针对富水砂层中地下管道破损诱发地面沉降的问题，设计了一套可视化试验装置，对骨架粒径d90 =1.45～8.45 mm的11种砂土样、5种满流流速下土体渗流侵蚀诱发地表沉降的规律进行了研究。研究表明：（1）管道破损诱发的土体渗流侵蚀有3种模式，分别为：只突水无沉降、形成土拱并发生沉降和溃砂沉降；（2）土体骨架粒径、破损口尺寸、厚跨比是决定土体产生何种渗流侵蚀模式的主要因素，满流流速主要影响土体沉降范围；（3）管道破损口上方土体形成土拱或溃砂时，土体骨架粒径d90与厚跨比r的关系为：当8.0≥r≥4.2时，d90随r的增大呈抛物线下降；当12.5≥r≥8.0时，d90保持不变；（4）管道破损口上方土体形成土拱或溃砂时，流速为0的初始沉降半径、沉降深度由破损口直径D与土体平均粒径d50的比值（D/d50）决定；沉降半径、沉降深度均随满流流速的增大而线性增大；形成土拱时，沉降半径、沉降深度随流速增大的扩展速度（VL、VH）与D/d50呈对数关系；溃砂时，沉降半径随流速增大的扩展速度VL规律如下：当23.0≥D/d50≥6.0时，VL随D/d50的增加而线性增大，当42.0≥D/d50≥23.0时，VL随D/d50的增大呈对数减小。

为进一步深入探讨饱和黏土的固结机制，引入考虑时间效应的统一硬化(UH)本构模型描述饱和黏土变形的弹黏塑性，以及Hansbo渗流方程描述固结过程中的非Darcy渗流，修正了饱和黏土一维固结方程，并利用有限差分法进行了求解。通过与文献中一维流变固结试验结果和理论计算结果的对比，验证了所提计算方法和UH模型的适用性。然后探讨了Hansbo渗流参数及UH模型参数对流变固结过程的影响。计算结果表明：土体的黏滞效应是引起流变固结初期地基不排水面附近出现孔压升高现象的主要原因，而渗流的非Darcy特性增强了这一效应，同时土体的这两个特性还延缓了固结中后期饱和黏土地基中孔压的整体消散和地基的沉降。另外，随着回弹指数和超固结参数的增大，或渗透指数的减小，上述流变固结特性更加明显。但是Hansbo渗流参数和渗透指数对地基最终沉降量均无影响。

珊瑚砂的物理力学性质与陆相沉积物有显著的差异。对南沙岛礁饱和珊瑚砂进行了不排水应变控制分级循环加载动三轴试验，研究了有效围压 和相对密实度Dr对饱和珊瑚砂动剪切模量和阻尼比特性的影响。通过与陆源砂砾土试验结果的对比发现：珊瑚砂与陆源砂砾土在最大动剪切模量Gmax、动剪切模量比G/Gmax曲线及其上下界、参考剪应变 、阻尼比? 曲线及其上下界等均存在显著的差异；珊瑚砂的Gmax比陆源砂的大，采用陆源砂Gmax的经验模型，珊瑚砂的Gmax将被低估约30%；珊瑚砂的非线性稍弱于陆源砂砾土，陆源砂砾土G/Gmax和? 的经验公式不适用于珊瑚砂。给出了珊瑚砂G/Gmax和? 的经验公式及相关参数。

对某高坝心墙黏土进行了三轴压缩过程中的轴向渗透试验，观测了不同压实密度的试样在不同围压下轴向渗透系数随轴向应变的变化过程以及试样的变形形态。试验发现，三轴压缩过程中试样的渗透系数的变化趋势与压实密度和围压有关。当围压大于试样的前期固结压力时，试样在三轴压缩过程中一直呈现体缩，变得更密实，因而渗透系数随着轴向应变的增加而减小，最后趋于稳定。当围压远小于试样的前期固结压力时，试样产生了对抗渗不利的集中剪切带，集中剪切带成为渗流通道，使得试样的表观轴向渗透系数随轴向应变的增加而显著增大。重度压实的黏土在低围压下的大剪切变形下会产生高渗漏性的集中剪切带的试验事实，可以用来解释土石坝心墙的局部渗漏现象。

以高庙子（GMZ07）和美国怀俄明州（MX80）钠基膨润土为研究对象，采用热探针法研究温度对压实膨润土试样热传导性能的影响。在保持干密度和含水率不变的情况下，使用KD2 Pro型热特性分析仪测定不同温度（5～90 ℃）试样的热传导系数，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着温度的增大而增大，在90 ℃时最高可达5 ℃的1.2～1.5倍，主要原因是温度引起的水汽潜热传输促进了试样内部的热传导；当试样温度高于60 ℃时，温度对热传导系数的影响较低于60 ℃时更显著；含水率不为0时，两种膨润土热传导系数的温度效应均随干密度的增大而减小；干试样的热传导系数几乎不随温度发生变化，这与水汽潜热传输的强化机制有关。热传导系数温度效应的机制可理解为：热传导系数取决于试样内部可供潜热传输的水分和传热通道数。

