岩体结构面具有明显的各向异性，其直接影响岩体的变形特性、力学特性与渗流特性，因此对结构面的各向异性特征开展量化分析尤为重要。针对不同成因（劈裂、剪切）结构面，利用结构面量化参数（节理粗糙度系数JRC、节理平均倾角θ、分形维数DB）对其各向异性特征进行了分析，研究了各向异性特征对其剪切力学特性的影响。研究结果表明：（1）在劈裂断裂结构面中，平行劈裂方向的JRC与θ值普遍大于垂直方向，且随角度变化波动较小，DB在对角线方向变化较大，其值与所取剖面线长度有关；而在剪切断裂结构面中，平行剪切方向的JRC和θ值与垂直方向无明显差别，但DB同样在对角线方向变化较大；（2）在评价结构面各向异性时，采用θ、DB等参数评价时，劈裂断裂结构面与剪切断裂结构面各向异性系数无明显差别，采用JRC作为评价参数时，其各向异性系数差异较大，能较好反映不同结构面之间的差异特征；（3）剪切断裂结构面的峰值剪切荷载和法向位移均高于劈裂断裂结构面，两种结构面的剪胀角达到峰值时的剪切位移相近，剪切断裂结构面的开度分布较为集中且普遍较大，劈裂断裂结构面开度分布则较为分散。

深部岩石工程具有高地应力和高水头压力的特点。为了研究岩石在高围压和高孔隙水压条件下渗透率演化规律，选取致密砂岩开展不同围压条件下变孔隙水压的渗流试验。研究结果表明：（1）在所研究的围压范围内（0～50 MPa），随孔隙压力增加，渗透率依次呈现3种不同的变化趋势，即快速增长阶段（围压为10～20 MPa）、缓慢增长阶段（围压为30～40 MPa）和保持恒定阶段（围压为50 MPa）；在围压卸载时，由于高围压作用使试样内部产生不可逆变形，导致渗透率具有明显的不可恢复现象，且随围压降低，渗透率恢复存在滞后效应。（2）渗流试验过程中，体积应变和渗透率演化具有较好的一致性。 （3）在围压加卸载过程中，高孔隙水压力条件下渗透率对应力的敏感程度和恢复程度均大于低孔隙水压力。（4）偏光显微镜图像从微观角度揭示了试样在围压加卸载过程中产生不可逆变形的内在机制：骨架颗粒相互挤压、错动导致原有微裂隙压缩、孔隙减小甚至坍塌，引起渗透率不可恢复。渗流试验后，纵波波速增大，说明岩石致密性提高，与试样内部微观结构变化具有较好的一致性。

为研究矩形巷道在不同开挖卸荷速率条件下的变形规律和声发射特性，使用水泥砂浆矩形巷道围岩试件进行快、慢速开挖卸荷试验，得到顶板、隅角、帮部围岩的应变特征和声发射(AE)撞击计数、能量、频谱的演化特点。试验结果表明：（1）快速卸荷，应变释放率高，卸荷后变形不稳定；而慢速卸荷，围岩应力充分调整，有利于应变的充分释放，卸荷后变形相对稳定。（2）矩形巷道的快、慢速卸荷，均以顶板和帮部围岩的径向受拉、隅角围岩的切向受压变形为主；随围岩深度增加，卸荷效应的影响逐渐减弱。（3）两种卸荷速率的AE撞击计数和能量演化特征与应变特性形成良好对应，揭示了围岩内部裂隙与损伤随开挖卸荷的发展过程；峰值频率区段变宽和高幅值信号的峰值频率在某一频段增多的现象可看作围岩发生主破裂的前兆信息。（4）快速卸荷，顶板和帮部周边产生大块剥落现象；而慢速卸荷，顶板和帮部周边每隔一段距离产生垂直于隅角的贯通裂缝，碎胀现象明显但未脱落；两者的隅角围岩破坏程度均较小。

天然气水合物完全分解时，产生的气体使得能源土孔隙压力急速增加，有效应力减小，进而引起土体液化破坏。此时深海能源土斜坡的应力状态与静力液化失稳过程可简化为含气土在常剪应力排水（或不排水）应力路径下的破坏问题。以此为背景，提出了制备含气砂土试样的改进充气管法，并开展了含气砂土的常剪应力路径三轴试验。22组试验结果表明：同一孔隙比的含气密砂在不同围压与常剪应力下具有相同的失稳线；含气砂土试样失稳时的应力比和体变均随初始相对密实度的增大而增大；含气密砂在常剪应力路径下饱和度对失稳特征影响的规律性在排水与不排水条件下均不明显，但在不排水条件下含气砂土的孔压（或体变）对变形的敏感性降低；含气密砂在常剪应力路径到达失稳点之后，排水条件下是瞬变的液化鼓胀破坏，不排水条件下是渐变的剪切破坏。

黏土岩作为高放废物地质处置库的备选介质，目前得到世界各国的高度重视。黏土岩地质处置库巷道施工过程中，一方面，围岩因开挖损伤生成裂隙使得渗透性增强，对核素的阻滞作用降低；另一方面，在应力和水的耦合作用下，黏土岩良好的裂隙渗透损伤自修复能力使得围岩的渗透性逐渐恢复接近于原始状态。基于电阻率测试，首先开展了黏土岩试样在不同条件下的饱和过程试验研究，得到了黏土岩试样饱和过程中等效电阻率的变化规律，分析了不同损伤程度试样、盐溶液对等效电阻率的影响，进而揭示黏土岩饱和过程中水分运移规律。试验结果表明：（1）等效电阻率随着含水率增加而逐渐减小，并逐渐趋于一个稳定值；（2）等效电阻率的大小不仅与含水率有关，试样内部裂隙的存在也会影响等效电阻率分布，这一发现为电阻率法可以探测试样中裂隙的存在提供了依据；（3）水流在黏土岩中扩散，内部裂隙成为优先通道，水流在裂隙中的快速扩散加快了黏土岩的饱和速度。同时，随着黏土岩中水分与黏土矿物的水化膨胀反应，内部裂隙有一定程度闭合，加深对裂隙闭合机制认识，通过电阻率测试可以有效地揭示这一过程。

