M2、a呈逐渐减小的规律，而t、n呈逐渐增大的规律，且均可以采用Logistic函数拟合模型参数与冻融循环次数的回归关系。将以冻融循环次数为因子的模型参数表达式代入应力应变增量形式方程，建立了考虑冻融循环影响的修正双屈服面模型，模型计算值与试验实测值基本吻合。

加筋土挡墙在大量地震中显示了优越的抗震性能。地震荷载作用下，加筋土挡墙的设计中通常采用拟静力法将动荷载等效为静力荷载。为了对比加筋土挡墙拟静力设计值与实际动力响应值的差异，开展了整体刚性面板加筋土挡墙振动台模型试验。通过位移、加速度、土压力、筋材拉力的测试，得到以下结论：加筋土挡墙内部的加速度分布不均匀并呈现面板、加筋体加速度大于填土加速度的趋势，同时测试的响应加速度值大于设计规范建议值；面板背面土压力作用点高于设计值，但合力仅为物部?冈部理论值的15%～20%；受加速度放大效应及动土压力作用点的影响，墙体的主要变形模式为转动变形；筋材拉力沿墙高非线性分布并且测试合力大于铁路规范建议值。

库区水位周期性波动，巨大的水位变幅使库岸滑坡滑带土处于干湿循环变化之中，而干湿循环作用影响土体的强度特性。基于此，以三峡库区某典型库岸滑坡滑带土体作为研究对象，对经历不同干湿循环次数的土样进行环剪试验、扫描电子显微镜（SEM）试验和核磁共振（NMR）试验，分析干湿循环作用下滑带土强度特性和微观结构变化规律，并初步探讨干湿循环对滑带土强度影响的微观机制。试验结果表明：干湿循环作用下，滑带土残余强度的劣化特性十分明显，且前3次干湿循环导致土体强度衰减幅度较大，之后衰减趋势减弱，土体强度逐渐趋于稳定，同时，黏聚力的劣化效应大于内摩擦角；随干湿循环次数的增加，以叠聚状、凝块状为主的团粒逐渐分散、解体，颗粒间连接由面?面接触逐渐向面?边、面?角接触演化，表现为土体内孔隙数量增多，土颗粒形态变化，粒间距离增加，微小孔隙逐渐向大孔隙演变；干湿循环作用下，滑带土内亲水性黏土矿物吸水膨胀、失水收缩而引发土颗粒、孔隙及胶结物等微结构变化是导致滑带土残余强度劣化的内在原因。

为研究骨料粒径及节理倾角对岩体的力学性质影响，采用两种不同粒径骨料的砂浆制作不同倾角平行节理试样进行压剪试验，并利用声发射系统监测试样加载过程。试验结果表明：骨料粒径增大，试样的峰值剪切强度增大；随节理倾角增大，粗颗粒试样的峰值剪应力呈先增加后减小的趋势，细颗粒试样的峰值剪应力呈增―减―增―减的规律；声发射计数随试样加载呈现规律变化，其在试样峰值剪应力后达到最大值。利用Mohr-Coulomb破坏准则建立岩石压剪断裂判据。经分析，裂纹尖端应力强度因子比值 值只与岩石材料的内摩擦角 有关，且 值随内摩擦角 增加而增大。

建立了一个可以反映粗粒土在剪切过程中的颗粒破碎演化规律的数学模型，其思路是将土体的级配用级配方程的参数b和m定量表示。在此基础上，通过土体所处的应力-应变状态不但能预测破碎指标，还能进一步预测土体级配曲线的演化。总结了破碎指标BW和Bg与平均正应力p和广义剪应变?s的经验公式，即建立了破碎指标与应力、应变之间的定量关系，得到了该模型的具体表达形式，并介绍了模型4个参数?1、?2、??和hs的确定方法；利用碎石料进行了一组围压分别为0.2、0.5、1.0、1.5、2.0 MPa的三轴固结排水(CD)试验，其中，将围压为0.2、0.5、1.0、1.5 MPa的试验数据用来确定了该土料的模型参数；将所得参数代入模型并预测了围压为2.0 MPa时的颗粒破碎指标和级配曲线，结果表明模型预测值与试验值吻合较好，证明了该模型的适用性。

