利用相似材料复制劈裂结构面，进行常法向应力下循环剪切试验，研究无充填、充填黄泥3 mm、充填石膏3 mm和充填岩屑3 mm条件下结构面循环剪切强度、变形和形貌演化特性。结果表明：（1）循环剪切中占主导地位的破坏模式会发生改变，无充填时由剪断破坏向磨损破坏转化，充填黄泥时主要为滑移破坏，充填石膏时由剪断破坏向滑移破坏再向磨损破坏转化，充填岩屑时由剪断破坏向磨损破坏转化。（2）随着循环剪切次数增加，无充填和充填黄泥时峰值剪应力以减速率减小，充填石膏和岩屑时峰值剪应力先减小再以减速率增大，充填物会弱化结构面循环剪切强度，其中以黄泥的弱化影响最大。（3）不同充填材料条件下，结构面循环剪切中平均剪胀角均以减速率减小，有充填时循环剪切中剪缩现象更明显，其中充填黄泥时剪缩幅度最小，充填石膏时剪缩幅度最大。（4）有充填物条件下，循环剪切后结构面磨损程度比无充填条件下要小，其中以充填黄泥时磨损程度最小，充填石膏时磨损程度相对最大。

基于西原模型，假设黏塑性体的偏应变张量的一阶导数与瞬态偏应力张量和稳态偏应力张量之差成正比，得到围岩黏塑性区的本构方程。采用拉普拉斯变换与逆变换，推导了圆形隧道黏弹-黏塑性解析解。当 时，该解退化成线弹性本构模型的解答；当 时，该解退化成理想弹塑性本构模型的解答。通过工程实例，分析了围岩位移场、应力场和黏塑性区半径随时间的变化规律。当支护力保持不变时，围岩不同位置位移、围岩黏塑性区半径将随时间增长而持续增大并趋于稳定；围岩黏弹-黏塑性特征对径向应力和黏弹性区切向应力影响较小，对黏塑性区切向应力影响较大，越靠近洞壁处，切向应力随时间变化越剧烈。此外，不同支护力作用下洞壁处的切向应力在支护初期均较大，因此应采用及时支护的策略；考虑到围岩黏弹-黏塑性特征对支护力的影响，建议采取让压支护技术以保证围岩和衬砌的稳定性。

岩桥破坏的声发射研究一般只针对计数、能量等参数来分析。为探究岩桥直剪试验的声发射频谱特征，对岩桥进行声发射测试，利用时频分析方法对声发射波形信息进行研究，分析了其频谱特征。结果表明，直剪试验中幅值比计数率变化明显，且发生激烈响应的时间较早；主频基本呈高低频带状分布；主频带向中频分散和低频高幅值的声发射特征可作为试验主破裂的前兆信息，且前者出现较早；与单轴压缩试验相比，幅值在主破裂阶段区别明显，且此时出现中频值；声发射幅值由颗粒所受应力决定，频率与颗粒力链的最终位移有关；岩桥宽度增加，主频带整体升高；法向应力增加，平均主频值减小。研究可为节理边坡的稳定性分析提供参考依据。

断层泥的强度参数对断层的强度有重要影响，而断层泥的强度参数与其胶结度和含水率密切相关。通过对不同胶结度和含水率断层泥试样开展直剪试验，获得了断层泥的主要强度参数——黏聚力 和内摩擦角 ，并对其与含水率和胶结度的关系进行了分析研究，取得了如下结论：（1）不同胶结度断层泥试样的内摩擦角均随含水率的升高而降低，但降低程度较小；（2）不同胶结度断层泥试样黏聚力随含水率升高而变化的过程可划分为3个阶段，即上升期、急剧下降期、缓慢下降期，这3个阶段由第一拐点和第二拐点分隔开；（3）随着胶结度的增大，断层泥试样的内摩擦角逐渐升高，但变化不大，且内摩擦角随含水率升高而降低的程度有逐渐减小的趋势；（4）随着胶结度的增大，断层泥试样黏聚力第一拐点位置的含水率迅速增大，而第二拐点位置含水率的变化相对较小；（5）断层泥胶结度与第一拐点含水率的关系可用二次多项式函数进行描述。

为了研究温度对水饱和边坡夹层力学参数的影响，将水饱和边坡夹层视为固-液两相的线弹性体，建立了水饱和边坡夹层热-孔隙水-力耦合作用的力学模型，并推导了其耦合控制方程；采用物理相似模拟的方法，建立了与边坡原型相似的试验模型，研究温度引起的边坡夹层力学参数的变化特征；通过比较分析理论计算结果与模型试验结果，验证了所建立的耦合力学模型的适用性。研究结果表明：孔隙水压力系数和热压力系数是引起水饱和边坡夹层孔隙水压力增加的关键控制因素；孔隙水压力系数取决于孔隙排水压缩特性和固相介质压缩特性，这两者差值越大，孔隙水压力系数越大；孔隙水热膨胀系数和孔隙体积热膨胀系数是影响热压力系数的主要因素，这两者差值越大，热压力系数也越大；边坡夹层孔隙水压力随温度升高呈现出先缓慢增加而后急剧增加的变化特征，而黏聚力和抗剪强度随温度升高而缓慢降低，且孔隙水压力的理论计算结果与试验测试结果吻合良好。因此，水饱和边坡夹层热-孔隙水-力耦合作用的力学模型能较好地反映孔隙水压力在加热升温过程中的变化特征，为科学地预测和控制类似边坡工程的稳定性提供了参考。

利用真三轴岩爆试验系统，对花岗岩开展真三轴加载条件下岩爆过程的声发射试验，初步揭示了岩爆过程中的声发射时空演化特征：岩爆孕育前期，振铃撞击比较小，主频以低频为主，优势频段（基于小波分析能量占比最大频段）为小于125 kHz的低频段，声发射事件点由分散态趋于聚集态，新增事件由临空面向岩样内部方向转移；岩爆发生前夕，振铃撞击比大幅突增，低频、中频、高频信号大量涌现，主频带由离散形态转变为连续形态，250～500 kHz优势频段信号占比明显增加，声发射事件成核区在距临空面较远处成形，临空面附近区域事件点增多；岩爆发生阶段，声发射呈低频高幅特征，优势频段重新转入62.5～125.0 kHz，岩样临空面附近声发射活跃，岩样内部出现明显的声发射事件成核区，表明临空面附近出现了岩板劈裂现象，距临空面较远处出现了宏观剪切破坏现象。

