基于岩石摩擦滑动变形场的非均匀特征，开展了岩石蠕滑和黏滑两种形式的摩擦滑动规律研究。采用双面摩擦模型试验方法，以数字散斑相关方法作为观测手段，分别研究了岩石蠕滑和黏滑变形过程中围岩位移场等值线、变形场非均匀统计指标、变形能密度与滑动面滑动速度演化及规律。结果表明：围岩位移场等值线分布能较好地反映滑动面阻滑特征，其中强阻滑区域的位移等值线呈弧状且分布较稀疏，弱阻滑区域的位移场等值线呈平行状且分布较密集；岩石蠕滑过程中，非均匀统计指标呈现波动增长特征，岩石黏滑过程中，非均匀统计指标呈现出突变跳跃特征。岩石蠕滑过程中不同区域的滑动速度均呈加速与减速滑动的交替状态，滑动面上各点滑动趋势不同；岩石黏滑过程中不同区域的滑动速度均出现突变。岩石蠕滑过程中不同区域上的变形能密度均处于积累与释放的波动状态，岩石黏滑过程中不同区域变形能密度产生突变。

煤矸石作为煤层开采和洗选过程中产生的废弃料，常用于路基填筑。压实的路基煤矸石填料存在双孔隙群结构，其土-水特征曲线（SWCC）具有双台阶现象。而SWCC与土体非饱和渗透系数密切相关，对路基内部水分运移以及路基长期累积变形有重要影响。为了探究压实度、粉粒含量、最大颗粒粒径对双台阶SWCC的影响，对路基煤矸石填料进行了一系列压力板试验，并采用描述双台阶SWCC的Bi-V-G公式拟合实测SWCC，分析了模型参数变化规律。试验结果表明，粉粒含量为5%时，不同压实度试样SWCC均存在双台阶现象；粉粒含量为50%时，随着压实度增大，试样SWCC由双台阶形过渡为单台阶形，在0.90和0.95压实度之间存在一个界限值，双台阶现象消失；增大压实度、提高粉粒含量或减小最大颗粒粒径，均会使SWCC台阶高差减小。随着压实度增大或粉粒含量提高，模型参数 、 （与进气值有关的参数）和 、 （与排水程度有关的参数）值均逐渐减小，试样大、小孔隙部分均进气值增大，持水能力提高。

黏土岩作为放射性核废料处置的备选介质，长期处于热-水-力耦合的复杂条件下。为研究围岩的长期稳定性，开展了一系列不同围压和偏应力下的黏土岩加温-降温排水蠕变试验。得出以下结论：温度的升高会提升黏土岩的蠕变速率，延长衰减蠕变阶段的时间，但是降温过程中试样主要以冷缩变形为主，并未见明显的蠕变变形；围压的降低以及偏应力的增加会提高黏土岩的蠕变速率，并且这种影响会随温度的升高明显加剧。基于试验结果，在Perzyna过应力理论的基础上引入蠕变硬化、蠕变损伤以及热损伤，建立了黏土岩热-水-力耦合蠕变模型。通过ABAQUS软件及其子程序对该模型进行数值实现，模拟结果与试验结果的对比初步表明该模型可以很好地描述热-水-力耦合条件下黏土岩的蠕变特性。

降雨入渗分析方法直接影响降雨型滑坡的预测与防范。Green-Ampt（GA）模型物理意义明确、参数较少，在降雨型滑坡分析中逐渐得到了重视，但该方法忽略了湿润层非饱和层的存在以及饱和层渗流而影响计算精度。针对以上不足，基于GA模型，建立了适用于边坡并且能综合考虑湿润层土体含水率分布情况与饱和层内平行于坡面渗流作用的降雨入渗分析（LSGA）模型，并提出了该模型下边坡稳定性系数表达式。结果表明：对于不考虑分层的无限长边坡，LSGA模型可简化为GA模型，说明GA模型是LSGA模型的一个特例；与LSGA模型相比，GA模型在失稳深度和时间上有较大延缓；饱和层渗流作用对湿润层特性影响较小，对边坡稳定性影响较大；相反，坡体长度方向尺寸效应则对湿润层特性影响明显，而对边坡稳定性影响较小；利用LSGA模型和稳定性评价方法得到的结果与模型试验揭示的现象基本吻合，证明了该方法有较好的精确性和可靠性。

为研究深厚淤泥质软土地基中开挖基坑时桩土间的作用机制，以江苏省长江沿岸某电厂锅炉房基坑开挖为背景，按1:50的相似比设计了室内离心模型试验，从桩身应变、桩身位移、桩顶位移、地表沉降、土体变形影响范围、桩身弯矩和孔隙水压力等方面，分析了基坑开挖对坑内已有基桩和周围土体的影响，并与现场基坑开挖出现的问题进行了对比分析。结果表明：对上部为淤泥质土，下伏较好土层的地基，当淤泥质土的抗剪强度相对较高时，开挖时基桩受力较大，容易出现断桩事故；开挖过程中基桩应变出现两处极值，深度分别在开挖深度附近和淤泥质土与下伏土层交界面附近；由于基桩的存在，靠近开挖面一侧的土体孔隙水压力变化平稳，而桩后土体孔隙水压力随着开挖的进行变化剧烈；基坑开挖后桩土之间的相互作用主要发生在开挖后48 h内，之后趋于稳定。试验结果与现场实测数据基本吻合，为深厚软土内基坑设计和施工过程提供了可借鉴的依据。