可液化地基在遇到地震作用或任何其他突变应力条件下，土体会迅速丧失强度和刚度，发生液化，从而失去承载能力。传统的抗液化措施主要集中在地基处理层面，而开孔管桩则兼具抗液化性能和承载能力。在假设开孔管桩孔洞内液体流动满足Poiseuille方程且等应变假设成立的前提下，结合开孔管桩复合地基的应力集中现象，推导出地基在时变荷载作用下的径竖向组合孔压解析解。考虑到循环荷载作用下的孔压积累现象，进一步利用孔压发展的经验模型改进该解析解。在此解析解的基础上，分析、对比开孔管桩、碎石桩、不排水桩以及天然地基的孔压发展情况，得出开孔管桩具有最好的孔压消散能力。桩?土模量比、井径比等因素对孔压的发展都有重要的影响，桩?土模量比越大、井径比越小，孔压消散速率越快。桩本身开孔系数对孔压发展的影响不明显。荷载频率只影响初始孔压峰值，并不影响孔压振荡衰减的速率。

注水开发是致密砂岩油藏增产的重要手段，长时间注水会改变地层岩石物理力学性质，影响油井产量。为探究长时间注水对地层岩石物理力学性质影响的微观机制，选取同一储层已注水15 a及尚未注水岩芯进行对比试验分析。通过试验得到了注水前后地层岩石在弹性力学参数、矿物成分、微观孔隙结构等方面的差异。长时间注水后，岩石矿物成分及内部结构发生变化，主要表现为黏土矿物及方解石含量降低，岩石颗粒间填充物及胶结物大量减少，中小孔隙发育为大孔隙，孔隙度增大，进而导致致密砂岩力学性质弱化，变形能力增大。

能源桩是一种在传递上部结构荷载的同时获取浅层地热能源的新技术，给桩基结构的设计及安全服役提出了新的挑战。从能源桩实际应用的角度，围绕能源桩传热性能和承载性能两个关键科学问题，从4个方面综述目前的研究现状：（1）能源桩的热传递研究；（2）能源桩的结构响应特征；（3）能源桩的承载变形特性；（4）能源桩的荷载传递机制。在此基础上，对当前能源桩传热模型的适用性、热交换作用下能源单桩及群桩的承载特性以及长期运行条件下的承载性能及结构安全性进行了讨论，最后对能源桩工程下一步研究进行了展望。分析成果对于保证结构安全，合理开发浅层地能具有重要意义。

在我国西部山区地震、地质活跃带，泥石流灾害对位于泥石流沟道、沟口等位置处的桥墩构成重大威胁。如何量化描述泥石流冲击桥墩的动力过程，是泥石流减灾领域拟要解决的一个重要科学问题。以泥石流灾害威胁成兰铁路沿线桥墩的工程背景为基础，依托大型泥石流模拟系统，进行多组室内大比例泥石流冲击桥墩物理模型试验。研究泥石流流速、流深以及流体特征参数与泥石流冲击压力的相关性。试验结果表明：冲击过程主要受到弗汝德数Fr和雷诺数Re两个无量纲数控制，稀性泥石流冲击压力主要控制参数为Fr，而对于黏性泥石流则同时有Fr和Re的影响；不论是对于峰值冲击力还是冲击功率谱，不同类型泥石流差别显著；在相同重度等条件下，稀性泥石流具有更大的冲击能量；此外，各种类型泥石流通过临界Fr线得到了本质上的区分。研究成果将为桥墩抗泥石流冲击结构设计提供技术支持及科学依据。

降雨是诱发滑坡最主要的因素。为减少滑坡灾害造成的人员伤亡和经济损失，滑坡早期预警系统成为了最佳选择之一。根据弹性波传播的基本原理和基于降雨型滑坡变形破坏的特点，提出利用弹性波波速来反映边坡表面土体含水率和位移的变化。开发研制了一套三轴渗流?弹性波测试三轴仪和相关系统。该装置能让水从底部渗入土体，模拟降雨入渗土体的过程，同时能测试弹性波波速。试验过程中同步测试含水率、变形和弹性波波速的变化。还进行了降雨滑坡模型试验。利用三轴弯曲元注水试验和降雨滑坡模型试验，深入分析和研究降雨引起的土体滑坡过程与弹性波波速演化规律，揭示波速与含水率和变形的耦合关系。研究结果表明，弹性波波速随着含水率的增大而缓慢减小，随着变形的增大而急剧减小，临近失稳时，波速骤然减小。根据试验结果对含水率和变形导致弹性波波速减小可能的机制进行了解释，提出弹性波在波速骤然减小时发出滑坡预警。研究结果为滑坡防灾减灾和预测预报提供新的方法和可靠的依据。

核废料封存到处置库后还会继续释放衰变热，需要加快热量向周边围岩消散，确保处置库处于安全运行状态。而提高缓冲层的导热性能成为解决该问题的突破口。将天然石墨粉掺入到钠基膨润土中，以期配置成导热速度快、隔离能力强的缓冲层回填材料。通过开展石墨?膨润土混合物的自由膨胀率、恒体积膨胀力、饱和渗透系数和导热系数等试验，研究石墨掺入率（Rg分别为5%、10%、15%、20%、30%、40%）和不同粒径（297、150、74、44 μm）对其水?力?热性能的影响规律。结果表明，掺入石墨后显著提高了膨润土的导热性能，但其提升幅度受石墨掺入率、初始含水率和初始干密度等因素影响。综合分析石墨?膨润土混合物的水?力?热性能参数，发现最优石墨掺入率处于15%～20%（质量比）范围内；相同石墨掺入率下石墨粒径为150 μm或74 μm时混合物的水?力性能最优。石墨?膨润土混合物压实后的孔隙分布显示，相同石墨掺入率下石墨粒径过大或者过小都易形成大孔隙。究其原因，天然鳞片状石墨呈扁平状，大部分膨润土颗（团）粒小于石墨，与石墨属于点?面接触方式。尤其是压实程度不高时，膨润土颗（团）粒和石墨接触面处存在大量的孔隙；而且石墨属于憎水性材料，对水分子的拖拽力弱，即使膨润土吸水膨胀后，水分也容易从石墨薄片表面处通过。

