通过自主研发的煤岩剪切-渗流耦合试验装置，开展了无充填结构面和充填石膏、岩屑、黄泥结构面的剪切试验。利用三维光学扫描技术，研究了结构面的三维形貌特征和裂隙开度演化。结果表明：充填结构面的峰值剪应力和法向位移由充填石膏、岩屑到黄泥依次递减，受充填物强度影响较大；无充填结构面由于直接接触，剪切后表面发生明显磨损，结构面粗糙度系数（JRC）整体减小且变化最为显著，充填石膏和岩屑结构面的JRC变化次之，充填黄泥结构面几乎没有变化；充填物破坏和结构面磨损主要受裂隙开度演化和局部应力集中的影响。随着剪切位移的增大，在裂隙开度较小的区域，应力分布较大，充填物易沿此处破碎，无充填结构面沿此处严重磨损。

针对目前基于带隙理论开展的周期性隔振排桩性能研究偏重于解析理论分析和数值仿真计算的现状，采用原理性试验的方法，验证了周期性隔振排桩的衰减域特性。试验设计了4种工况：分别考虑了空心钢管桩和填土钢管桩两种排桩类型，以及六角晶格和正方晶格两种周期性布置方式。激振采用脉冲荷载激励，将隔振工况与无桩基本工况进行比较，对周期性排桩的振动衰减域进行了测试和分析，并与带隙理论计算的频率带隙结果进行对比。研究表明：在理论计算带隙范围内，各工况下实测衰减水平均在50%以上，最高达到98%。表明了周期排桩对特定频带的振动阻隔实际效果明显，隔振表现突出，证实了理论分析的有效性。周期排桩对水平方向的振动衰减优于竖直方向；从趋势上看，在其他条件相同时，六角晶格布置的周期排桩，其振动衰减水平优于正方晶格布置；桩内填土可有效增加六角晶格布置钢管桩的首阶带隙及衰减域宽度，有效降低正方晶格布置钢管桩的首阶带隙及衰减域起始频率。对应于试验的工程实际尺寸在0～80 Hz频段内出现多条带隙，并且最低可达20 Hz以下，这表明，基于带隙理论进行周期隔振排桩设计，在地铁列车振动环境影响的特征频段隔离或衰减中，具有广泛的应用前景。

储层岩石是一种具有复杂孔隙结构的天然非均质材料，微观结构影响岩石的宏观力学特性和破裂特性，认识储层岩石微观孔隙结构及其对岩石力学特性的影响对油气开采和储层改造具有重要意义。为此，利用CT扫描试验和数字图像处理技术，定量表征储层岩石微观孔隙结构；据此建立微观孔隙结构的三维模型，根据单轴压缩试验获取模型的细观参数，并在PFC3D中进行单轴压缩模拟，分析微观孔隙结构对岩石力学特性和裂缝扩展的影响。结果表明，储层岩石微观孔隙结构概率分布满足对数正态分布，几何形状复杂，孔隙分布具有分形特征；微观孔隙的存在造成单轴抗压强度的降低，分形维数越大，单轴抗压强度越小，两者呈近似线性关系；孔隙结构对裂缝起裂位置、扩展及贯通方向具有决定性作用，裂缝起裂位置多出现在孔隙尖端处；在平行于加载方向的平面内，裂缝多沿孔隙尖端近30°方向和平行于加载方向扩展；在垂直于加载方向的平面内，裂缝沿裂隙轴线方向延伸或使孔洞直径增大；加载过程中裂缝易造成孔隙之间的贯通。

钙质砂是指富含碳酸钙或其他难溶碳酸盐类的海洋成因的特殊介质，具有形状不规则、多孔隙且富含内孔隙等特点；土体因孔隙特性而存在广泛的毛细现象，植物根茎内的导管有如极细的毛细管，能由此吸收土壤里的水分，故钙质砂地层毛细水上升高度研究对岛礁生态研究有重要的意义。采用竖管法研究级配、粒径、干密度、盐度等因素对钙质砂毛细水上升高度的影响，结果显示：细颗粒含量越多、级配越好的连续级配钙质砂试样毛细水上升高度越高；单一粒径钙质砂试样毛细水上升高度随粒径的增大而减小；随着钙质砂干密度增加，粒径小于0.075 mm时毛细水上升高度逐渐减小，而粒径为0.075～0.250 mm时毛细水上升高度逐渐增大；与淡水相比，在低盐度下NaCl溶液对毛细水上升有抑制作用，海水对毛细水上升有促进但效果微弱。钙质砂中毛细水上升高度随时间变化关系符合双对数坐标下的二次多项式关系，其参量与钙质砂的物理性质以及溶液类型相关。

合理确定岩石材料强度参数是工程设计的关键问题之一。为有效描述岩石的强度特性，众多学者提出了大量三维强度准则，其中基于两参数偏函数的修正Hoek-Brown（H-B）准则取得了良好效果，能够有效地反映岩石的静水压力效应、Lode角效应及中间主应力效应等强度特性。确定修正H-B准则的等效Mohr-Coulomb（M-C）参数有利于提高其在工程应用中的便利性，因此提出一种基于 平面计算三维强度准则瞬时等效M-C参数的方法，应用于修正H-B准则，并对计算方法的合理性及瞬时等效M-C参数与岩石强度特性的关系进行讨论。结果表明：瞬时等效M-C参数可有效表征非线性静水压力效应，且合理反映Lode角效应和中间主应力效应的区间性特点；瞬时等效M-C参数可有效表征静水压力对Lode角效应的影响和最小主应力对中间主应力效应的影响，静水压力增大时，Lode角效应更为明显，且当最小主应力增大时，瞬时等效内聚力反映出更为显著的中间主应力效应；该方法能够合理地计算瞬时等效M-C参数，修正H-B准则具有准确预测岩石强度的能力。上述成果对修正H-B准则在实际工程中的应用具有较强的指导意义。

