堆石料的强度变形特性与初始孔隙及应力状态等因素相关。建立了能够预测不同初始孔隙与初始围压影响的堆石料弹塑性本构模型。在剑桥类本构模型框架内，模型能够反映随着孔隙与围压的增大，变形特性由剪胀趋于剪缩的规律。模型采用了基于颗粒体材料细观结构变化的屈服函数和非关联流动准则，提出了能够反映堆石料正常固结线不唯一的硬化参数。为了反映状态相关性，假定堆石料存在唯一的临界状态面，探讨了考虑状态相关性需要满足的数学条件，从而对剪胀方程与硬化参数进行了修正。提出了基于粒子群优化算法的模型参数快速确定方法，将某筑坝堆石料不同初始孔隙比与围压条件下模型预测结果与三轴试验结果对比，验证了模型的合理性。

进行岩石摩擦滑动变形演化过程的声发射特征试验研究。以数字散斑相关方法和声发射系统为试验监测手段，采用双面剪切模型试验方法，开展界面摩擦滑动速率与声发射振铃计数、界面摩擦滑动位移与声发射累计能量、试件变形能密度与声发射b值的对应关系研究。结果表明：（1）声发射振铃计数演化受岩石界面摩擦滑动速率影响，界面摩擦滑动速率的突变与声发射振铃计数激增有较好对应关系；（2）界面摩擦滑动位移与摩擦滑动过程中声发射累计能量演化趋势具有较好的对应关系，可以利用声发射累计能量对岩石摩擦滑动位移的变化趋势进行定性判断；（3）通过声发射b值演化分析可以得出，在剪应力缓慢增长阶段，界面摩擦滑动以随机分布的小尺度微破裂为主；在剪应力线性增长阶段后期，界面摩擦滑动以锁固段的大尺度微破裂为主；在剪应力波动增长阶段，岩石摩擦滑动失稳既可能是由小尺度微破裂为主引发的状态转化，又可能是由以锁固段大尺度微破裂为主引发的稳定状态转换。

土体所经历的干湿循环和应力历史，对其孔隙结构和持水性能影响明显。为进一步深入研究二者耦合作用的影响，开展了先竖向固结再循环脱吸湿以及先气压脱湿再反复竖向加卸载两种不同加载路径的水分变化测量试验，探索土样持水性能和变形能力的演化规律。研究结果表明：（1）脱湿与吸湿路径对比，土体的持水能力具有明显的差异性，且土体越密实，这种差异性越强烈；（2）随着脱吸湿循环次数的增加，土样的进气值略有增大，减湿段和吸湿段的斜率都会减小，但影响趋势随循环次数增多而减弱；（3）对于气压减湿后的非饱和土样，其前期固结压力随气压值增加而增大，而加卸载形成的滞回圈的面积却随之减小，土体的持水性能和变形能力也降低；（4）重塑土样从不同加载路径首次达到同一应力状态时，先固结再脱湿路径下土样的体积收缩更多，而先施加气压再加载路径下土样持水性能减弱的更多。

确定了挤密桩处理大厚度自重湿陷性黄土地区综合管廊地基的合理处理范围，揭示了挤密桩处理地基效果随地基处理深度的变化规律，研究了挤密桩复合地基在地基浸水后的入渗规律及沉降特征。在大厚度湿陷性黄土场地进行不同深度的灰（素）土挤密桩地基处理试验及埋设TDR水分计和分层沉降仪的工后浸水试验。研究结果表明，随着地基处理深度的增大，各试验区挤密桩复合地基桩间土挤密效果呈增强趋势；挤密桩复合地基桩间土的干密度增长率随地基处理深度的增大而增大；挤密桩复合地基的抗渗性能随地基处理深度的增大而增强；外界水分在挤密桩复合地基中的入渗规律呈现出明显的阶段性，基本由4个阶段组成；挤密桩复合地基桩间土受水浸湿时的沉降变形，随地基处理深度的增大而减小，且呈现出明显的阶段性，基本由5个阶段组成。根据研究结果，在采取有效的防水措施的情况下建议地基处理深度为9～12 m，处理宽度为管廊每边延伸控制在2 m，作为大厚度自重湿陷性黄土地区综合管廊的合理地基处理范围。

钙质砂地基的渗透性是影响人工灰沙岛地下淡水形成的重要因素，而细颗粒的含量及其赋存状态对渗透性有重要的影响，为此开展了不同细颗粒含量的钙质砂渗透性试验研究。选用南海某岛的钙质砂，基于不同细粒配比的钙质砂样常水头渗透试验，分析细颗粒对钙质砂地层渗透性的影响。试验结果显示，促使钙质砂渗透性发生明显变化的粒级为≤0.075 mm范围。当最小粒径≤0.075 mm时，钙质砂的渗透系数量级为10?2 cm/s，呈中透水性。当最小粒径介于0.075～0.500 mm时，渗透系数量级为10?1 cm/s，呈高透水性。钙质砂最终稳定渗透系数与细粒含量之间表现出不同的规律：（1）当细颗粒含量小于9%时，渗透系数随细粒含量的增加而缓慢减小；（2）当细颗粒含量在9%～24%时，渗透性随细粒含量的增加而迅速减小；（3）当细颗粒含量大于24%时，渗透性随细粒含量的增加变化不大。影响渗透系数的细粒含量存在着由试样骨架形成的孔隙决定的，反映孔隙最佳充填时的细粒含量界限值，充填不佳或过量细粒均可能在渗透作用下发生细粒运移流失。