3D打印技术在岩土工程领域的应用还处于初步探索阶段，但其可重复制造含复杂内部结构的试样是常规室内试验无法实现的。现阶段制约3D打印技术在岩石物理力学试验中应用的主要因素在于3D打印试样强度偏低，延性较强。初步探讨了3D打印后干燥时间、打印胶水浓度对试样强度的影响，在此基础上提出了最优化打印方案，使打印试样在强度和脆性方面均有很大提升；通过改变打印方向模拟了天然层状节理岩石的各向异性特征。研究结果表明，随着打印倾斜角度的增加，3D打印试样的单轴抗压强度先减小后增大，呈“U”型变化趋势，抗拉强度也随打印方向的改变出现明显的各向异性特征，这与天然层状节理岩石相关研究成果相似。研究成果可为3D打印技术在岩土工程领域的推广和室内试验研究提供参考。

随着我国西部输电线路工程的快速发展，杆塔基础抗拔问题日益突出，岩体的破坏模式、极限抗拔承载力的计算方法都是目前亟待解决的关键问题。根据离心模型试验结果，分析了岩体破坏模式、荷载?位移曲线、桩身轴力分布和桩侧摩阻力曲线。基于试验结果对岩体破坏形状进行无量纲化处理并拟合，得到了统一的函数描述形式。在此基础上，利用极限平衡法推导出上覆土嵌岩扩底桩极限抗拔承载力的计算方法，并对该计算方法作了简化分析，将积分计算值和简化计算值分别与离心模型试验结果进行对比。研究结果表明：上覆土嵌岩扩底桩的软质岩破坏模式为喇叭型曲面，可用统一的幂函数形式进行描述。简化计算方法的结果与离心模型试验结果吻合良好，提出的新方法对西部山区杆塔基础的抗拔设计具有参考和应用价值。

利用自主研发的煤岩剪切?渗流耦合试验装置，开展不同充填度下含结构面砂岩相似材料剪切?渗流耦合特性试验研究。结果表明：（1）在恒定水压情况下，充填度越大，相似材料的峰值剪应力越小，法向位移越大且发生剪缩现象，一定充填度范围内流量峰值也越大；（2）剪切过程中流量变化主要受充填物中产生的裂隙控制，剪切位移越大，裂隙越发育，流量越大。法向位移对流量变化有一定影响，但随着充填度的增大，影响越来越小；（3）随充填度的增加，充填物的破碎程度逐渐增大。充填度较小时，其主要受到裂隙开度的控制；充填度较大时，主要受法向力影响。由于渗透水的软化作用，结构面的磨损程度逐渐减小。

为研究渗流作用下多排管局部水平冻结体温度场扩展规律，基于相似准则，设计北京砂卵石地层冻结模型试验，从迎水面长度、顺水流长度、厚度3个维度研究渗流作用下多排管局部水平冻结体温度场扩展规律。研究表明：（1）水平冻结体中部发展速度最快，且温度最低；下部次之；上部最慢，且温度最高；（2）渗流作用使冻土柱由背水面向迎水面朝上游方向逐步交圈，且上、下游温度场不对称，冻结后期背水面呈坡屋顶形。（3）渗流作用对水平冻结体的影响随着渗流速度的增大而逐渐增大，积极冻结期末列冻土柱冻结锋面扩展速度、水平冻结体朝上游方向的平均发展速度均与渗流速度呈平方、负相关关系，渗流速度超过14.1 m/d时，冻土柱不交圈，为该模型试验的极限流速。基于等效梯形算法理论，给出的渗流作用下多排管局部水平冻结体的平均温度计算式，以便于评估水平冻结体发展状态。研究成果可为大流速地层盆形冻结施工提供依据。

引红（红岩河）济石（石头河）引水隧洞围岩断层带破碎松软，岩石强度低，自稳能力差，易产生大变形。以上不良地质条件使其隧洞施工过程中经常会遇到TBM卡机等一系列特殊问题。针对引红济石引水隧洞施工中存在的软岩隧洞大变形问题，首先开展了X射线衍射、崩解试验，分析了试样的组成成分、黏土矿物含量对崩解性影响；再通过一系列单轴压缩试验、三轴压缩试验和蠕变试验研究了该类岩石不同应力条件下的变形破坏特征及蠕变特性。试验结果表明，该类岩石含有大量的黏土矿物（33.49%），对水比较敏感，遇水膨胀易崩解，导致岩体软化；试样具有较大塑性压缩变形，其应力?应变曲线为应变强化型，且没有明显的峰值。基于试验研究成果和现场监测数据，对该软岩隧洞大变形机制进行了分析，并提出了在围岩与管片之间安装聚氨酯缓冲层的新型支护方案，通过数值计算对支护方案的合理性进行了验证。分析结果表明：聚氨酯缓冲层可以很好地吸收围岩形变压力，避免应力集中带来的管片错台，从而大大减小管片上破坏区的产生。研究成果对该类岩体中隧洞的设计施工以及长期稳定性分析具有重要的参考作用。