天然原状黄土具有结构性和各向异性，如何在本构模型中合理反映两者的影响成为模型模拟效果优劣的关键。基于修正剑桥模型，在 平面内引入结构性参数 反映天然黄土结构性，通过屈服面旋转的方法引入各向异性参数 反映天然黄土各向异性，模型硬化规律考虑了各向异性的影响，采用相关联流动法则，结合一致性条件推导了增量型应力?应变关系，建立了考虑黄土结构性和各向异性影响的修正剑桥模型。当不考虑结构性和各向异性时，模型退化为修正剑桥模型。模型共有8个参数，均可通过常规室内试验获得。选取天然原状黄土开展了三轴试验，试验结果与模型计算结果对比表明，考虑结构性和各向异性影响的修正剑桥模型模拟天然原状黄土的应力?应变特性效果优于修正剑桥模型。

在既有地下室以下增设地下空间，常面临既有支护桩与新增支护桩构成双层支挡结构的开挖工况，这是传统开挖设计方法未涉及的新问题。通过大比尺模型试验，以内外双层支护桩排间距为主要参数，研究其对支护结构性能演变、排间土压力的影响。试验结果表明，随排间距减小，新增支护桩位移与弯矩逐渐增大，由嵌固作用转变为主要受力结构。开挖至既有支护桩失效退出工作后，新增支护桩位移与弯矩突增，最大弯矩点下移。既有支护桩背单位土压力随开挖逐渐减小，达到主动极限状态后主动土压力随排间距增大而增大，并接近朗肯主动土压力分布线。通过各试验桩背主动土压力数据分析拟合，建立了以排间距、土体内摩擦角、桩土摩擦角为参数并考虑土拱效应的既有支护桩背主动土压力预测方法。

为研究地连墙?重力式复合锚碇基础底板以下地连墙嵌固作用对其承载性能的影响，依托西江特大桥清远侧新型地连墙锚碇设计方案，分别开展相同试验条件下地连墙?重力式复合锚碇基础与不考虑地连墙嵌固效应的常规锚碇基础两组物理模型试验，对荷载与位移关系、基底土压力分布及荷载分配规律进行分析。结果表明：与常规锚碇相比，由于地连墙嵌入深部中分化基岩，地连墙?重力式复合锚碇基础可充分发挥嵌岩地连墙强度及深层岩体承载能力，在竖向荷载和水平荷载作用下，地连墙?重力式复合锚碇基础竖向位移和水平位移均明显小于无嵌岩地连墙的常规锚碇基础，其中设计缆力条件下可降低水平位移量75%左右，表明嵌岩地连墙结构有效提高了锚碇基础承载性能和安全储备。由土压力及荷载分配规律可知，上部竖向荷载通过地连墙结构传递到深部基岩，有效分担了基础底板土体压应力，进而降低地基土体附加应力和基础沉降量。综合表明，当地连墙结构嵌入深部强度较好的基岩时，采用地连墙作为基坑围护结构的锚碇基础设计可考虑地连墙嵌固作用对其承载力的贡献。

为了利用旁压试验准确获取不排水黏土抗剪强度，对比研究了3种基于孔穴扩张理论的不排水黏土抗剪强度评价方法。其中，Gibson和Anderson提出的直接传统法忽略了土体超固结比和旁压探头实际长度的影响；Cao提出的基于修正剑桥模型的解析法考虑了土体超固结比的影响；基于修正剑桥模型的有限元法同时考虑了土体超固结比和旁压探头实际长度的影响。在两个试验场地的轻度超固结黏土和超固结黏土中开展了一系列旁压试验，采用上述3种方法对比研究了土体超固结比和旁压探头长度的有无限性对不排水抗剪强度的影响，结果表明：单独考虑超固结比的影响时，由直接传统法估算的黏土不排水抗剪强度较解析法小，且二者的差值随着超固结比的增大而增大；单独考虑旁压探头长度有无限性的影响时，由解析法得到的黏土不排水抗剪强度较有限元法高，且旁压探头的无限长度效应随着超固结比的增大急剧减弱。当以特定长度的旁压探头在黏土中进行旁压试验时，存在一个超固结比临界值。低于这个临界值时，旁压探头的无限长度效应对不排水强度的影响大于超固结比；高于这个临界值时，旁压探头的无限长度效应与超固结比的影响相互抵消。对于例1中的粉质黏土，超固结比临界值约为23；对于例2中的粉质黏土，超固结比临界值为34。在实际工程中，有限元法能够同时考虑旁压探头实际长度和超固结比对黏土抗剪强度的影响，为最佳方法。当黏土处于重度超固结状态（超固结比大于临界固结比）时，直接传统法和有限元法计算结果相近，可利用直接传统法计算黏土抗剪强度。

