为了分析剪切条件下零有效应力状态砂土的流动变形规律，对传统环剪仪进行了试样可视化改造，研制了透明环形剪切盒，通过对剪切盒膨胀性能分析及与标准砂的剪切试验对比，验证了环剪装置改造的合理性。通过分析不排水条件下饱和悬浮塑料砂的剪应力-应变曲线，发现其剪切强度具有应变软化的特性。通过分析环剪仪中饱和悬浮塑料砂试样的有效应力，证实了可视环剪试验中的土体基本处于零有效应力状态。开展了饱和悬浮塑料砂的流动变形可视环剪试验研究，结果表明：饱和悬浮塑料砂在固结不排水条件下剪切变形不连续，直接在剪切面发生断裂；在不固结不排水的条件下饱和悬浮塑料砂的剪切变形表现出流动形态，且与剪切速率有关：在低剪切速率下，剪切变形仅在剪切面处形成具有曲线轨迹的流动变形而在其他区域不发生变形；而在高剪切速率下剪切变形为整体的倾斜变形，符合黏性流体的流动变形特征。

根系空间分布形态对含根复合土体抗剪强度影响显著。近年来快速发展的透明土试验技术为非嵌入式可视化观测植物根系分布形态提供了技术支撑。基于Carbopol Ultrez 10制配成透明黏土材料，开展高羊茅、香根草两种植物根系生长过程中的分布形态观测研究；并与植物在天然砂土与天然黏土中的根系生长长度进行对比分析。继而，开展高羊茅植物根系分别在水平、竖直、倾斜、相交及混合等分布形态下含根复合土体的十字板剪切试验，探讨最优含根量、根系增强效应系数以及表层加筋效应等问题。试验结果表明，透明黏土材料中最优含根量约为0.35%，混合分布形态下根系增强效应最明显，根系增强效应系数约为1.4～1.5。

通过离心试验产生的渗透压力对试样进行模拟，开展单轴压缩力学试验来研究渗透力对充填体力学特性的影响，且对充填体试样的变形特性随渗透压力变化的规律进行讨论。研究结果表明，随着渗透力增大，试样应力-应变曲线压密阶段的区间先减小后增大，弹性阶段的区间缩小，屈服阶段不明显。试验过程从低渗透压力到高渗透压力，试样的破坏模式依次表现为拉伸破坏、剪切破坏，且产生的裂纹数目增多，形态趋于复杂。在力学试验的基础上，考虑到试样压密阶段的应力-应变关系，建立不同渗透力的充填体试样损伤软化本构模型。验证结果显示，理论曲线和试验曲线高度吻合，该本构模型适用于分析不同渗透力的充填体单轴压缩力学问题。该研究为超重力离心模拟和地下渗流试验开展提供参考。

钙质砂是一种海洋生物成因的特殊岩土介质，其颗粒形态与基本性质较一般陆源砂有很大的不同。一方面通过钙质砂及石英砂的显微镜三维成像试验，对比研究了钙质砂的三维颗粒形态特征。发现相比石英砂，钙质砂颗粒棱角更显著，轮廓趋于扁平。另一方面，对两砂进行一维压缩试验，分析了各粒组含量对钙质砂压缩特性的影响规律，并利用三维形态分析从细观上解释了钙质砂的压缩宏观特性。发现相同级配、密实度下，钙质砂的压缩性比石英砂高约60%～160%（以av1-2表征），且粗粒组（5～1 mm）含量对钙质砂的压缩性影响最为显著；当粗粒组含量<25%，中、细粒组质量比值M一定时，存在最劣粗粒含量使钙质砂压缩性最大，且该值随着M的增大而减小，并提出了一个经验公式。

陈化的钢渣作为土工回填材料是废弃钢渣循环利用的主要途径之一。按土的工程分类方法，将废弃钢渣划分为砾钢渣、粗钢渣和细钢渣。针对砾钢渣，考虑固结应力比、振动频率、围压和含砾量等影响因素开展动三轴试验研究。分析了砾钢渣的应力、应变和动孔隙水压力的特性，分析了砾钢渣试样的动强度与振动次数、动应变与振动次数、孔隙水压力与振动次数和动应力与动应变关系。采用Seed和Finn提出的饱和砂土动孔压计算模型分析砾钢渣的动孔压曲线类型，并与传统砂砾土的抗液化强度进行比较。得出砾钢渣的抗液化特性较好，工程中可以用砾钢渣替代传统的砂土、砂砾土、砂砾料和砂卵石作为回填料，解决砂砾资源日渐短缺的问题。

为了研究循环载荷下岩石能量演化特征，引入耗能比?，开展砂岩不同围压下轴向循环加卸载试验，探究全应力-应变过程中?值演化特征，进而探讨岩石试样循环加卸载作用下损伤变形演化规律。试验结果表明：对应全应力-应变曲线的5个阶段，?值演化过程可划分为线性下降、稳定发展、缓慢增加、突然增加和平缓变化5个阶段，在?值整个演化过程呈现“勺”演化特征，该特征充分反映了试样变形演化过程中的能量转化关系及损伤演化程度；随着围压的增大，?值整体呈现减小趋势；同一应变水平下，不同围压下?值在线性下降阶段、稳定发展阶段差值逐渐减小，在缓慢增加阶段、突然增加阶段差值逐渐增大，在平缓变化阶段差值减小并趋于一个稳定值；分析循环加载下岩石材料参数演化特征，考虑围压作用及耗能比演化规律，建立岩石试样循环加卸载作用下的应力-应变演化理论公式，并进行了试验曲线拟合，验证了该理论公式的合理性。