基于广义热力学基本理论，通过考虑塑性剪切变形产生的能量一部分以塑性自由能的形式储存，并且该部分自由能与超固结度相关，结合修正剑桥模型的热力学函数形式建立了适用于超固结土的自由能函数和耗散函数。该耗散函数与当前应力状态无关，相关联流动法则仍然适用。由建立的耗散函数和自由能函数，推导了弹塑性本构关系的屈服函数、流动法则、硬化定律。通过4种不同超固结土的试验结果和计算结果进行比较，验证了模型的合理性。

玄武岩纤维（BFRP）锚杆具有抗拉强度高、耐腐蚀性能好等优点，是岩土锚固结构中钢筋的良好替代品，近年颇受业界关注。通过在黄土地层中开展4组?25 mm BFRP锚杆和钢锚杆的现场拉拔试验，初步研究两种材质锚杆的破坏模式和锚固性能差异。研究结果表明：对于诸如?25 mm类较大直径土层锚杆，拉拔过程中锚固体系的灌浆体内外界面破坏迹象共存，但最终破坏模式受控于灌浆体与土层界面（第二界面），且BFRP锚杆与砂浆内界面（第一界面）破坏程度明显高于钢锚杆；两种材质锚杆的极限承载力相近，界面黏结强度均随锚固长度的增大而减小；受两种材质锚杆本身的加工工艺和材料力学性能影响，试验中钢锚杆与灌浆体的黏结性能优于BFRP锚杆；相同荷载水平，相同位置处，BFRP锚杆杆体轴力大于钢锚杆，轴力衰减速率略小于钢锚杆；峰值剪应力BFRP锚杆小于钢锚杆。

为了研究浆液在土石混合体中的扩散机制及其影响因素，以重庆地区土石混合体为研究对象，研制了一套可重复使用的室内注浆模型试验系统，开展了不同含石量、孔隙比、浆液黏度和注浆压力等条件下土石混合体注浆模型试验研究。研究结果表明：浆液在土石混合体中主要以渗透、劈裂的方式扩散。当含石量由低到高变化时，浆液主要扩散方式由劈裂扩散转化为渗透扩散；中等含石量时，劈裂扩散与渗透扩散相当。在试验的基础上，结合支持向量机制论建立了土石混合体注浆扩散半径预测模型，并基于该模型的计算结果，获得了渗透扩散半径和劈裂扩散半径影响因素的影响次序分别为：含石量>浆液黏度>孔隙比>注浆压力、含石量>注浆压力>浆液黏度>孔隙比。含石量对扩散形式的影响最大，对扩散半径值的影响占主导地位，建议实际工程中应根据土体含石量分区段进行注浆技术参数设计。

为揭示组合煤岩失稳破坏过程中的能量耗散规律，通过组合煤岩单轴压缩试验，从能量角度对组合煤岩失稳特征进行了分析。引入分形理论，研究了声发射信号与煤岩破坏程度之间的关系，以及不同组合结构对组合煤岩破坏过程的能量耗散的影响，提出一种利用煤岩结构力学特性判定冲击危险的方法。结果表明：随组合煤岩顶板岩石高度增加，试样整体强度和弹性模量增加，峰后应变软化过程缩短；岩石高度的增加，岩石与煤的弹性模量差值的减小均会导致冲击危险增加；通过对组合煤岩中岩石和煤的高度及其力学性质分析，提出了组合煤岩冲击倾向性判定指数，利用冲击倾向性判定指数对组合煤岩冲击危险进行评价，其准确度和实用性优于传统模糊判定的“四指标”方法，为深入开展煤岩组合结构冲击倾向评价提供了试验和理论支持。

红黏土失水易收缩开裂而诱发工程灾害，为抑制或缓减红黏土的收缩特征，添加4%偏高岭土和5%石灰改善其水敏性。按照最优含水率制备压实试样，养护180 d后抽真空饱和，脱湿到预定含水率，随后开展收缩、无侧限抗压强度、吸力和孔隙分析等试验。结果表明，压实红黏土随着含水率降低，其无侧限抗压强度呈现先增大后减少的变化规律，这是脱湿导致的红黏土衍生微裂隙，进而引起结构性损伤所致。红黏土掺入石灰，尤其是掺入石灰-偏高岭土后，虽然脱湿也会引起强度减小，但接近完全干燥时，其强度又会增大。由此说明，偏高岭土协同石灰可以更加有效地抑制红黏土收缩效应，提高其整体强度。究其原因，是偏高岭土含有大量无定形硅、铝氧化物，且呈现边-面“搭接”的独特结构形态，使其能够快速捕获氢氧化钙溶液中的钙离子，在红黏土团（颗）粒间形成了胶结性水化物。

为研究加筋土桥台结构在顶部条基动载作用下的动力响应问题，通过MTS伺服加载系统施加循环动载，开展室内加筋桥台挡墙动载破坏试验，对比分析3种格栅长度和3类格栅型式的加筋土挡墙沉降及面板水平位移、土压力、筋材应变等参数的分布规律，揭示加筋桥台挡墙的动力承载性能。试验结果表明：在循环动载下不同格栅长度及型式的加筋桥台挡墙破坏模式存在差异，M、A、B型格栅加筋长度 1.0H（H为挡墙高）的挡墙破坏模式均为冲切剪切破坏，A、B型格栅 0.7H和 0.4H的挡墙破坏模式为局部剪切破坏。加筋桥台挡墙面板侧移随筋材长度增加依次减小，A型格栅加筋土挡墙侧移系数总体上相比B型小。桥台挡墙因加筋格栅长度及型式不同导致动土压力衰减规律差异明显，当 1.0H时M型及A型筋材竖向动土压力衰减系数沿墙高呈抛物线函数模型，当 0.7H时，A型和B型筋材竖向动土压力衰减系数沿墙高皆呈指数函数模型。