基于分段线性方法，建立了饱和软土一维自重固结模型（简称SWC模型）。该模型能考虑自重固结过程中土体的大变形效应和材料参数的非线性变化。将该模型的计算结果与相关解析解、现场试验及室内试验结果进行了对比验证，证明了SWC模型能准确计算出大变形和非线性条件下饱和软土的自重固结过程，包括沉降量、平均固结度、孔隙比分布和超孔隙水压力分布等参数随时间的变化过程。随后，以现场试验为基础，采用SWC模型对饱和软土自重固结的4个主要影响因素（即土体初始高度、边界排水条件、初始孔隙比和土粒相对密度）进行了参数分析。结果表明，上述4个参数对软土自重固结过程均具有重要影响：土体初始高度越高，则自重固结沉降量和最终平均应变值越大；边界排水条件对土体自重固结的速度有重要影响，但不影响自重固结的最终沉降量；初始孔隙比越大，则自重固结沉降量越大，其完成自重固结所需时间越短；土粒相对密度越大，则土体的最终沉降量越大，完成自重固结所需时间越短。

以沪通大桥沉井为背景，设计完成了深水大截面沉井下沉模拟试验。模拟了沉井在水中不排水吸泥下沉的过程，并分析了沉井在下沉过程中刃脚踏面和斜面应力在空间上的分布规律，得出沉井角点处应力最大，长边中点处最小，短边平均应力大于长边的结论。以长边中点为基准应力，确定了长宽比为1.33时刃脚全截面的应力系数。刃脚斜面上应力除受空间位置影响外还与泥面高度相关，且变化规律与踏面应力相反。当泥面高度确定后，用三次函数确定其应力分布。讨论了倾斜、翻砂突沉对刃脚受力的影响，得出两者均会引起刃脚空间受力分布的改变。发现沉井翻砂和突沉前后刃脚踏面应力、斜面应力、刃脚处水力梯度均会发生明显的变化，且变化趋势均早于沉井翻砂和突沉的发生，对沉井翻砂和突沉的预警有重要意义。

张紧式吸力锚是一种重要的深水浮式平台基础。深水环境中，海底浅层沉积物多为饱和软黏土。软黏土中平均荷载与循环荷载共同作用下吸力锚的循环承载力对其设计至关重要。根据最佳系泊点受倾斜荷载作用下吸力锚的破坏模式，假设不同破坏区土体具有相同的平均剪应力，且平均剪应力与循环剪切强度比等于吸力锚所受静荷载与静荷载和循环荷载之和的比值。结合室内土性试验获得的饱和软黏土样不固结不排水归一化循环剪切强度随归一化平均剪应力的变化关系曲线，建立了破坏区土体不排水循环剪切强度的确定方法。对不同破坏区土体阻力进行分析，按照水平应力具有连续性这一特点，构建了上部滑动楔体破坏区与深部平面流动破坏区交界深度的计算方法，进而提出了计算吸力锚循环承载力的简化极限平衡方法。采用该方法对竖向和水平破坏模式吸力锚循环承载力模型试验结果进行了预测，预测与试验结果基本吻合，最小和最大偏差分别为0.79 %和16.08 %，平均偏差为5.74 %，可较好地反映吸力锚循环承载力随循环破坏次数增加而减小的变化关系，验证了该方法的可行性。

目前球形全流贯入被仪广泛应用于岩土离心试验中，以表征软弱黏土土样的抗剪性能。然而，在离心加速度作用下离心机试验中的球贯入仪比现场使用的标准球贯入仪有更大的加载杆与球的面积比a、更大的等效原型直径以及不一样的球-土摩擦系数，从而使得离心机球体会出现不一样的贯入特性，进而导致不一样的土体抗剪承载力校验系数。通过大变形有限元（large deformation finite element，简称LDFE）方法对中国常见离心机球形贯入仪贯入单层黏土进行分析，获得不同几何尺寸和摩擦系数下球形贯入仪的贯入特性。计算结果通过与有关解析解以及其他前人研究结论的对比分析，验证了有限元分析结果的合理性。通过大量参数分析表明，球摩擦系数对空腔的临界深度以及深层破坏深度的影响较小，面积比a对浅层和深层承载力系数以及达到深层破坏深度有显著的影响。根据数值模拟的结果，提出了不同面积比和摩擦系数下的极限间隙深度Hc、浅层和深层临界破坏模式深度Hd、不同摩擦系数和面积比情况下的深层承载力系数和浅层承载力校准系数的计算公式，从而能获得更精确的土体抗剪强度，为离心机中球形贯入仪的应用提供了理论依据。

提出了一种非稳态渗流条件下岩石材料气体渗透特性参数的计算方法。首先将气体滑移方程代入非稳态渗流偏微分方程，利用Picard-Newton差分迭代格式建立非稳态渗流方程的数值解。基于此数值解，对非稳态渗流气压变化曲线进行拟合，利用最小二乘原理反算确定最优的绝对渗透率和滑移因子。算例表明，计算稳定收敛，对步长和随机误差不敏感，同时能够准确捕捉渗透性能参数的微小变化。最后，利用该方法成功测试了位于中国高放废物处置首选预选区的甘肃北山坑探设施硐室掌子面花岗岩的气体渗透特性。提出的方法所需输入数据的获取手段简单，核心算法便于数值实现，可以应用于地下工程围岩的气体渗透性能测试。