风化料-废弃轮胎橡胶颗粒轻质土密度小、透水性强，可以有效减小结构变形。然而筋材在此类轻质土中的变形规律尚不清楚。为此，考虑不同的橡胶颗粒质量比（10%、15%和30%）和不同的法向压力（30、50、100 kPa），基于自主研发的传感型土工合成材料（SEGB），开展了SEGB筋材的拉拔试验。SEGB具有拉敏效应，可以通过测试电阻变化确定自身应变，实现分布式变形测量。基于单向拉伸试验和直剪试验结果，分别建立了筋材全应力-应变曲线的双线性本构模型和筋土界面作用的双曲线本构模型，并以此为基础推导了筋材在拉拔过程中的荷载传递方程。通过有限差分法求解该方程，得到了拉力、应变、位移和界面剪应力等指标在筋材上的分布情况。通过对比分析试验结果和数值计算结果，认为所建立的本构模型是有效的。橡胶颗粒质量比对筋土界面的摩擦特性有影响，且存在最优值。拉力、应变、位移和界面剪应力的最大值均出现在筋材的拉拔端，而后沿着筋材减小并逐步稳定。土体中筋材在较高法向应力下表现出黏塑性状态，且应变水平较高，但位移值较小。与高法向应力相比，低法向应力下筋材的界面剪应力分布更加均匀。

岩石模拟是岩土工程模型试验、地质岩芯模拟试验等研究的核心。但目前基于人工材料的模拟制备受限于现有相似理论与技术手段，成岩结果与实际岩性差异较大，特别是软岩的成型模拟问题尤为突出。以天然红层材料为原料，改进传统的成岩模拟系统，考虑成岩过程中温度、孔隙流体压力及上覆压力的分阶段影响，模拟红层软岩从松散岩土颗粒到岩石的形成过程，得到工程标准尺寸软岩岩芯。通过与天然红层软岩进行成岩过程、物理性质、化学性质及力学性质的对比研究表明，以天然红层为原料的软岩岩芯与天然红层软岩性质相似。该研究突破了人工材料配制、3D打印等方法一般只能满足某一方面性质的局限，为大量不同功能需求的软岩岩芯研究提供了新的制作思路与方法。

为了探讨高压注浆钢花管微型桩在真实受力状态下的抗滑特性，开展了高压注浆钢花管微型单桩和群桩加固滑坡的足尺模型试验，以及重力注浆微型单桩加固滑坡的对比试验。结果表明：高压注浆能够劈裂桩周土体，在滑动带形成树根状的胶结体，显著地改善滑坡土体的力学性能，增强桩体抵抗变形的能力，减小桩体的弯曲变形，致使滑动带土体抗剪强度增加了152.6%；较重力注浆微型桩，高压注浆钢花管微型单桩、群桩加固滑坡的水平极限荷载分别提高了37.8%、71.2%；极限状态条件下，高压注浆钢花管群桩中后排桩承受的水平推力和弯矩最大，前排桩次之，中间桩最小，从坡体后缘向前缘弯矩最大位置处桩身混凝土由挤压破坏转变为张拉破坏。

针对吹填土地基内水平排水砂垫层位置的优化问题，考虑双层地基内设置单一砂垫层的情况，采用分离变量法求出了地基超静孔压和平均固结度的解析解答，通过解答退化和有限元方法验证了解答的正确性，并讨论了下层与上层地基的渗透系数之比a、体积压缩系数之比b和厚度之比c对砂垫层最优位置的影响，最后通过算例对比了砂垫层设置在不同位置时地基的固结效率。结果表明：同一时间因数下，下层与上层地基的渗透系数之比 1时，砂垫层的最优位置随着a的增大逐渐向下移动， 1时，则相反；下层与上层地基的体积压缩系数之比 1时，砂垫层的最优位置随着b的增大逐渐向下移动， 1时，则相反；下层地基的固结系数较大时，在固结前期，砂垫层的最优位置随着下层与上层地基厚度之比c的增大逐渐向上移动，在固结后期则相反。算例计算结果显示：地基固结度达到90%时，砂垫层设置在最优位置相比未铺设砂垫层能节省大量时间。