利用GDS三轴试验系统，对南阳原状膨胀土进行了3种卸荷速率下的固结不排水三轴剪切试验，分析了卸荷速率和卸荷路径对膨胀土剪切力学特性的影响。结果表明，膨胀土在不同卸荷速率下的归一化应力-应变关系曲线均呈双曲线型。卸荷速率由0.02 kPa/min增加至2 kPa/min时，被动压缩路径和被动挤伸路径下的膨胀土不排水强度单调增大。在160～320 kPa固结应力范围内，两种卸荷路径下膨胀土孔隙水压力始终为负值，均表现为卸荷速率为0.02 kPa/min时其降幅最大。引入卸荷速率参数ρ0.02后发现，卸荷速率每提高10倍，被动压缩路径和被动挤伸路径下的不排水强度分别增加约5.6%和4.8%。原状膨胀土样的破坏模式与剪切速率及裂隙性有关，表现为小卸荷速率下主剪切带与副剪切带共存，而大卸荷速率下仅有主剪切带。

开展了含上部黏土层、饱和砂土层、密实砂土层的可液化自由场地在水平地震动激励下的大型振动台模型试验研究，分析了地震动激励时饱和砂土液化后场地加速度、位移、孔压比时空响应等动力响应。试验结果表明：在小震激励时，场地动力反应较小，加速度反应自下而上不断放大，各深度处孔压比均较小，模型地基整体处于弹性反应阶段；0.3g汶川地震卧龙台地震记录输入时，孔压积累迅速，可液化土体最上部土层孔压比达到1，饱和土体液化，模型地基表现出明显的非线性反应特征，加速度反应在饱和砂土层中未有明显放大，土体卓越周期对应的反应加速度自下而上有不断增大趋势。该研究是土-群桩-上部结构体系大型振动台系列试验中可液化自由场动力反应部分，可供今后做对比分析和验证数值模拟参考。

下部扩大段复合桩是一种新型抗拔桩，采用理论分析与现场试验相结合的方法，分析了下部扩大段复合桩抗拔作用机制，提出了该桩型单桩抗拔承载力理论模型及计算参数。结果表明：在一定上覆土层厚度条件下，下部扩大段桩侧阻力受到上端阻力作用的影响得到增强，试验条件下采用经验参数法进行计算时的发挥系数可达1.6；上部非扩大段抗拔承载力受到扩大段上端阻力的影响得到减弱，发挥度有所降低；上部非扩大段桩径相对扩大段较小时，仅可考虑扩大段桩侧阻力和上端阻力进行下部扩大复合桩抗拔承载力计算；通过与试验对比，验证了模型和理论方法的可靠性、实用性。该研究成果可供工程设计参考。

利用应力控制式静力三轴仪，采用干装法和湿装法制备相对密实度50%的饱和粉砂试样，在平均主应力增大（CTC）、不变（TC）、减小（RTC）3种应力路径条件下进行了固结排水剪切试验（CD试验），获得了应力-应变关系、体应变规律以及抗剪强度指标。探讨了实验室常用的干装和湿装两种成样方法对于饱和粉砂试样的不同应力路径的试验结果的影响。试验结果表明：在3种应力路径条件下，干装样均呈应变软化和剪胀现象，而湿装样基本呈应变硬化和剪缩现象；干装样的主应力差峰值均大于湿装样，主应力差峰值的差异最大的是CTC路径；干装法制备试样在RTC路径的剪胀性最强，TC路径次之，CTC路径最弱；干装样的有效内摩擦角均明显高于湿装样；成样方法相同时，CTC路径与RTC路径获得的有效内摩擦角非常接近，TC路径与RTC路径获得的有效内摩擦角亦比较接近。应力路径对试样的有效内摩擦角的影响远小于成样方法的影响。

研究不同渗流边界条件下粉砂边坡的稳定特性对滑坡安全评价及防灾减灾具有重要意义。开发研制了室内边坡模型试验系统，分别进行了在上部边界入渗、侧向边界入渗和底部边界入渗的边坡失稳模型试验。分析了各试验中边坡内部不同位置体积含水率、孔隙水压力和基质吸力的变化规律以及坡体破坏过程。结果表明，不同入渗边界条件下边坡土体局部由非饱和变为饱和状态，基质吸力消失，最后在坡面形成不稳定区域塌落破坏。上部边界入渗、侧向边界入渗和底部边界入渗所引起的破坏模式根据其特点可分为局部浅层破坏、多级后退式破坏和坡面滑动破坏。通过监测边坡不同位置的体积含水率，可以为渗流引发的边坡失稳预警机制提供参考依据。

橡胶质轻、耐磨、渗透性好、减振性能优良，橡胶颗粒与砂土混合作为土工填料可被用于边坡、路基和垃圾填埋场中。通过室内动三轴试验研究了不同橡胶含量混合土的动强度特性及动孔压发展特性。结果表明：橡胶质量含量越高，混合土的抗液化强度越高，且混合土的液化强度曲线符合乘幂函数关系；考虑橡胶质量含量的影响，得到了归一化混合土液化强度曲线；初始应力比和橡胶含量对混合土动孔压比发展具有明显影响，建立了不同试验条件下动孔压比发展模型。试验发现，当初始动应力比超过0.4时，10%橡胶含量的混合土出现明显橡胶颗粒向上迁移现象。基于颗粒细观接触和颗粒运动状态，揭示了橡胶颗粒迁移机制。