岩体中节理的几何形态及力学特性是影响其剪切力学特性及破坏模式的重要因素之一。基于3D打印技术，建立了不同节理粗糙系数（JRC）的节理模型、几何形态节理模型和复杂裂隙网络物理模型，通过开展室内直接剪切试验分析了各组试件的剪切强度及破坏模式。结果表明节理模型的抗剪强度随JRC波动性较大，波动幅值越高，峰值剪切位移越低；平面形节理模型的峰值抗剪强度最低，矩形节理模型的峰值抗剪强度最高，正弦形和三角形节理试件的抗剪能力相近；离散裂隙网络模型和粗糙裂隙网络模型的峰值抗剪强度显著低于实心试件，考虑了节理粗糙性的裂隙网络模型抗剪强度高于直线型节理模型；实心试件破坏模式为典型脆性剪切破坏，裂隙网络模型的破坏模式相对复杂，沿着剪切方向主剪切裂面波动萌生，破断面由多个节理面的交叉点破坏与沿节理面的滑移构成。研究成果可以为3D打印技术的推广和复杂节理岩体剪切力学特性的室内试验研究提供参考。

为研究常刚度（CNS）边界条件下节理的剪切-渗流耦合特性，针对3种不同节理粗糙度的复制节理试样进行了3种不同刚度、3种不同渗透水压力条件下的剪切-渗流试验，全面系统地分析了法向刚度、渗透水压和节理粗糙度等因素对节理剪切过程中力学特性和渗流特性的影响。试验结果表明：节理峰值剪切强度随法向刚度的增加而增加，流量、等效水力开度和透过率随法向刚度的增加而减小；节理峰值剪切强度和法向位移均随渗透水压的增大而减小，流量、等效水力开度和透过率随法向刚度的增加而增加；通过节理面的流量随节理粗糙度的增加而减小。剪切过程中流量、等效水力开度和透过率均呈现类似于节理剪胀的三阶段变化规律：快速增长阶段、增速变缓阶段和稳定阶段；稳定阶段流量随法向刚度和渗透水压的变化近似呈线性关系，随着渗透水压的增加，粗糙程度较高的节理流速较慢。

以江汉盆地水热型地热田疏松砂岩为研究对象，施加静水压力至实测地层应力（12.5 MPa），待试样变形稳定后，在恒定渗透流量下研究了疏松砂岩在高静水压力压实作用下渗透特性演化及其机制，为水热型地热田现场尾水回灌过程设备参数的选择提供一些建议。研究结果表明：在高静水压力压实作用下渗透流量（0.5～3.0 mL/min）影响试样达到稳定渗透率的时间，但对最终的稳定渗透率不产生影响，趋于常数4.0×10?3 ?m2；试样两端压差呈非线性增加，且非线性程度随渗透流速的增加而逐渐增大，但最终趋于稳定。此外，疏松砂岩试样沿渗流方向形成管状潜蚀通道，延伸至试样的约2/3处；基于颗粒运移停止时间及管状潜蚀通道在渗流方向的扩展、延伸长度，定义了不同渗透流速下颗粒平均运移速度，发现颗粒运移速度随渗透流速的增加呈指数形式增大，而且单位时间内通过管状潜蚀通道运移的可移动微小颗粒（小于0.075 mm）量随渗透流速的增加而逐渐增多；试样两端压差超过静水压力约1/2时，试样发生潜蚀破坏，上游出现径缩现象。

钙质砂与钢界面的动力响应对岛礁地质条件下结构物基础的安全与稳定具有重要意义。基于界面环剪仪，开展了一系列钙质砂?钢界面循环剪切试验，探究了法向应力、剪切位移幅值和粒径大小对界面剪切刚度和阻尼比的影响，并与石英砂进行了对比。研究结果表明：法向应力和剪切位移幅值对界面剪切刚度和阻尼比起控制作用；法向应力的增大导致界面剪切刚度增大、阻尼比降低；剪切位移幅值的增大，则导致剪切刚度近似呈反比降低，而阻尼比近似呈对数增大；对于均一粒径的钙质砂，存在着分界粒径，使其剪切刚度和阻尼比的变化规律呈现显著区别；石英砂粒径较大时，其界面剪切刚度和阻尼比与钙质砂明显不同，而粒径较小时两类砂表现出类似的剪切刚度和阻尼比特性。

高土石坝中，堆石体颗粒破碎是导致坝体变形的主要因素之一。但是由于原型坝料的颗粒尺寸较大，其破碎程度难以直接通过室内试验度量，因此通常要将原型级配缩尺为60 mm以下的小粒径级配堆石料，然后才能进行室内试验。而由于原型和试验级配差异较大，导致试验测得的参数往往和原型坝料实际参数有较大差异，因而影响了原型坝料力学特性的深入研究。这里提出了一种新的实时预测原型坝料破碎的方法。首先在颗粒尺度上，基于单粒强度的Weibull分布理论和颗粒分形破碎理论，阐述了原型堆石料级配演化的推求过程；然后通过单粒强度试验测得了相关参数，并与三轴试验测得的试样级配曲线对比，验证了参数选取的合理性；之后分析了颗粒强度离散程度对于原型坝料级配曲线形状的影响；最后，讨论了加载过程中原型级配和试验级配堆石体的相对破碎参量和受力状态的关系。