在平面应变条件下，从考虑强度折减的滑动土体极限平衡方程出发，推导出一般情况下均质土坡稳定分析的泛函极值等周模型。依据泛函取极值时必须满足的欧拉方程，通过坐标变换对变分问题求解，得到滑裂面函数及其上分布的法向应力函数。对于给定的边界条件及横截条件，土坡稳定问题转化为求解以两个拉格朗日乘子、安全系数和滑裂面一个端点的x坐标为4个未知量的函数极值问题，可以通过数值计算得到最小安全系数及所对应的最危险滑裂面。考虑坡顶拉裂缝，通过算例分析了不同的滑裂面位置及对应的安全系数。通过对ACADS边坡考题算例分析，在不考虑坡顶开裂的条件下，采用该方法的分析结果与依据极限平衡法得到的各裁判答案非常接近，在考虑坡顶开裂时，安全系数略有减小。

车辆、坡顶堆载等造成的坡顶荷载是影响边坡稳定性的一个重要因素。首先，基于叠合悬臂梁模型和极限平衡理论，建立了坡顶荷载作用下岩质反倾边坡的力学分析模型，推导了坡顶荷载作用下边坡的剩余倾倒力和剩余滑移力计算公式，给出了岩层破坏模式判别条件，并通过大型数学分析软件Matlab将分析方法程序化；然后，通过与离散元模拟结果进行对比分析，验证了所提分析模型的准确性；最后，基于所提分析方法，进行了不同参数的敏感性分析。研究结果表明，坡顶荷载对岩层剩余力的影响较大，但对岩层破坏模式的影响不大；对边坡稳定性较为敏感的切坡角度为50°和岩层倾角为58°，当小于该值时，边坡稳定性将显著提高；层间黏聚力对自重边坡稳定性影响较大；数值模拟与理论分析得到的安全系数较为一致，验证了考虑坡顶荷载作用下弯曲倾倒破坏分析理论解的正确性，可为类似工程稳定性分析提供参考。

针对南阳原状膨胀土不同卸荷间歇时间后的三轴不排水剪切特性进行了试验研究。将削好的原状膨胀土样，在常规三轴仪上首先固结至先期固结应力，进行不同卸荷比（0.00、0.50、0.75）与卸荷间歇时间（0、1、10、20、30 d）的三轴不排水剪切试验，最后对部分土样进行了压汞试验。试验结果表明，南阳膨胀土力学特性与卸荷间歇时间和卸荷幅度均相关。相同轴向应变时，经历卸荷过程土样偏应力随卸荷间歇时间减小，未经历卸荷过程则表现为增大。卸荷间歇时间增加，孔隙水压力峰值应变 呈减小趋势。未经历卸荷过程的膨胀土强度随间歇时间增加而线性（对数坐标）增大，而经历卸荷过程的膨胀土强度随卸荷间歇时间的增加而减小，且以初期（0～1 d）降幅最大，后期变缓并最终趋于稳定状态。其中，卸荷幅度越大，膨胀土强度及模量越小，达到稳定状态所需时间越长。建议边坡开挖后及时支护。在边坡稳定性分析中建议采用 进行计算。结合压汞试验与吸（排）水量结果，卸荷间歇时间对原状膨胀土剪切特性的影响受微裂隙发展与颗粒间胶结强化的耦合作用。

影响土体适用微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术的主要因素有颗粒的有效粒径、孔隙直径、颗粒级配以及水动力学参数等，实际工程土中复杂的孔隙结构难以通过单一的参数来衡定，而土体的渗透性能够综合反映诸多因素。针对分步、低速工艺下的定容量饱和渗透灌浆，提出了在满足土壤颗粒粒径和微生物尺寸相容性的前提下，以渗透系数表征的土体适用MICP技术的条件判断公式；并通过涵盖砂土、粉土、砂质黏性紫色土、膨胀土等9种土（控制粒径 0.040～0.913 mm，初始孔隙率 31.5%～54.9%）的固化试验、渗透试验和强度试验进行了验证。结果表明：结合渗透性折减参数 值的选取（无黏性土 ，黏性土 ），渗透条件Ⅲ可适用于多种土体；渗透条件Ⅰ适用于MICP技术广为应用的砂土。同时得出了灌浆浆液总量和灌浆总时长的计算公式，为MICP固土技术可行性评估和进一步推广应用提供参考。

为了研究胶结充填体在荷载作用下的时空演化规律，利用WAW?300微机电液伺服万能试验系统与DS2系列全信息声发射监测系统，监测了胶结充填体试样在单轴压缩过程中的应力、应变变化规律和声发射活动，根据振铃计数率、能率的阶段性特征，将加载过程声发射参数变化规律分为3个阶段：上升期、平静期和活跃期，进而研究声发射参数时空演化规律；并利用振铃计数率、能率参数，结合尖点突变理论，进行胶结充填体破裂预测。研究表明：（1）单轴压缩条件下，胶结充填体属于延性破坏，裂纹贯穿属于剪切贯穿；（2）通过声发射参数演化规律及定位演化特征，分析得出胶结充填体在加载中是由局部破坏向整体失稳演化；（3）运用尖点突变理论进行胶结充填体破裂预测，并构建了破裂预测模型，预测结果与试验结果一致。研究结果可为人工矿柱稳定性监测和破裂预测提供依据。

湿化变形是土石坝的主要后期变形之一，对坝体的应力变形性状具有显著影响。采用糯扎渡高心墙堆石坝的弱风化花岗岩堆石料进行了常规三轴试验、不同围压和应力水平条件下的流变-湿化组合试验和快速湿化三轴试验等，分析了流变-湿化组合试验各阶段的变形特征，重点研究了堆石料湿化变形的过程、特性及发生机制。结果表明，可将堆石料湿化变形划分为湿化瞬时变形和湿态流变变形两个部分。其中，湿化瞬时变形是堆石料随浸水饱和过程发生的变形，其应变增量的方向平行于相应应力状态下应力加载应变增量的方向，且具有非硬化特性；湿态流变变形是堆石料试样在饱和浸水完成后发生的随时间的变形，和一般堆石料的流变变形具有相类似的特性。湿化变形是堆石料浸水后所导致的物态弱化变形。可将堆石料湿化看作一种广义的荷载。