以矿山分层充填为背景，针对水平分层充填体，提出了初始分层损伤、荷载损伤与总损伤的概念；利用损伤力学理论，考虑分层效应，建立了充填体损伤演化及本构模型；基于全微分方法构建了考虑分层效应的充填体强度准则。开展了不同分层充填体力学特性试验。研究结果表明：所建立的分层充填体损伤本构模型及强度准则理论曲线与试验曲线高度吻合，验证了模型的正确性；初始分层损伤随分层数增多，呈现 的二次多项式递增，分层效应与荷载耦合作用劣化了充填体总损伤；充填体总损伤率呈先增大后减小趋势。在峰值之前，分层数越多，则总损伤率越大；而峰值之后，分层数越多，则总损伤率越小，且总损伤率最大值随分层数增多而增大。

为了考察试样尺寸和预制裂缝长度对岩石断裂韧度测试值的影响，采用4种圆盘半径分别为25.0、37.5、50.0、 75.0 mm，预制裂缝长度与圆盘试样半径比值（无量纲裂缝长度）在0.3～0.7范围内的中心直裂纹半圆盘石灰岩试样（NSCB）进行了三点弯曲断裂试验。结果表明：NSCB试样的破坏过程表现出明显的“脆性”破坏特征。与预制裂缝长度相比，试样尺寸对峰值载荷和载荷-位移曲线的形态影响更显著；随着试样尺寸的增加，试样的断裂韧度测试值不断增加，增加幅度随着预制裂缝长度的增加而加剧；当试样尺寸一定时，随着无量纲裂缝长度的增加，断裂韧度测试值有一定程度降低；为减小尺寸效应的影响，建议采用圆盘半径大于37.5 mm，无量纲预制裂缝长度范围在0.4～0.6内的NSCB试样测试岩石的断裂韧度。所得结果为推广NSCB试样国际建议方法及准确测试岩石的断裂韧度提供了一定的参考。

建立了饱和半空间-群桩基础耦合动力近似解析模型，其中基桩考虑为欧拉梁，饱和地基采用Biot两相介质动力控制方程，二者在频率-波数域中利用桩-土相互作用点处的饱和地基柔度矩阵进行耦合，并采用快速傅里叶逆变换获得频域解答。分析了饱和地基中群桩基础的动力阻抗及刚性承台上施加简谐振动荷载时群桩基础引起的饱和地基振动响应。研究结果表明，荷载类型、激振频率以及地基渗透系数对饱和地基位移和孔压响应有明显影响。特别的，群桩基础动力阻抗峰值频率会随着地基渗透系数的增加而增大。

不同初始孔隙比下非饱和土渗透系数的试验测量及预测，是进行非饱和土渗流分析及水-力耦合研究的基础，相关工作具有重要的意义。以湖南邵阳红黏土为例，利用千斤顶制备5种不同初始孔隙密度塑土样；采用压力板仪测量其土-水特征曲线；选用变水头法测量其饱和渗透系数；自制有机玻璃桶试验装置，采用瞬态剖面法进行非饱和渗透试验，测量不同初始孔隙比土样的非饱和渗透系数。选用CCG（Childs和Collis-George）修正模型和陶-孔模型预测非饱和渗透系数，并与实测值进行比较，验证模型有效性。以上述试验及模型预测的成果为基础，研究初始孔隙比对非饱和（相对）渗透系数的影响规律。研究结果表明：湖南非饱和黏性土渗透系数随基质吸力增加而降低，在低基质吸力阶段（100 kPa以内）变化较为剧烈，在高基质吸力阶段（100 kPa以上）变化较为缓慢；CCG模型预测误差较大，陶-孔模型预测值与实测值总体吻合较好；进气值之后，初始孔隙比对非饱和渗透系数的影响较小，对非饱和相对渗透系数的影响较大，相同基质吸力条件下初始孔隙比越小，相对渗透系数越大。

钙质砂是一种海洋生物沉积形成的具有特殊结构和力学性质的岩土材料，是我国南海岛礁吹填工程的物源材料。为进一步了解其蠕变特性，采用三轴流变仪对取自中国南海某岛礁的钙质砂进行不同围压条件下的长期蠕变试验研究。试验结果表明，在小于其破坏强度的恒定应力作用下，饱和钙质砂发生衰减蠕变，随时间增加，变形不断增加，但变形速率不断减小，直至变形稳定，所受应力越大则达到变形稳定所需时间越长，且蠕变变形量与所受偏应力正相关、与有效围压反相关。应力-应变与应变-时间均为非线性关系。试验研究发现，可采用幂函数对钙质砂蠕变应变-时间进行数学描述，基于试验结果，提出了一种蠕变应变与时间、偏应力和有效围压相关的四参数新的蠕变模型，可以对钙质砂的蠕变过程进行较好的数学描述；与经典的Mesri蠕变模型相比，所提出的数学蠕变模型不需要开展常规三轴压缩试验确定破坏时的峰值偏应力，减少了试验工作，具有一定的优势。

为了揭示淤泥固化体的微细观水分分布与工程特性的内在联系，针对水泥固化湖泊淤泥，基于柔性壁渗透、无侧限抗压及核磁共振（NMR）试验，探明淤泥固化过程中的水分转化和孔隙结构演化机制，并与固化体的渗透系数k、无侧限抗压强度 和变形模量 建立关联。试验结果表明：7 d龄期内水化反应速率快，淤泥固化体内的大量孔隙水转化成水化物中的化合水，最可几孔径减小，形成孔隙结构骨架主体，导致k值降低、 和 增大；7 d后，只有当孔隙水扩散穿透水化物膜层，水化反应才继续缓慢进行，但 和 仍大幅增长；化合水量 与lgk存在线性关系，而 - 和 - 均呈指数关系。基于微观水分参数与工程特性的量化关系模型，可充分揭示水泥固化淤泥的宏微观演化机制。