在库水位反复升降作用下，库岸边坡消落带部分岩体处于浸泡―风干循环状态，其力学特性的劣化将直接影响库岸边坡的变形稳定。以三峡库区库岸边坡消落带砂岩为研究对象，设计并进行了考虑浸泡―风干循环和水压力升降变化的水?岩作用试验。结合SEM电镜扫描，分析了水?岩作用对砂岩微细观结构的影响，采用PFC2D离散元软件对水?岩作用下砂岩的劣化过程进行了模拟分析。研究结果发现：（1）水?岩作用下砂岩的力学性能劣化效应明显，弹性模量和单轴抗压强度总体呈现先陡后缓的劣化趋势，其中前6次的浸泡―风干循环作用导致的劣化效应尤为明显。（2）水?岩作用下砂岩的微细观结构变化特征明显，由较致密的孔隙式胶结结构逐渐向不规则的蜂窝状结构发展，宏观上就导致了砂岩变形和强度特性的劣化。（3）由PFC2D离散元模拟分析发现：水?岩作用导致岩石内部颗粒强度和颗粒间黏结强度逐渐劣化，非均匀性增强，荷载作用下的应变局部化特征逐渐明显，整体承载能力逐渐降低，破坏模式由典型的张拉破坏逐渐转变为剪切破坏。

环境污染造成地下结构侵蚀劣化，使得地下结构面临严峻的长期稳定性问题。通过50 g/L Na2SO4溶液、50 g/L NaCl溶液以及含有50 g/L Na2SO4 + 50 g/L NaCl的垃圾渗滤液的浸泡侵蚀试验，研究了经上述溶液侵蚀后混凝土试样在不同围压下的气体渗透特性、氯离子渗透特性以及力学特性。结果表明：（1）经不同溶液侵蚀后试样的渗透率与所承受的围压大小密切相关。同一侵蚀时间下，随着围压的增大，渗透率逐渐减小。经垃圾渗滤液侵蚀后的试样渗透率随侵蚀时间线性增加，且围压越小，增大的速率越大；经硫酸钠溶液、氯化钠溶液侵蚀后的试样渗透率总体先减小后增大；经3种不同溶液侵蚀后，试样渗透率对应力的敏感程度均有所提高。（2）经3组溶液侵蚀后试样单轴抗压强度变化分为线性增加、缓慢下降两个阶段，但垃圾渗滤液侵蚀后的试样强度始终为最小值。弹性模量也呈现出相似的变化规律。（3）在同一侵蚀深度处，垃圾渗滤液侵蚀后的试样自由氯离子含量比氯化钠溶液侵蚀后的试样低20%～50%，垃圾渗滤液侵蚀下混凝土试样被氯离子侵蚀的程度比氯化钠溶液侵蚀下混凝土试样低。（4）气体渗透率随侵蚀的进行而变化最为明显，比单轴抗压强度、氯离子扩散系数更适用于评价地下混凝土结构长期稳定性。研究结果可为侵蚀性环境下地下结构长期稳定性分析提供理论依据。

鉴于膨胀土滑坡往往表现为长期性、渐进性等与时间相关的特性，利用GDS应力路径三轴仪对膨胀土进行了三轴卸荷蠕变试验。试验结果表明：当偏应力较小时，膨胀土的蠕变曲线仅出现瞬时变形和衰减蠕变；当偏应力达到一定值时，其蠕变曲线也呈现衰减蠕变、稳态蠕变和加速蠕变3个阶段，但其加速蠕变阶段的特征与一般岩土体不同，其蠕变速度近乎常数。膨胀土的应力?应变等时曲线显示，膨胀土卸荷蠕变具有非线性特征，且其非线性程度与蠕变时间和应力水平相关，蠕变时间越长、应力水平越高，其非线性程度越高。基于非线性流变力学理论，提出了一种非线性四元件蠕变模型，将标准线性体与一个非线性黏壶串联，该模型可描述等围压三轴压缩应力状态下膨胀土轴向应变随时间的演变规律。根据膨胀土卸荷蠕变试验结果，采用曲线拟合法对三维非线性模型的参数进行反演识别。拟合曲线和试验曲线对比显示，两者吻合良好，说明该模型可以很好地描述膨胀土的蠕变特性。此外，基于该蠕变模型获取了膨胀土的临界破坏应力，其与常规剪切破坏应力的比值随着固结压力的减小而减小，表明越接近坡面的土层越容易发生蠕变破坏。

为了解决高速公路常见的不均匀沉降问题，提出了一种置换减载与加筋相结合的复合路堤处理技术。该技术利用具有一定刚度的PVC管置换路堤填土，减轻路堤自重荷载的同时发挥圆管的加筋作用，使得地基中附加应力减小，从而达到控制路基不均匀沉降的目的。为了验证该技术对地基不均匀沉降的控制效果，开展了置换减载与加筋复合处理路堤与未经处理普通路堤的大型模型试验，通过观测其在多级荷载作用下不均匀沉降的发展规律及沉降随时间的变化规律，并结合沉降理论进行分析验证，揭示了置换减载与加筋复合处理方法控制不均匀沉降的机制。该成果为加筋路堤或轻质置换路堤的设计及计算提供了理论依据。

基于极限分析上限定理，考虑均匀加筋和三角形加筋两种加筋模式，采用拟静力分析方法推导了一定边坡高度条件下的三维加筋边坡临界加筋强度的计算公式。通过与已有文献结果的对比，验证了所提方法的正确性，并讨论了边坡宽高比、水平和竖向地震力系数对三维边坡稳定性的影响。结果表明：地震力作用下边坡临界加筋强度随边坡宽高比的增大而增加，但其变化速率逐渐减小，当边坡宽高比大于10时，三维边坡加筋强度与二维情况相近；随着水平地震作用的增大，三维边坡临界加筋强度呈非线性增大；随着竖向地震作用的增大，临界加筋强度大致呈线性增加，且随着坡角的增大，竖向地震作用对临界加筋强度的影响更加显著；两种加筋模式下的边坡临界加筋强度值变化规律一致，且三角形加筋模式所需的加筋强度较小，效果较优。最后，针对实际工程提出了一些工程建议。