天然气水合物是一种新型的清洁能源，具有广阔的应用前景。但在水合物开采过程中温压条件的改变会引起水合物的分解，导致含水合物沉积物胶结强度的丧失；同时，沉积物在加载过程中由于其内部微裂纹、缺陷逐渐扩展以及土颗粒间的水合物逐渐破碎也会引发含水合物沉积物的损伤，而以往对于水合物分解过程中多场耦合模型的研究忽略了沉积物结构损伤演化过程及其对耦合过程的影响。因此，基于连续损伤理论，在损伤统计本构模型中引入三参数的Weibull分布和残余强度修正系数，建立起考虑损伤阈值和残余强度影响的含水合物沉积物损伤统计本构模型；进而将本构模型嵌入到水合物分解过程的多场耦合模型中，建立了考虑含水合物沉积物损伤的温度-应力-渗流-化学（THMC）多场耦合数学模型；基于该模型讨论了含水合物沉积物结构损伤对水合物分解过程中沉积物储层的变形、压力、温度等因素的影响规律。通过计算分析发现：含水合物沉积物结构损伤对水合物分解的多场耦合过程具有显著影响，并且随着分解时间的增加，其影响逐渐增大。

设计并完成了相似比为1:10的框架锚杆支护黄土边坡的大型振动台模型试验，通过加载不同波型、加速度峰值和持时的地震波，探讨了地震作用下模型边坡的动力响应规律，并对框架锚杆支护结构的抗震性能进行了评价。试验结果表明：框架锚杆支护结构加固黄土边坡的抗震效果是显著的，在进行框架锚杆支护结构抗震设计时需要输入不同的地震波来验证其可靠性。框架锚杆支护结构作用下，黄土边坡对地震波具有明显的滤波作用和频谱放大作用，边坡加速度响应具有临空面放大作用和垂直放大作用，随着输入地震波峰值的增大，PGA放大系数呈减小趋势，在地震输入加速度峰值较小的情况下，加速度响应出现“衰减”现象；在框架锚杆支护下，黄土边坡的位移得到了有效的约束，动土压力分布曲线呈现“双曲线型”变化，动土压力大小沿高程方向从坡脚至坡顶呈倒三角形分布。试验结果可为框架锚杆支护结构加固黄土边坡的抗震设计提供一定的参考。

岩石内部细观裂纹的存在，对压缩作用下岩石剪切断裂的宏观现象有着重要的影响。然而，能够通过解析解阐释细观裂纹几何特性、围压等影响因素对压缩作用下剪切断裂面角度变化趋势的研究很少。基于Ashby模型中提出的裂纹尖端应力强度因子，提出了一种改进的考虑裂纹角度影响的应力强度因子表达式。利用该改进的应力强度因子表达式，推出了一个可以预测岩石峰值强度的裂纹扩展、应变与应力之间的本构关系。结合本构关系的峰值强度与摩尔-库仑失效准则，得到了岩石损伤与内摩擦角、黏聚力、剪切强度及失效断裂面角度之间的理论关系；讨论了围压、裂纹尺寸、角度及摩擦系数对岩石宏观剪切断裂面角度的影响，通过试验结果验证了模型合理性。结果表明：随着损伤增大，内摩擦角、黏聚力及剪切强度不断减小；随着围压增大、摩擦系数增大和初始裂纹尺寸减小，剪切断裂面角度不断增大；随着裂纹角度增大，剪切断裂纹面角度先减小后增大。

设计了一套可视化砂土介质恒压注浆渗透扩散与加固模拟试验装置。选用普通硅酸盐42.5水泥（OPC）、超细硅酸盐水泥（MC）、超细硫铝水泥（MSAC）及自主研发材料（EMCG），对砂土多孔介质进行了注浆渗透扩散与加固试验。研究了细砂土体不同浆液、注浆压力工况下扩散距离、注浆量随时间变化规律，以及不同浆液、砂样级配及注浆压力对加固效果影响。采用极差分析法确定了加固效果主控因素，获得了加固体宏观破坏模式，通过SEM分析了岩-浆界面微观加固模型，揭示了不同材料加固效果差异的本质原因。研究结果表明：注浆材料与颗粒质量分数主导着细砂土体可注性，注浆压力对可注性提高程度不大，EMCG可注性最强，MC、MSAC次之，OPC最差；在完全可注情况下，砂样级配越细，加固体强度改善效果越明显；EMCG材料加固体7、28 d强度明显高于MSAC、MC、OPC加固体；EMCG的7 d加固体强度达到28 d参数70%以上；注浆材料主导着注浆加固效果，EMCG对不同级配砂土体注浆加固效果显著优于其他水泥类材料，OPC最差；注浆后EMCG浆-岩界面生成的致密C-S-H凝胶体能够有效提高胶结强度。最后从注浆材料选型、注浆过程控制、钻孔布置方面对砂土层渗透注浆设计方法提出了工程治理改进建议。

为准确预测低阶煤动态渗透率变化规律，在煤岩立方体模型基础上，考虑基质孔隙和滑脱效应对渗透率的影响，建立低阶煤动态渗透率预测新模型，并对影响绝对渗透率和滑脱系数的因素进行敏感性分析，讨论了甲烷和氮气对基质收缩与滑脱效应的影响。研究表明：基于“火柴棍”假设建立的模型是新模型不考虑基质孔隙时的一个特例，P-M、S-D模型与新模型相比基质收缩作用更加明显，考虑基质收缩与滑脱效应的新模型更具实用性。气体郎格缪尔应变是影响基质收缩的关键，煤岩绝对渗透率能否反弹是割理压缩、基质孔隙膨胀、基质弹性形变和基质收缩4个因素共同作用的结果。相同条件下，甲烷的基质收缩强于氮气，氮气的滑脱效应强于甲烷，影响滑脱系数的因素包括内因和外因，滑脱系数与割理宽度随孔隙压力变化时呈现相反规律。滑脱效应和基质收缩效应共同提升气测渗透率，煤岩孔隙压力越低，二者对渗透率的提升作用越明显。