软土地层中当桩顶水平荷载较大时，采用传统m法计算容易低估桩身弯矩与挠曲变形，有必要针对该问题提出相关计算方法。将地基土体简化为理想弹塑性体，假定桩身某一深度处存在土体的弹塑性变形临界点，临界点以上的土体进入塑性变形状态，而临界点以下的土体仍处于弹性变形状态，分段建立桩身挠曲微分控制方程，得到水平受荷单桩简明弹塑性计算方法。现场单桩实测和参数敏感性分析结果表明：采用简明弹塑性计算方法得到的桩身最大弯矩较传统m法计算精度提高38.1%；桩身最大水平位移计算精度提高22.3%；桩顶边界条件对桩身水平位移与弯矩沿桩身的分布规律影响显著；桩身最大弯矩和水平位移对土体的极限抗力系数及其形状参数较敏感，设计中宜按下限值选取。

在桩基顶部承受竖向荷载作用的条件下，将完全液化后的上层土体视为流体，将桩基等效为欧拉-伯努利梁模型，探讨了桩底嵌固时桩基顶部的水平振动阻抗。运用流体动力方程模拟顶部液化土层的运动，运用文克尔地基模拟下部非液化分层土的运动。结合传递矩阵法，利用液化土与非液化分层土交界面处的位移、转角和内力连续条件，得到桩基顶部和底部的相关位移?内力表达关系式。根据桩基底部的嵌固条件，求得桩顶阻抗的表达式。与已有文献解进行对比，验证了分析过程的正确性。对阻抗影响条件进行参数分析，表明液化深度、轴力和流体密度大小对桩顶阻抗有不同的影响。

断裂力学是各行业的基础学科之一。半圆弯拉(SCB)试验为该领域经典试验，目前含裂纹的SCB研究多为底部切口等表面裂纹或穿透型裂纹研究。内裂纹和内部类裂纹缺陷是材料的固有属性，但是对于SCB内裂纹扩展规律研究较少。基于3D-ILC（三维激光疲劳内裂纹）技术，分析了表面无任何影响的情况下凭空生成任意参数的纯内裂纹，在SCB试样中生成内裂纹，对含内裂纹试样进行SCB试验，分析了裂纹生长过程、应力双折射规律、I-II-III型裂纹扩展面、破坏形态、宏微观断口特征，开展数值模拟，得到裂纹尖端应力强度因子分布规律及扩展路径，与物理试验一致。结果表明：（1）基于3D-ILC的SCB内裂纹及I-II-III型扩展断裂规律明显，3D-ILC为断裂力学中的内裂纹问题研究提供了有力工具；（2）应力云纹在内裂纹处显示应力集中，SCB整体云纹在内裂纹处发生明显变异；（3）SCB试样从预制裂纹处发生压剪型起裂，发生I-II-III型裂纹扩展，分为光滑区和撕裂区，持续生长转变为动态断裂进而破坏，动态断口存在裂纹分叉出现雾化区、羽毛区特征；（4）根据M积分和最大周向应力准则，对试样进行了数值模拟，得到了试样内裂纹尖端应力强度因子分布规律及扩展路径，与试验结果一致。结论与成果对断裂力学领域的SCB试验、内裂纹、I-II-III型断裂问题、裂纹扩展路径模拟问题的研究，具有重要意义。

含碳酸盐混合砂作为一种特殊的岩土材料主要分布于热带沿海地区，独特的成因和组构使得其具有不同于陆源砂的岩土工程特性。针对取自我国南海的珊瑚砂与取自长江流域石英砂按不同质量百分比配制而成的混合砂，开展不同围压下的三轴固结排水剪切试验，研究不同碳酸钙含量混合砂的剪切特性。结果表明：（1）混合砂峰值强度随有效围压和碳酸钙含量的增加呈近似线性增长；（2）围压及碳酸含量是影响混合砂剪胀特性的主要参数，随着碳酸盐含量的增加，胀缩转换点及其对应的轴向应变量增大；（3）随着碳酸盐含量的增加，混合砂的黏聚力呈线性增加趋势，峰值内摩擦角?f缓慢增长；（4）混合砂的相对破碎率Br随碳酸钙含量及围压的增加而增加。

一系列三轴压缩试验表明，黏土岩的力学特性与其应力状态相关。主要表现为：围压越大，黏土岩试样应力峰值越大，且峰值出现得越晚。这是因为高围压试样内部微裂纹闭合趋势更加明显，从而对于微裂纹的发展具有一定的抑制作用。但在软化过程中应力的跌落程度受围压影响不大，这是因为软化过程中，不同围压作用下试样内部的微裂纹均逐渐贯通，并发展成同类型的剪切面，对试样力学性能的削弱大致相同。在试验研究基础上，以微裂纹作为损伤基元，引入受应力状态影响的损伤演化方程（因微裂纹的发展受应力变化影响），建立新的本构模型，通过Abaqus及子程序对新模型进行数值实现。模拟结果与试验结果对比表明，该模型可以有效地描述黏土岩的力学特性。研究成果为黏土岩相关地下工程施工提供了更可靠的理论指导。