采用辽宁沿海地区淤泥质软土对铁、铜、铝和新型复合电极等不同电极材料进行室内电渗排水固结试验，从有效电势、电流、排水量与排水速率、能耗、电渗后土体含水率和承载力等对电渗效果进行分析。新型复合电极材料是由碳纤维、塑料排水板与铁片组成，其充分利用各种材料的优点，既解决了铁与碳纤维直接相连通电后易断的问题，又解决了电极腐蚀严重的问题。多组试验结果表明：新型复合电极材料的电渗排水固结使土体的加固强度提升较高，且相对均匀，加固强度达到160 kPa以上的土体面积占加固总面积的75%，说明新型复合电极材料的优越性。金属电极的腐蚀较为严重，且主要发生在阳极。根据电渗后阳极的腐蚀比，新型复合电极的腐蚀量明显低于金属电极，且新型复合电极可提高加固效果，节约电极材料成本。

利用自行设计高压固结仪对5种不同含砂率的饱和砂?黏土混合物开展一系列高压压缩试验，研究砂?黏土混合物压缩性和渗透性演化规律及其对矿物组分的依赖性。试验结果表明，饱和砂?黏土混合物的孔隙比?压力（e-lgP）曲线随着含砂率增高呈现出指数函数模式向双曲线函数模式转化，而e-P曲线在压力高于8.1 MPa则呈线性变化，其斜率依赖于含砂率。最优含砂率随固结压力的增大而逐渐从75%移向30%。不同含砂率的砂?黏土混合物的孔隙率、固结压力和含砂率存在统一的幂函数关系。渗透系数与含砂率有关，渗透系数与孔隙率符合指数函数关系。从砂?黏土混合物骨架结构和孔隙类型的角度出发，从本质上分析含砂率、固结压力对混合物压缩性和渗透性的作用规律。结合SEM微细观结构观测结果，验证砂?黏土混合物骨架结构与含砂率之间的相关性。

以描述生物酶改良膨胀土的应力?应变关系为研究目的，提出基于生物酶掺量的修正殷宗泽模型。开展了一系列三轴排水剪切试验。对不同生物酶掺量下改良膨胀土的弹性形变演化规律进行了分析，同时研究了生物酶掺量与剪切压缩、剪切膨胀相关的屈服面形状的演化规律，以及与破坏线方程的演化规律。在此基础上分析了生物酶掺量对殷宗泽模型的参数影响规律。引入生物酶掺量作为修正殷宗泽模型的修正因子，最终对殷宗泽模型进行了修正。研究结果表明：生物酶能有效地提高改良膨胀土的力学性能，修正殷宗泽模型能够很好地描述生物酶改良膨胀土的土体本构关系。对比修正殷宗泽模型的理论计算值与试验值，两者具有很高的吻合度，且修正殷宗泽模型的参数确定方法与殷宗泽模型参数确定方法相同。

为研究冻融作用下砂岩孔隙结构损伤特征，选取5个岩样进行100次冻融循环试验，并采用核磁共振技术对砂岩孔隙结构进行测试，得到了冻融作用下砂岩的核磁共振弛豫时间T2谱分布、孔隙度等细观结构特征。根据孔隙的孔径分布特征，按孔径尺寸划分为小孔隙、中孔隙、大孔隙3类，并采用扩散双电层理论对不同尺寸孔隙水分布规律进行了分析。结果表明：随着冻融循环次数增加，核磁共振T2分布右移，砂岩的孔隙度增大；同时，水?岩作用导致部分矿物质溶解在孔隙水中，使得孔隙水中离子浓度升高，导致岩石内部产生大量的次生孔隙。随着孔径尺寸的增加，孔隙中的束缚水含量逐渐减少，且小孔隙的束缚水含量远远大于大孔隙；在低温冻结时，自由水先于束缚水结冰，小孔隙束缚水离子浓度的增长幅度小于大孔隙，进而产生了离子浓度差，使得小孔隙中的水分子向大孔隙迁移，造成小孔隙的损伤速率远小于大孔隙。因此，小孔隙在水?岩作用与冻胀压力的作用下不断发育，大孔隙则在冻胀压力下快速扩张、发育，直至岩样发生宏观破坏。

针对真空预压条件下竖井地基固结问题，考虑竖井地基扰动区土体径向渗透系数变化的3种模式（扰动区渗透系数为常数、线性变化、抛物线变化）和竖井井阻随时间变化等因素影响；建立数学计算模型，采用解析解法，推导了考虑径向渗透系数因施工扰动而变化的真空预压竖井地基固结问题的解析解。基于此解，编制了计算程序，绘制出了考虑扰动区土体径向渗透系数变化和竖井井阻随时间变化影响的真空预压竖井地基固结曲线图。研究表明：井阻变化率对固结速率有较大影响；在土体扰动区径向渗透系数变化的3种模式中，渗透系数为抛物线变化时固结速率最快，渗透系数为线性时次之，渗透系数为常数时固结速率最慢。

微生物诱导碳酸盐沉积（MICP）技术主要利用微生物生命活动与环境反应形成的碳酸盐来修复岩土体。为了研究该技术改善含裂隙岩石防渗性能和强度的效果，利用巴氏芽孢杆菌开展了裂隙黄砂岩的修复试验，并对修复后的裂隙黄砂岩进行了无侧限抗压、核磁共振和电镜扫描（SEM）等测试，分析了巴氏芽孢杆菌对裂隙黄砂岩的修复效果和修复机制。研究表明：巴氏芽孢杆菌对裂隙黄砂岩具有较好的修复效果；修复时间越长，巴氏芽孢杆菌的修复效果越好。修复42 d后，裂隙黄砂岩的孔隙率下降36.41%，防渗性能提升94.62%，抗压强度增加30.52%。巴氏芽孢杆菌具有较好修复效果原因在于，其诱导产生的碳酸钙能够胶结填充物与试样，大幅降低试样的孔隙率，改善其内部孔隙结构的均质性。