为研究卢氏膨胀岩的胀缩特性，开展了干湿循环作用下膨胀岩的胀缩特性试验研究，并在膨胀岩经历干湿循环后利用扫描电子显微镜（SEM）和氮吸附试验（NA），从微观的角度分析了膨胀岩吸水膨胀失水收缩的现象，并解释了胀缩特性改变的原因。研究结果表明：卢氏膨胀岩膨胀率随干湿循环次数增加而增大，绝对膨胀率增加25%；收缩曲线出现明显的“收缩拐点”，一般在收缩总时间的20%时出现，这时膨胀岩失水状态由自由水的散失转变为结合水的散失；在膨胀岩第1次胀缩过程中出现裂缝，裂缝为贯通状；在之后的胀缩过程中出现的裂缝较浅且随干湿循环次数的增加裂缝发育逐渐稳定；在干湿循环次数达到6～8次后，卢氏膨胀岩胀缩率达到稳定值，绝对膨胀率稳定在17%，绝对收缩率稳定在9%；微观方面随干湿循环次数的增加，膨胀岩的微观结构中黏土颗粒聚集形态由紧密状态转变为松散状态。此外，试样的孔隙特征随干湿循环次数的增加表现出孔隙总体积逐渐增大、孔径逐渐减小、比表面积逐渐增大的规律。

为了探究采掘扰动和温度变化对工作面前方煤体渗透率的影响，将引起煤体裂隙变形的因素划分为有效应力、吸附解吸和热膨胀3部分。基于损伤力学、吸附理论和热应力理论推导出了采掘扰动与温度耦合作用下煤体裂隙应变表达式，进而构建了采掘扰动与温度耦合影响下工作面前方煤体渗透率模型。结合改变温度、同时改变扰动应力和温度的两种渗透率试验结果对所建立的模型适用性进行了拟合分析，并对模型中的参数敏感性进行了讨论。结果表明：所构建的煤体渗透率模型可以较好地描述采掘扰动与温度耦合影响下煤体渗透率的演化过程；在同一温度下，煤体渗透率随着内膨胀应变系数的增大而增大，随着热内膨胀应变系数的增大而减小。研究结果可为煤炭开采及瓦斯抽采的工作提供指导。

巷道围岩由于变形的不协调常常会产生单个或多个离层。根据岩层相对移动时拉拔载荷对锚杆的作用机制，对单个离层产生的锚杆附加应力建立弹塑性力学模型，讨论了弹性状态下离层对锚固体荷载的影响，随着离层进一步扩展，锚固体界面进入弹塑性阶段，基于剪切滑移模型，确定出离层左右两侧的滑移范围。总结出离层作用下锚杆受力全过程分为5个阶段：全弹性、单侧弹塑性、两侧弹塑性、一侧全滑移而另一侧滑移范围增大、全塑性直至锚杆承受极限拉拔荷载而破坏。采用模型试验数据对岩体离层-锚杆轴力曲线特性进行对比验证，结果表明，计算值与实测值吻合较好。根据应力叠加原理，推导出多离层情况下锚杆的应力求解公式，得出应力分布为多峰曲线。通过实例对离层值、离层位置做了参数分析，离层对锚杆的荷载影响应在今后的锚固设计中予以考虑。

预应力锚杆因其可有效控制岩土层与结构物之间的位移而被广泛应用。地质条件的复杂性使得预应力锚杆在长期服役过程中不断锈蚀损伤，甚至失效。通过开展预应力锚杆室内加速腐蚀试验，定性描述了预应力锚杆表观腐蚀演化特征，借助电化学测试系统分析了pH、O2协同作用下的预应力锚杆腐蚀损伤机制，建立了一种基于酸性通氧环境下的腐蚀电流密度时变模型。以单位长度腐蚀量表征腐蚀程度，建立了通氧速率与单位长度腐蚀量的关系曲线，发现随着通氧速率增大，腐蚀程度达到阈值。基于数据分析获得典型预应力锚杆样本极化曲线，探究了预应力锚杆不同时段腐蚀行为，结果表明，所选样本并未出现明显的钝化区，阳极始终处于活化状态；通氧环境下腐蚀电位正移，而未通氧的酸性腐蚀液中预应力锚杆腐蚀电位负移，耐蚀性差。该研究可为分析处于有氧岩土环境下的预应力锚杆损伤演化行为提供分析手段和数据支撑。

基于Biot波动理论提出了一种桩底饱和虚土桩模型，同时考虑桩周、桩底土体三维波动效应及饱和特性，建立了三维饱和黏弹性土、虚土桩和实体桩完全耦合振动定解问题。采用势函数求解得出饱和土体位移解，并利用饱和土-桩界面耦合条件，求解得出桩顶纵向振动动力阻抗解析解答。将所得解退化到已有解析解进行对比验证，并在此基础上对浮承桩纵向振动特性进行参数化分析，计算结果表明：桩底饱和土层厚度越大，桩顶动刚度和动阻尼曲线振幅及共振频率越小，且当桩底饱和土层厚度增大到一定程度后，振幅呈现大、小峰值交替现象；桩周饱和土体孔隙率仅对桩顶动力阻抗曲线振幅产生明显影响，而桩底饱和土体孔隙率对桩顶动力阻抗曲线共振幅值和共振频率均影响显著；随桩周、桩底饱和土体剪切模量的增加，桩顶动力阻抗曲线共振幅值水平均明显降低，且受桩周饱和土体剪切模量影响更为突出。

在不同初始条件下试验研究了静置时间对高庙子钠基膨润土GMZ07和MX80膨润土压实样热传导性能的影响。在保持试样干密度和含水率不变情况下，将不同初始状态试样分别静置1、5、30、60、100 d，随后采用热探针法进行热传导系数测试，并对部分试样进行压汞试验。试验结果表明：GMZ07和MX80膨润土的热传导系数均随静置时间的增长而减小，静置早期热传导系数减小较快，随着静置时间延续，热传导系数逐渐趋于稳定。在相同干密度下，静置时间引起的热传导系数减小量随含水率的增大而增大。结合压实膨润土试样的微观孔隙结构变化，认为膨润土热传导系数随静置时间发生变化的主要原因是：试样静置过程中，蒙脱石发生水化膨胀，部分土中水转变成热传导性能较差的惰性水，导致膨润土的热传导系数减小。