弱胶结西域砾岩物质成分复杂、胶结较差，其力学性质十分不稳定，为科学反映弱胶结西域砾岩地层高压引水隧洞围岩的抗力特性，采用径向液压枕现场试验方法与基于传统承压板变形试验结果的完全弹性模型以及考虑开挖卸荷影响的弹塑性模型的理论估算方法，对弱胶结西域砾岩引水隧洞围岩的抗力特性进行综合研究。分析结果表明：（1）径向液压枕现场试验方法获得弱胶结西域砾岩围岩抗力系数为6.02～26.03 MPa/cm；（2）根据承压板法等常规变形试验结果，采用完全弹性模型估算弱胶结西域砾岩围岩单位抗力系数为7.46～13.54 MPa/cm，采用考虑开挖卸荷影响的弹塑性模型其估算结果为5.00～13.54 MPa/cm；（3）受西域砾岩的颗粒组成特征及现场变形试验承压面积限制，根据承压板法获得的岩体变形模量，采用理论估算方法获得的围岩抗力系数较径向液压枕法试验结果偏低；（4）径向液压枕法现场试验结果反映了地应力环境、围岩材料特性、开挖卸荷影响等多因素影响下的围岩抗力特性，可为西域砾岩引水隧洞开挖及围岩衬砌提供直接可靠的围岩综合抗力系数。

通过改进滤失试验研究典型钠化改性钙基和天然钠基膨润土在重金属铅-镉以及铬作用下渗透系数的变化规律。研究发现，膨润土试样渗透系数在重金属铅-镉浓度小于6 mmol/L时增幅较小，为2～3倍；当浓度超过10 mmol/L时呈急剧增大的趋势。铬酸钾溶液作用下，钠化改性钙基膨润土的渗透系数低于未污染试样；天然钠基膨润土的渗透系数则增大2～8倍。两者差异归因于土-液相互作用下铬在不同pH-Eh环境中化学形态的不同。研究中钠化改性钙基膨润土浆液中铬以阴离子络合的六价铬形态存在，使得膨润土颗粒表面负电荷密度趋于增加，因而保持和促进膨润土的分散状态。天然钠基膨润土浆液中铬则出现以阳离子形态存在的三价铬，显著挤压膨润土颗粒双电层，导致膨润土颗粒团聚。综合国内外研究总结无机盐溶液作用下膨润土化学相容性随污染程度变化规律，发现渗透系数比与离子强度关系存在一临界值，当离子强度达到该临界值则渗透系数将呈数量级增大。

混凝土早期水化作用不仅释放大量热量、而且会引起桩基先期变形与约束应力，影响桩基承载性能。目前针对地层温度对早期混凝土水化作用引起的桩基热力学特性（尤其是群桩效应）影响的研究仍相对较少。开展3×3群桩在早期混凝土水化作用下的桩基热力学特性现场试验，实测了桩身温度、应变等变化规律，着重分析了地层温度对桩基水化热消散、桩身约束应力的影响规律；并开展了相同条件下单桩热力学特性对比试验，探讨水化热作用群桩效应。研究结果表明，水化热作用下，群桩中温度叠加效应并不明显；地层中恒温带的水化热消散速度慢于变温带；混凝土残余应力沿桩深方向分布不均，呈现中间大、两头小的特点，最大残余应力出现在0.6倍桩深处。

土力学奠基石Terzaghi有效应力原理被广泛应用于油藏孔隙和渗透率应力敏感研究中，然而其对于岩石孔隙体积应变的适用性存在争议。对颗粒不可压缩和颗粒可压缩的多孔介质分别进行了受力分析，推导了总体积、颗粒骨架、孔隙体积的有效应力表达式，与Biot、Skepmton有效应力方程对比，建立了适用于孔隙体积应变的新型有效应力方程，并进行了试验论证和应用举例。研究表明：在颗粒不可压缩多孔介质中，有效应力为超出平衡孔隙流压之外的颗粒间宏观等效应力；在颗粒可压缩变形多孔介质中，有效应力为其相同应变下的等效应力，有3种有效应力分别适用于总体积应变、颗粒体积应变、孔隙体积应变；新提出的孔隙体积有效应力方程与孔隙度、岩石总体积压缩系数、颗粒压缩系数、总应力和流压相关，4个理论计算式计算结果在3种多孔介质试验测试结果中的偏差均在5%以内；孔隙体积有效应力系数解决了如何定量增总应力来等效模拟储层降流压生产过程这一关键问题，3个压缩系数关系式理论计算准确方便。

自平衡试桩法相较于传统静载试桩法而言具有方便、经济、适应性强等优势，但该法一直备受争议。为研究自平衡与传统静载试桩法荷载传递规律的差异及原因，进行了花岗岩残积土中相同边界条件下自平衡试桩、静压试桩、抗拔试桩室内模型试验。通过桩身所贴电阻应变片，获得了各级荷载下桩身不同位置的应变值，对单桩极限承载力、桩身轴力传递、桩侧摩阻力分布进行分析。研究表明：（1）花岗岩残积土中，自平衡上段桩与抗拔桩在达到极限承载力时，呈突发性破坏；（2）模型试验对比分析得出花岗岩残积土中桩侧摩阻力转换系数? 为0.573；（3）底托和顶拔两种加载方式测得的单桩抗拔极限承载力相当；（4）荷载从加载端向另一端传递，各试桩桩侧摩阻力较大值所在位置不同，自平衡上段桩与抗拔桩在桩身下部，静压试桩在桩身中部。