微观土颗粒及孔隙分布的非均匀性及由此引起的瓶颈效应是造成非饱和土土?水特征曲线（SWCC）滞后效应的主要原因。引入分形理论，考虑非饱和土孔径及渗流路径的微观分形特性，提出了一个用于描述水在非饱和土中渗流的毛细管模型。模型中将非饱和土孔隙简化为一系列具有不同孔径大小的毛细弯管，其孔径大小及弯曲程度假定服从分形规律。在此基础上，推导得了非饱和土的吸湿与脱湿过程的饱和度Se?水头高度h来描述土?水特征曲线滞后效应的特征方程以及饱和度Se?相对水力传导系数Kr特征方程。与室内观测结果及已有研究的对比表明，该模型相比以往方法，可更好地模拟非饱和土土?水特征曲线的滞后效应。对非饱和土吸湿与脱湿过程滞后效应的本质进行了对比分析，揭示了滞后效应产生的根本原因在于土体中流通孔隙大小的非均匀性。

开展硬塑－流塑浅埋黄土隧道室内大型三维YTLH岩土联合地质模型试验，对比分析了硬塑、软塑、流塑3种状态，12 m和24 m两种埋深下的围岩内部位移、预收敛变形、掌子面挤出位移和径向围岩压力。结果表明：硬塑、软塑和流塑条件下围岩内部位移差率均呈现出“拱顶极小、两侧边墙极大”的特征，拱顶位移差率小于20%、两侧边墙位移差率大于91%；拱顶设计4.5 m长锚杆抗拉效果甚微，边墙围岩内部位移差利于锚杆抗拉效应的充分发挥；硬塑、软塑、流塑预收敛率分别接近65%、70%、80%，开挖对掌子面前方影响范围分别为0.5D、0.6D、0.8D，且呈现出直立型、鼓出型、滑塌型不同失稳破坏模式；应力释放率关系为硬塑<软塑<流塑，软流塑态拱顶应力释放率最大约70%，实际工程应避免软流塑态瞬时应力释放过渡而失稳。双线浅埋黄土隧道合理预留变形量建议取值：硬塑（拱顶55～70 mm、边墙15～20 mm），软塑（拱顶166～180 mm、边墙40～50 mm），流塑（拱顶290～300 mm、边墙125～140 mm），且拱顶和边墙之间按曲线过渡非等量留设。

随着地下空间开发利用的立体式发展，地下近接工程中结构相互作用问题日益突显。针对盾构隧道下穿既有挤土桩问题，提出了基于岩土介质小孔扩张（收缩）理论的分析方法。通过基于统一砂黏土本构模型和大应变假设推导的小孔扩张-收缩排水解析解，建立了隧-桩相互作用力学模型；提出了隧道开挖影响下桩基的承载力衰减因子，并采用荷载-沉降曲线预测了桩基沉降。由分析结果可知，隧道地层损失引起的桩侧承载力减小、桩端承载力减小和桩端刚度损失，三者共同作用促使桩基发生沉降失稳，并提出了桩基的承载力控制准则、稳定控制准则和变形控制准则。此外，研究得到了桩基失稳时隧道地层损失与各因素之间的相关关系。其结果为揭示隧道与邻近结构相互作用机制、保障地下结构稳定性提供了有效的分析手段和必要的理论依据。

为探究压实黄土Q2在溶滤作用下可溶盐对强度的影响，开展了12种应力组合的溶滤试验，测定了不同溶滤时长的离子浓度、可溶盐量与极限正应力。试验结果表明，各离子浓度、可溶盐量及极限正应力均具阶段性减少的特点。应力组合中，溶滤应力水平s影响离子和可溶盐变化曲线的形式及滞后性， 影响溶盐曲线的平滑度，而最终溶盐残余量与s和 均呈正相关。为衡量不同 时的溶盐溶解差异，定义了平均差异性指标 ，其值与s呈正比。为评价溶滤进程，将各溶滤阶段溶盐相对变化量定义为溶盐比 ，其值小于1%时判定溶滤进程结束。在强度方面，极限正应力 随相对可溶盐量 的减少而减小，s决定弱化初期的剧烈程度，不同围压时 值的差异性随s的增大而减弱。 的这3种弱化特性表明，溶滤变形及强度弱化是可溶盐和应力组合共同作用的结果。最后，建立了考虑可溶盐与应力组合影响的强度弱化公式。

我国是一个地震多发国家。微型桩组合结构作为一种新型柔性支护结构，研究其在地震作用下对土质边坡的支护作用成为了一个意义重大的问题。为此，通过大型振动台试验，以混合加载的方式，研究了微型桩组合结构在加固土质边坡中的动力学特性。试验结果表明：微型桩组合结构在地震作用下对土质边坡的加固达到了理想的结果；加载时随着El波加速度峰值的不断增大，前、后排微型桩桩身加速度峰值及桩身动土压力随之不断增大；随着输入的El-Centro波动峰值加速度的增大，测点动土压力响应效应也越显著；微型桩滑面上、下1/3位置、悬臂端顶部及锚固段底部处，动土压力及加速度常常达到最大值，在实际工程设计及应用中应重点关注这些位置。该研究结果可以为同类地区治理类似滑坡提供抗震设计支撑。

Q3黄土在我国西北地区分布广泛，且大部分都具有显著的结构性。随着国家“一带一路”倡议的不断向前推进，作为丝路沿线的西北黄土分布地区将迎来新的建设大潮。黄土的结构变形特性非常复杂，深入研究黄土在压缩、剪切条件下的结构损伤变形特性，并依此构建黄土的本构关系在理论研究及现场工程应用中具有非常重要的意义。通过对黄土进行均等压缩试验及三轴剪切试验，基于损伤力学思想，提出黄土结构在均等压缩条件下的平均正应力损伤比，在剪切条件下的平均正应力损伤比及偏应力损伤比。根据弹性、塑性应变确定塑性势线，进而确定其屈服函数；将确定的黄土结构损伤比引入到屈服函数中，得到一定结构损伤时黄土的屈服函数表达式；验证了选取塑性体应变作为本构模型硬化参量的合理性；根据硬化参量与相关试验参数的联系，推导出结构性黄土在压剪条件下的损伤本构模型。经过实测应力-应变曲线与本构模型推算得到的应力-应变曲线对比可知，所建立的本构模型可以较好地反映黄土在压剪条件下结构损伤演化变形过程，具有较好的工程应用前景。