地震中发震断层诱发桩基失效，导致上部结构破坏甚至坍塌，相关破坏机制和避让距离缺乏系统研究。通过离心机试验和数值模拟，针对基岩正断层活动诱发上覆砂土中群桩基础的静力破坏展开研究，考察不同群桩断层相对位置下群桩的破坏特征。试验与计算结果均表明，当群桩跨越断层时，正断层活动使群桩向上盘一侧倾斜，并使基桩弯向上盘一侧。基桩桩顶荷载的重分布进一步使基桩形成受拉和受压两种破坏模式。数值参数分析表明，在不同桩位上，群桩的变形响应可划分为5个特征区域。对于埋深为20.0 m的基岩正断层，群桩在上盘和下盘一侧的安全避让距离分别为23.5 m和15.9 m，其中下盘一侧离开断层7.9 m至上盘一侧离开断层4.1 m的区域需要进行重点避让。

原状黄土是一种具有结构强度的欠压密土，其侧限压缩变形特性区别于一般土。为研究原状黄土侧限压缩变形的共性，对西安、兰州6个场地不同含水率的原状Q3、Q2黄土进行了侧限压缩试验，得到了相应场地不同含水率原状黄土的压缩曲线，分析了其压缩曲线的形态，通过曲线对应的压缩屈服应力及初始孔隙比，将各黄土不同含水率下的压缩曲线归一化为同一曲线，且形成时代相同的黄土归一化曲线位置相同，并利用复合幂?指数模式分别描述了Q3、Q2黄土归一化的曲线。将文献中试验黄土的初始孔隙比与压缩屈服应力代入归一化曲线的表达式，计算得其压缩曲线和压缩性指标。经对比，与文献实测压缩曲线及压缩性指标很接近，验证了黄土压缩曲线的归一化特性并对其进行了应用。结果表明：试验黄土压缩曲线具有可被其初始孔隙比和压缩屈服应力归一化的特性，此特性为黄土侧限变形性质的分析提供了一条便捷的途径。

大光包滑坡是2008年汶川地震触发的最大规模滑坡，其剪滑破坏发生在斜坡先期构造层间错动带内，该带主要由糜棱化、角砾化的构造碎裂物质组成，且具有显著地下水赋存与运移特征。为探讨强震过程地下水参与下该错动带动力学行为及对大光包滑坡启动的可能影响，取错动带材料，室内开展系列饱水静三轴、单向和双向动三轴试验，分析该材料液化特性。试验结果表明：材料具有较强的潜在液化能力；单向和双向动载作用下材料均能液化，但双向振动液化速率更快，且动强度比单向降低约20%；双向振动下材料液化速率随循环偏应力和径向循环应力增大而加快，相位差180o比0o液化速率更快。研究表明，对于产状倾斜（N2°W/NE/30°）的大光包滑坡层间错动带，双向动三轴试验动力条件可能更接近实际应力状态；强震过程，该错动带液化可能是大光包滑坡突然启动原因。

为了进一步探究充填开采覆岩移动变形规律，基于充填开采覆岩移动变形特征，给出了充填开采岩层“连续曲形梁”的定义。在分析覆岩变形与曲率关系的基础上，建立了充填开采岩层曲率模型，提出采用曲率来评价充填开采覆岩的变形特征，导出了岩层曲率K的计算公式，揭示了充实率与岩层曲率之间的关系，并分析得出充实率、采厚及关键层是影响覆岩曲率的关键因素，支架长度对覆岩曲率也有一定的影响，提出采用曲率理论模型评价充填的效果。依据不同层位高度的岩层曲率变化特征，提出以极限曲率作为岩层破断的判别标准，判断不同充实率条件下岩层破断位置，并计算了直接顶、基本顶不破断的临界充实率，结果与钻孔实测结果基本一致。

以两步骤阶段空场嗣后充填胶结体所需强度为研究对象，通过分析胶结充填体在空区所起的力学作用，认为胶结充填体的力学作用主要表现为改善顶板岩体受力状态支撑顶板破碎岩体、为采场围岩提供侧限压力、抵抗采场闭合和限制尾砂流动。基于胶结充填体剪切破坏机制引起的垮塌，充分考虑影响充填体稳定因素，借助楔体滑动理论分析充填体滑移面上具有滑移趋势三维楔体的极限平衡状态，推导出胶结充填体危险力学环境（一侧临空、一侧受尾砂侧压力）下的抗压强度模型。大红山铜矿48-54线盘区51线胶结矿柱垂直应力实测结果以及稳定性结果验证了模型的合理性。研究成果对深化充填采矿理论研究具有重要意义，对相似矿山具有较高的应用和推广价值。