黏性土失水收缩开裂对人类工程活动影响显著。通过设计室内试验监测装置，对重塑三趾马红土开展干燥脱湿试验，并运用数字图像定量处理技术获得其干缩裂缝演化的动态定量数据，发现其裂缝演化规律与传统规律（裂缝面积、平均宽度在干燥过程中始终增长，最终趋于稳定）有所不同，表现为试样裂缝在干燥中期出现收缩现象，呈现裂缝的自愈性。随后提出裂块理论深入分析了此现象的产生机制，并引入愈合度概念，研究了不同初始含水率下试样裂缝的愈合规律，结果表明：（1）初始含水率对试样裂缝愈合度影响显著，初始含水率越低，试样裂缝越早开始愈合且最终愈合度越大；（2）干密度1.7 g/cm3的试样在40℃脱湿条件下，试样最终愈合度与初始含水率呈良好的线性关系。

越来越多的地下岩土工程面临着高压孔隙流体的作用，研究高压孔隙CO2/水作用下岩石的剪切特性对工程设计及安全施工、运营具有重要意义。研究了完整四川三叠系砂岩在干燥、饱和水、高压孔隙水和高压孔隙CO2 4种不同条件下的剪切特性。研究发现：4种不同条件下砂岩的剪切强度和残余剪切强度都会随着预剪切面上有效正应力的增加而增加；在干燥条件下随正应力的增加砂岩的剪切刚度也会增大。孔隙压力对砂岩剪切强度的影响遵守Terzaghi有效应力原理。水和CO2对砂岩的剪切强度具有显著的弱化作用，水会明显降低内摩擦角 ，而CO2对 几乎不影响；而水对黏结力 的影响小于CO2的影响。其弱化作用可以归结为水/CO2-岩石之间的相互作用，由于砂岩中含有黏土成分，水和CO2都会对黏土产生软化作用。

以乌鲁木齐市轨道交通1号线地铁区间隧道穿越九家湾断层为工程依托，开展地铁隧道分段式衬砌结构穿越倾角60°正断层的大型剪切错动模型试验，对断层错动模拟过程中的隧道结构变形、应变分布特征、围岩压力、开裂形态等关键力学特征进行监测分析，获得了正断层黏滑错动下的隧道结构响应规律。研究结果表明：（1）正断层黏滑错动影响下，断层面处的隧道拱脚处于压剪状态，断层面附近的上盘仰拱及下盘拱顶处于纵断面内的受拉状态，断层面两侧较大范围内的隧道仰拱内侧及墙脚外侧处于横断面内的大偏心受力状态；（2）断层错动后，隧道开裂破坏形态主要包括斜裂缝、纵向裂缝及环向裂缝；（3）正断层黏滑错动达到7.0 cm（相当于实际错动量1.75 m）后，上盘隧道结构的破坏范围为4.2D（D为隧道跨度），下盘破坏范围为2.4D，上盘破坏范围明显大于下盘。

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、X射线衍射、扫描电镜和压汞试验，研究持续浸水、干湿循环和冻融循环等复杂环境下碳化-固化淤泥力学性质和微观结构演变。结果表明：活性MgO-粉煤灰固化淤泥经碳化处理后具备更优异的水稳性，浸水破坏后碳化淤泥试样整体抗压强度高于固化试样，提升幅度约为29%；碳化试样强度随干湿循环次数增加呈缓慢增加趋势，而固化试样则表现为先上升后下降；随着冻融循环次数增加，碳化前后试样抗压强度变化一致，即快速达到峰值后缓慢减小至保持不变。微观分析表明：起骨架支撑作用的棱柱形碳酸镁石、起填充与黏结作用的花骨状和片状的水碳镁石和球碳镁石为主要碳化产物，骨架-填充-黏结协同作用使碳化试样强度高，水稳定性好，抗干湿冻融能力强；持续浸水促使球碳镁石和水碳镁石向碳酸镁石转化，大孔隙增多；干湿循环促使碳酸镁石向球碳镁石和水碳镁石转化；冻融作用下试样碳化产物之间无明显转化。

采用分数阶Kelvin模型来描述饱和土体的流变特性，在连续排水边界条件下，利用Laplace变换推导出变换域内的饱和土体一维固结解析解，再通过Crump法对有效应力和固结沉降进行数值反演，得到了分数阶导数黏弹性饱和土体的一维固结半解析解。将连续排水边界退化到Terzaghi排水边界，退化后的结果与已有文献一致，验证了所得半解析解的可靠性。最后，基于所得解，分析了相关参数对土体固结的影响。结果表明，界面参数反映排水边界的透水性，从而影响土体中超孔隙水压力的消散速率；黏滞系数在固结后期对沉降发展影响较大，其值越大，沉降发展越慢；当阶次 不为零时，分数阶次越小，土体表现出的黏滞性越强，整体固结沉降发展越缓慢，次固结沉降发展也越缓慢。

利用3D打印技术制作出30个含10级粗糙度（JRC=1～20）、3种厚度（1.5、3.0、5.0 mm）的裂隙插片，通过模具浇筑成贯通充填裂隙类岩石试件，并对所制备的试件开展渗透性试验，研究在不同围压水平下不同粗糙度、不同隙宽贯通充填裂隙的渗流特性。试验结果表明：（1）不同粗糙度和隙宽贯通充填裂隙渗透率均随围压增加而减小，且在围压加载初期，裂隙渗透率的降低速度明显要高于围压加载中后期，最大渗透率降差达到78%。（2）围压加载初期，隙宽较小时，裂隙渗透率有随粗糙度增加而减小的趋势，且离散性较大；随着围压和隙宽的增加，粗糙度对裂隙渗透性的影响迅速减小。（3）对于10级不同粗糙度贯通充填裂隙，围压加载过程中，均有隙宽越大，裂隙渗透率越大的规律；且在围压较小时，粗糙度越大，不同隙宽贯通充填裂隙渗透率的差值越大，但随着围压的升高，这种影响逐渐被消除。（4）围压对贯通充填裂隙渗透率的影响处于主导地位，两者之间的关系可用幂函数进行描述。