室内渗透试验的边壁效应对粗粒土渗透系数的测定影响显著。从颗粒与边壁间孔隙的组成特征出发，根据边壁孔隙体积Vb与构成边壁孔隙的颗粒关联体积Vs之比，定义了试样边界孔隙比eb。基于等直径圆堆积原理，确立了边壁颗粒的堆积模式，构建了考虑边壁处理层厚度的边界孔隙比平面几何计算模型，并通过空间和颗粒级配修正导出了eb表达式；以eb与试样孔隙比e相等为原则，提出了确定边壁处理层最优厚度hopt的等效孔隙比法，探讨了渗透仪直径D与边壁效应的关系。研究表明：边壁引起的多余孔隙将提高边壁处的渗流速度；边壁颗粒存在两颗粒、三颗粒锐角以及三颗粒钝角3类典型平面堆积模式，与此对应的eb依次增加；hopt由试样级配、密实程度、颗粒密度、边壁颗粒堆积模式以及D等因素决定，其估算值与试验结果吻合；D超过8倍试样最大粒径后边壁效应对渗透试验结果的影响不再显著。

挡土墙背土压力的大小与分布是挡土墙设计的普遍关心的问题。由于边界条件、墙背摩擦等的影响，墙背土压力呈现非线性分布特征。而现有几种考虑土拱效应的土压力计算方法，其准确性有待验证。利用开发的挡土墙土压力试验装置，配合椭圆钢棒相似土进行了二维可视化模型试验。采用钢棒相似土配合载荷计测试的方法，精确测量土压力变化，解决了土压力盒测试侧向土压力往往存在较大误差的问题。对静止条件和主动平移模式两种情况下的土压力分布进行了模拟与实测，并与应用现有几种理论方法的计算结果进行对比。由于墙背摩擦以及土拱效应的影响，静止和主动土压力均呈非线性分布，静止土压力实测值小于理论值，实测主动土压力值与Paik法数据吻合较好。由于受墙壁摩擦影响，墙后滑移面倾角小于理论破裂面倾角，且墙壁摩擦引起的应力偏转导致弧形滑移面的发展。

引入活性MgO-粉煤灰固化材料，采用碳化-固化联合技术处理武汉东湖疏浚淤泥，通过无侧限抗压强度、扫描电镜和压汞试验，研究加压碳化模式、碳化时间、MgO-粉煤灰配比和固化剂掺量等因素下CO2碳化作用对固化淤泥力学性质和微观结构的影响。结果表明：活性MgO-粉煤灰固化淤泥碳化后抗压强度进一步增长，应力-应变关系曲线压密阶段应变缩小；不同固化剂配比的东湖淤泥试样具有不同的最佳加压模式，而加压模式决定了相同碳化时间下固化淤泥CO2吸入量，从而影响碳化-固化淤泥试样抗压强度；活性MgO掺量低时试样抗压强度整体较低，强度随碳化时间增加先增大后减小；MgO掺量较高时，碳化试样强度随碳化时间快速达到较高值，随后增长缓慢。微观分析表明：水碳镁石、球碳镁石和碳酸镁石等镁碳酸盐是碳化-固化联合技术增强淤泥强度的主要原因，其膨胀性和胶结作用促使土体中团粒内孔隙向颗粒间孔隙转化，土体更密实，抗压强度增加。

粗粒土的剪胀行为具有状态依赖特性。为了考虑这一特性，不同的状态依赖变量被唯像地提出，并被经验性地内嵌入已有剑桥、修正剑桥等剪胀方程中。基于分数阶梯度律，用理论推导出了分数阶状态依赖剪胀方程，并阐述了分数阶数的物理意义。所得剪胀比大小受3个因素影响：分数阶求导阶数、当前加载应力以及当前应力到临界状态应力的距离。当分数阶求导阶数从1开始增大时，分数阶剪胀曲线自修正剑桥剪胀曲线向剑桥剪胀曲线移动；而当求导阶数从1开始减小时，分数阶剪胀曲线逐渐远离修正剑桥剪胀曲线；当求导阶数等于1时，分数阶剪胀曲线与修正剑桥剪胀曲线重合。为验证所提出的状态依赖剪胀方程，基于该方程进一步建立了砂土的状态依赖分数阶塑性力学本构模型，并对砂土和堆石料的三轴排水与不排水试验结果进行了模拟。研究表明，基于状态依赖分数阶剪胀方程建立的本构模型，可以合理地描述砂土在不同初始状态及加载条件下的应力-应变行为。与砂土UH模型预测结果对比发现，UH模型预测较好。

为了完善电荷感应方法用于冲击地压的预测预报，利用自主研制的电荷监测系统开展了室内单轴压缩条件下煤样破裂电荷监测试验。重点分析了煤样的破坏类型、力学特性以及不同破坏类型下电荷时-频域信号规律，并对试验结果进行了工程验证。研究结果表明：煤样变形破坏特征可分为单剪型、共轭剪切型和破碎型；单剪型煤样电荷时域信号仅在峰后破坏初期，应力跌落至97% 左右时产生，前兆信息难以捕捉，信号具有孤立性，幅值较高，电荷频率分布离散，主频为250 Hz。此特征电荷信号预示着相应工程煤体可能发生局部化破坏，将集聚的能量瞬间释放，冲击危害程度较大；共轭剪切型煤样电荷时域信号在强化损伤后期，应力达到(85%～100%) 时开始产生，信号具有间隔突发性，主频为150 Hz。预示着煤体可能发生分区化破裂，能量间断释放，冲击危害程度次之；破碎型煤样电荷时域信号在强化损伤初期，应力达到(70%～85%) 时就开始产生，前兆信息易于捕捉，信号具有群发性，幅值较低，主频为0 Hz。预示着煤体可能发生均匀型破碎，能量缓慢释放，冲击危害程度较小。现场监测结果表明，在工作面煤体破碎区和发生煤炮时监测到的电荷信号特征，与试验室煤样发生均匀型破碎和单剪型破裂而产生的电荷信号特征具有高度相似性，验证了试验室结果的可靠性。