珊瑚砂砾是一种由死亡的珊瑚、贝类等遗骸经过了漫长的物理与化学风化作用形成的一种特殊岩土介质。珊瑚砂砾颗粒具有易破碎的特点，其细观结构对岛礁地基的宏观力学性能有着重大影响，而砂土颗粒形貌的定量化一直是未能很好解决的技术难题。利用PartAn颗粒形貌观测系统可对同一砂土颗粒的多角度下投影图像进行研究，并通过多种参数对砂土颗粒的形貌进行评估，进而精确区分珊瑚砂砾中枝状、棒状、片状、块状颗粒的形貌特征，适用于不同形状砂砾材料的大量样本的快速测量。同时所得测试数据也可作为数值模拟的基础数据库，为随机生成不规则颗粒的手段提供了数据资源支撑。试验中对17万个单独颗粒进行了形貌量化分析，所得数据库量大，具有较高的统计可信度，同时免除了试验前人工挑选试样所带来的人为因素的干扰影响。所得珊瑚砂砾分形数据具有较高真实度，可为珊瑚砂砾在荷载作用下颗粒破碎的定量化提供可靠方法。

为探讨化学腐蚀-冻融综合作用对岩石损伤蠕变特性的影响规律，选取大东山隧道石英岩和石英砂岩开展研究。将岩石试件在不同化学溶液中经历不同冻融循环次数后，采用电镜扫描对岩石表面细观特征进行分析。并开展岩石三轴蠕变试验，分析化学腐蚀-冻融综合作用对岩石瞬时应变、蠕变应变、蠕变速率和长期强度等参数的影响规律。研究结果表明：化学腐蚀-冻融综合作用导致岩石发生损伤，岩石损伤程度随着冻融循环次数的增加而增大，化学腐蚀影响程度由大到小依次为HCl溶液、NaOH溶液和NaCl溶液；岩石各蠕变力学参数随着冻融次数和溶液环境的改变而明显变化。随着化学腐蚀-冻融作用加剧，岩石试件破裂形态有由脆性向延性转变的趋势。冻融循环和化学腐蚀对岩石损伤是相互促进的，双因素耦合作用对岩石损伤和蠕变特性影响均大于单因素的影响。

为探究同一类原状土在各应变范围内动剪切模量G随土层深度H的变化规律，对长江入海口处同一钻孔自地表至基岩深度范围内原状粉质黏土与粉土展开系列共振柱试验。试验发现：原状粉质黏土与粉土在各应变范围内G均随H的增加而规律性增加，最大动剪切模量Gmax随H的增加而线性上升；G衰减关系随H的增加呈现规律性降低。试验结果表明：原状土G与土层深度H存在一定相关，据此提出了分别基于土层深度H和Hardin模型的G预测方法，用以预测各类原状土在不同深度下的Gmax及其在各应变范围内的G。通过3种预测方法的对比分析，得出基于土层深度H的G预测方法最具优势，并且通过对渤海海域原状土数据的重新处理进一步验证了该方法的适用性。

南海对我国经济发展、资源开发与运输、维护国土完整具有战略性意义。目前我国已在南海海域以吹填方式建设了一系列的岛礁，并在其上修建了一系列的结构物（房屋、防波堤、机场等）。作为这些重要结构物的地基材料，珊瑚钙质砂在极端波浪、海底地震等环境荷载作用下的动态响应特性对评价其上结构物的安全稳定性具有重要的意义。以我国南海珊瑚岛礁吹填工程为背景，对取自岛礁吹填体现场的钙质砂样品，以吹填现场实测的颗粒级配和干密度为依据，开展动态三轴循环试验，研究我国南海珊瑚岛礁吹填体钙质砂地基土的动力特性。试验结果表明：岛礁钙质砂受动态循环荷载作用，在排水不通畅的条件下可以达到部分液化状态，在排水通畅的条件下不发生液化；在不排水条件下，岛礁钙质砂归一化的累积孔压u/ 与振次比N/Nf符合Seed提出的反正弦孔压发展模式；在不排水条件下，所有岛礁钙质砂样品的动态变形模量Ed /E0与归一化应变?m /?r之间全部重合在一条双曲线上，表明不排水条件下岛礁钙质砂的Ed /E0与?m /?r之间的关系不受干密度和颗粒级配的影响，具有很好的统一性。

通过大型振动台试验，对滑面附近位置处的动土压力峰值分布规律进行了分析。由于地震信号具有持时短、非平稳性等特点，为分析其在不同频带的动力响应情况，利用小波包分析频带划分均匀能力和时频局部化性质，对水平向加载的El波进行了分解，从而对其频谱特性进行了研究。试验结果表明：滑面附近位置处动土压力常常最大，且动土压力在沿桩身高度25 cm及45 cm处均出现了突变，在实际工程中应重点关注这两个位置；对微型桩动土压力影响较大的频段主要为第一频带（0.1～6.26 Hz）和第二频带（6.26～12.51 Hz），在工程应用中应避免这两个频带的地震波与微型桩发生共振；沿桩身高度25 cm处，后排微型桩山侧及河侧的动土压力值均要大于前排微型桩山侧及河侧的动土压力值；而在沿桩身高度45 cm处，前排微型桩山侧及河侧的动土压力值均要大于后排微型桩山侧及河侧的动土压力值。