开展上海软黏土的宏微观三轴剪切试验，研究软黏土受荷状态下孔隙的演化特征。结果表明：局部变形在加荷初期就开始发生。随着荷载的增加，细碎团聚体增多，孔隙不断地扩展，生成大的贯通孔隙，孔隙定向排列明显，剪切带形成。微观结构参数与剪应力比呈非线性正相关关系，最大孔隙面积、孔隙比、孔隙各向异性率及分布分维数在受荷初期缓慢地增大，后期快速增大。应变为8%时，最大各向异性率达到0.68，最大孔隙比为1.96。剪切带附近的微观结构参数都大于带外值。在受荷过程中，土的微观结构发生劣化，软黏土变形过程分为损伤开始、损伤发展剪切带形成和土体破坏3阶段，微观结构的劣化与土的宏观力学特性紧密相联系。

为探讨均质砂土地基中桩顶水平简谐荷载H(t)与扭矩T联合作用下的单桩承载特性，基于改进的有限杆单元法，考虑桩周土的刚度贡献及H(t)-T的耦合作用，建立出桩身综合刚度矩阵，再利用MATLAB求解桩身的内力、位移，进而通过参数分析获得桩身长径比(L/D)、桩土刚度比(Ep/Es)、H(t)的无量纲频率a0与幅值Q0以及桩底边界条件等对H(t)-T联合受荷桩内力、位移的影响曲线，研究表明：随入土深度增加，桩身弯矩先增大后急剧减小，而扭矩和变形急剧减小直至为0，即存在一有效桩长ld，ld与桩身内力、位移受Ep/Es的影响较大。当Ep /Es从1 500增至3 500时，ld从27.3D增至44.1D，且桩身弯矩最大值相对增大23.5%，而地面处桩身水平位移与扭转角分别减小19.0%及26.0%；减小H(t)的无量纲频率a0或增大幅值Q0均可适当提高桩身受扭承载力；桩底边界条件只对有限长桩的内力、位移有影响。

开展花岗岩单轴压缩试验，利用决策树模型，构建岩石破裂过程关键声发射信号的提取方法，并通过选取特征参数将提取的关键信号分类，分析各类关键声发射信号的时频参数特征，进一步探讨各类信号所对应的岩石破裂机制。研究结果表明，基于决策树模型建立的岩石破裂关键声发射信号提取方法，能够有效提取岩石破裂过程中影响整体结构稳定性的关键破裂事件对应的声发射信号，准确率在90%以上。根据关键信号特征提取规则将信号分成A、B、C、D 4类，A类信号对应岩石在宏观破裂时产生的开裂、扩展型破裂；B类信号为岩石临近破裂与峰后阶段出现的大量小尺度开裂、扩展型破裂；C类信号对应岩石宏观破裂前产生的剪切滑移型破裂；D类信号对应岩石整体破坏后产生的小尺度张剪复合型破裂。

目前采场底板破坏深度的理论计算是将底板简化为弹性或塑性体进行分析，但没给出两种方法的应用条件，同时也不能处理层状结构底板。为此，将支承压力作用下的底板极限平衡破坏形式视为圆弧型滑动，运用瑞典条分法搜出危险滑面并获取稳定系数和滑面最大深度。借鉴地基基础设计规范，给出底板安全系数值。在此基础上，以均质软、硬岩底板为例，将计算结果与现有理论解以及弹塑性数值解进行对比。讨论了软硬岩组合以及岩层倾角等因素对底板稳定系数及滑面深度的影响规律。研究表明：硬岩底板以局部塑性破坏为主，稳定系数一般较高，可近似采用弹性解；软岩底板一般塑性区范围大，甚至出现塑性滑动，采用极限平衡法分析误差较小。软硬岩组合底板中，当硬岩厚度达到一定值后，可大幅增加底板稳定系数并控制底板塑性区范围。在工作面上部，高倾角底板易发生浅层滑动破坏，而下部则与之相反。实例应用表明，圆弧滑动解考虑了层状底板强度参数的非均一性以及可判断底板的破坏形式，与实际更为吻合。

汶川－马尔康高速公路（简称汶马高速）沿线发育大量的千枚岩堆积体，施工开挖形成的千枚岩堆积体边坡的稳定性显著影响着该公路施工及运营安全。以往对千枚岩堆积体的研究多将其视为均质碎块石土边坡，较少关注其特有的结构特征——千枚岩岩块的定向性，导致工程实践中边坡的失稳破坏。千枚岩为片理构造的变质岩，岩块具有显著的扁平化特征，沿坡运动后以一定的方向性停积。野外调研表明，堆积体中扁平状岩块的倾向与边坡坡面倾向相近，将此称之为岩块定向性，并认为该定向性是影响堆积体边坡稳定性的重要因素。以汶马高速千枚岩堆积体为研究对象，设计物理模型试验研究千枚岩堆积体岩块定向性特征及其影响因素。在此基础上开展考虑岩块定向特征的堆积体大型直接剪切试验，探索岩块定向性对千枚岩堆积体边坡稳定性的影响。结果表明，坡度及堆积体中细颗粒含量对岩块定向性有显著影响，坡度为20°～30°时，定向性最明显，且随细颗粒的含量增大而增大；边坡稳定性分析时的潜在滑面抗剪强度由于岩块定向性而显著降低。