以南京细砂为对象，通过共振柱试验及应变控制的排水/不排水分级和单级加载循环三轴试验的系统性研究，建立了能够描述饱和砂土孔压增长规律的新模型。该模型遵循Martin和Byrne提出的基本理论框架，孔压的增长是由循环剪切作用下体积改变所引起的。提出的孔压模型属于应变控制的孔压增量模型。基于排水循环单级加载试验，通过引入体积门槛剪应变??tv的概念，以具有代表性的15周体应变 为基准点，归准化体应变发展与循环剪应变之间的关系，建立了三参数的体应变增量模型及其参数标定方法。基于排水和不排水循环单级加载试验结果，揭示了体应变与孔压比之间的内在联系，进而导出回弹模量表达式。通过耦合新的体应变增量模型及回弹模量公式，建立了新的剪应变-体应变耦合的孔压增量模型。验证性试验表明，新的孔压增量模型的预测值与试验结果的吻合度较高。

加筋土挡墙在地震荷载作用下的位移大小对结构的抗震性能影响显著。为了计算地震荷载作用下加筋土挡墙的位移，Newmark滑块法通常被用于设计中。由于传统的Newmark滑块法在计算中忽略了填土强度的变化，因而采用单一峰值或残余强度的计算将可能导致计算得到的位移小于或大于实际位移值。在二楔块破坏模式的假定条件下，根据楔块的力学平衡条件，建立了加筋土挡墙滑动安全系数计算式，同时通过引入位移阈值考虑了填土的应变软化特点。通过将计算结果与模型试验结果对比，得到以下结论：相较于单楔块法，二楔块法更能真实地反映出墙体的实际破坏模式，且计算得到的屈服加速度系数更接近试验值；相较于采用单一峰值或残余强度计算的位移，考虑填土应变软化的计算解更接近于模型测试值。

生活垃圾具有大孔隙特性，垃圾中水分运动常表现出优先流特征。针对垃圾组成复杂、难以切片的特点，设计了一种能方便地得到垃圾染色剖面的试验方法。使用填埋场不同深度处的垃圾样进行染色示踪试验，对染色后的垃圾柱分别进行水平切片和竖向切片。基于数字图像处理技术，研究了垃圾中优先流特征。垃圾中大孔隙多、基质少，染色模式与土中不同，基质部分的染色比例较高。试验所得的染色面积比和染色深度能反映出垃圾中优先流的明显程度，染色面积比与参与优先流的大孔隙比例有关，染色面积比越大，优先流越明显，而染色深度与基质流比例有关，上部垃圾中基质流比例越低，入渗深度越深。不同入渗强度的试验结果表明，入渗强度越大时垃圾中优先流程度越高；不同初始含水率的试验结果表明，初始含水率高的垃圾试样中优先流更明显；不同埋深垃圾试样的试验结果表明，浅层垃圾中更易产生优先流。竖向切片与水平向切片所得规律完全一致，试验方法在实现垃圾染色示踪和切片研究的同时，未改变垃圾中优先流原有规律，准确揭示了垃圾中优先流特征。

结构面倾角对岩样的力学特性有很大影响。人工制备了结构面倾角为15°、30°、45°、60°（水平面为0°面）的单贯通结构面岩样和完整样，并进行了单轴压缩试验和围压为100、200、300 kPa的三轴压缩试验来探讨结构面倾角对其力学和变形特性的影响。试验结果表明：①当倾角小于等于30°时，出现了岩样应力-应变曲线中典型的4个阶段。而当倾角等于45°和60°时，最后阶段变为先软化再硬化的特征；②结构面岩样均先体缩再体胀。随着围压增加，体缩最大值接近，而体胀呈明显减小趋势。随结构面倾角增加，体缩呈缓慢增长趋势，并在30°和45°时出现体缩突变。而体胀显著的减小。最后，指出了耶格尔单结构面判据的不足，并对其进行了修正，验证结果表明改进的耶格尔判据与试验结果吻合较好。

在考虑软黏土流变特性的基础上，结合工程实际，引入连续排水边界条件，建立了变荷载下连续排水边界黏弹性地基一维固结模型。通过分离变量法与常数变易法，求得了变荷载作用及连续排水边界条件下的饱和软黏土一维固结模型的解析解，进一步研究了透水边界条件和土体参数对超孔隙水压力、有效应力的影响。研究结果表明：上下边界透水性的不同会直接影响超孔隙水压力的变化；越靠近透水性大的边界处的土体固结速度越快，且随着其离排水边界的距离减小，对固结速度的影响逐渐增大；另外，软土层的渗透系数、Kelvin体弹簧的弹性模量和黏滞系数等对土颗粒间的有效应力影响较大。

降雨滑坡的水-力耦合过程和机制研究是开展准确预测预报的基础和前提。选取典型滑坡模型，采用足尺人工降雨模型试验模拟了典型砾石土滑坡堆积体破坏过程，并采用Brooks-Corey（BC）和Van Genuchten（VG）模型分别建立了降雨入渗吸湿过程的土-水特征曲线，再通过一维非饱和无限边坡稳定性分析模型对滑坡开展应力状态和稳定性分析，揭示了斜坡破坏过程是优先流和基质流的双渗流场共同作用的结果，而VG模型适用于吸湿条件下宽级配砾石土优先流的土-水特征曲线的重构；稳定性计算和试验过程的对比分析表明，试验中斜坡的变形破坏过程中观测到的含水率、基质吸力和地表倾斜角度的变化过程与计算的吸力应力、稳定系数的演进过程有显著的对应关系。通过试验还揭示了非饱和滑坡堆积体渗流潜蚀现象，定量分析了细颗粒迁移程度。基于物理模型试验，揭示了降雨激发条件下滑坡堆积体形成优先流作用的土-水特征曲线和变形破坏的水力耦合过程，可为地震滑坡堆积体非饱和失稳的预测预警提供参考和基础。