为研究寒区受荷岩石的脆性演化特征，开展了青砂岩的冻融循环试验和三轴压缩试验，通过脆性评价指数将冻融循环作用下受荷砂岩的脆性程度进行了量化，分析了不同冻融循环次数和不同围压对岩石脆性指数的影响规律。基于青砂岩脆性指数对围压的敏感性规律，建立了以脆性劣化因子 和岩性特征量 为参数的脆性指数演化模型，并选取与该模型相同的函数模型对试验数据进行拟合验证。结果表明：同一冻融循环作用下，青砂岩的脆性程度随着围压增大而减弱，同时脆性指数变化速率对围压表现出较强的敏感性，围压越大，岩石脆性指数的衰减速率则越小；同一围压条件下，青砂岩的脆性随冻融循环次数增加而降低，单位冻融循环造成的脆性劣化效果随冻融循环次数增加而增强；脆性指数演化模型对冻融青砂岩以及常规黑砂岩、大理岩脆性指数的拟合数据具有较好的相关性，参数 和 的拟合数据很好地反映了不同冻融循环和不同类别岩石的脆性演化特征。

基于Fredlund非饱和土一维固结理论，建立了二维平面应变条件下的固结方程组，并得到了单层非饱和土平面应变条件下的解析解。基于相关理论，假设体变系数和渗透系数都为常量，同时考虑到瞬时加载条件下，沿着土体深度方向上产生均匀或者线性分布的初始超孔隙压力，建立了二阶二元偏微分方程组。求解时，引入函数方法来降低方程的阶数，然后通过分离变量法获得方程的通解。在此基础上，结合一个针对单面排水条件下二维平面应变问题案例，通过与数值解对比，验证了所提方法的正确性。并采用所提方法计算获得了二维平面下超孔隙水压力、气压力沿垂直和水平方向消散的等时线，通过计算对比，分析了不同线性分布情况下，初始超孔隙压力对固结消散过程的影响。研究结果表明：初始超孔隙压力的不同分布对超孔隙气压力消散的影响几乎可以忽略，而对超孔隙水压力消散的影响更大。

针对含水平排水砂垫层地基的固结问题，建立了线性加载下夹砂垫层地基的二维固结模型，并通过边界转换法、积分变换法给出了相应的半解析解。在通过对解答的退化以及数值法验证半解析解正确性的基础上，分析了砂垫层与地基土的几何及物理参数对地基固结的影响。研究表明：对于地基土，地基固结速率随土体水平渗透系数增大而提高，随地基宽度的增大而降低；对于砂垫层，固结速率随砂垫层厚度、水平渗透系数的增大而提高；对于外荷载，加荷速率越快，孔压达到峰值所需时间也越短，地基固结速率亦随之提高。此外，以地基顶面砂垫层为例，综合考虑砂垫层的渗透系数与厚度对砂垫层透水性的影响，当组合参数 时（ 、 、 、 分别为砂垫层厚度、水平渗透系数、土体宽度和竖向渗透系数），砂垫层近似为完全排水边界。

完善的渗透各向异性模型有助于指导地下建筑施工期和运营期的排水注浆方案的选定，为了建立完善的渗透各向异性模型，利用三轴渗透仪对高岭-蒙脱混合黏土开展一系列渗透试验，并从宏观和微观两个角度尝试建立渗透各向异性模型。研究结果表明：随着膨润土掺入量增加，混合黏土中小孔隙含量不变，中孔隙含量增多，而大孔隙含量减少；随着固结应力的增大，混合黏土中孔隙均减少，且孔隙最大孔径减小；宏观参数孔隙比和液限孔隙比与渗透各向异性比之间的规律性较弱，说明孔隙比和液限孔隙比不是决定渗透各向异性比的关键参数；用微观参数表述的渗透各向异性模型有较强的规律性，说明从微观角度探究渗透各向异性模型不仅可行，而且更能揭示混合黏土渗透各向异性的本质，且微观参数模型中，用能反映较大孔隙变化的孔径指数 ～ 表述的渗透各向异性模型相关性最好。

袋装石土工袋堆叠过程中在土工袋接触面形成的咬合和嵌固作用，对土工袋剪切力学强度和破坏形式有较大的影响。通过一系列直剪试验研究了咬合和嵌固作用的影响，试验结果表明：袋装石土工袋层间咬合和嵌固作用能够增大土工袋抗剪强度；咬合作用随着土工袋上部竖向应力的增大有所减小，而嵌固作用则有所增大；袋装石土工袋在剪切过程中会产生两种破坏形式，分别为土工袋袋体自身变形和层间滑动破坏；土工袋组合体在受到水平剪切力时会发生整体变形，随后在组合体内部产生阶梯型滑动面，滑裂面的形状随着竖向荷载的增大而有所不同，相应的抗剪强度也会随着滑动面的改变而变化。

为研究排水边界条件对饱和黏土强度特性的影响，利用GDS-DYNTTS动三轴仪开展了饱和黏土的不排水试验和自由排水试验。采用控制体应变与轴向应变增量比 的方法进行了部分排水条件下饱和黏土的强度特性试验，从孔隙水压力、p'-q平面的有效应力路径和渐近状态特性等方面研究了排水边界条件对饱和黏土力学特性的影响。基于渐近状态特性和剪胀特性，将应变增量比 引入应力路径本构模型，建立了饱和黏土渐近状态本构方程。通过与孔压、有效应力路径试验结果的对比验证了模型的合理性。试验结果表明：饱和黏土的应变增量比 应小于0.3；排水条件影响正常固结黏土剪胀性的发挥程度、有效应力路径以及土的抗剪强度大小。随着应变增量比 的增大，饱和黏土的孔隙水压和有效应力比减小而强度增大。试验后期，饱和黏土试样长期处于临界状态，改变排水条件可抑制或加速土体的破坏。