进行了增压式真空预压处理吹填淤泥的室内模型试验，利用沉降标、微型孔压计和微型十字板剪切仪对试验过程中的土体沉降量、孔压消散以及强度进行监测。结果表明，土体内部注气增压对土体沉降量、孔压累积消散量以及强度提升均有明显促进作用。特别地，获得了增压期间土体孔压的实时响应，并结合数值模拟分析，推断了增压提升淤泥地基处理效果的主要机制为：注气引起增压管/排水板之间土体产生微小的劈裂裂缝，提高了土体的渗透性，并且该裂缝在增压结束后继续提供额外的排水通道，从而在增压后仍能加快孔压消散和土体固结。

浅埋土质隧道的稳定性研究一直是隧道工程的关键问题，而孔隙水压力的存在影响着浅埋土质隧道的安全。构建了隧道顶部为圆弧形的浅埋土质隧道的三维塌落机制，基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则和极限分析上限法，并考虑孔隙水压力的作用，推导出浅埋土质隧道的塌落范围及支护力的最优上限解计算公式。通过与既有研究进行对比，验证了所提方法的合理性。分析了不同参数对塌落范围、塌落土体的重力及支护力的影响，结果表明：孔隙水压力对浅埋土质隧道的塌落范围、塌落土体的重力及支护力有着显著的影响；孔隙水压力对塌落范围、塌落土体重力的影响比较复杂，而支护力都随着孔隙水压力系数的增大而增大；不同参数对浅埋土质隧道的塌落范围、塌落土体的重力及支护力的影响规律不同。新方法可为浅埋土质隧道的设计优化提供理论支撑。

通过对珊瑚骨架灰岩在不同围压条件下的声发射监测试验，获取珊瑚骨架灰岩三轴压缩力学特性及其声发射（AE）基本特征。研究表明，珊瑚骨架灰岩强度特性符合Mohr-Coulomb强度准则。珊瑚骨架灰岩在三轴压缩作用下的宏观破坏特征表现出较明显的围压效应，即单轴压缩表现为劈裂式张拉断裂面；随着围压的增大，由两级台阶式宏观断口逐渐过渡呈现为单斜面剪切带。珊瑚骨架灰岩在三轴压缩作用下的AE时序演化规律与其应力-应变曲线特征基本吻合，等效破坏时间所对应的累计振铃计数、累计能量计数与围压之间呈良好的对数函数关系。峰前累计振铃计数、累计能量计数在长期强度?cd之前表现出稳定的平缓现象，符合岩石的线弹性变形特征，并在约90%处呈现剧增现象，即为岩石内部微裂纹快速不稳定扩展的开始。珊瑚骨架灰岩在单轴压缩作用下的峰前能量演化规律与其应力?应变曲线特征基本吻合，峰前弹性能、峰前耗散能同样在约90%处出现转折现象。

级配显著影响着堆石料的压实特性，定量表述级配对堆石料压实特性的影响至关重要。基于连续级配土的级配方程，设计了16组不同级配的试验粗粒料，进行了表面振动压实试验和侧限压缩试验，定量研究了级配对粗粒料压实特性的影响。研究表明：由表面振动压实（动应力）试验和侧限压缩（静应力）试验得到的干密度与级配曲线面积之间均呈二次函数关系，且干密度中的最大值对应的级配曲线面积均在0.9附近；无论是表面振动压实试验还是侧限压缩试验，堆石料都存在干密度最优（最大）的级配。依据试验成果，给出了所试验堆石料的最优级配区间（级配上、下包络线）；同时，利用相似级配法论证了实际级配粗粒料的最优级配区间，并根据国内外多座土石坝粗粒料的设计级配验证了该最优级配区间的普遍适用性，为土石坝粗粒料的级配设计提供了理论依据。

采用Loganathan公式研究了盾构隧道下穿管道施工引起的地下管道处土体竖向位移，利用考虑土中剪力传递的Pasternak模型模拟管-土相互作用，运用修正Vlasov模型中的迭代流程计算出Pasternak模型的关键参数——弹性系数k与剪切系数gs。将计算结果与已有文献结果及工程监测数据进行对比，深入分析了迭代求解k、gs值的Pasternak模型与传统模型的计算差异，并进一步研究了土中剪力、管道与隧道的夹角、土体弹性模量及隧道半径的变化对管-土相互作用的影响。研究结果表明：迭代求解的k、gs值能提升Pasternak模型的精确度；土中剪力对管道竖向位移计算值的影响可达15.3%；随着管道与隧道夹角的减小，管道的竖向位移增大、弯矩减小；土体弹性模量与隧道半径的增大均会增加管道的竖向位移和弯矩。

土体本构模型的建立往往需要以等向压缩模型为基础。通过对无黏性土等向压缩特性的分析，发现无黏性土等向压缩状态下压缩指数的大小与当前孔隙比和球应力密切相关，进而提出了以当前孔隙比和球应力为变量的可分离函数表示的压缩指数表达式。在此基础上得到一个可以描述无黏性土压缩特性的三参数压缩模型。与试验数据的对比表明，该模型能够较好地拟合不同初始孔隙比下无黏性土等向压缩试验的孔隙比-应力关系。与以极限压缩曲线为参考线建立的压缩模型相比，在拟合低应力区无黏性土的孔隙比-应力关系时，提出的新模型更具有实用性。新模型也可为无黏性土建立本构模型提供基础。