异性层面剪切特性及水致劣化规律是巴东组地层岩体稳定性及地质灾害致灾机制研究的基础。以巴东组3类典型异性层面（粉砂质泥岩/泥质粉砂岩、泥质粉砂岩/泥灰岩、泥灰岩/泥岩）为研究对象，首先开展了3类典型异性层面的壁岩电镜扫描试验、天然及饱水状态下的壁岩单轴压缩试验，分析了巴东组典型异性层面壁岩微观特性及壁岩宏观力学性质的水致劣化规律。在此基础上，开展了天然和饱水状态下3类典型异性层面的室内直剪试验，研究了巴东组典型异性层面剪切特性，提出了异性层面基本摩擦角的预测公式。基于上述试验结果，分析了巴东组典型异性层面的水致劣化规律。研究表明：（1）巴东组异性层面壁岩黏土矿物含量及微观结构对异性层面剪切特性的水致劣化规律具有重要影响；（2）异性层面的基本摩擦角介于两侧壁岩对应的同性结构面的基本摩擦角之间，且更接近强度较低一侧壁岩同性结构面的基本摩擦角；（3）异性层面的水致劣化系数主要受控于强度较低一侧壁岩的软化系数；（4）巴东组粉砂质泥岩/泥质粉砂岩、泥质粉砂岩/泥灰岩及泥灰岩/泥岩间异性层面的劣化系数分别为0.915、0.951和0.731。

水力压裂是一项广泛应用于低渗煤层的卸压增透技术。为了深入研究煤岩受力、天然裂缝、泵注排量对水力裂缝扩展规律及空间结构的影响，采用大尺寸真三轴水力压裂试验系统、压裂液中添加示踪剂等方式，在真三轴条件下对大尺寸煤岩进行了水力压裂试验。通过剖切压裂试样描述了水力裂缝扩展和空间展布规律，分析了裂缝宽度与应力之间的关系，并初步探讨了煤岩水力裂缝网络的形成机制。结果表明：（1）水力裂缝自割理处起裂并沿割理扩展、连接割理，进而形成复杂的裂缝网络结构；（2）水力裂缝受应力条件作用明显，当最大水平主应力和垂向应力相近，且远大于最小水平主应力时，易形成复杂的裂缝形态；（3）煤岩天然裂隙的存在是形成裂缝网络结构的前提，泵注排量对裂缝网络的形成也有重要影响； （4）煤岩裂隙在局部区域影响水力裂缝转向、分叉，但最终水力裂缝在扩展过程中逐渐转向至最大主应力方向；（5）水力压裂过程中，裂缝宽度的变化不仅与煤岩所受应力有关，还受到压裂液排量、天然裂缝等因素的影响。研究结果可以为煤岩裂缝网络的形成机制、现场施工参数的选取提供技术支持。

煤矿的深度开挖、核废料的地下储存和能量桩的广泛应用等诸多的岩土工程问题都需要考虑温度对软岩力学特性的影响。为了能较为全面地描述软岩的力学特性，基于上下负荷加载面，引入温度等价应力的概念，在tij应力空间下构建了一个可同时考虑温度效应、中间主应力影响、结构性、超固结性等软岩力学特性的弹塑性本构模型。新模型的所有参数都具有明确的物理含义。通过理论曲线与试验结果进行对比，验证了所提本构模型的正确性。最后通过改变模型参数，对新本构模型的性能进行了分析讨论。计算结果表明：（1）增大超固结比发展控制参数m或者减小结构状态发展控制参数m*，将会提升软岩的剪切强度。（2）随着温度的上升，软岩的剪切强度反而减弱。（3）初始的超固结比越大，软岩的剪胀特性更明显；而初始的结构性较大时，其体积应变在剪切的最后阶段表现为剪缩。

针对一种含贯通性顺倾结构面的岩质边坡，开展地震波场传播特性、动力演化规律和破坏机制研究。基于华丽高速公路金沙江大桥桥址边坡，实施了数值分析及振动台模型试验。通过地震波场数值模拟，明确了地震波场受贯通性结构面影响，在贯通性结构面和坡面之间反复叠加，加速度放大效应较均质边坡增大约1.8倍。振动台模型试验中不断增大地震输入烈度，加速度响应在烈度为Ⅷ度时发生突变，边坡由弹性响应阶段进入塑性阶段。在裂度为Ⅸ度时坡脚附近裂缝进一步扩展、贯通，直至发生整体滑动失稳，滑动面沿后缘陡倾结构面剪出、贯通性顺倾结构面滑动、下部坡脚附近剪出。强震后受扰动边坡若处在塑性阶段/不稳定阶段，在其他外力触发下有可能发生滑坡灾害。

城市生活垃圾土的成分非常复杂，大量纤维材料（如塑料、纺织物、皮革等）的存在使得其力学性质与普通土体之间存在明显差异。现有土体本构模型难以对垃圾土的力学行为进行较好的模拟。对此将垃圾土看作是由纤维材料和泥状物（除纤维材料外剩余的成分）组成的复合体，荷载作用下垃圾土的力学特性取决于纤维材料和泥状物的共同作用，并提出了纤维作用参数R的概念。通过构建新的反映纤维加筋作用的塑性势函数，并依据试验结果推导了纤维作用参数R的演化方程，建立了一个能够合理描述垃圾土力学应力-应变特性的弹塑性本构模型。将垃圾土本构模型的计算结果与三轴排水试验结果和他人模型结果进行比较，发现该模型能较好地反映垃圾土应力-应变特性，尤其是应变水平较大时应力-应变曲线上翘的形状，验证了该模型的合理性和有效性。该模型的建立可为更好地服务于垃圾填埋工程提供理论依据。

水平井分段体积压裂是页岩气商业规模开发的重要工艺措施，如何评价页岩储层可压性是该工艺成功的关键。页岩断裂韧性是可压性评价的重要支撑参数，从I型断裂裂纹（裂缝）微观形态入手，结合断裂力学理论和分形理论，建立了页岩I型断裂韧性分形计算方法；借助晶体劈裂功法计算页岩表面能，采用密度、声波时差2种参数获取计算结果，对比分析新的分形方法计算数据、传统方法预测数据与试验测试数据，新的分形方法计算平均误差为3.63%，传统预测方法平均误差为 %，验证了方法的准确性；参考实例水平井测井解释数据，计算了水平段I型断裂韧性指数的全井筒连续性剖面，结合可压性级别与较大储层改造体积概率关系，优选可压性级别为III级及II级改造。建立的页岩I型断裂韧性分形计算方法对定量评价页岩储层可压性具有重要意义。