传统岩石钻孔取芯制备的试件存在同批次内部结构不明确、力学性质差异大等缺点，而插缝法制备试件存在预制节理产状不易控制、精度低、周期长等缺点。3D打印技术克服了传统试件制备方法的不足，但试件存在强度低、塑性高的缺点。采用3D打印技术制作了无节理完整试件A?1?1和非贯通平行四节理试件B?1?1，并进行了真空干燥处理和单轴压缩试验，对试件B?1?1进行了CT扫描试验和内部裂隙三维重构。获得了单轴压缩后该试件的应力?应变曲线、表观破裂模式和试件B?1?1内部裂隙的分布情况。试验结果表明：试件A?1?1的应力?应变曲线与未干燥试件的对比说明真空干燥可提高试件强度减小塑性变形，为3D打印试件在岩石力学领域的适用性研究提供参考；试件A?1?1的应力?应变曲线与煤岩对比，表观破裂模式与中砂岩的对比均相似，说明3D打印试件可用于类似岩石的力学研究；单轴压缩条件下“翼形扁颈漏斗状”破裂模式是使非贯通平行四节理试件失去承载能力的主要破裂模式，其裂隙产生、扩展、贯通演化规律表现为复杂的拉剪组合演化，且内部破裂模式与表观破裂模式存在很大差异，表观破裂模式不能准确表征内部破裂模式。

采用硫酸亚铁（FeSO4）对铬污染土进行稳定化处理。选用浸出试验、Cr(VI)残留值试验和形态提取试验，研究了粒径和有机质对铬污染土稳定特性的影响规律。试验结果表明，粒径和有机质对铬污染土稳定特性有较大影响。粒径的减小可显著降低稳定土中Cr(VI)和总Cr的浸出浓度及稳定土中Cr(VI)的含量；当污染土粒径小于2 mm时，Fe(II)/Cr(VI)摩尔比为3，稳定土中Cr(VI)和总Cr的浸出浓度分别为4.68、8.9 mg/L，均低于我国《危险废弃物鉴别标准 浸出毒性鉴别》（GB/T5085.3－2007）的限值。有机质添加量的增加可明显降低稳定土中Cr(VI)和总Cr的浸出浓度及Cr(VI)的含量。当Fe(II)/Cr(VI)摩尔比为3时，有机质的添加量为5%，稳定土中Cr(VI)的含量为28.3 mg/kg，低于我国《土壤环境质量标准》（GB15618－2008）中工业和商业用地限值（30 mg/kg）；当有机质的添加量为10%时，稳定土中Cr(VI)的含量为4.8 mg/kg，低于居住用地限值（5 mg/kg）。形态提取试验结果表明：粒径的减小可降低弱酸提取态的铬含量，增加可还原态的铬含量，而对可氧化态和残渣态的铬含量影响不大；有机质可促使弱酸提取态、可还原态的铬转化为可氧化态的铬，而残渣态的铬变化不大。稳定土中铬从活性态向较稳定态转化，是铬稳定土稳定特性和环境风险变化的根本原因。

近海风机结构和基础长期承受着巨大的水平向环境荷载。在风机的服役周期中，地震荷载与水平环境荷载会有大概率同时空作用于风机基础上。研发了初始水平环境施加装置，设计了砂土地基中的近海风机单桩基础超重力动力模型试验，从物理模型尺度初步实现了考虑初始水平环境荷载与地震荷载联合作用的单桩基础动力试验。通过超重力振动台试验发现，联合工况下干砂地基和饱和砂地基中风机单桩基础的震后桩身弯矩值要大于初始弯矩值。在饱和地基中部分深度处的震后桩身弯矩是初始弯矩值的4倍。此外桩顶水平位移在施振过程中出现了震荡累加的现象，在饱和地基中震后桩顶水平位移是初始位移的1.3倍。初始水平环境荷载与地震荷载联合作用下风机单桩基础表现出的这种耦合效应对风机的安全服役产生了巨大的挑战，在风机基础设计中值得关注。

采用修正应力法考虑各向异性对土的抗剪强度的影响，该方法引入组构张量调整不同方向应力分量的相对大小，使得各向异性土在修正应力空间中等效成各向同性土。用修正应力张量代替真实应力张量，就能将摩尔-库仑强度准则发展至横观各向同性，公式的形式不发生改变，强度参数仍为与加载方向无关的常量。通过对比根据3种不同的修正应力公式得到的内摩擦角与加载方向的关系曲线，分析了组构值对内摩擦角变化规律的影响，在偏平面上绘出了连续规则的强度包线，并预测了不同各向异性岩土类材料的三轴压缩和真三轴试验结果。最后，根据横观各向同性摩尔-库仑准则计算水平沉积地层中挡土墙上的被动土压力，得到了简洁的显式表达式，验证了修正应力法的实用性。

基于适用于饱和砂土循环动力分析的边界面模型，利用修正广义Mises方法将其推广至三维应力空间中，引入与状态相关的剪胀函数，采用历史最大加载面硬化准则，以反映饱和砂土排水条件下刚度变化、剪胀剪缩等特性。结合子增量步显式积分算法的思想，建立了适用于饱和砂土循环动力分析边界面模型的显式积分算法流程。借助有限元软件子程序接口，将该算法流程开发到有限元软件中，通过建立土体单元数值模型，对Toyoura砂在单调荷载和循环荷载下的三轴试验工况进行模拟。结果表明，利用子增量步显式积分算法对模型进行积分，能够准确有效地模拟砂土的应力-应变曲线、以及砂土在单调和循环荷载作用下均展现的剪胀剪缩现象，验证了显式积分算法的有效性。通过设置不同的增量步长，验证了子增量步显式积分算法对于较小应变增量步的高度稳定性和收敛性。