为探讨寒冷地区隧道围岩的长期稳定性，选取吉林省辉白隧道中的片麻岩进行冻融循环条件下的三轴蠕变试验，分析了冻融循环作用对片麻岩蠕变特性的影响机制。试验结果表明：随着冻融次数的增加，片麻岩的蠕变变形量逐渐增加，而蠕变破坏应力、蠕变时长、长期强度均有明显降低的趋势。同时冻融循环温度的幅度对片麻岩的各蠕变参数也有一定影响，表现为冻融循环次数相同时，温度越低，岩样的初始瞬时蠕变越大，而蠕变时长与长期强度越小。同时基于试验结果，利用1stOpt优化软件对Burgers模型参数进行辨识，可得模型理论曲线与试验曲线在蠕变减速段和稳定段吻合较好。最后通过SEM扫描和能谱EDS分析了冻融循环对片麻岩微细观结构的影响机制。岩样在长期荷载作用下的破坏模式均为剪切破坏，随着冻融次数的增加，岩石的破裂程度越来越严重、破坏块度越来越小。研究结果为寒区岩石工程的支护设计和防冻害设计提供了参考和依据。

由坡度和挡墙倾角的改变造成碎屑流冲击力学模型的改变是目前被忽略的问题。在碎屑流冲击倾式拦挡墙物理试验的基础上，利用离散元数值计算方法研究了坡度对碎屑流冲击立式拦挡墙（墙面与地面的夹角为90°）力学特征的影响，依据死区颗粒堆积特征，流动层颗粒冲击特征以及二者的相互作用特征提出了两种新力学模型：由倾斜冲击挡墙向坡面堆积转变的力学模型和考虑流动层对死区冲切摩擦作用的水平直接冲击力学模型。对不同冲击力学模型进行了验证分析，结果表明：坡度和挡墙倾角改变了死区的堆积特征从而改变了流动层的冲击方向和冲击力大小。当坡度小于40°时，碎屑流流动层首先沿死区上覆面倾斜冲击挡墙，在最大冲击力作用时刻，流动在坡面层状堆积，最大法向冲击合力可按静土压力公式估算。随着坡度的增大，在最大冲击力时刻，流动层颗粒直接冲击挡墙，但由于死区颗粒对流动层颗粒具有摩擦缓冲减速作用，大幅降低了流动层对挡墙的直接冲击力。此时死区对挡墙的作用力主要包括3个部分：流动层沿坡面冲击死区，由死区传递至挡墙的冲击力、流动层对死区的冲切摩擦力以及死区自重的静土压力。死区对挡墙作用力占最大法向冲击合力的比例增大至90%左右。当坡度由40°增大到50°时，在最大法向冲击合力作用时刻，流动层对死区的冲切摩擦力占最大冲击力的比例由15%增大到49%，流动层与死区之间的摩擦系数由滚动摩擦系数转变为静摩擦系数。提出的流动层对死区的冲切摩擦力为碎屑流冲击刚性挡墙力学计算模型提供了新的研究思路。

减饱和法是一种通过减小砂土地基的饱和度，从而提高地基抗液化强度的新方法。基于减饱和砂土中流体模量同步更新的改进算法对减饱和砂土离心机振动台试验进行了数值分析，并与单一流体模量的简化算法进行了对比分析。结果表明：由于改进算法中考虑了因孔压变化引起的等效流体模量的变化，其计算结果更接近试验结果，而简化算法低估了减饱和砂土的孔压积累。基于改进算法开展了不同饱和度、倾斜角度的缓倾场地上液化变形的数值模拟研究，分析发现超孔隙水压力增长的速度及其峰值随着饱和度的增加而增大，饱和度从100%降低至96.4%，同一深度处的超孔压峰值降低约20%～65%，加速度响应的峰值也有明显的降低；沿地基深度0.75 m到9.00 m，侧向位移减少约20%～50%，表明饱和度的降低对抑制倾斜场地上可液化砂土层的侧向变形有显著效果，随着地基深度的减小，饱和度对于侧向位移的影响越来越明显。

受库区水位波动和降雨影响，库岸大量老滑坡体变形加剧，地质灾害问题十分突出。为研究库岸滑坡影响因素、变形演化规律及失稳条件，以大型物理模型试验为手段，选取三峡库区黄土坡滑坡临江Ⅰ号崩滑体为对象，通过考虑水位波动、降雨及其组合作用等诱发因素，开展了一系列的库岸滑坡模型试验研究。试验结果表明：水位升降，变形主要集中于模型坡体前缘，其中，水位抬升过程中，滑坡模型变形较小，变形加速阶段出现于水位下降期间，且变形速率与水位下降速率成正比，即临江Ⅰ号崩滑体为典型的动水压力型滑坡；降雨影响下坡体变形在时间和空间上存在明显分区现象，时间上，变形发展主要集中于坡体浅表层饱和之后，即短时降雨对坡体变形未产生显著影响，空间上，坡体前缘和后缘变形剧烈；库水位下降和强降雨联合作用下坡体前缘产生局部流滑破坏，并溯源发展至前缘整体破坏，为典型的牵引式破坏模式。试验揭示处于临滑阶段坡体，其孔隙水压力、土压力变化呈现异常频繁的波动现象，可为滑坡预警预报提供一定参考依据。