受开挖施工及锚固地层的影响，基坑锚索预应力损失现象较为普遍。依托某实际工程开展现场试验，分析了张拉荷载大小、张拉锁定方式、无黏结段长度以及循环加载对锚索预应力损失产生的影响，进而对基坑锚索预应力损失形成机制进行了探讨。结果表明：锚索锚固体与周围地层发生的脱黏滑移是产生预应力损失的重要原因，锚拉力越大，锚索预应力损失越明显；对于分散型锚索，单根张拉锁定有利于减少其预应力损失；锚索无黏结段长度会对锚头刚度产生影响，其长度越短，锚索预应力损失越明显；多次循环加载可以将锚固体受荷产生的塑性变形进一步锁定，从而大大降低锚索在锁定后的预应力损失。相关规律和结论可为基坑锚索的设计与施工提供有益的参考。

矿柱强度是评估矿柱稳定性的重要因素之一，矿柱的稳定是地下矿床安全开采的基础。以弹性力学理论为基础，分析了缓倾斜层状矿床中矿柱的受力状态，应用图解法绘制出表征矿柱应力状态的广义莫尔圆。根据应力圆与Mohr-Coulomb强度包络线之间的关系，建立了矿柱强度解析式，分析了莫尔圆圆心所在直线斜率 随矿体倾角的变化特性，并结合数值模拟，研究矿体倾角效应对矿柱强度的影响。研究表明：应力圆圆心所在直线斜率 是矿体倾角θ及侧压系数 的二元函数，当 取得最大值时，矿柱强度最小；当矿柱宽高比 保持一定且矿体倾角在5°～45°区间时，随着矿体倾角增大，矿柱强度逐渐减小。研究可为缓倾斜层状矿床矿柱强度估算提供参考。

目前地层变异性分析大多基于地层重复性沉积和变异特征一致性假设，而未考虑地质构造和风化作用的影响，忽略了地层变异性特征一致性的检验。为此，提出地层变异特征一致性的检验和分区方法，采用岩土相局部状态转移概率矩阵的相关系数作为一致性的定量判据，基于耦合Markov链模型模拟地层分布，并通过Monte Carlo方法分析隧道围岩变形的不确定性。利用青岛轨道交通某斜井的地质钻孔数据，探讨了地层变异特征一致性对地层分布和变形模拟精度的影响，分析了所提方法的有效性。结果表明，当地质构造和风化作用导致地层变异特征不一致时，增加钻孔数量无法提高地层分布模拟精度，采用所提方法对地层变异特征一致性检验并分区后，可避免状态转移概率矩阵中局部地层分布特征缺失的问题，提高围岩变形不确定性分析的准确性。

受挡墙水泥土横向联系作用的影响，型钢水泥土搅拌墙（简称SMW工法）空间变形特性显著，由于难以量化挡墙的空间变形作用和水泥土承载能力，目前SMW工法的设计并未考虑挡墙空间变形作用和水泥土对挡墙的承载贡献。通过对悬臂式SMW工法挡墙的变形及受力进行分析，求解得到挡墙空间变形的各项应变能，根据应变能与抗力的关系，定义了空间变形效应比和水泥土的承载比，同时基于最小势能原理推求了考虑挡墙空间变形作用的墙顶位移解析解。将位移解析解与弹性支点法计算的位移值、实测位移值进行对比分析，并结合模型试验对影响SMW工法空间变形效应比和承载比的因素进行了深入讨论。结果表明：考虑空间变形作用的解析解相比弹性支点法计算结果更加接近实测值；SMW工法的挡墙高长比、水泥土的弹性模量以及墙厚对空间变形效应比和水泥土承载比有显著的影响。

基于连续介质理论中岩体的剪胀角与围压和塑性剪切应变密切相关，隧洞周边岩体的应力状态因开挖卸荷而发生应力重分布，迫使其围压由原地应力逐渐衰减，塑性剪切应变不断增加，引起剪胀效应呈非线性变化。首先，基于统一强度理论和非关联流动法则，将潜在塑性区围岩按等围压释放划分为若干同心圆，提出了考虑中间主应力和非线性剪胀性的有限差分法，计算应变软化围岩的力学问题，并以实例验证其正确性。其次，通过参数分析，研究塑性区内岩体的剪胀角受中间主应力、临界软化系数和支护力的影响规律。研究结果表明，中间主应力主要影响剪胀角的峰值，随着中间主应力效应增加，剪胀峰值增加；临界软化系数主要影响剪胀角的变化率，随着临界软化系数的增加，剪胀角变化缓慢；中间主应力和临界软化系数共同影响塑性区剪胀角的变化；随着支护力的增加，洞壁处的剪胀角增加；双剪强度理论计算的位移值较小，应谨慎采用，同时采用Mohr-Coulomb强度准则时可以适当考虑围岩的承载潜力。

钻孔灌注桩在压浆后的承载特性得到明显改善，离散程度明显降低，但目前对压浆后钻孔灌注桩的可靠度还缺乏系统研究。收集了122根未压浆的钻孔灌注桩和147根压浆后的钻孔灌注桩静载试验资料，结合可靠度分析方法中的确定性和不确定性分析方法，利用近似概率法的基于一次二阶矩法的验算点法（简称JC法）和Monte Carlo法对钻孔灌注桩压浆前和压浆后的可靠度指标进行了对比分析。结果表明：压浆后桩的可靠度指标有很大幅度提高，压浆可减少持力层对可靠度的影响，同时后压浆桩的可靠度有随桩径增大而提高的趋势，且不同荷载效应比值下可靠度随桩径变化的趋势趋于一致。