高速铁路桥梁基础整体沉降对桥梁线型控制至关重要，而规范中计算整体沉降的分层总和法在深大沉井基础中的适用性有待商榷。以大跨度公铁合建斜拉桥深大沉井基础为工程背景，分别采用摩尔?库仑模型（M-C）、土体硬化模型（HS）和小应变土体硬化（HSS）模型，通过有限元方法，得到了相应的基础沉降曲线。与现场监测数据对比表明，采用HSS模型得到的计算结果与实测值吻合较好。在此基础上，对后续重要施工阶段的沉降趋势进行了合理的预测。与此同时，针对该工程的深大沉井基础，对现有规范分层总和法中的沉降经验系数进行了修正，在该工程中，建议将沉降系数修正为0.13。

地应力对岩体轮廓爆破开挖成型及其开挖扰动区分布的影响是岩体工程中的研究热点之一。针对白鹤滩水电站右岸坝肩槽拐角处预裂爆破后出现的挂脚现象，分析了地应力在爆炸应力波和爆生气体作用阶段对裂纹扩展的影响，采用数值模拟方法进行了验证。结果表明，地应力在应力波作用阶段对初始裂纹扩展方向具有导向作用，而垂直裂纹面的地应力分量在爆生气体阶段会抑制裂纹长度扩展，地应力越高，其影响越显著；在坝肩槽拐角处，炮孔连线方向不一致且地应力水平较高，导致裂纹扩展偏移炮孔连心线方向而难以贯通，最终形成挂脚，可见初始地应力严重影响预裂爆破成缝质量，是导致坝肩槽拐角部位出现爆破挂脚现象的重要原因。

由于广泛采用的J形或S形直铺技术，深海海底管线往往处于浅埋状态，在运行期间管道可能受波浪、洋流或温度荷载作用而发生侧向移动，这时海床会受竖向以及水平向荷载联合作用而处于极限状态。因此，为准确评估浅埋管道在这种复合加载条件下的稳定性，采用有限元数值分析的方法研究了砂土海床中浅埋管道在竖向?水平V-H荷载(V-H)空间的承载力包络线以及主要的影响因素，并开展室内模型试验验证了数值分析结果的可靠性。研究表明，随着砂土内摩擦角??以及管道相对埋深z/D的增大，承载力包络线显著扩大但形状不变，据此分别建立了包络线尺寸的控制参数Vmax和μ0关于? 和z/D的函数关系式。在实际工程中，可以将海床土性参数以及可能的荷载组合纳入到包络线中分析，来评价管道的在位稳定性。

岩土工程数值分析方法对于研究复杂的岩土介质与多变的施工措施是一种得力的方法，比传统的解析方法、室内试验方法、模拟试验方法、现场试验方法等具有无可替代的优越性。按岩土工程数值方法的历史发展、作用及发展方向，将其分为4个层次：作为一种高级计算器，直接为某个具体岩土工程的设计服务，对该岩土工程在各种极端设计工况下进行安全性、稳定性的计算分析；作为一种强大的、无与伦比的模拟分析器，对复杂工况条件下复杂岩土工程的各种不利因素的相互作用、相互影响、耦合效应等进行模拟分析；作为一种无成本、可重复的多功能试验机，探索具体岩土工程的稳定机制或某工程措施的加固机制；作为岩土工程数值方法的终极目标，对数值分析方法进行二次开发——研发智能化、快速化、简便化的新型数值分析工具。对这4个层次进行了讨论，并对每个层次进行举例说明。

为获取地下储气库围岩热力耦合效应数值分析的边界条件，基于压缩空气质量和能量守恒方程，提出了利用FLAC3D软件求解压缩空气热力学过程及储气库围岩热力耦合数值分析边界条件的确定方法，通过算例验证了压缩空气热力学过程计算方法的正确性。采用数值分析方法研究了充放气条件下的储气库洞壁边界条件的变化特点，分析了围岩初始温度、对流换热系数以及热传导系数对边界条件变化过程的影响。研究表明：地下储气库力学及传热分析边界在运行过程中具有十分显著的动态变化特点，并与压缩空气的状态、洞壁表面热交换特性及围岩热传导特性密切相关。