坍塌是山岭隧道施工过程中主要灾害之一。由于影响坍塌的因素众多，且各因素所占的权重差异较大，甚至有些因素是不必要或冗余的。目前常用的评价方法不但未对这些不必要或冗余的因素进行筛选，而且权重的确定过于依赖专家经验和主观赋值，导致风险评价结果精度低、可靠性差。基于此，应用粗糙集理论在数据挖掘、指标筛选和重要性计算方面的优势，将山岭隧道坍塌风险评价构建为粗糙集的决策信息表。但工程试验发现，基于传统依赖度的属性约简及权重计算不能满足要求，存在计算权重为0或约简结果过多，无法取舍的问题。针对以上问题，提出了一种基于条件信息熵的计算方法，该方法将条件信息熵引入到属性重要度和权重的定义中，同时以最重要的条件属性为起点，逐步增添属性，实现属性约简。所建立的方法既能从大量影响因素中，提取出主要影响因素，剔除相对冗余或不重要的因素；同时又能计算得到各因素的客观权重。最后结合模糊综合评价法，建立了基于粗糙集条件信息熵的山岭隧道坍塌风险评价模型，并成功应用于秀村隧道中，表明该模型可靠、实用，为山岭隧道坍塌风险评价提供一条新的研究思路。

白鹤滩水电站层间错动带结构松散、水理性质不良、力学性质差且延展范围广，是地下空间围岩体中的弱结构面，控制围岩体的变形破坏。在大量地质勘探及室内试验研究资料基础上，将白鹤滩工程区的层间错动带划分为节理带、劈理带和泥化带，有利于其力学特性的研究；在分类的基础之上，研究了C2、C4层间错动带中不同带区的形成模式、宏微观结构特征、矿物成分、水理性质以及剪切力学特性等主要工程地质问题，认为白鹤滩层间错动带主要是构造成因，不同带区在黏土矿物含量、微观结构以及水理性质等方面差异明显，错动带的剪切位移曲线整体呈理想弹塑性特征；分析了施工期层间错动带的地质特性对工程岩体的影响，含层间错动带围岩体主要存在3种破坏形式：块体塌落、剪切滑移与渗透破坏。

能量桩兼具承担上部荷载和传递浅层地温能双重功能，能量桩的换热与承载特性逐渐成为广大工程技术人员关注的重点问题。然而，针对桩?筏基础中能量桩的热?力耦合特性的现场实测资料仍相对较少。提出将桩基完整性检测中的声测管底端连接贯通，作为能量桩的换热管，形成新型能量桩埋管形式；在桩?筏基础中能量桩运行状态下，开展桩?筏基础热力响应特性、能量桩对筏板应力影响的现场试验，实测获得桩身温度、桩身应力及筏板应力变化规律。研究结果表明，该试验条件下，能量桩（1U埋管、有效深度为12.8 m、桩顶埋深为5.5 m）的换热效率约为80～90 W/m；无上部荷载、能量桩加热状态下，筏板上边缘呈现出一定的拉应力，值得工程技术人员关注。

隧道锚作为悬索桥相对新型的锚固形式，对其理论和实践认知都还比较欠缺。首先从抗拔承载安全和锚碇变形控制两方面归纳了当前隧道锚工程普遍采用的安全控制指标；然后分别总结了隧道锚承载能力和变形特征的研究方法；对项目团队20年来针对10余个隧道锚工程所开展的专题研究成果进行总结，得出目前已建和在建隧道锚在主缆数万吨级荷载下的变形普遍为mm级、隧道锚的超载稳定性系数普遍大于7的结论，说明目前已建和在建隧道锚存在较大安全裕度，隧道锚设计还存在一定优化空间；同时指出目前规范建议的隧道锚变形控制标准是基于桥梁结构提出的，没有考虑锚体自身及围岩等材料对变形的限制要求；总结出隧道锚承载能力主要是锚体混凝土及围岩系统的承载能力，没有考虑钢绞线材料强度等其他可能控制锚碇系统承载能力的因素。研究结论具有其特定条件和适用范围，后续对隧道锚系统的承载机制等科学问题还有待进一步研究。

滑坡进入蠕动变形阶段之后，往往难以及时开展勘察治理工作，合理的临灾预警是有效减少滑坡灾害损失的重要手段。首先确定降雨诱发“阶跃型”滑坡的预警关键判据为前期降雨、当次降雨、位移速率，并引入“一个降雨过程”定义滑坡监测的降雨区间，将预警过程分为当次降雨和前期降雨+当次降雨两种模式。然后运用最小二乘法确定滑坡“阶跃”变形曲线上的“破坏拐点”和“稳定拐点”用以确定变形加速区间，以此求解前期降雨、当次降雨以及移速率阈值。最后以王家坡滑坡为例，设计了两种模式下的5级递进式分级预警模型。研究表明：（1）前期降雨与当次降雨组成“一个降雨过程”的时间间隔为7 d；（2）王家坡滑坡的位移速率阈值为20 mm/d；（3）前期降雨+当次降雨模式下王家坡滑坡的前期降雨、当次降雨阈值分别为10、15 mm，当次降雨模式下王家坡滑坡的降雨阈值为25 mm。

以国道317线雀儿山隧道为工程依托，进行了隧道洞口冰碛地层的冻胀力原位测试，同时结合数值模拟、理论模型计算等方法，得到了冻融圈厚度、冻胀压力以及冻结前后衬砌结构内外测的应力。在此基础上，计算得到了衬砌结构的轴力、弯矩分布和变化规律，并与已有研究结果进行了比较分析。研究结果表明：寒区隧道洞口段冰碛地层作为高原常见季冻土受低温影响显著，低温持续22 h时冻融圈厚度达2 m左右；采用隧道冻胀力计算模型计算得到的冻胀压力在19.8～158.3 kPa之间，原位测试的冻胀压力在40～240 kPa之间，其中拱脚处最小，仰拱处最大；冰碛地层冻结前后的衬砌结构内侧、外侧应力各自具有复杂的变化和分布规律，冻结状态下衬砌结构轴力呈“扇”形分布，弯矩呈“蝶”形分布。与相关研究成果比较分析表明，现场采用的原位测试方法合理，结果更准确。