为了研究非饱和黄土在有效应力空间的屈服特性，利用真三轴仪对非饱和原状黄土进行了不排水等向净应力压缩固结和不同中主应力参数b值的剪切试验，研究了真三轴压缩条件下非饱和黄土的有效应力屈服变化规律。研究结果表明：有效应力比随着中主应力或净围压的增大而减小，中主应力的增大作用对有效球应力的影响大于广义剪应力；由有效应力比?体应变关系曲线确定的剪缩屈服曲线在有效应力空间具有良好的规律性，屈服点的有效屈服应力随着中主应力和初始吸力的增大而增大；π平面上的有效应力屈服强度面和强度破坏面与SMP强度准则稳合较好，有效球应力和初始吸力越大，屈服强度面和强度破坏面越大。提出了真三轴条件下弹性剪应变和塑性剪应变的计算公式，通过分析有效应力与塑性应变关系得出有效应力空间中不同子午平面内的塑性势面呈椭圆形，且随着中主应力的增大，椭圆屈服面增大。

由于海水中富集大量可溶性盐类及各种金属离子成分，利用海水配置的海水泥浆具有相对密度大、胶体率低、稳定性差、失水量高等特点，不能满足泥水平衡盾构施工要求。为实现对海水泥浆改性以达到利用海水泥浆维持开挖面稳定，降低穿江越海盾构施工成本，选用CMC（羧甲基纤维素钠）、纤维素PAC（聚阴离子纤维素）、聚丙烯酸铵等8种添加剂进行海水泥浆性质变化试验，优选出对海水泥浆改性明显的添加剂，并分析优选添加剂掺入量和时间对海水泥浆性质的影响规律。同时，基于优选的添加剂CMC，利用泥膜形成试验平台进行改性海水泥浆地层渗透试验。研究表明：不同添加剂对海水泥浆性质变化差异较大，增黏剂PAC、CMC对海水泥浆的改性效果稍好，24 h离析出现浑浊层、混合层、絮凝沉淀层。海水泥浆对地层渗透的滤水量大于改性海水泥浆，泥皮也稍厚，但呈稀疏状态。可以推测，添加剂中和部分海水成分，呈絮凝沉淀，多余添加剂表现出对淡水泥浆的增稠作用。

为探讨冻融对寒区工程岩石剪切蠕变特性的影响，以吉林省辉白隧道花岗岩为研究对象，对经历不同冻融循环次数的试样开展细观特征分析和剪切蠕变试验。试验结果表明：（1）随着冻融次数的增加，试样裂隙、孔隙不断扩展，岩石表面损伤现象愈发明显；（2）试样主要以中小孔隙为主，孔隙度随着冻融次数的增加呈非线性增长趋势；（3）随着冻融循环次数增加，蠕变变形量和蠕变速率逐渐增大，而蠕变时长、破坏应力和长期强度均呈现明显降低趋势。根据试验结果，进行冻融岩石非定常蠕变参数的表达，提出了冻融岩石损伤黏性元件，构建了花岗岩冻融剪切蠕变本构模型。将蠕变试验曲线和理论模型拟合曲线进行对比，验证了模型的正确性和适用性。通过对蠕变参数进行敏感性分析，研究了其对花岗岩蠕变变形的影响，并给出了蠕变参数随冻融循环次数的变化规律。该研究结果对于寒区岩体工程长期稳定性评价具有指导意义。

高土石心墙坝的渗透稳定性在很大程度上依赖于反滤层对心墙料的反滤保护作用。心墙在大坝蓄水和长期运行的条件下，要经历复杂的填筑加载、浸水饱和与水荷载的作用，在差异沉降、复杂结构应力作用、水力劈裂和渗透水流作用下，心墙一旦出现裂缝，其渗透稳定性及反滤层的保护作用就将面临严峻的考验。针对这一问题，设计了专门非常规的抛填土料反滤试验和泥浆渗透反滤试验，模拟心墙裂缝条件下其颗粒被冲刷起动后，被反滤料阻挡和淤积过程。试验结果表明，心墙料和反滤料满足反滤准则条件下，心墙颗粒被拦截和淤积在反滤层上游表面，反滤料能有效防止心墙颗粒的流失，反滤层在极端条件下对心墙料仍能起到有效的反滤保护作用。

将SFG模型中的加载湿陷屈服面（LC屈服面）与BBM模型中提出的吸力增加屈服面（SI屈服面）统一成为单独光滑的屈服面，基于弹塑性理论框架，推导出相应的弹塑性本构模型。通过非饱和固结直剪试验对江西红土的模型计算参数的应力-应变曲线与试验结果进行对比。结果表明：模型对多种应力路径下非饱和三轴试验的计算结果与相应试验的测定结果较为吻合，验证了模型能较好地模拟非饱和土在多种应力路径下的体应变行为。统一屈服面简化了加载湿陷屈服面与吸力增加屈服面之间的耦合分析，解决了因双屈服面的不连续而造成计算不便问题，拓宽了SFG模型的适用性。