低频波动激励下实际开发储层物性发生改变，开展一维定压或定压力梯度情形岩土固结分析，难以反映具有变化流速、压力梯度的实际储层近井带波动激励效果。推导了低渗孔隙介质固结模型控制方程，建立了考虑不同孔隙度、压力变化程度的3种饱和单相渗流流体孔隙介质固结模型，开展一维、径向物理模型模拟求解，进而评价低频波动在恒定或变压力梯度、不同固结模型下的作用效果及参数影响敏感性。结果表明，考虑低渗储层渗流惯性作用和较强应力敏感性时，波动作用下（恒定压力梯度）一维模型的压力、流速、孔隙度增幅整体减小，（变压力梯度）径向物理模型波诱导作用出现不同变化，压力、孔隙度增幅增加，流速增幅降低；随振动参数增加，径向物理模型物性最大增幅数值波动性变化更为剧烈。研究结论反映了实际储层低频波动激励效果的复杂性及动力学分析的必要性。

研究工程岩体中裂纹的萌生、扩展和贯通机制以及后续沿着软弱结构面的滑动机制对于揭示岩体变形和破坏规律具有十分重要的意义。非连续变形分析（DDA）方法对于模拟由宏观结构面切割而成的离散块体系统的滑动变形具有与生俱来的优势，但在模拟岩体由连续到非连续的破坏演化过程方面存在不足。通过引入虚拟节理技术将连续区域离散为子块体，并设定虚拟节理强度为岩石本身强度的方式，在一定程度上加强了DDA对于岩体连续特性的模拟。但这种方式仅考虑虚拟节理达到抗拉强度之前的黏结作用，而忽略了岩石应力?应变全过程曲线中应变软化阶段的强度。因此，通过在子块体间插入一种能够描述岩石应变软化阶段的应变软化黏结单元的方式对上述不足进行了改进，进一步加强了DDA对于岩体连续特性的模拟，并保留了DDA在非连续变形模拟方面的优势。最后，将其应用于求解几个典型的破裂问题。结果表明，模拟的破裂路径与参考解较为一致，证实了改进DDA方法的有效性和正确性。

从大理岩常规三轴加、卸荷室内试验出发，结合PFC3D颗粒流程序进行分析，在明确室内试验与数值模拟试验卸荷速率对应关系的基础上，对不同卸荷速率下试样破坏过程的力学特性及破坏机制进行探讨。结果表明：加、卸荷路径下整个加载过程中张拉裂纹数量均明显高于剪切裂纹；常规三轴试验损伤应力之后，裂纹围绕某一速率进行扩展，卸荷试验损伤应力之后，裂纹的发展是突发性的；不同应力路径下试样损伤破坏的差异性主要形成于损伤应力至峰值应力这一阶段，直至卸荷速率超过6 MPa/s，试样的损伤程度与破坏形式逐渐趋于一致；随着围压的增大，不同卸荷速率下岩石破坏均呈现出由张拉破坏逐渐向剪切破坏过渡。

提出一种适用于非均匀离散颗粒体系的接触检测算法，时间复杂度为O(n)，对内存的占用较小，对于大规模、分布密集、大粒径比的颗粒体系具有较高的效率。在NBS (no binary search)接触检测算法的基础上进行改进，提高了对于非均匀颗粒体系的适用性。采用对颗粒进行分组，对检测过程分步的策略提高了邻居检索精度；通过设置基于包围盒的初判环节减少了接触判断次数，解决了颗粒尺寸非均匀造成的效率下降问题。颗粒分组方式简单，易于调整，对于各种不同级配的颗粒体系具有广泛的适用性。通过算例验证了算法的性能，在非均匀颗粒体系中相对于NBS算法具有明显的优势。

粒状土经常发生塌落破坏而诱发泥石流、滑坡等自然灾害。现有研究缺乏颗粒形状对粒状土塌落形态的影响分析。利用三维离散元方法，对粒状材料圆柱试样的塌落破坏机制进行了模拟分析。离散元数值模拟考虑了3种典型的颗粒形状：常规的球形颗粒、正四面体形颗粒和长条形颗粒，取相同的颗粒级配，并以同样的方法分别生成同样高径比的试样，然后进行塌落破坏。基于结果对比分析了由不同形状的颗粒组成的圆柱试样的最终塌落高度和跑出距离，并将离散元模拟与室内试验进行了对比。结果表明：利用离散元方法可以很好地重现室内粒状材料圆柱试样的塌落过程；与纯球形颗粒的试样相比，不规则形状颗粒的试样可以降低颗粒的角速度，同时可以保持较大的最终塌落高度和减小最终的跑出距离。