目前关于城市固废的降解固结理论研究均沿用太沙基传统排水边界，但是这样不能完全描述垃圾填埋场中复杂的排水边界条件。因此，在已有的简化降解固结模型基础上引入连续排水边界条件，建立了新鲜面为连续排水边界的饱和城市固废一维降解固结模型。在此基础上，借助特征函数解偏微分方程得到了级数形式的解析解答，解的退化检验和收敛性判断初步验证了其合理性。解析解与已有解答的对比分析显示，引入连续排水边界条件后，超静孔压分布有显著的变化；且解析解可解决初始条件和边界条件的矛盾，能反映边界上孔压消散的时间效应。进一步的参数敏感性分析显示，通过调整界面参数可以模拟各种排水条件，获得从完全不排水到完全排水的连续解答。此外，从排水能力差异会改变降解固结发展速度出发，提出了一种保证填埋场稳定的可行策略。

基于岩石弹性波特性的地震方法是目前地球物理勘探中最主要的方法，岩石中弹性波传播速度是联系岩石物理力学特性与地质学的有效桥梁。对于海相生物成因的珊瑚礁灰岩而言，其弹性波特性研究是了解珊瑚礁体内部整体性质的有效途径。研究表明，珊瑚礁灰岩的弹性纵波速度与干密度、回弹值呈线性正相关关系，与孔隙度呈线性负相关关系。不同结构类型珊瑚礁灰岩弹性波特性表现出显著的差异性，珊瑚骨架灰岩和珊瑚砾块灰岩均匀性较好，珊瑚砾屑灰岩和珊瑚砂屑灰岩离散性较大。基于珊瑚礁灰岩纵波速度与干密度、孔隙度以及回弹值之间的关系，结合某珊瑚礁体钻孔岩芯沿深度变化的回弹值信息以及岩芯薄片光学检测结果，提出一个基于纵波速度的珊瑚礁灰岩质量等级的划分标准，具有一定的可靠度和适用性。运用岩石二相体模型基本原理，建立了修正的时间平均公式，而不同结构类型珊瑚礁灰岩弹性波特性均符合雷莫亨特-加德纳方程。

基于一维固结方程和对流-弥散方程，提出了一种用于污染泥堆场处置中自重固结与污染物迁移耦合问题的求解方法，其中，自重固结方程由解析解直接求解，污染物迁移方程由显示差分法求解。在自重固结方面，新方法可考虑线性的压缩关系和渗透关系；在污染物迁移方面，新方法能够考虑对流、扩散、机械弥散、线性和非线性吸附以及孔隙率相依的有效扩散系数。新方法与CST1数值模型进行了对比，验证了新方法的正确性。基于所提出的解，分析了固结效应、压缩系数、渗透系数和污染物初始分布形式对污染物在淤泥中迁移过程的影响。计算结果表明：固结效应、压缩性、渗透性和污染物的初始分布形式对污染物的迁移过程有着显著的影响；固结效应能显著地加速污染物的流出；土体的压缩系数越大其污染物累计流出质量越大；土体的渗透系数越大其污染物累计流出质量越大；污染物的初始分布形式对污染物的流出速率影响较大。

为了研究和分析脆岩峰值后区变形破坏力学性质，引入统计细观损伤理论，针对以破坏微元体数目与总数目之比定义的损伤变量存在的局限性与不足，在分析非均匀性岩石峰后变形破坏特征基础上探讨脆岩细观损伤演化机制，建立了考虑破坏微元体引起岩石材料非均匀性的修正损伤模型，并提出模型修正系数的函数假设；然后，在此基础上推导建立了岩石修正统计损伤本构模型，并给出了模型参数的确定方法；最后，将模型理论曲线与试验曲线进行了比较分析，并对模型参数的变化规律进行了讨论。研究表明：该模型能够反映脆岩峰值后区不同应力跌落速率的现象，模型理论曲线及模型参数的变化规律与试验结果较为吻合，表明提出的模型和方法具有一定的合理性与可行性。

采用吹填淤泥作为滩涂围垦填料既能有效解决砂石等理想填料资源的短缺难题，又能避免大量吹填泥弃置所带来的环境负面影响，具有可观经济效益和可持续发展性。但吹填淤泥往往呈流浆或浮泥态，含水率超高，强度低，渗透性差，后续地基处理人员和设备难以直接进场。鉴于此，提出了一种絮凝-固化联合方法处理表层吹淤泥浆形成硬壳层（工作平台）的新思路，并开展室内试验验证了其技术可行性。首先，通过针筒滴定法确定了处理吹填淤泥的絮凝剂（PAM）类型及最佳掺量；然后，通过模型试验模拟了不同配比的絮凝-固化联合处理淤泥浆的絮凝沉积过程，并开展十字板剪切试验测定不同龄期土样的抗剪强度和含水率。结果显示，在同样固化剂掺量情况下，使用絮凝-固化联合处理法代替传统单一水泥固化法，能使试样的不排水抗剪强度至少提高5倍以上，证明了采用絮凝-固化联合方法处理表层吹淤泥浆形成表层工作平台的可行性。

重庆紫色土是一种砂质黏性土，地区降雨集中，水力冲蚀作用剧烈，极易产生水土流失，微生物诱导方解石沉积（MICP）技术因能耗低、污染小而广泛应用于土体加固中。通过正交试验优化了巨大芽孢杆菌（BNCC 336739）的培养基和培养条件，活菌数增长126%，活性良好。采用巨大芽孢杆菌，进行低水压（9.8 kPa）灌注固化砂质黏性紫色土试验，探究了固化效果的变化规律。结果表明：随固化次数增加，碳酸钙生成量和干密度逐级增加，无侧限抗压强度与碳酸钙生成量正相关；碳酸钙有效沉积越来越少，强度提高趋于稳定，固化9次后强度提高77%；随孔隙被碳酸钙填充和上下碳酸钙硬壳的形成，渗透性不断降低，最终下降两个数量级；通过试样上、中、下三部分碳酸钙生成量C的样本标准差s来反映碳酸钙分布离散程度，发现割线弹性模量在s的影响下随C增加而波动上升，波动表现为在C相近或s相差很大时，s越小割线弹性模量越大。研究成果可以为MICP技术在紫色土地区的地基、边坡加固和水土流失防护等工程应用提供科学依据和参考。