为探究隧洞纵轴线方向应力对隧洞岩爆的影响，利用真三轴岩爆试验系统，对含预制圆孔的立方体花岗岩试样进行不同中间主应力条件下的岩爆模型试验，在室内再现了隧洞岩爆过程。试验中采用视频观测系统与声发射系统监测岩爆过程。试验研究结果表明：无宏观破坏、颗粒弹射、岩板劈裂和块片喷射是隧洞岩爆孕育过程主要经历的4个阶段；中间主应力越高，颗粒弹射到块片喷射之间的历时越短，岩板劈裂持续时间越长，块片喷射的持续时间越短且喷射破坏越剧烈；中间主应力越高，在环向第一主应力和纵轴向中间主应力的泊松效应迭加作用下，围岩劈裂破坏越严重，岩爆发生需要的应力水平越高，岩爆发生风险有所降低；但当应力集中水平足够高导致岩爆发生时，岩爆烈度越强。

如何正确计算沉井的下沉阻力一直是沉井结构设计的难点，为了更加深入地研究沉井下沉阻力及其分布规律，通过离心机模型试验分别对4组不同埋深工况下的沉井进行了下沉模拟，对沉井侧壁土压力、刃脚斜面土压力、刃脚踏面土压力、沉井内外土面沉降进行了分析。研究结果表明：侧壁土压力随入土深度的增加呈先增大后减小的趋势，可采用分段函数形式对其大小及分布形式进行简化计算；刃脚斜面土压力呈三次多项式分布形式；随着刃脚入土深度的增加，刃脚斜面与踏面土阻力均显著增大，而单位投影宽度刃脚斜面与踏面土阻力比基本保持不变；沉井下沉会导致井外土面沉降，井内紧靠沉井内壁的土面沉降，离沉井内壁有一定距离的土面隆起。上述试验与分析成果可为理论研究与工程设计提供参考。

相对安全率为建立确定性设计和可靠度设计安全判据的定量关系以及验证安全判据的普适性提供了有效工具。然而，目前相对安全率准则仅适用于岩土工程结构响应（如挡土墙抗滑稳定安全系数FS）服从正态或对数正态分布的工况。基于FS的累计概率分布函数提出了广义可靠指标相对安全率，适用于FS服从任意概率分布的设计工况，克服了现有可靠指标相对安全率仅适用于正态和对数正态分布的局限，拓宽了相对安全率准则的应用范围。基于所提广义可靠指标相对安全率，证明了FS服从正态或对数正态分布条件下安全系数相对安全率和可靠指标相对安全率相等是确定性设计和可靠度设计安全判据等价（两种方法对应的设计可行域相同）的充分条件，FS服从任意概率分布条件下安全系数相对安全率和广义可靠指标相对安全率相等是确定性设计和可靠度设计安全判据等价的充分条件。通过重力式挡土墙抗滑稳定算例，说明了基于广义可靠指标相对安全率标定抗滑稳定允许安全系数的过程，比较了广义可靠指标相对安全率与可靠指标相对安全率的标定结果，验证了基于广义可靠指标相对安全率标定安全判据的合理性。

以新型预应力路基为研究对象，基于弹性理论推导预应力加固结构（侧压板和预应力筋）作用下路堤内沿坡面法向的附加应力扩散系数计算公式，并获得侧压板正下方及其2个外延方向的预应力扩散规律。研究表明：（1）理论公式适用的边界条件为侧压板（边长为0.9 m）离路肩距离不小于1倍板宽；（2）法向分解力产生的扩散作用显著大于切向分解力；（3）由于切向荷载作用，侧压板正下方土体的总扩散应力随深度由“腹鼓形”差异分布逐渐过渡呈“腹平状”较均匀分布；（4）各深度平面上最大扩散系数位置随深度发展在作用区中轴线上不断变动；（5）不同区域的扩散效果为板体正下方>上边界外侧>左右边界外侧>下边界外侧，板体两外延方向的平均有效扩散深度达1.6 m。基于ABAQUS有限元软件建立三维精细化路堤模型对理论解进行验证，发现二者结果（包括路肩处）吻合良好，论证了扩散系数理论公式的正确性及适用条件。最后，基于多块侧压板作用下附加应力的分布情况，探寻侧压板的合理布置间距，保障路堤内一定深度处形成一道连续、有效且较为均匀的预压区，改善路堤土的受力状态，并对路堤边坡提供侧向强制约束，利于路基长期稳定。

滑坡监测点在一段时间内对外界影响因素的响应可以看作滑坡在当前时刻的状态。滑坡监测点在相似的状态下受到相似的外界激励时会表现出相似的响应。据此，可以对相似的状态进行类比，从而将相似状态运用于滑坡的稳定性分析、数据修正和预测预报等。提出一种基于多信息的状态单元矩阵的相似性度量方法，运用该方法同时对滑坡的外界影响因素和运动状态进行相似性匹配，既保证了外界影响因素的相似性，也保证了滑坡当前运动状态的相似性。为验证该方法的有效性，运用三峡库区4个滑坡34个监测点的1 770个状态作为状态单元集，对白水河滑坡2015年1月至2016年6月的位移数据进行预测。预测结果显示，该方法优于现有的BP神经网络、支持向量回归等经典预测方法。