堆积特性是颗粒形状、大小等因素的综合体现，也在一定程度上反映了颗粒集合体的力学特性。以河流冲积型圆砾土中主要占比的10～50 mm圆砾为对象，利用数字图像技术，通过对大样本圆砾颗粒的形态特征分析，选取轴向系数作为圆砾的形状特征参数，并据此提出了圆砾颗粒的椭球模型构建方法，建立了与实际圆砾料在形状和大小上同分布的圆砾椭球模型数据库，进而通过数值堆积试验分析了单粒组圆砾料的堆积特性，并与室内圆筒堆积物理试验进行对比。有以下结论：圆砾的形态特征主要体现在宏观轮廓形状，棱角特性不明显；圆砾堆积数值模拟结果表明，不同大小粒组圆砾堆积孔隙比变化较小；颗粒间摩擦系数对于堆积孔隙比有显著影响，摩擦系数介于0～0.4时，孔隙比变化剧烈，随后逐渐趋于平缓；室内圆筒堆积试验结果验证了椭球模型模拟圆砾堆积的有效性，标定了重力堆积条件下圆砾料颗粒间摩擦系数约为0.3。

水力耦合作用下裂隙岩体的破裂力学行为及声发射特征是关系到地下工程安全建设与灾变预测预警的关键问题。利用水泥砂浆材料及声发射技术开展了室内压缩破裂试验，研究了无水及水力耦合条件下含三维裂隙试件的破裂模式、力学特性、声发射特征以及水压和裂隙倾角的影响，分析了声发射信号主频特征随岩体破裂状态的变化规律。试验结果表明：随裂隙倾角增大，试件破裂模式经历了张拉为主－拉剪复合－剪切为主的转变过程；水压增大增强了试件张拉破裂模式，而剪切破裂模式在一定程度上被削弱；随水压升高，起裂应力、损伤应力和峰值强度均持续降低，水压对起裂应力及峰值强度的影响程度存在阈值（4 MPa）；试件破裂过程中声发射撞击率变化呈现明显阶段性特征，从而为起裂和损伤应力判定提供了依据；试件不同破裂状态下的声发射信号呈现不同主频特征，相对高、中、低频波的主频值域区间具有非连续性，低频和高频信号占比与试件破裂状态存在对应关系，因此可为岩体破裂状态的预测预警提供参考信息。

为了查明钠基蒙脱土的水合演化过程，以天然钠基蒙脱土为研究对象，开展在相对湿度（ ）为0～0.98区间的水汽等温吸-脱附试验，通过吸附速率曲线、BET曲线界定钠基蒙脱土各水合阶段及相应的水合主控因素；通过测定晶层 值变化规律，从吸附水影响黏土矿物晶层厚度的角度探讨钠基蒙脱土的水合演化特征；基于傅里叶红外光谱，从水分子结构伸缩振动信息角度对钠基蒙脱土水合演化过程进行定性定量验证；通过热重/差热分析，以吸附水相变所需能量与吸附水重量变化的角度解释钠基蒙脱土的吸附水特征与其水合机制的关系。试验结果表明：在较低相对湿度下（0 0.15），以钠基蒙脱土矿物外表面吸附为主，形成表面吸附水；0.15 0.40为钠基蒙脱土层间阳离子水合阶段；0.40 0.98，为晶层内外表面水合阶段，水分子逐步完整的包裹蒙脱土，形成多层吸附层。钠基蒙脱土的水合演化过程受控于层间钠离子与晶层基面，层间钠离子的水合能影响了钠基蒙脱土水合演化的起始顺序。

根据大量试验资料，研究硬岩弹塑性变形破坏过程中强度参数及剪胀角演化规律，并建立相应演化模型。分析26例硬岩临界塑性应变与围压之间的关系，提出一种具有广泛适用性的3参数幂函数型围压函数，并将其引入塑性内变量中。基于Mohr-Coulomb屈服准则，分析塑性强化-软化变形过程中强度参数及剪胀角随塑性内变量的演化规律，并建立高斯型强度参数演化模型和考虑围压及塑性内变量的剪胀角演化模型。考虑到工程应用中往往将硬岩峰前视为线弹性变形，进一步研究提出峰后强度参数及剪胀角演化模型。对比多组硬岩试验结果与模拟结果，发现应用所建塑性强化-软化变形过程中强度参数及剪胀角演化模型，可正确模拟不同围压下硬岩塑性强化-软化变形过程中轴向变形及环向变形规律；应用所建峰后强度参数及剪胀角演化模型，也可合理模拟不同围压下硬岩峰后塑性软化变形过程中轴向变形及环向变形规律。上述力学模型对不同种类硬岩均适用，具有良好的应用前景。

采用现场原型试验，从滑坡推力、桩身土压力、桩身弯矩等方面研究了多次分段注浆钢花管单桩的抗滑性能，分析了多次分段注浆钢花管注浆效果和破坏模式。试验结果表明：采用多次分段控制注浆技术，钢花管周边形成“树根状”水泥柱复合抗滑体，这种结构可以有效提高桩周土体抗剪强度，有效地增强了钢花管单桩结构的抗滑性能。6.0 m桩长的多次分段注浆钢花管，与常规钢花管相比，单桩水平抗滑力提高了35 kN，其水平承载力相比常规钢花管提高约50.72%，更好地阻止了滑坡的产生，钢花管在滑坡推力作用下发生弯曲破坏，最大弯矩值出现在滑面附近，因此，建议在结构设计中加强滑面附近的桩体配筋设计，以增强滑面附近的抗弯破坏能力，从而达到更好的抗滑效果。

针对目前深埋隧道围岩微震源定位难且精度不高等问题，采用启发式算法——引力搜索法（GSA）对隧道围岩微震源位置进行搜索，并将该算法与粒子群算法和单纯形法的搜索结果进行对比。发现在双速度模型和三速度模型下，引力搜索法相较于粒子群算法和单纯形法，都具有快速收敛、精度较高的优点，且与震源位置的距离能够控制在10 m以内。对双速度模型，引力搜索法的精度相对于单纯形法提高了83.71%，相对于粒子群算法提高了7.77%。对三速度模型，引力搜索法的精度相对于单纯形法提高了70.67%，相对于粒子群算法提高了39.36%。可见，该方法为深埋隧道微围岩震源定位提供了一种新思路。