高地应力条件下，深埋隧道破碎围岩容易发生挤压大变形。挤压变形量的预测对于工程的设计与施工至关重要。经验预测方法因其形式简单、使用方便得到广泛应用，现有隧道挤压变形预测的经验法具有以下特点：（1）考虑的影响因素较少，多数仅能对挤压变形进行分级，无法给出挤压变形量；（2）现有经验变形预测方法多基于围岩Q分级系统，不能直接应用于国内的BQ分级系统。因此，基于对国内外100多条隧道变形监测数据的分析，提出一种新的适用于国内岩体基本质量指标修正值[BQ]的挤压变形预测方法。该方法综合考虑了隧道埋深、跨度、围岩强度应力比、地下水、岩体结构面等影响岩体挤压变形的多种因素。通过与多条大变形隧道监测结果的对比分析，验证了预测方法的合理性，研究成果对高地应力软岩隧道确定支护强度及提前采取超前加固措施具有十分重要的指导作用。

基于Terzaghi-Rendulic固结理论，采用保角映射和分离变量法，计算得到隧道衬砌半渗透漏水边界条件下，盾构施工扰动引起的隧道周围土体超孔隙水压力消散解和地表土体固结沉降，通过工程实例进行验证，发现理论方法与实测数据趋势一致；此外，利用参数分析获得了土体固结沉降和超孔隙水压力的分布影响规律。结果表明：衬砌与土体的相对渗透比越大，固结沉降的初始速率越大，但不影响最终收敛值；土体弹性模量越小，最终固结沉降量越大；土体中超孔隙水压力随着时间增加，在隧道开挖后较短时间里以较大幅度逐渐消散，消散到约为初始值的1/10时减幅放缓；距离衬砌外壁越远，土体初始超孔隙水压力越小，其消散速度也越慢。

三峡库区木鱼包滑坡自2006年实施专业监测以来，一直持续变形，对三峡大坝工程和长江航道造成巨大威胁。通过多次野外地质调查资料、长期现场巡查、人工GPS位移监测数据、近1年的全自动监测数据等，深入分析该滑坡在库水涨落及降雨条件下的变形特征、演化规律及变形机制。结果表明，滑坡坡体结构、岩性及地质构造等地质因素控制了木鱼包滑坡的变形，库水位是主要的驱动因素。库水位上升过程中，库水位由145 m升到155 m左右，月位移量为最小值；动水压力向坡内，滑坡变形最小；库水位155 m上升至175 m期间，库水入渗前部坡体，对滑坡前部抗滑段形成浮托减重效应，变形有所增加。库水位由175 m下降到170 m左右，累积位移形成阶跃，坡受向坡外动水压力和浮托减重效应作用，月位移达最大值。库水位由170 m降到145 m期间，浮托减重效应作用减小，月位移量降低。目前，木鱼包滑坡变形趋势减小，产生大规模滑动的可能性较小，但须进一步加强监测和机制研究。

研究古城墙在环境和人为破坏因素下的稳定性对于古城墙保护和修复工程具有重要科学意义。以陕西榆林卫城为研究背景，对其保存现状进行大量调研，对砖墙砌体及夯土材料力学特性进行原位测试和室内试验，再基于数值方法来综合评判砖-土结构劣化及入侵建筑物在拆除过程中古城墙的整体稳定性和受力性态。结果表明：（1）城墙夯土受水分入渗后平均含水率w≥11.5%或顶部剥蚀长度L≥2.5 m时，安全系数低于设计值 1.3，而外墙砌体劣化对城墙整体稳定性影响不大，表明夯土的强度对城墙整体稳定性起着决定性作用；（2）拆除2层以上、入侵深度超过3.0 m的民居或拆除1层的入侵深度超过2.5 m的邻近建筑物时，城墙顶部夯土塑性区几乎贯通至城墙顶部；（3）拆除高2.0 m宽超过4.0 m的贯通城墙的门洞或层高4.0 m宽超过2.5 m的贯通城墙的民居时，建筑物顶部以上夯土塑性区贯通至城墙顶部，可能会出现坍塌危险，而拆除断面尺寸低于2.0 m×2.0 m的贯通城墙的建筑物时，对其城墙稳定性影响不大。

针对大型露天矿开采后残存的大量端帮滞留煤进行开采时，确定留设支撑煤柱的合理宽度一直是端帮采煤工艺高效应用推广的突出难题。将端帮开采工作面假定为无限大板上相隔一定间距的共线裂纹，基于断裂力学Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹模型，运用Hoek-Brown与Mohr-Coulomb破坏准则，分析了支撑煤柱边缘的应力分布规律，建立了支撑煤柱边缘破坏区的边界方程，进而得到了不同破坏准则下支撑煤柱破坏宽度的表达式。结合不同破坏准则下支撑煤柱破坏宽度的理论表达式与煤体破坏间所确定的表征其不同状态的3组特征参数，进行了曲线规律显现。依据不同破坏准则下所显现的曲线规律，分析了留设煤柱宽度 、采硐宽度 、煤层埋深H及煤层倾角 等独立因素对支撑煤柱破坏宽度 的影响规律，同时将工程实例数据分别代入不同准则下所得的理论表达式。理论结果和实测数据表明，Hoek-Brown破坏准则的运用更为符合现场煤柱破坏演化规律及适合节理岩体破坏的分析。此外，结合煤柱稳定性研究中的极限破坏理论和渐近破坏理论，描述了煤柱失稳破坏机制及过程。为端帮开采中支撑煤柱的合理宽度设计及煤柱破坏的理论分析中的准则运用提供了新思路，为推广端帮开采工艺的应用提供指导意义。