提出了L型挡土墙两种破坏模式，即长踵板式和短踵板式，且破坏模式受几何参数和物理力学参数影响。研究了两种破坏模式下L型挡土墙滑裂面确定方法和地震稳定性问题，界定了两种破坏模式的临界条件。考虑第二、第三滑裂面产生条件，应用极限分析运动学原理，建立地震荷载作用下L型挡土墙临界状态方程，推导出地震加速度系数表达式。根据极值原理，给出最优解，从而计算得到临界屈服加速度系数及其对应的滑裂面倾角。通过算例分析可知：临界屈服加速度系数小于M-O公式法，长踵板式L型挡土墙滑裂面倾角与坦墙判别公式结果相同，且滑裂面之间的夹角等于90o-φ，即与滑移线场的结论相同。短踵板式L型挡土墙滑裂面夹角近似等于90o-φ。

针对济南地区典型地层上的基坑工程，土体采用PLAXIS 3D中的硬化土小应变（HSS）模型，建立了有限元模型，并根据实际监测数据结合位移反分析技术，得到了该典型地层下土体HSS模型参数的一般选取方法。之后简化模型，分别采用土体的HSS模型与Mohr-Coulomb（M-C）模型进行有限元分析，对比基坑开挖至不同深度时，应用两种模型模拟所得挡土墙变形与墙后地表沉降的差异。结果表明：基坑数值分析中，土体采用M-C模型与HSS模型所得结果的差异随基坑挖深增加而增加，且采用HSS模型所得结果更符合深基坑的实际变形。综合考虑采用HSS模型与M-C模型建模时的参数选取难易程度、经济性以及两种模型数值分析的工程适用性，建议基坑开挖超过15 m时，土体采用HSS模型进行数值分析，反之可采用M-C模型。研究结果对指导深基坑支护设计及岩土工程参数的勘察、选取，具有重要参考价值。

高边墙围岩稳定是超大型地下洞室施工期关注的重点。基于工程监测资料，探究了白鹤滩水电站左岸地下厂房高边墙围岩变形演化分布规律及破坏机制。研究表明：在垂直方向上，开挖面距离在10 m范围内边墙卸荷响应强烈，该阶段围岩变形约占总变形量的50%～55%；在洞轴方向上，开挖影响集中在2倍洞跨范围内，该区域内变形约占总变形量的97%；在结构面发育部位前后围岩变形的分异量较大，且由于软弱夹层的柔塑性，围压解除后错动带应变能释放是一个缓慢的过程，时效剪切特征明显；发掘并总结逐层下挖过程中高边墙围岩应力状态的演化规律，并划分为应变能积聚、释放、应力调整及趋稳4个阶段。该研究成果可为工程支护设计提供一定支撑，并供同类工程参考。

季节冻土区路基的冻胀变形影响高速列车的运行速度、行车安全。以普通级配碎石路基结构为原型，建立轨下基础热-力耦合模型和路基结构外力作用模型，通过温度场和变形场的现场监测数据、力学特性计算的文献资料验证了模型的可靠性。在此基础上建立水泥稳定碎石路基、保温强化层+级配碎石路基、保温强化层+水泥稳定碎石路基3种防冻胀路基模型，计算冻胀变形和受力特性。结果表明：保温强化层和水泥稳定碎石填料均有效减小了路基的冻胀变形，其中保温强化层+水泥稳定碎石路基的冻结深度和最大冻胀量最小，分别为0.8 m、1.585 mm；保温强化层可减小基床表层竖向应力，且弹性模量较大的水泥稳定碎石可加速竖向应力的衰减，使得基床底层承受应力减小。保温强化层+水泥稳定碎石基床表层结构可为季节冻土区高速铁路路基结构的选型提供参考。

简单介绍了真空-堆载联合预压下饱和软土竖井地基大变形固结沉降模型（VRCS1模型），该模型能考虑大应变、材料非线性、非达西流、真空折损和竖井未打穿等因素。使用该模型对澳大利亚巴利纳支路某现场沉降进行预测，结果与现场实测数据吻合良好。基于该工程案例，讨论了分级堆载、循环荷载、真空联合堆载、上边界为等应力/等应变条件以及排水板打入深度等因素对竖井地基固结过程的影响规律。计算结果表明：分级堆载可降低土体超静孔压峰值进而改善土体稳定性；循环荷载使土体固结过程发生震荡，且土体沉降峰值迟于超静孔压峰值和荷载峰值出现；真空荷载和堆载作用机制有本质区别，真空荷载不可简单以堆载替代；上边界等应变条件下的固结速率一般快于等应力条件，工程真实条件一般介于两者之间；排水板打入深度超过0.9倍土层厚度时，再加大打入深度加速固结效果不明显。

建立一种准确可靠的方法来预测高填方边坡因蠕变破坏而发生滑坡的时间是困难的，但对防止财产和生命损失又至关重要。在总结高填方土质边坡蠕变破坏过程中的位移、速度特征的基础上，通过改进Saito模型的应变率公式，提出了基于改进人工蜂群算法的滑坡中短期预测的实用模型。将进入加速变形阶段后的滑坡位移时间序列作为输入，通过人工蜂群算法反演实用模型参数后输出预测的滑坡时间。以3个高填方滑坡为实例，应用滑坡位移监测点的测量数据，验证了该方法在滑坡时间预测上的准确性和可靠性。同时，将该方法预测的滑坡时间结果与传统的Saito系列模型预测的滑坡时间结果进行了比较。结果表明，在通过滑坡位移的时间序列进行滑坡时间预测时，所提出的实用模型比两种Saito模型更准确可靠。