由于岩石介质的非均质性、不透明性和多孔隙特性，在物理试验或数值模拟中真实体现其内部三维细观结构具有一定困难。采用CT扫描技术、边缘检测算法、滤波算法、三维点阵映射与重构算法，结合有限元并行计算，建立了可以反映岩体内部细观结构的三维非均匀数值模拟方法。通过对不同孔隙分布特征和孔隙率的玄武岩试样进行CT扫描，构建了三维细观巴西盘数值模型，研究岩石三维细观孔隙对其宏观破坏机制及力学性质的影响。数值试验结果表明：孔隙空间分布特征与孔隙率同时对岩石裂纹扩展模式与抗拉强度产生显著影响，孔隙的存在极大地削弱了玄武岩的抗拉强度；当孔隙率较低且孔隙分布稀疏时，次裂纹较少；当孔隙率较高时，次裂纹较多；采用数字图像处理技术统计计算了试样的孔隙率，并得到孔隙率与抗拉强度呈指数分布的规律。在重构模型中采用中值滤波处理可以提高数字模型的精度，运用所建立的数值模型，可以真实体现岩石的三维精细结构，为研究岩石细观结构对其力学行为的影响提供了一种有效方法。

为研究温度?渗流?应力耦合条件下软岩的长期力学特性，研制了并联型软岩温度?渗流?应力(THM)耦合三轴流变仪。该仪器适用于开展软岩在不同温度和应力条件下的力学特性的试验研究。仪器通过伺服控制实现试验过程中自动稳压、试验数据自动采集以及温度、水压力和应力独立控制的梯度加载，设备采用高精度的LVDT变形传感器对试样的变形进行精确测量。设备可以完成的试验包括单轴压缩试验、三轴压缩试验、三轴流变试验、循环加卸载试验以及稳态与瞬态条件下的渗透性测试。试验机由于其独特的设置可以同时对2个试样进行相同围压和水压，不同轴压和温度的试验，大大节约了试验的时间成本，尤其是长期力学性能试验，同时更为有效地减少试验的系统误差。近一年的试验，表明该试验机稳定性好，测量精度高，是一套功能齐全，使用方便的试验装置。

针对常规的现场岩体单轴抗压强度（UCS）测试方法周期长、成本高的问题，提出一种基于数字钻探测试技术预测岩体UCS的方法。利用自主研发的岩体数字钻探测试系统，开展了不同强度岩石试件的数字钻探试验和单轴压缩试验，基于支持向量机（SVM）建立了随钻参数与UCS的关系模型。作为模型输入参量的随钻参数，包括由传感器测定的钻进速率、转速、扭矩、推进力，也包括通过能量分析推导的岩石单位切削能ηc。结果显示，验证集中关系模型预测的UCS和单轴压缩试验测得的UCS相近，拟合优度R2为0.977，平均绝对误差MAE为3.037 MPa，表明基于SVM方法建立的随钻参数与UCS关系模型，在岩体UCS预测方面取得了较好的效果；同时表明数字钻探测试技术可实现对岩体UCS的有效预测。

定位算法是微震监测的核心，而速度模型是影响微震定位算法精度的主要因素。快速扫描法（fast sweeping method，FSM）是一种基于复杂速度模型利用求解程函方程(eikonal equation)计算地震波初至到时的算法，已广泛应用于地震定位及地球物理勘探等领域。将该方法引入岩土工程稳定性监测与评价领域，提出一种针对层状速度模型的震源快速定位方法。建立笛卡尔坐标系下三维FSM算法，分别在单一速度模型和水平分层速度模型中采用FSM算法计算点震源初至波走时，与理论解对比分析算法精度及其误差分布特征；进而针对层状速度模型，提出一种基于FSM算法的到时差数据库微地震震源快速定位方法；与基于简化地质模型的传统定位算法进行对比，研究该方法定位精度和计算效率。结果表明，相比较于传统定位方法，提出的基于FSM算法建立的到时差数据库震源定位方法对于层状地质模型微地震事件位置精度具有显著提升，且大大缩减了定位耗时。该算法可为层状地层震源定位、微震监测及室内声发射监测等提供重要的理论和技术支撑。