循环加载方式与应力路径对砂土的抗液化强度有很大的影响。利用GDS空心圆柱扭剪仪对南海珊瑚砂进行了一系列复杂加载条件下均等固结不排水循环试验，探讨了90°突变应力路径下主应力方向角对珊瑚砂抗液化强度的影响。试验结果发现：以循环应力比（CSR）作为应力水平指标，当不控制中主应力系数b的变化时，主应力方向角 对珊瑚砂的抗液化强度并无显著影响；当控制b始终保持0.5时，珊瑚砂的抗液化强度随着 的增加呈现出先减小后增大的趋势，且在 45°时的抗液化强度最低。基于分析循环荷载引起的土单元大、小循环主应力 、 变化，定义了单元体循环应力比（USR）作为一个新的物理指标，发现不同循环加载方式与应力路径条件下施加于珊瑚砂试样的USR与引起液化所需的循环次数NL存在事实上的唯一性关系。通过引自文献的4种无黏性土原始试验数据的再处理，独立地验证了以USR表征砂类土液化强度的适用性。

采用等温条件下饱和盐渍土的固结蠕变试验研究了其蠕变特性。在元件模型的基础上，通过引入Abel阻尼器和渗透吸力后，建立了饱和盐渍土的分数阶蠕变模型，从表观现象学方面展开了含盐量与饱和盐渍土蠕变特性的相关性讨论。结合试验结果和分数阶模型，拟合分析了渗透吸力同次固结系数与压缩指数的比值 和初始剪切模量以及初始剪切应变的相互作用关系。在蠕变试验的基础上，通过不同应力水平、含盐量的试验结果对分数阶模型进行了拟合分析，并结合给出的黏度系数公式对模型的有效性进行了验证。分析结果表明：次固结系数与压缩指数的比值 随着渗透吸力的增大而增大且呈指数关系，初始剪切模量随着渗透吸力的增大而减小，初始剪切应变与渗透吸力呈现出线性关系。相比与整数阶元件模型，所提出的分数阶蠕变模型更适合于饱和盐渍土蠕变行为的预测。结合试验和模型分析结果，发现含盐量的增大促进了盐渍土的蠕变行为。

建立非饱和土在动态荷载作用下的本构模型有助于解决相关的工程问题。在塑性增量流动理论框架内，将BBM（Barcelona basic model）模型与笔者提出的塑性硬化准则相结合，考虑控制吸力的循环荷载作用，建立了一个描述非饱和黏性土的弹塑性双面模型。该模型包含一个边界面和一个几何相似的加载面，二者结合记忆中心的概念，共同描述应力路径周期性改变加载方向时非饱和土的非线性、循环塑性和变形累积特性。采用动三轴剪切试验确定了一种非饱和黏质粉土的动态力学特性，分析了吸力、净围压和动应力幅值对循环塑性的影响。模型预测与非饱和土在静、动态加载下的试验结果的对比显示，二者吻合较好，表明所建立的弹塑性双面模型能够模拟非饱和土在控制吸力循环荷载作用下的力学行为。

为研究卢氏膨胀岩湿胀软化特性，开展了膨胀性试验和常规三轴试验。并将泡水前后的膨胀岩进行扫描电子显微镜（SEM）试验和氮气吸附（NA）试验。为充分考虑膨胀岩内部颗粒之间的胶结作用和原始结构，试验样品采用原状膨胀岩。试验研究结果表明：膨胀岩吸水膨胀具有明显的各向异性，轴向膨胀率大于径向膨胀率且在1.5倍左右；随着相对含水率的增加，峰值强度呈先快速降低再缓慢降低的变化趋势，弹性模量和黏聚力呈增加趋势；在围压保持不变的情况下，随着含水率的增加，膨胀岩破坏形式由张拉破坏、张剪破坏向剪切破坏转变，并且膨胀岩破坏时表面裂缝增多。微观试验结果显示，泡水后膨胀岩微观结构裂隙比泡水前增多，孔隙发育明显，这是膨胀岩软化的根本原因。

珊瑚礁砂在地震作用下的场地响应受其特殊的工程性质影响。为揭示珊瑚砂场地桩基-地基-上部结构在地震作用下的动力响应特性，开展了不同地震动强度下珊瑚砂地基上3层框架结构群桩基础的振动台模型试验，对地基土和结构物的动力响应进行测试与分析，同时与可液化福建砂场地进行对比研究。结果表明：0.1g正弦波激励下，两种砂模型地基内各处超孔压比均远小于1，模型地基未发生液化；0.2g正弦波激励下，两种砂模型地基发生液化，珊瑚砂场地液化程度小于福建砂场地，液化后的珊瑚砂场地模型地基相比福建砂场地仍具有一定的剪切传递能力和刚度。0.1g和0.2g振动强度下珊瑚砂场地建筑物沉降、水平位移和立柱动弯矩相比福建砂场地较小。不同振动强度下桩基础出现动弯矩峰值的位置不同。