矩形桩沉桩挤土效应与传统圆形截面桩不同，传统的理论模型和试验技术不适用于研究矩形截面桩沉桩挤土效应。基于透明土变形可视化技术，研究了矩形截面桩沉桩挤土的位移场变化规律。试验结果表明，矩形桩沉桩后，桩周可以分为两块区域：靠近矩形桩身的过渡区域，在此区域内挤土位移模式呈现非柱对称特征，过渡区半径约为4deq～5deq，远离桩身的圆孔扩张区域，该区域内挤土位移呈现柱对称特征。根据矩形截面桩的沉桩挤土试验，推导出了矩形桩截面的修正扩孔理论，并将理论计算的位移值与模型试验测量值进行对比，验证修正扩孔理论的合理性。

我国城市污泥产量巨大，如果得不到妥善处理将会严重影响环境综合治理。为了研究一种高效、资源、稳定的城市污泥处理技术，对城市污泥先进行生石灰消化处理，再通过正交试验，以无侧限抗压强度为指标，优选出生石灰、原料土、城市污泥、固化剂等的最佳配比，配制成一种新型城市污泥固化土，并对其力学特性进行试验研究。试验结果表明：研制的新型城市污泥固化剂固化处理城市污泥效果很好，重金属浸出量满足国家规范要求，污泥固化土强度随着养护龄期的增加而增大，且28 d后慢慢趋于相对稳定，碱性对强度有促进作用，建议固化土初始配制含水率最高控制在45%～50%之间。三轴剪切试验得到的应力峰值和结构屈服应力随着围压和养护龄期的增大而增大，环剪试验得到的残余强度与养护龄期及有效法向应力成正比，与剪切位移成反比。

数次大地震震害调查表明，隧道穿越断层处是受地震破坏较为严重的区域。为此，基于地震动能量的传播与释放特征，建立了一种穿越断层隧道结构抗减震的设计理念，并提出了一种穿越断层隧道节段接头形式。以跨断层龙溪隧道为依托，采用振动台模型试验研究了单一错动方式与断层错动-震动综合加载方式下带有接头的衬砌结构响应。研究结果证明：强震作用下，地震波对穿越断层隧道的影响是不可忽略的，断层错动-震动综合加载方式是合理的；新型接头能够自身适应性变形协调减轻隧道结构震害，节段间接头的设置改变了隧道的变形形态，提高隧道整体抗震能力；同时减小了衬砌的环向破坏，消弱了节段间地震力的传递，实现了衬砌震害的局部化。由于接头的设置，上盘隧道结构震害集中在距断层1.8倍洞径的范围内，下盘处隧道衬砌震害集中在距断层1.2倍洞径范围内；上盘的衬砌震害主要是由错动-震动联合作用造成的，而下盘衬砌震害主要受地震动的影响。

为探究上、下盘不同开采顺序对断层稳定性影响，基于压力拱理论提出应力偏转概念，运用FLAC3D数值方法，模拟工作面分别从断层上盘和下盘向断层推进的过程，分析接触面应力状态和演化规律，验证采动诱发应力偏转，并与断层损伤变量及其增速进行对比分析。研究表明，工作面自上、下盘不同方向靠近断层，顶板主应力起始偏转位置分别为距离断层120 m和40 m处，相差80 m，且下盘最大偏转角是上盘工作面的1.68倍；断层损伤变量的启滑点分别距断层130 m和40 m，下盘工作面相对上盘工作面提前90 m，二者良好的对应关系表明应力偏转与断层滑移失稳显著相关。采动诱发应力偏转产生附加应力概念可以很好解释上、下盘工作面断层稳定性差异，为断层保护煤柱留设及工作面过断层防灾措施制定提供新思路。

针对钻孔图像中岩体结构面形态特征，提出了一种基于Canny检测的岩体结构面几何信息智能测量方法。该方法首先采用灰度共生矩阵特征参数，在长幅钻孔图像中定位结构面区域；然后，对识别的结构面区域，采用Canny检测算法识别出结构面边缘，并通过边缘连接和合适的阈值筛选边缘，提取出结构面上下边缘；最后，对结构面边缘进行三角函数拟合，得到结构面上下边缘的正弦曲线，结合立体空间几何理论，从而计算出岩体结构面的倾向、倾角、隙宽等参数。以如美水电站坝址区两钻孔为例，基于本算法提取结构面几何信息，并与已有成功算法进行对比得到了较为一致的结果，证明了算法的可行性。

通过分析桩体未打入硬土层和桩体打入硬土层两种情况下桩网复合地基的受力变形特性和设计计算方法，建立了以桩径、桩长、桩帽边长和厚度、桩间距为设计变量，以地基承载力、沉降、加筋体抗拉、桩帽抗弯抗剪为约束条件，以工程造价为目标函数的桩网复合地基优化设计数学模型；通过引入加权扰动策略和减少寄生操作改进共生生物搜索（SOS）算法，提出了加权扰动共生生物搜索（PWSOS）算法；采用PWSOS算法求解桩网复合地基优化数学模型，得到基于PWSOS算法桩网复合地基优化设计方法。工程实例计算结果表明，改进得到的PWSOS算法具有更好的寻优性能和收敛速度，并得到了更优的桩网复合地基优化设计方案。

深部岩体应力量值确定一直是区域地应力场研究中的热点和难点问题，常用的深部岩体应力量值预测方法多以拟合经验公式外推确定为主，缺乏理论依据且可靠性低。研究工作基于应力多边形理论，结合侧压力系数K与震源机制解应力形因子R，在大范围应力预测结果基础之上，对深部应力量值进行了精细限定。以河北易县紫荆关地区的原地应力测量为参考，结合震源机制解资料，估算获得6、11、19 km深度处最大侧压力系数 分别为1.07 0.07、1.14 0.14、1.09 0.09，最小侧压力系数 分别为0.85 0.15、0.88 0.12、0.86 0.14，并以此计算最大、最小水平主应力，结果的相对偏差在6%～17%之间；利用震源机制解和水压致裂法联合确定的研究区最大水平主应力方向为N44.4°E。研究提出并建立的联合震源机制参数R和应力多边形限定深部应力状态为深部岩体应力状态估算提供了新的途径。