利用地下岩穴进行压缩空气储能是大规模能源存储的可行方式之一。压缩空气地下储存库建设的核心任务是保证储气库的密封性和洞室结构安全性。为了验证浅埋地下储气库的可行性，在湖南平江抽水蓄能电站勘探平硐的花岗岩地层内建造了国内第1个硬岩浅埋衬砌地下储气室，并进行了10次完整的压缩空气充放气循环试验。试验结果表明：储气室内压缩空气温度场呈现出显著不均匀分布的特性，温控系统可以有效地控制储气室的温度变化过程。长时高压储气条件下，试验库的漏气率约为充气率的3.2%，试验库密封性能良好。在8.7 MPa的内压作用下围岩的最大变形量只有0.35 mm左右，高内压引起的变形影响区在10 m范围内，围岩变形安全性良好。试验成果有助于全面深入地认识高压地下储气库的工作性能，并为压气储能地下储气库的设计提供有益参考。

水利水电工程导流隧洞围岩?堵头协同承载的稳定性对于电站蓄水发电和安全运行至关重要。乌东德水电站左、右岸导流隧洞采用柱形堵头取代传统的扩挖楔形堵头，这种新型堵头结构型式在所处围岩条件和高水头作用下的安全性是否满足工程要求是需要回答的重要问题。采用物探、试验等多种手段，并结合能够模拟围岩?堵头渐进失稳破坏过程的数值计算方法，分析了高水头作用下直柱形、曲柱形、楔形等不同结构型式堵头与围岩相互作用的力学响应规律及其安全性，获得的主要结果包括：（1）给出了不同型式堵头与围岩相互作用条件下的抗滑力计算公式，揭示了扩挖楔形堵头?围岩协同承载的“楔形夹持效应”和曲柱形堵头?围岩协同承载的“弯段效应”等力学机制；（2）获得的乌东德导流洞堵头段围岩与混凝土的接触状态显示，堵头段衬砌?喷层?围岩整体接触紧密、胶结良好，接触面未见软弱充填物及张开现象，同时建议了这些接触面抗剪切强度参数；（3）在高水头作用下，不同类型堵头?围岩相互作用的变形规律基本一致，堵头压缩变形传递影响范围约为堵头长度1/2，水压力引起的变形影响范围约为1倍洞跨，且堵头混凝土与围岩间抗剪作用未完全发挥，有效抗剪作用范围约为1倍洞跨；（4）当堵头与围岩之间接触面力学性状较差时，堵头安全裕度由高到低依次为楔形堵头、曲柱形堵头、直柱型；当堵头与围岩之间接触面性状较好时，采用柱形堵头可提供与传统楔形堵头基本相同的安全裕度。最后，对乌东德水电站导流洞施工期及运行期堵头?围岩相互作用的安全性进行了评价，表明柱形堵头结构可承受的安全荷载在3.1～7.4倍设计水头之间，大于所执行规范要求的安全系数，采用柱形结构型式是可行的，可为类似工程提供参考。

水平预应力自坡面向路堤内的传播特征与扩散规律是预应力路基加固法需要解决的关键问题。基于弹性理论，推导了预应力路基内的水平附加应力计算公式，通过大量布点计算获得了6种典型坡率下预应力路基内的水平附加应力扩散系数图表，并分析了不同坡率和侧压板边长比下路基内水平附加应力扩散规律。研究表明：（1）可通过边坡坡率1:m、侧压板边长比l/b和计算点水平深度与板宽之比h/b三个无量纲参数，结合图表法快速、准确地获得预应力路基内任一点处的水平附加应力扩散系数KH；（2）不同路堤坡率下，板下（上）角点处水平附加应力扩散系数KHD(KHU)-h/b关系曲线基本趋同，板下角点处KHD随h/b的变化规律以临界板尺寸比(l/b)c为界，可分为先增后减和逐渐减小两种，而板上角点处KHU则随h/b的增加而逐渐减小；同一路堤坡率下，KH随l/b的增加而增大，但增加速率逐渐减小；（3）当侧压板距路肩线净距大于2.0倍板宽时，图表法插值所得附加应力与理论公式结果及数值仿真结果吻合良好，论证了图表法及理论公式的可靠性和适用条件。研究成果可为预应力路基设计提供一种快速且简便的设计参考蓝本，系一种高效集成法。

在强震区、含软弱土层的500 m级特厚覆盖层上建坝，超出了现行设计规范的控制范围。开展了覆盖层厚度、输入地震波峰值、覆盖层中的软弱土层厚度等指标的敏感性分析，揭示了深厚覆盖层地震反应的主要特征及坝基建基面加速度放大倍数分布的规律性。研究认为：覆盖层厚度、输入加速度峰值、软弱土层厚度等指标与建基面放大倍数的衰减在变化规律上成正相关；当输入地震波峰值加速度为0.5g作用下，含软弱土层的500 m级特厚覆盖层坝基中地震波总体以衰减为主，建基面放大倍数小于1；覆盖层加速度放大倍数随高程变化的基本规律为先衰减后放大。当存在软弱土层时，由于其滤波隔震作用会在土层内发生动力反应的二次衰减。基于上述分析，进一步提出了覆盖层下部区域地震效应衰减、中部区域软弱土层二次衰减、顶部区域放大的加速度放大倍数分布模型，编制了覆盖层加速度放大倍数建议值表，研究成果可为含软弱土层的深厚河床覆盖层坝基工程设计提供重要参考。