针对现有岩体结构均质区划分方法应用于地下矿山时存在细节辨识能力偏弱等问题，开展地下矿山岩体结构均质区三维精确划分方法研究。以广西铜坑矿锌多金属矿体3#矿块为例，从岩体空间结构展布特性出发，构建由确定性与随机性结构面耦合的裂隙岩体三维模型；将岩体模型正交网格离散化，并选取模型网格子区的块体化程度值为均质区划分判据；利用K-means算法衡量不同数据源（网格）的相似性，结合误差平方和（SSE）度量聚类质量；最后重构三维岩体结构均质区，形成了一种地下矿山岩体结构均质区三维划分方法。研究成果表明：利用该方法能够从三维角度精确划分地下矿山岩体结构均质区，可为后续岩体质量评价及岩体离散元模拟的模型构建等工作提供有益参考。

红层软岩灾变和界面上的水-岩相互作用密切相关，研究界面过程对于揭示其灾变机制具有重要的意义。目前针对红层软岩软化的研究主要是宏观唯象特征的研究，红层软岩软化界面过程的研究处于探索和起步阶段，仍需要进一步地完善。针对这一问题，通过分析红层软岩软化界面过程的特征，水-岩界面上的软岩颗粒不断溶解，水在软岩中扩散，形成新的水-岩界面，基于此建立软岩系统标准熵对软岩软化进行表征，发现软岩系统标准熵值随着时间的变化规律与软岩软化崩解具有一致性；同时，利用菲克扩散定律构建软岩软化界面过程的动力学模型，很好地描述水-岩界面的生成规律；最后在红层软岩的DEM-CFD（离散元-计算流体力学耦合）模型中，软岩软化过程颗粒连接断裂代表水-岩界面的生成，对比界面过程动力学模型，取得较好的拟合结果。该研究结果对软岩软化界面过程的探索具有一定的意义。

采用多质点弹簧-阻尼模型模拟列车，将板式轨道运动学方程引入到桥梁模型中，推导了桥梁振动半解析模型，结合群桩基础模型，建立了列车-轨道-桥梁-桥墩-群桩基础半解析耦合模型。基于傅里叶变换和频域内弹性半空间Green函数求得高铁高架桥群桩基础地面波动场，研究了上软下硬和上硬下软地基环境振动规律，分析了桩径、桩长对地面振动衰减的影响。结果表明：车速较低时，轨道中心处上硬下软地层比上软下硬地层振动大；上软下硬地层，车速较高时因接近表层软土剪切波速而增大地面振动，故应避免车速接近表层土的剪切波速；群桩基础地面振动随桩长和桩径增大而增大，且车速越大地面振动增速越快；桩体具有好的减振效果，群桩范围内地面振动由于几何阻尼和桩体散射作用迅速衰减，且桩径越大振动衰减速度越快，但受桩长影响较小；群桩基础外上硬下软地层比上软下硬地层的地面振动幅度小，表明上硬下软地层减振效果好；合理设计桩基可控制轨道中心处地面振动，并能有效降低高架桥远处的环境振动。

数值分析方法能够同时考虑抗滑桩的受力行为及加固边坡稳定性，是研究抗滑桩加固边坡稳定性的重要手段。但在数值模拟计算中，尚未形成一种建模易、精度高和计算快的抗滑桩数值模拟模型。因此，提出一种复合单元抗滑桩模型，基于该模型系统研究抗滑桩顶部自由和固定约束条件下，不同桩位、间距等设计参数对抗滑桩加固边坡效果的影响以及抗滑桩潜在失效模式，研究结果表明，复合单元抗滑桩模型可以真实地模拟桩的力学性能，计算精度高且计算结果不受单元网格疏密的影响。抗滑桩布置在边坡中部时，加固边坡安全系数最大，越靠近边坡两端，加固边坡安全系数越小。当桩间距 3D时，边坡潜在滑面被分为两个独立部分，桩间土形成明显应力拱，当桩间距 4D时，桩间中心土体塑性剪切带完全贯通，桩间土体形成反向应力拱。桩顶自由和固定约束时，抗滑桩分别布置在边坡中部（ 0.5）和边坡中下部（ 0.3）时，抗滑桩易发生弯曲破坏。研究结果对抗滑桩加固边坡工程设计具有指导意义。

基于对非饱和多孔介质的研究成果，考虑孔隙中液相和气相的相互影响，研究了非饱和土地基中Rayleigh波的传播特性。通过非饱和土中固相、液相和气相的质量平衡方程、动量平衡方程和非饱和土有效应力原理，建立了问题的弹性波动方程。通过引入势函数及考虑自由透水（透气）的边界条件，经过理论推导给出了非饱和土中Rayleigh波的弥散特征方程。通过数值算例分析了Rayleigh波的波速和衰减系数随饱和度、频率和固有渗透系数等因素的变化规律。结果表明：不同饱和度下波速随频率和固有渗透系数的变化均是先不变，然后小幅下降，再急剧增加，最后趋于一致；衰减系数在不同饱和度下随频率的增大而增大，随固有渗透系数的增大而先增大后减小。

从波动问题物理本质出发，提取阻抗比和周期比作为表征不同土层条件下场地周期变化规律的基本特征量。提出了子层周期贡献系数的概念，并指出其可由阻抗比和周期比唯一确定，建立了周期贡献系数与阻抗比和周期比一般关系。采用子层周期加权累加方式形成一套简单实用且具有明确物理意义的成层场地基本周期估算方法，以传递函数法结果为标准，就240种工况算例与现有简化方法进行对比，给出各方法偏差分析和适用性评价。主要结论为：阻抗比和周期比作为场地周期研究的基本特征量，结果具有完备性；传统法无法反映土层结构对场地周期的影响，对最普遍的渐硬型场地，偏差也有可能达到40%以上，对存在极端软夹层情况其偏差极易大于20%；Hadjian法精度明显优于传统法，但方法和参数本身缺乏明确的物理意义；新方法在一般和极端两种情况下最大偏差均不超过8%，偏差小于5%和2%工况数占比分别达到85%和60%以上，高于Hadjian简化法，可以在实际工程中推广应用。