近50 a青藏高原暖湿化趋势显著，水热边界条件的改变必然影响多年冻土的稳定性和高原生态环境的演变。已有研究主要关注气候升温对冻土温度场的影响，而对升温过程伴随的活动层水分变化研究较少。基于土壤-地表-大气水分和能量平衡的冻土水-汽-热耦合模型，以青藏高原北麓河地区2013年实测气象资料为模型驱动数据，研究在降雨不变，气温不变、气温升高1℃和升高2℃情况下活动层水热响应机制与过程。结果表明：气候升温通过改变地表能量与水分平衡过程和土壤内部水热运移分量影响多年冻土水热过程。气温升高引起地表净辐射、蒸发潜热和土壤热通量增大，而地表降雨入渗和感热通量减少；气温升高会降低土壤含水率和土壤导水系数，但温度梯度及与温度梯度相关的水分和能量分量相应增大，而与水势梯度相关的水分和能量分量相对减少；升温对土壤温度场的影响比水分场明显，影响范围也更深；随着气温升高，地表蒸发量和活动层厚度增大，气温升高加速了冻土的退化过程，与降雨增加对冻土的热稳定性影响相反。 关 键 词：多年冻土；活动层；水分运移；热传递；气候变化；降雨

管棚作为隧道安全穿越不良地质地段的超前支护结构，依靠土拱效应发挥其支护作用，管棚间距与成拱效应密切相关。通过引入合理拱轴线，并考虑侧向土压力的影响，结合管棚间土拱破坏条件给出了管棚合理间距的计算方法，通过凤咀江隧道工程实例和离散元对比分析，验证了计算方法的合理性。进一步分析了管棚间距随管棚所处位置的变化规律以及管棚直径、土体参数等对管棚间距的影响规律。结果表明：当侧向土压力系数较小时，拱腰至边墙处管棚间距可适当调大；当侧向土压力系数较大时，拱顶至拱腰处管棚间距应适当减小。管棚间距随管棚直径和土体黏聚力的增加而线性增加，且与土体内摩擦角数呈正相关关系，随内摩擦角增大，对管棚间距的影响也越来越大。

干热岩水压致裂过程中低温诱导热应力与注入水压共同影响裂缝的萌生与扩展。首先通过THM耦合分析了低温压裂液注入过程中注入水压与热应力的相互作用及其对裂缝萌生的影响，随后建立描述岩石细观结构的THMD耦合模型对热应力影响下高温岩石水压致裂过程进行初探。结果表明：低温压裂液注入高温岩石产生的热应力包括岩石自身温度梯度形成的热应力与岩石颗粒非均匀膨胀导致的热应力，并在井筒周围呈现为拉应力。高注入压力将抑制热应力导致的多裂缝萌生，井筒附近热应力的存在对注入压力也具有削弱作用。基岩温度升高，裂缝萌生阶段更多裂缝在井筒附近起裂，缝网沿最大地应力方向的扩展速度减慢，但改造规模增加，同时多裂缝的存在也使得裂缝延伸压力增加。

钙质砂广泛分布于我国南海海域，作为岛礁填筑材料，其渗透性很大程度上决定着填筑后土体的固结和沉降。拖曳力系数是表达液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指标，目前国内外对具有极不规则形状钙质砂拖曳力系数的研究十分有限。在前期大量钙质砂颗粒沉降试验基础上，建立了能够考虑形状系数的颗粒与液体相互作用拖曳力系数理论公式；在已建立的计算流体动力学-离散元法（CFD-DEM）流固耦合理论框架下，将新发展的拖曳力系数公式嵌入到流固耦合程序中，模拟钙质砂颗粒在液体中沉降过程。通过将模拟结果与室内沉降试验对比，验证了新建立的拖曳力模型及程序实现的准确性。研究结果表明，较CFD-DEM程序中已有的未考虑颗粒形状的拖曳力系数半经验模型，新的拖曳力系数模型能够更准确地模拟不规则颗粒在液体中沉降过程；同时，在数值建模中无需采用异形颗粒即可以反映颗粒形状对拖曳力的影响，这将大大降低数值模拟的计算量，提高计算效率。研究可进一步应用于钙质砂水中堆填后固结沉降以及冲刷等实际工程问题分析中。

接触裂纹问题在工程结构中较为常见。结合数值流形法在裂纹处理上的优势，分析了压剪荷载作用下的接触裂纹问题，模拟了压剪裂纹渐进扩展过程。为了减少由于裂纹尖端位置不同而产生的误差，对裂纹尖端附近一定范围内的每一个物理覆盖附加奇异覆盖函数项，并根据裂纹尖端位置和单元含奇异物理覆盖的数目进行分区积分。选取一个压剪破坏算例，分析了法向接触力对应力强度因子计算结果的影响，并模拟了其渐进破坏过程。计算结果表明，所提方法在压剪裂纹问题方面的可行性，与未细化和覆盖细化方法得到的结果相比，更能准确地描述裂纹扩展路径。法向接触力对II型应力强度因子的贡献为0，对I型应力强度因子的影响较大，相对误差随网格密度变化明显，且法向接触力对I型应力强度因子的影响要比直接施加内压时的影响大。

为研究水压致裂过程中水力裂缝的起裂、扩展规律及机制，研制了一种新型水压供给控制装置。该装置由水泵、增压泵、空气压缩机和导水钢垫板等组成。该装置的主要特点是易于与目前广泛存在的压力伺服机相配合，共同完成水压致裂试验，具有操作简便、效率高、成本低、组装方便等优点，使水压致裂试验更易大面积推广。利用该试验装置对类岩石试块进行了水压致裂试验，研究了不同围压下含预置裂隙试件的水力裂缝扩展规律，并与无预置裂隙试件水力裂缝扩展规律进行了对比。试验结果表明，对于含预置裂隙试块，当水平应力差较小时，预置裂隙裂尖对水力裂缝扩展影响较大，水力裂缝起裂后向预置裂隙裂尖方向扩展；随着水平应力差的增大，水力裂缝向最大水平应力方向偏转。试验证明该装置可靠性高，试验过程稳定。该研究对水压致裂试验具有促进意义。