针对深部巷道软弱围岩的破裂碎胀大变形预测及围岩控制存在的难题，采用了有限元与离散元耦合程序（FDEM）数值模拟方法对上述问题进行了研究。首先阐述了FDEM的基本原理；然后采用单轴压缩、巴西劈裂和三轴压缩模拟试验与室内试验对比，进行了输入参数的标定；最后对深部高地应力条件下的巷道开挖后软弱围岩破裂碎胀大变形进行了模拟，并基于实体建模的方法采用了锚喷（锚杆+喷浆）-注浆对巷道围岩加固进行了模拟。研究结果表明：巷道的大变形主要是由于围岩的破裂、碎胀造成的，浅部以拉伸破坏为主，向深部过渡到剪切破坏；剪切破坏角与单轴压缩试验结果一致，为58°；裸巷的裂纹最大扩展范围为10.6 m、表面最大位移收敛量20.7 cm。采用锚喷和锚喷-注浆加固后能有效地控制围岩的变形，抑制了裂纹的扩展范围（减小到5.8 m、5.1 m），且围岩表面收敛量大幅减小（5.1 cm、4.2 cm）。

极限分析方法是土边坡稳定性分析的重要方法之一。刚体有限元上限法是其中的一类，此类方法仍旧存在一些关键问题需要完善。由于单元的刚性假设，系统的塑性变形内能耗散仅发生在单元间的界面上，故此类方法的性能主要取决于界面的布局，即采用非结构化三角形单元计算往往精度较差。为此，提出了基于滑动面摄动的刚体有限元上限法及临界滑动面的搜索方法。首先，在考虑刚体转动的基础上构造刚体有限元上限法的二阶锥规划模型，用于确定在给定试滑动面条件下的运动许可速度场。其次，将试滑动面的控制参数视为决策变量，建立搜索临界滑动面的非线性非凸优化问题模型，并采用非线性单纯形方法和粒子群方法求解此优化问题找出临界滑动面。通过经典边坡稳定问题的分析求解，验证了所提出的新方法，进一步证实了网格类型（即界面的布局）是影响刚体有限元上限法计算精度的主要因素。经过计算结果的对比发现，在刚体有限元上限法中考虑刚体转动是非常必要的，不仅可以提高刚体有限元上限法的计算精度，还可以克服此方法对界面布局的依赖性。

在边坡稳定有限元分析中耦合了土体强度各向异性和应变软化两种特性，并考虑在Cosserat连续体理论下的Drucker-Prager本构模型中。通过对有限元软件ABAQUS的二次开发进行了数值实现，进而基于重度增加法进行了边坡稳定分析。利用微结构张量联合应力不变量的方法考虑了黏聚力各向异性，并与常用于边坡稳定分析中经典的Casagrande各向异性方法对比，在理论和数值上证明了所采用的各向异性方法更加合理。通过模拟相关算例，发现强度各向异性和应变软化对边坡超载安全系数影响较大，当坡度较缓时，这种影响会更加剧烈。对比发现，经典连续体下的有限元分析在考虑这两种特性耦合时很难通过计算得到可靠的超载安全系数，并且存在明显的网格依赖性缺陷，而在Cosserat连续体下的有限元分析能够有效克服这些问题，并且得到合理的计算结果。

针对城市区域沉积盆地三维地震动模拟问题，发挥边界元法处理无限域波动问题的独特优势和快速多极算法（FMM）处理大规模问题的特性，形成适用于宽频、高自由度模型的快速多极子间接边界元法（FMM-IBEM）。通过精度对比和效率验证发现，FMM-IBEM可精确高效地实现三维复杂场地地震动宽频模拟，同时大幅度降低存储量和计算量。采用该方法对某含起伏基岩面的三维复杂形状沉积盆地进行频域和时域分析，结果表明：入射频率、盆地形状和盆地内部的位置点对沉积盆地地表位移放大作用均有不同程度的影响；总体上低频域的放大作用高于高频域；频谱曲线呈现多个共振频段；沉积盆地中部和边缘处地表位移放大效应差别显著。重要工程选址宜避开沉积盆地中地震能量积聚区域。

在传统键基近场动力学模型的基础上，提出可以反映岩石类材料应力-应变变化特点的改进型模型，弥补了传统近场动力学模型在模拟岩石类材料时无法反映岩石内应力随应变先增加再减小最后破坏这一特性的不足。运用改进型模型，对含有单裂纹试件在不同预制裂纹角度及拉伸荷载条件下的裂纹扩展过程进行了数值模拟，分析了开裂角度在不同预制裂纹角度及拉伸荷载条件下的变化。结果表明：预制角度及拉伸荷载对开裂角度都有影响，在试件周围拉荷载接近的情况下会获得较小的开裂角，并且在拉荷载一定的条件下开裂角会有先增加后减少的规律。同时模拟了含裂纹岩石在单轴压缩条件下的裂纹扩展情况，将数值模拟的结果与室内试验的结果对比，验证了所提出新模型的有效性。所提出的新模型可以较好地模拟岩石类材料在拉荷载条件下的力学特性，在岩石数值模拟方面有着较为广泛的应用前景。

基于布里渊光频域分析（BOFDA）的分布式光纤监测技术已在岩土工程领域得到初步应用。应变监测结果显示：将光纤进行预拉布设后，随着时间的推移，光纤预拉段会产生一定的应变损失。应变损失的产生主要是由光纤的疲劳特性所造成的。显然，光纤因疲劳产生的应变损失对于工程监测是极其不利的，在实际监测中需要将其剔除。针对分布式光纤监测技术，选取HY料新型紧套应变光纤、聚氨酯紧套光纤2种应变光纤，在实验室进行了点固定式预拉布设（ ），并进行了8个月的应变损失监测。对比分析2种光纤的预拉应变损失的差异，获得了光纤应变损失随时间的变化规律，以及预拉状态下的光纤在温度和湿度升高状态下应变损失的速率变化。研究了运用分布式光纤监测技术进行隧道变形监测的点固定式预拉布设方法，可为工程应用提供理论基础和施工指导。