为实现高速崩滑碎屑流沿程侵蚀动力过程的模拟分析，采用连续理论方法对Nomash River碎屑流动力过程进行了数值模拟。其中，在连续理论模型中采用3种不同侵蚀速率模型，并采用HLLC近似Riemann解对有限体积数值离散控制体单元的界面通量进行了计算求解。致灾范围及运动时间的计算结果均与实际灾害情况吻合良好，验证了计算模拟的正确有效性，并对最终堆积深度、运动速度和侵蚀区域侵蚀深度进行了分析讨论。结果显示：采用McDougall侵蚀模型得到的最终堆积平均深度和最大深度与实测情况较为接近；每个时刻采用Medina侵蚀模型得到的最大速度值最大，其次是采用McDougall侵蚀模型的结果，最后是采用Pitman侵蚀模型的结果；采用McDougall侵蚀模型得到的侵蚀深度分布较为连续，其最大值8.1 m与估测值8 m比较接近，采用Medina侵蚀模型和Pitman侵蚀模型得到的侵蚀深度结果则较为分散，其最大值分别为10.9 m和8.6 m。

针对我国现行《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB 50909－2014）推荐采用的地下结构抗震分析的反应位移法存在一定的局限性，在借鉴反应位移法基本原理的基础上，提出一种适用于复杂断面地下结构地震反应分析的广义反应位移法。首先，基于子结构方法从理论上论证该方法与反应位移法基本原理的一致性，详细介绍了该方法的力学模型和实施步骤；其次，结合某马蹄形断面的区间隧道实际工程，并以整体动力时程分析方法为基准，分析了不同地震动强度工况下，两种不同广义子结构选取范围的广义反应位移法的计算效果。结果表明，提出的广义反应位移法是一个操作简便、精度较高、实用性较强的简化分析方法，可以在各种断面形式的地下结构的抗震分析与设计中推广使用。

射孔作为井筒与储层之间的液流通道，是水力压裂过程中的重要可控性参数。为研究水平井射孔-近井筒破裂机制，采用岩层变形-流体渗流方程描述应力状态变化，应用连续损伤破裂单元表征三维破裂位置与形态演化，并开发有限元求解程序模拟分析了射孔对水平井初始破裂压力、破裂位置及近井筒裂缝复杂性的调控作用。通过与解析模型及射孔压裂物理模型试验结果对比，验证了模型及有限元程序的有效性；水平井破裂压力数值分析结果与现场测试数据吻合较好。研究表明：射孔可调控水平井破裂压力与初始破裂位置，同时对近井筒区域裂缝扩展形态影响显著。通过优化射孔参数可以引导初始破裂向最优破裂面扩展、有效降低破裂压力，减小由于螺旋射孔空间排布引起的水平井近井筒裂缝迂曲与复杂程度，提高致密油气藏压裂改造效果。

介绍了全场3D-DIC系统，在试样周围均匀布置三组3D采集元，利用散斑图像的采集，尽可能在较大范围内捕捉试样表面的变形并进行分析。为了验证3D-DIC系统测量结果的可靠性，以江持安山岩为试验材料，进行了单轴压缩条件下的恒定应变速率和交替应变速率试验。通过3D-DIC系统的测量结果与应变片测量结果的对比发现，两者吻合度较好，表明3D-DIC系统能够满足岩石力学试验非接触式、可视化变形测量的需求。另外以田下凝灰岩为试验材料，通过图像分析得到了加载过程中岩石表面的全场变形信息，发现岩石变形的不均匀性和应变局部化现象，表明利用3D-DIC系统对岩石破裂过程变形测量比传统变形测量方法更具有优越性，为岩石力学试验研究提供了一种新的、便捷的测试方法。

针对数字全景钻孔摄像系统获取的实测图像，提出了一种基于颜色特征的数字式钻孔图像溶隙结构识别方法。利用岩层中的典型结构，如土质层、溶隙在颜色上与普通岩石具有较大差异性的特点，首先建立了一个自适应HSV颜色空间溶隙结构检测模型，利用该模型获取溶隙结构的二值化图像；对该二值化图像进行滤波处理；然后从处理后的二值化图像进行分区像素密度统计来确定土质层或溶隙区域的深度、面积及方位角等信息，从而实现数字式钻孔图像中溶隙结构的自动识别。通过对大量数字式钻孔图像进行试验并与对应的钻孔雷达图像进行结果对比表明，其方法能对全孔图像的溶隙和土质层进行快速、准确地自动化检测与定位，为钻孔图像岩体结构的自动识别与工程应用提供了一种新的可靠方法。

采用探地雷达进行岩溶隧道超前地质预报时，受现场探测环境、岩溶地质的复杂性以及解译技术制约，多解性问题一直未能得到很好解决。从依托工程中选取代表性的案例，分析总结隧道建设中常见的几种典型岩溶不良地质的属性特征，结果表明岩溶不良地质类型与探地雷达属性参数有很好相关性，其中：空腔型溶洞、干燥松散黏土夹碎石充填型溶洞和无水破碎带雷达反射波中心频率随时间衰减较慢，分布范围分别为90～105、85～100、70～110 MHz；软塑状黏土充填型溶洞和富水破碎带雷达反射波中心频率随时间衰减较快，分布范围分别为60～80 MHz和40～70 MHz。研究属性特征定量表示方法，提出基于广义S变换及子波谱模拟的雷达波吸收衰减参数计算方法。实际数据分析结果表明：每种属性都能从某些角度反映岩溶不良地质体雷达反射波的特征，在综合多个特征参数后，可以较好地区分不同的岩溶不良地质类型，从而提高探地雷达目标识别精度。