为研究钙质砂剪切特性的围压效应和粒径效应，开展了在不同粒径、不同相对密实度以及不同围压条件下的三轴剪切试验，并引入应力相对软化系数和剪胀系数对应变软化特征及剪胀特征进行了定量表征。试验研究表明，随围压的增大，不同粒径钙质砂试样应变软化特征及剪胀特征逐渐减弱，且围压与应力相对软化系数和剪胀系数均呈半对数线性相关。不同粒径钙质砂试样存在一强度临界围压和体变临界围压分别使得应变软化特征和剪胀特征消失。在粒径为5～0.075 mm范围内，对松样而言，围压对软化特征和剪胀特征存在显著影响，但与粒径不存在显著相关性；对密样而言，随粒径逐渐减小，围压对试样软化特征的影响逐渐增强，而对试样剪胀特征的影响逐渐减弱。在低围压（50 kPa）条件下，0.5～0.25 mm粒径组试样破碎最显著。

粗粒土的颗粒级配、形状和密实度都是影响其孔隙结构，进而影响其渗透特性的重要因素。但长期以来，对颗粒形状影响的关注度较少，其主要原因在于不容易定量描述颗粒形状及其影响的孔隙结构特征。选取已获取长宽比和圆形度的不规则形状碎石、规则形状的球和八面体颗粒分别装填试样，针对颗粒级配和颗粒形状的差异，开展孔隙结构特征和渗透性的对比研究。通过CT扫描试样内部结构图像，重构试样的三维孔隙结构并计算孔隙比表面积。通过渗透试验测得试样的渗透系数。结果表明：试样孔隙比表面积是表达孔隙结构特征的有效参数，在相同级配和孔隙率的条件下，试样孔隙比表面积随颗粒圆形度和趋近球形程度的增加而减小；相同级配和孔隙率的条件下，渗透系数随孔隙比表面积的减小而增大，随颗粒圆形度增大而增大；球形颗粒试样的渗透性最强，试样颗粒越偏离球形，孔隙系统中水流阻力越大，试样渗透性越弱。

对南沙饱和珊瑚砂进行应变控制的不排水循环加载动三轴试验，分析了珊瑚砂的初始最大动剪切模量 特性，以及加载过程中的最大动剪切模量 的衰退规律。珊瑚砂的 比普通陆源砂的高；相比于陆源砂，平均有效围压 对珊瑚砂 的影响更大。珊瑚砂 与陆源砂 的差异主要由珊瑚砂颗粒形状不规则，存在内孔隙的特性引起。根据滞回圈加卸载应力反转处的斜率计算第N次循环加载的 。加载过程中最大动剪切模量的衰退主要由孔压的增长和结构损伤引起。相比于陆源砂，珊瑚砂的 随超静残余孔压比 增长而衰退的速率更快。现有陆源砂 - 模型无法反映珊瑚砂的 衰退规律。基于弹性应变能理论，提出了可以描述土体损伤状态的损伤参数 ，探究了不同加载模式下珊瑚砂 / 随 的发展规律，并建立了预测珊瑚砂 的损伤模型。

在地质条件复杂的西北山区工程建设中，需要加固大量填方高边坡。为了对填方边坡提供足够的锚固力且保证其整体安全，提出了一种安全稳定、经济简便的新型框架预应力锚托板支挡结构。该种结构适用于加固填方量较大的边坡，且加固效果良好。基于极限平衡算法理论，提出了锚托板抗拔力的计算公式及稳定性计算方法；采用PLAXIS 3D有限元软件，对锚托板的计算方法进行了对比分析；分析了边坡的位移、框架立柱的内力，并采用某实际边坡工程的位移监测数据进行对比，说明了数值模拟结果的合理性，证明框架预应力锚托板结构有效地起到了加固边坡、限制位移的作用。通过对锚托板板身的轴力以及摩阻力强度在施工过程中变化趋势的分析，揭示了该结构与土体的作用机制，并探讨了预应力值大小对该结构的影响。分析结果可为框架预应力锚托板加固高填方边坡的设计提供参考。

我国煤炭资源的开采受水害威胁严重。为了研究承压水上煤层开采倾斜底板破坏特征，分析底板突水危险性，基于FLAC3D软件模拟研究倾斜底板开采破坏形态和突水通道形成过程，利用双端封堵测漏装置进行底板深度破坏特征原位测试，并建立倾斜底板隔水关键层理论力学模型，探讨采空区岩石垮落、重新压实和非均匀分布承压水等协同作用对倾斜隔水关键层稳定性的影响。研究表明：（1）采后倾斜底板形成明显的三带破坏特征，塑性破坏区的分布非对称性特征明显，沿工作面走向底板近似勺形破坏形态，沿工作面倾向具有上小下大的倒马鞍形剪切破坏特征，且数值模拟的最大破坏深度为16.71 m，与现场实测倾斜底板法向的破坏深度15.49 m大致相当；（2）理论计算倾斜底板隔水关键层的预先破坏并不是发生在其边界中部，而是分别从经过最大挠度点的曲线与右侧边界、下端部边界的法向相交处起裂，并沿边界相互贯通，逐渐扩展至整个隔水层内部区域；（3）计算得到倾斜隔水关键层的易突水部位分别为A、B和C且突水危险性R(B)＞R(A)＞R(C)，这与模拟得到的倾斜底板突水通道的形成部位和数量、形成顺序及突水危险程度均较吻合。该研究成果可为带压开采下倾斜底板突水的评价及安全治理提供一定的理论指导和参考。