液化临界值与砂层深度的关系是液化判别方法的基本表征，但对比分析表明，现有液化判别方法的临界曲线有不同的表现模式，甚至定性相反。以Seed-Idriss模型为基础，推导出了砂层埋深对液化势影响的理论解答，提出了砂层埋深与液化临界值的普遍关系，得到了液化判别临界曲线的变化模式和一般规律。结果表明：一般而言，随砂层深度增加，水平地震剪应力和土体抗液化强度同时增大，但前者增大速率大于后者，液化势及液化临界值与砂层深度呈正相关关系；液化临界值与砂层深度呈非线性递增关系，浅埋处饱和砂层液化势递增较为剧烈，深埋处趋于平缓；我国规范CPT液化判别公式的液化临界值与砂层深度呈递减关系，存在定性错误，需要纠正；现有一些液化判别公式中，液化临界值与砂层深度呈线性递增关系，定性正确但模型需要改进。所得结果可为液化判别方法正确发展提供理论基础和借鉴。

桩?土剪切位移对桩基负摩阻力发展有重要的影响。在既有研究的基础上，通过桩周土体沉降与桩身应变的监测结果建立了计算桩?土剪切位移量的方法。利用该方法对浅中层桩?土监测数据进行分析，确定了在桩顶自由条件下该试验场地桩?土剪切位移量在4～5 mm；对于深层桩?土没有达到该剪切位移量，负摩阻力则无法发挥至极值。根据负摩阻力的发挥特征，改进了规范中嵌岩桩负摩阻力的计算方法，该方法同时考虑了桩周土竖向有效应力与桩土剪切位移的影响。使用该方法计算的负摩阻力与实测结果较为吻合，获得的下拉荷载能够达到安全与经济的效果，可供工程设计参考、借鉴。

以某高速公路下穿京沪高铁工程为例，提出一种基于“卸载?加载平衡”理念的压重顶进框构方案，并对高铁桥墩变形及控制技术进行研究。结果表明，高速公路在高铁桥下开挖10 m深，开挖体量近10万方。采用压重顶进框构方案，施工中边顶进、边监测、边通过框顶堆土、桥下堆土、框内留土等措施加载压重，可有效控制高铁的隆起变形。在通车运营3个月后，高铁相邻桥墩累计最大差异沉降为2.7 mm，距离规范限值留有46%的余量，满足规范要求。轨检表明，无砟轨道平顺性满足运营要求。对比分析表明，数值模型中粉质黏土压缩模量可采用P0～P0 + 100 kPa（P0为土体自重应力）应力区间对应的模量值，卸载模量可取为压缩模量的3～5倍。

高放废物处置库中乏燃料持续释放的热量对围岩的应力场和渗流场及其长期稳定性具有重要影响。围岩的热学参数依赖于岩石矿物组成、孔隙率和孔隙流体等因素，准确取值是进行高放废物地质处置库多场耦合分析的前提。通过细观力学分析，建立了围岩等效热学参数（热容、热传导系数、热膨胀系数）取值方法，并基于Biot孔隙介质理论，建立应力?温度?渗流三场耦合模型，进而提出了高放废物处置库围岩应力?渗流?温度耦合数值模拟方法。最后通过COMSOL Multiphysics多场耦合软件，利用瑞士Mont Terri高放废物地下试验室围岩温度?渗流?应力多场耦合现场试验数据对数值模拟方法进行验证，并探讨了温度?渗流?应力耦合过程的演化规律。研究表明，模拟结果和试验值吻合良好。研究结果可为我国高放废物处置库的安全评估和选址提供科学依据。

为了研究马蹄形隧道在高速列车振动荷载作用下的动力响应特性，采用模型试验与数值模拟相结合的方法，以时域、频域分析为基础，采用频率响应函数和峰值振动加速度作为评价指标，分析了列车时速分别为300 km/h和350 km/h的单点振动荷载作用下的隧道结构动力响应规律。通过FLAC3D计算软件建立三维数值模型，研究了高速列车移动荷载作用下隧道结构的动力响应特性。研究结果表明：在列车振动全频域扫频荷载作用下，隧道结构内部的动力响应不是沿隧道环向逐渐衰减，而是仰拱到拱脚处的响应出现一定的衰减，但拱腰到拱顶处却呈现出增大趋势；在40～200 Hz频率范围内，圆形断面隧道结构的动力响应小于马蹄形断面隧道结构的动力响应，平均差值约为3.8 dB，表明隧道的断面形状对其结构的动力响应影响较大，在设计时应予以考虑；在列车移动荷载作用下，各监测点的加速度响应表现出明显的周期效应，列车经过时动力响应显著增大；移动荷载作用下隧道结构的峰值振动加速度较单点振动荷载作用下均有不同程度的增加，因此在研究列车振动荷载诱发的动力响应特性时应考虑列车的移动效应。

基于近场波动有限元方法并结合黏弹性人工边界条件，针对3D断层场地，通过求解等效二维场地地震响应，从而获得3D场地地震动输入的自由场响应，并将自由场响应转化为3D模型边界面上的等效节点力，从而建立含断层3D场地P波入射的倾斜输入方法。自由场算例验证所提方法具有较好精度，进而基于建立的输入方法，开展了跨断层隧道地震响应的数值模拟研究。数值模拟结果表明：在P波作用下，隧道跨断层部位处于拉、压、剪切的复杂受力状态，且断层处的隧道衬砌地震响应明显大于其他部位的地震响应；围岩的力学性质与断层的力学性质相差越大，断层处衬砌的地震响应放大越明显；断层处衬砌地震响应随断层深度的增加而增加。另外，跨断层隧道的地震响应受P波入射角度的影响较大，随P波入射角度的增加，断层处隧道衬砌的轴力、弯矩先增加后减小，而剪力具有逐渐减小的规律。