为确定在抗滑桩受荷段前侧有限范围土体条件下地基抗力系数的取值方法，基于抗滑桩计算的侧向受荷弹性地基梁法，并结合塑性极限分析上限法，考虑全桩内力与变形连续性，且以受荷段前侧土体无限情况下的地基抗力系数的比例系数值为基准，分析推导出抗滑桩受荷段前侧有限范围土体条件下该比例系数的取值方法，得到了地基抗力系数的比例系数与受荷段前侧土体坡度之间的关系，通过数值模拟进一步验证了所提方法的合理性。针对不同土体物理力学参数和抗滑桩参数条件下的案例分析结果表明，地基抗力系数的比例系数随受荷段前侧土体坡度增加呈非线性减小，抗滑桩嵌固段深度、截面尺寸、受荷段前侧土体黏聚力、内摩擦角和重度对桩前土体的该比例系数均有影响，但土体重度影响并不明显，而其他因素影响则呈较显著的正相关性影响。

针对盾构掘进中、离开后施工阶段，依据土体弹塑性应力?应变关系进行分析，准确预测地表变形量及影响范围具有重要的理论意义和工程应用价值。在导出隧道周围土体塑性松动圈范围的基础上，提出了盾构掘进中、离开后土体内产生的复合滑动面平面段与水平面夹角分别成45°?φ/2和45°+φ/2（φ为内摩擦角）的结论，推导了土体呈主动、被动状态复合滑动面安全系数Fs公式，并利用随机搜索法，找出可能的滑动面，量化确定盾构掘进、离开阶段横向扰动影响范围。盾构掘进中，地表隆起因盾构上部土体发生剪切位移引起，通过直剪试验曲线中控制应力?1、?2、?3及不同阶段剪切模量Ge、Gp1、Gp2，并依据?-l曲线控制应力?1、?2、?m及相对应的距离l1、l2、lm，推导出剪切位移公式，预测地表隆起量；盾构离开后，地表沉降由盾构上部土体卸荷产生的负超孔隙水压力消散引起土体固结所致，应用修正剑桥模型中土体剪切应变预测沉降量。以武汉过江隧道为工程案例，对地表变形影响范围及隆沉量进行量化计算，得出盾构不同施工阶段横向扰动影响范围、地表隆起量与工程实测值吻合较好，卸荷沉降预测值与总沉降实测值趋势一致。

2008年汶川Ms8.0级强烈地震对远离震中的黄土塬地区造成了较为严重的破坏，局部场地的震害和地震动放大效应显著。以典型黄土塬场地为对象，应用地形台阵流动观测和有限元计算方法，系统开展强震动作用下黄土塬边坡场地动力响应特征研究；应用大型振动台模拟试验和数值计算方法，重点探讨黄土塬平台场地在汶川地震作用下地表加速度响应随覆盖层厚度、地震动强度的变化规律以及对建筑结构的潜在影响。结果表明：黄土塬边坡顶部存在低频但较高放大系数的现象，可能与斜坡高差与入射波波长之比密切相关；大角度（60°～70°）黄土塬边坡对地震动的放大效应十分显著，坡顶加速度峰值（PGA）放大可达2倍，反应谱卓越周期放大可达5倍；较厚黄土塬平台场地加速度放大可达2倍以上，地震烈度增加1度，对于场地上固有周期0.7～2.0 s和周期大于3.0 s的建筑物地震反应将显著增加。

基于长期、连续的地温观测数据，对位于共和至玉树高等级公路沿线、平均海拔为4 260 m且处于高温冻土区的片块石路基温度、热状态、冻融循环过程和冻土人为上限及变化速率等进行了分析，研究了沥青混凝土和水泥混凝土路面对片块石路基下伏多年冻土的影响，以期对其适用性进行评价。研究发现，沥青混凝土路面的铺设使路基吸收了较多的热量，促使下伏多年冻土升温，导致多年冻土快速退化。观测期内，高温冻土地区沥青混凝土路面下片块石路基中心冻土退化速率为33.5 cm/a，几乎是天然地基的5倍。而且路基阴阳坡效应严重，阳坡路肩冻土退化速率为33.0 cm/a，明显大于阴坡路肩 （22.0 cm/a）。与沥青混凝土路面相比，水泥混凝土路面较高的热反射率、较小的热辐射吸收率，有利于抬升冻土上限或减缓冻土退化速率。但在观测期间，发现处于高温冻土区的高等级公路片块石路基在沥青混凝土路面下融化盘面积增长速率为12.24 m2/a，而在水泥混凝土路面下为9.28 m2/a，即融化盘面积以不同程度的速率始终在增大。因此，单纯的片块石层的存在和路面类型的改变，并未彻底解决高温冻土区高等级公路路基热平衡问题，建议增加补强措施或采用复合路基结构来应对其热稳定性问题。