合理桩间距的确定是抗滑桩设计的重要内容之一。认为抗滑桩的抗滑能力主要来自桩身迎荷面的阻滑能力和桩侧的阻滑能力这两个方面。在假定抗滑桩这两方面的阻滑能力均充分发挥的基础上，从桩侧摩阻力与桩后土拱极限剪切作用厚度范围内的摩阻力与拱后滑坡推力之间的静力平衡条件出发，基于Mohr-Coulomb强度准则，简化摩阻力的分布形式，建立悬臂式抗滑桩桩间距的计算公式。在此基础上，进一步研究了滑坡体的黏聚力、滑坡推力及抗滑桩的截面尺寸等因素对桩间距的影响。参数分析结果表明：桩侧阻滑能力在整个抗滑桩的抗滑能力中占有重要比例，且主要受桩侧面宽度控制；滑坡土体的黏聚力、内摩擦角，桩截面宽度等因素对抗滑桩最大桩间距具有较大程度影响。

岩土工程随机参数统计特征的不确定性，使得岩土工程可靠度设计存在一定风险。岩土工程稳健性设计能够充分考虑随机参数的不确定性结合结构安全性、稳健性和经济性实现最优设计。针对随机参数统计特征的不确定性对柱下独立基础设计的影响，基于可靠度理论和岩土工程稳健性设计方法，考虑岩土参数、混凝土和钢筋材料力学参数统计特征不确定性的影响，以独立基础几何尺寸作为可控设计参数进行设计分析。将独立基础地基承载力、地基变形、基础结构冲切破坏和基础弯曲破坏4种失效模式视为串联系统，进行多失效模式下的结构体系稳健性设计，分析了多失效模式下结构几何参数与结构体系可靠度的关系。结合稳健性和经济性，进行了独立基础多目标优化设计，确定柱下独立基础设计的最优解。

非连续变形分析方法（DDA）是一种平行于有限元法的新型数值计算方法，该方法基于最小势能原理，把每个离散块体的变形、运动和块体之间的接触统一到平衡方程中进行隐式求解。然而，传统DDA方法在计算过程中需组装整体刚度矩阵并联立求解方程组，在用于大型岩土工程问题的三维数值模拟时占用内存较大、耗时较长、计算效率极低。因此，提出一种基于显式时间积分的三维球颗粒DDA方法。该方法在求解过程中不需要组装整体刚度矩阵，在求解加速度时，由于质量矩阵为对角矩阵，可存储为一维向量占用内存较少，且可分块逐自由度求解，效率较高，在接触判断上采用最大位移准则简化了接触算法，采用较小的时步，保证了计算的精确性；通过几个典型算例验证了该方法的准确性及计算效率。

劈裂注浆作为一种有效的土体加固方法，其理论研究落后于工程实践。提出了基于弥散裂缝模型和流体体积法的劈裂注浆有限元分析方法，并通过ABAQUS二次开发编写劈裂注浆有限元程序。数值分析结果能与室内试验较好吻合，验证了有限元算法的合理性。在此基础上研究了注浆孔埋深和注浆流量对劈裂浆脉形状的影响。结果表明，劈裂注浆过程可分为起劈和劈裂发展两个阶段。当劈裂浆脉扩展到模型边界后，继续注浆会引起注浆压力的大幅提高和已有浆脉宽度的增加。随着注浆孔埋深的增加，浆脉分支减少，长度减小，宽度增加，劈裂浆脉形状的主要控制因素从土体参数的随机性变成大小主应力值的差异。注浆量一定的情况下，注浆速率越大，劈裂浆脉长度越短，宽度越大，注浆终压也越大。研究为劈裂注浆的工程应用提供理论支撑。

采用最新配置的水泥砂浆材料，通过在试件中布置倾斜裂隙和水平裂隙，开展了单轴和双轴条件下的压缩试验，详细分析了不同加载条件下试件裂隙的扩展和贯通规律。试验结果表明：无裂隙内水压时，在单轴压缩条件下倾斜裂隙在扩展贯通水平裂隙后裂纹的扩展路径和方向发生明显改变，试样最终发生劈裂破坏。侧压的增大抑制了倾斜裂隙端部翼裂纹和次生裂纹的萌生，高侧压下翼裂纹没有贯穿水平裂隙，试样破坏模式变成了剪切破坏。水力耦合作用下，单轴压缩时倾斜裂隙翼裂纹尖端的最大主应力分布范围随着内水压的增大逐渐变小，翼裂纹的起裂应力、起裂角和峰值强度逐渐降低，试样发生劈裂破坏。通过数值模拟得到的裂纹扩展贯通规律与试验结果具有良好的一致性，开展了不同内水压时倾斜裂隙扩展贯通无水压的水平裂隙的数值分析，随着内水压的增加倾斜裂隙首先萌生共面裂纹随后产生翼裂纹，翼裂纹扩展贯通水平裂隙时扩展路径同样会发生改变。水力耦合作用下侧压也会抑制翼裂纹的萌生，随着内水压的增大减弱了侧压对倾斜裂隙翼裂纹的抑制作用。

利用最大周向应变断裂准则，基于裂纹扩展增量法模拟水力裂缝扩展过程。数值模拟结果表明，上述裂缝扩展方法能有效模拟水力裂缝扩展过程。在此基础上利用该方法分析了定向射孔水力裂缝初始起裂水压、扩展路径和裂缝“偏转角”受射孔长度与倾角、地应力差、泊松比和注水压力的影响。通过预测裂缝初始起裂水压和扩展路径，可以优化选择合适的射孔参数。减小地应力差有助于降低裂缝起裂水压，同时可以使裂缝在扩展过程中沟通更大的有效储层。泊松比在临界荷载条件下对裂缝起裂特性产生显著影响，但是在高水压条件下对裂缝扩展路径无明显影响。敏感性分析表明，射孔倾角是影响压裂效果的关键性因素。对上述多因素的影响分析可以为定向射孔水力压裂设计与施工提供重要的参考依据。