为研究运营盾构隧道附近基坑开挖对隧道管片受力的影响，针对基坑开挖引起旁侧盾构隧道围压变化的机制进行了分析，提出了一种能描述隧道受力-位移-再平衡过程的附加围压重分布模型，并推导出附加围压的计算公式。采用修正惯用法计算相应围压作用下的衬砌内力。根据实际工程做算例分析，研究基坑开挖对盾构隧道围压和内力的影响，并进行影响因素分析。分析结果表明：基坑开挖前隧道围压呈“钟形”分布；当基坑开挖后，隧道两侧的围压减小，基坑开挖侧的围压减小量更多；基坑开挖会使旁侧隧道正负弯矩值和正负剪力值增大，拱顶和拱底的轴力减小；随着基坑侧壁应力释放系数的增大，附加围压和附加弯矩的绝对值都会增加，而弯矩对基坑开挖卸载的响应更为明显；埋深较浅的盾构隧道对旁侧基坑开挖的影响更敏感，埋深较大的隧道，尤其是埋深大于基坑开挖深度的隧道，对旁侧基坑开挖影响的敏感度会明显降低；随着基坑与旁侧隧道净距的增加，基坑开挖对隧道的影响也会减小。

计算预压地基抗剪强度的现行规范公式是基于土体不等向固结过程推导而来的，理论上并不适用于含有等向固结过程的预压地基。为此，分析现有强度增长理论（有效应力法和有效固结压力法）的计算原理，基于有效固结压力法并结合不同类型预压土体的固结过程，推导了计算预压地基抗剪强度的新公式；从理论分析的角度讨论了规范公式和新公式应用于真空预压和联合预压时的计算结果，最后结合某联合预压地基处理工程检验了规范公式和新公式的适用性，并对比分析了计算强度与实测强度的差异。结果表明：有效固结压力法可以考虑土体在等向固结和不等向固结中强度增长的差异，规范公式理论上仅适用于堆载预压地基的强度计算；规范公式对真空预压和联合预压地基强度的理论计算值均小于所提出的新公式，两者相对误差的大小仅与土体内摩擦角 有关，且随 的增大而增大；在某联合预压地基处理工程中，新公式的强度预测值相较于规范公式与实测值更为接近，能更加准确地反映地基土强度增长规律。根据不同预压类型来选取相应的强度计算公式，这对于实际工程计算有一定的参考意义。

根据深厚多层软土地区地基土的物理力学性质，考虑桩侧土低荷载水平下的初始极限剪应力和高荷载水平下的应力软化特性以及桩端土承载力分段发挥特性，采用一种新的桩侧和桩端模型模拟单桩荷载传递机制。基于上述模型，利用递推迭代方法可计算单桩桩顶沉降、桩身轴力以及桩侧摩阻力。采取土工参数易于获取且适用于软土地区的经验p-y曲线描述桩-土界面力和位移的非线性关系。基于欧拉-伯努利梁和中心差分理论，考虑桩尖边界条件，采用数值计算方法对桩沿长度方向的转角、剪力、弯矩进行计算，以获取在特定荷载下这些变量的变化特征。最后，结合工程案例，对上述方法进行了验证，其计算简洁且与实际测试结果吻合良好。

桩土应力比是桩网复合地基承载力和沉降计算的重要参数，其与地基的固结沉降相关，具有明显的时变特性。已有基于Terzarghi土拱模型的松动土压力计算理论是在滑动面土体均达到极限状态的假定上讨论的，不适用于桩网地基小变形条件下桩土应力的计算。为此，在Terzarghi模型的基础上，相对位移面摩阻力传递函数采用等刚度理想弹塑性模型，结合土体单元的平衡方程与变形协调方程，导出了桩土应力及土拱高度理论解，系统分析了桩土应力及拉膜效应随各设计参数的定量变化规律。分析结果表明，改进方法与现有土拱效应模型相比适用性较好，随着桩土差异沉降增加，土拱高度和桩土应力比逐渐增大，土拱率呈双曲线形减小，同时拉膜效应逐渐发挥。增加填筑荷载对土拱效应有显著削弱作用，桩土应力比随桩距增大而减小，随黏聚力增大而增大。结合改进方法与已有现场实测数据，分析了桩土应力的时变特性，验证了该方法的合理性，可为桩网地基桩土应力计算提供参考。