地铁列车进、出站引起的土层振动是一种振源特性丰富且复杂的特殊振动。为了研究地铁进、出站时引起土层振动差异性和空间振动特性，首先将地铁进、出站过程中变速移动的振源简化成振动频率、车离站相对位置及行驶位置不断变化的柱面振源。基于波动原理，采用波函数展开法建立空间振源在土层内的波动场表达式；利用反射定律推导不同波型反射波的传播方向，再根据Graf加法公式以及贝塞尔函数的变换特性将波场表达式转换到统一坐标系下，利用大圆弧地表的边界条件求解不同振源位置下的待定波场系数；最后根据频域内振动叠加原理，确立在整个列车进、出站过程中变速移动振源的总波动场。通过比较计算得到的列车进、出站时地表振动频谱和实测地表频谱特性，验证柱面振源的有效性，发现进、出站引起的地表振动低频特性更明显。参数分析表明，启动最大加速度和制动初速度的增加都将使地表竖向振动响应增大。

常用的确定岩土力学参数的方法有原位测试和室内试验两种，但都存在一定的局限性，参数选择的合理与否，对设计计算及数值模拟分析结果的有效性影响很大。支持向量机法在理论基础和求解算法方面都具有明显优势，为确保岩土力学参数取值的合理性，采用支持向量机法对岩土力学参数进行反演。先通过小波分析理论构造出支持向量机的核函数，再用粒子群算法（PSO）分别优化Morlet小波、Mexico小波和RBF函数的支持向量机模型参数，通过小波支持向量机模型建立反演参数与沉降值间的非线性映射关系。根据正交试验和均匀试验对需反演的岩土力学参数进行设计，结合有限元软件进行计算分析，得到学习样本和测试样本。分别采用Morlet小波、Mexico小波和RBF函数得出的预测结果和原始数据进行对比分析，发现采用Morlet小波核函数预测效果更佳。使用Morlet小波核函数预测的参数输入到Midas模型中计算建筑物最终沉降量，比较计算值与实际监测值，其相对误差不超过8.1%。研究结果表明，该方法在岩土工程参数的反演中具有良好的应用价值，对今后岩土力学参数的确定及校核提供了一种新方法。

对交叉裂隙渗流传质特性的定量描述是研究整个裂隙网络渗透传质特性的基础。为真实模拟水流及溶质在三维交叉裂隙中的运移过程，首先通过三维轮廓仪获取天然岩石裂隙表面的形貌数据，再应用三维重构技术生成相应的三维交叉裂隙模型，随后求解Navier-Stokes方程，假定溶质运移满足Fick定律，模拟水流和溶质在三维交叉裂隙中的运移过程。通过对比粗糙裂隙模型与平行平板模型的模拟结果发现：粗糙度对流体的分布及流动状态存在显著的影响；不同进、出口工况下的流体流动及溶质运移状态亦表明：裂隙交叉的几何形貌会显著地影响溶质混合行为。这些结果表明，目前被广泛采用的平行平板模型在评估岩体内特别是交叉口的物质运移特性时将导致较大的偏差，在将来的研究中有必要针对裂隙交叉口的几何特征建立修正的模型以提高评估的准确性。

颗粒模型的不确定性（颗粒形状、大小及空间分布等）严重影响岩石（体）数值模拟结果的可靠性与合理性。基于UDEC软件中的Voronoi颗粒模型，提出了两种Trigon颗粒模型的建立方法并通过软件自带的FISH语言实现。同时，深入分析了单轴压缩条件下颗粒形状、迭代次数（颗粒大小）和随机种子数（颗粒空间分布）对煤岩试样宏观力学行为及其破坏模式的影响。研究结果表明，迭代次数和随机种子数对煤岩单轴抗压强度及其变形特性的影响与颗粒形状相关：对于Trigon颗粒模型，两者影响程度相当；对于Voronoi颗粒模型，随机种子数的影响明显大于迭代次数。煤岩试样破坏过程中产生的微裂纹类型、数量及其发展规律主要受颗粒形状的影响，而受迭代次数和随机种子数的影响不大。岩石试样的破坏模式同时受颗粒形状、迭代次数和随机种子数的影响。因此，真实考虑岩石（体）组成物质的颗粒形状、大小及其空间分布，可有效提高颗粒模型数值模拟的真实性与可靠性。

微震监测获取的数据中通常混有大量的非岩石破裂信号，该类信号目前主要通过人工经验进行识别与滤除，这消耗了大量的宝贵时间，严重影响灾害的防治和救援效率。对大量微震信号进行分析，发现STA/LTA算法在信号实时触发后能大致表征波形振幅和频率的变化，岩石破裂信号和非岩石破裂信号在延迟位置处R值具有差异性。基于此，提出了岩石破裂微震信号实时识别算法。新算法应用到白鹤滩水电站地下厂房、红透山和阿舍勒铜矿深部采场3个工程，岩石破裂事件识别的准确率分别是85.98%、92.45%和91.06%，非岩石破裂事件滤除的准确率分别是72.06%、83.11%和49.87%。该算法使基于岩石破裂微震信息的岩石工程灾害自动分析与预警成为可能，具有重要意义。

准确的微震定位方法是微震监测技术进行岩体稳定性分析的基础，而初至波走时计算方法是决定微震定位精度重要因素之一。引入一种由快速行进法(fast marching methods, FMM)与线性插值射线追踪法(LTI ray tracing)改进而来的线性插值算法，实现了在复杂岩体中相对准确的微震初至走时计算，并在均一速度模型和Marmousi模型中得到了验证。在此基础上，采用常微分方程数值算法中的单步高精度Runge-Kutta法，得到了震源点和传感器之间的射线路径，并在分层和带空洞的岩体模型中验证了其合理性。选取最小二乘法为目标函数，通过寻找目标函数值最小的方式来获得最优节点实现微震定位。在所建立的加入地下硐室的Marmousi岩体模型中，对于预设震源点的定位结果误差分别为1.41、1.00、2.83、1.41、1.41 m，验证了所提方法在复杂岩体速度模型中能够实现较准确的微震定位，为进一步提高工程岩体的微震定位精度提供了新思路。