基于多孔介质理论和广义的热弹性模型，研究了饱和多孔热弹性介质中Rayleigh波（R波）的传播特性。以考虑流-固耦合的饱和多孔介质波动方程和连续性方程及考虑热-弹耦合的广义热弹性基本方程出发，建立了饱和多孔介质的热?流?固耦合弹性波动模型。通过引入势函数并结合自由透水及绝热的边界条件，经过理论推导最终给出了饱和多孔热弹性介质中R波的弥散特征方程。利用数值算例分析了孔隙率、渗透系数、热膨胀系数、初始温度和松弛时间等热物理参数对R波的波速和特征衰减的影响。结果表明：孔隙率的增加将引起R波的波速下降，但使得R波的特征衰减反而增大；R波的波速随着渗透系数的增大先不变，再急剧增大，最后趋于稳定，其特征衰减随着渗透系数的增加先增大后减小，最后趋于稳定；热膨胀系数的增大将引起R波波速的增大，但对其特征衰减的影响较小；初始温度的增加导致R波波速的小幅上升，而对其特征衰减影响不大；松弛时间对R波波速和特征衰减几乎无影响。

合理推断岩土参数概率模型是岩土工程可靠度分析与风险评估的重要一步，目前大多基于现场或室内试验数据推断岩土参数概率分布。提出了岩土力学参数概率分布推断的自适应贝叶斯更新方法，建立了定量的子集模拟计算终止条件，构建了岩土参数概率分布推断及可靠度分析框架，并给出了计算流程。以台湾3号高速公路滑坡及不排水饱和黏土边坡为例验证了提出方法的有效性，并探讨了子集模拟每层样本数目对岩土参数概率分布推断的影响。结果表明：与最大似然和马尔可夫链蒙特卡洛方法相比，提出的方法计算效率高，编程较为简便，可为解决低接受概率水平岩土参数概率分布推断问题提供一个有效的工具。子集模拟每层随机样本数目对概率分布推断具有一定的影响，随着样本数目的增加，岩土参数后验统计特征和子集模拟阈值均逐渐收敛。此外，可根据互补累积分布函数随子集模拟阈值的变化关系来验证所建立的定量的子集模拟计算终止条件的合理性。

实时测量深部三维地应力场分布及扰动规律对工程岩体稳定性分析至关重要，但目前仍缺乏成熟的针对深部软弱围岩的地应力测试技术及配套仪器。首先详细介绍了深部软岩地应力测试方法流变应力恢复法的原理与技术，随后针对岩体压力传感器传感单元的方位合理布设问题展开了深入的理论分析。研究结果表明：如果六向压力传感器上半球的3个传感面法向布设为两两相互垂直，则下半球的3个传感面法向不能布设为两两相互垂直；如果上半球的3个传感面法向布设为两两相互垂直，则下半球的3个传感面法向不能与上半球的3个传感面法向平行，且下半球的3个传感面中不能有两个法向同时垂直于上半球任一传感面法向，下半球3个传感面法向与x、y和z轴的方向余弦值最好相差不大，且不能接近于两两相互垂直；如果上半球的3个传感面法向不两两相互垂直，从设计角度考虑列举了一种情形：上半球的3个传感面法向布设为与水平面夹角为45°，下半球的3个传感面法向与水平面夹角30°，上下半球的传感面法向在Oxy水平面上投影的夹角为60°，计算结果显示，此种布置方式是其中一种科学合理的布置方式。

研制了新型多功能水合物沉积物三轴试验系统，系统由供-排气模块、应力加载模块、温控模块、数据采集模块和辅助模块组成。利用泵驱动高压液体施加围压和轴压，加载方式有恒压、恒流、梯度增压、跟踪气压模式，可以实现不同条件下的水合物合成、三轴剪切。围压跟踪气压的功能使水合物生成过程中净围压不变，保证了试样初始条件一致性。根据围压液体积变化测量试样体积变形，通过设置回压泵压力变化方式控制水合物气压，可以模拟不同降压速率条件下的水合物沉积物分解变形。以泥质粉细砂和二氧化碳为材料制作了三轴试样，进行了水合物合成、三轴剪切和降压分解试验，检验了仪器的可靠性。

地下溶洞的形态及大小特征对该区域地质结构的稳定性计算和评价具有重要意义，而目前所使用的钻孔声呐法通用性低，很难同时满足探测精度和探测广度的需求。为此，在传统钻孔声呐法的基础上，提出了一种基于多频钻孔声呐的溶洞探测方法。该方法在考虑了不同频率对实际探测对象贡献大小的基础上，合成了多种频率的探测数据，有效解决了探测尺度和探测精度之间对立的问题。首先，推导了探测系统的最佳频率表达式，为优先和更大程度上体现不同频率对探测结果分析的影响提供基本参数，并构建了频率影响因子参数来描述固有频率与最佳频率之间的偏离程度；然后，在叠加了频率影响因子的基础上，综合合成了多种探测频率的探测数据，采用改进的频谱测距法完成了探测对象的精确测定；最后，在附加深度以及方位信息之后，实现了溶洞腔体形态的立体重建；并将该方法应用到了实际工程中，验证了方法的可行性和准确性。