非饱和土应力-应变关系是土力学研究的重要领域。众多学者在非饱和土本构模型及其数值实现方面取得了大量研究成果，但在显示积分算法方面研究较少。在ABAQUS有限元平台基础上，应用带误差控制的显示积分算法，将一种扩展剑桥非饱和土本构模型编制成ABAQUS umat用户材料本构模型子程序，程序应用自动子增量步算法进行误差控制，采用改进欧拉法进行常微分方程显示求解。应用ABAQUS usdfld子程序将ABAQUS计算过程中饱和度及其增量保存为状态变量并导入umat进行耦合计算，使程序完全具备了进行非饱和土本构计算的能力。通过与ABAQUS自带饱和土本构模型的对比数值试验以及多种不同应力路径下的数值试验，验证了本构程序算法的正确性与合理性，相较于传统方法具有形式简洁、计算精度高、稳定性高等优点。最后运用扩展剑桥模型进行考虑水力滞回效应的土干湿循环数值试验，并分析了模型参数b对土干湿循环条件下不可逆累积变形的影响。结果表明，模型参数b对非饱和土干湿循环条件下的力学行为影响很大，b值越大不可逆累积变形越明显，b值越小则不可逆累积变形越小。所采用的误差控制自动子增量步显示积分算法在模拟非饱和土扩展剑桥模型时取得了良好效果，为后续研究打下坚实基础。

基于六节点三角形高阶单元的自适应上限有限元法具有计算精度高，能够直观获取结构破坏模式等优点，但若采用屈服准则线性化方法，则计算效率较低。因此，为提高上限有限元计算效率，在既有研究基础上，引入计算效率较高的二阶锥规划方法，建立基于二阶锥规划与高阶单元的自适应上限有限元计算模型。通过分析边坡稳定性及条形基础地基承载力算例，表明所提方法计算精度较高且能够获取精细化的破坏模式。同时，在相同计算精度下，所提方法计算时长显著小于屈服准则线性化方法，有效提高上限有限元的计算效率。算例分析证明所提方法的正确性及有效性，可为类似理论研究及工程实践提供参考。

详细地介绍了基于修正对称和反对称分解（MSAD）的三维数值流形元法，并提出一个针对三维数值流形元法（3D NMM）中应用罚函数法施加位移约束和材料边界条件时罚系数的选取公式。在基于MSAD的三维数值流形元法中，引入了Bathe隐式时间积分方案，编写了基于统一强度理论和非关联流动法则的理想塑性本构模型，实现了三维弹塑性开挖问题模拟。将基于MSAD的三维数值流形元法应用到非线性动力学研究中，案例研究结果表明：Bathe隐式时间积分方案和基于MSAD的三维数值流形元法在处理大转动和长持续时间的非线性动力学问题时能够很好地保障模拟结果的稳定性，同时保证守恒体系动能和角动量的守恒。再次验证了MSAD理论，在模拟大转动问题时，MSAD具有很好的稳定性和较高的计算精度，能够合理地从变形梯度增量中分离出转动和应变，精确地更新转动应力，而不会产生错误体积膨胀问题。

预应力锚索加固边坡是提高边坡稳定性的重要手段。弄清预应力锚索加固边坡的机制对于指导边坡加固设计具有重要的理论意义。通过建立高陡边坡计算模型，不断提高边坡岩土体强度折减系数，得到了边坡坡脚位移及预应力锚索内力变化规律，并结合预应力锚索加固岩体应力分布规律，得到了有益的结论：（1）边坡岩土体强度折减系数超过边坡安全系数后，预应力锚索内力开始迅速增加，越靠近坡脚的预应力锚索，内力增加越明显，可以监测坡脚处锚索内力变化，评价边坡稳定状态；（2）对于高陡边坡，绝大部分预应力锚索并不能提高潜在滑动面上的压应力，不能提高滑动面的抗剪强度；（3）预应力锚索加固高陡边坡的主要机制在于限制边坡潜在滑动体的位移。

为探究埋入式光纤与隧道衬砌的耦合性能，分别从理论与试验两个方面进行研究，并在实际工程中进行了验证。构建了光纤、中间体和基体结构力学分析模型，进行光纤应变传递机制理论分析，计算了光纤应变传递效率；使用钢筋混凝土梁模拟隧道衬砌，进行了2组不同加载速率的试验。其中，在同一根梁内（同一工况）设计6种光纤的布设方式，以位移控制的方式在梁跨中部位进行单点多级加载，使用BOFDA（布里渊散射光频域分析）技术分别对6条光纤进行监测。试验结果表明：6条光纤均可以有效监测梁从开始加载至钢筋开始屈服阶段，光纤与梁耦合性最好；钢筋开始屈服直至梁破坏阶段，光纤应变不再增加甚至减小或呈现出光纤断裂的状态，此过程光纤与梁耦合性较差；除开槽埋入式光纤的有效监测应变差为3 000×10?6外，其余布设方式光纤有效监测应变差为2 000×10?6；光纤在长距离（>>146 mm）埋入式布设情况下可认为其应变传递效率接近100%，2组不同试验结果呈现相似规律。在北京市新机场线地铁暗挖隧道CRD工法区间进行了工程应用研究，监测结果表明分布埋入式光纤布设工艺是可行的，可为分布式光纤技术在地下工程结构监测中的应用提供有价值的参考。