为探讨斜坡地基刚性桩水平极限承载力的计算方法，介绍柔性桩的等效刚性桩有效嵌入深度并引入极限水平地基反力分布形式。根据荷载指向坡外及坡内两种情况，提出适用于斜坡地基桩前土体的两种极限破坏模式。然后，基于极限分析上限定理，推导出两种荷载方向下的刚性桩极限承载力，并引入多组现场试验，验证了理论方法的合理性。探讨了边坡坡角、内摩擦角、黏聚力及荷载方向对极限承载力的影响，得出了一些规律性结论，并基于以上分析结果，提出斜坡地基刚性桩水平极限承载力随坡角变化的拟合公式。这些分析为斜坡地基上基桩设计提供了一定的参考，具有理论及工程应用价值。

土?膨润土竖向隔离屏障广泛应用于城市工业污染场地。化学溶液作用下屏障材料的化学相容性，即渗透系数及其变化程度，是评价防污性能的关键因素。通过柔性壁渗透试验研究重金属铅?锌复合、六价铬作用下砂?膨润土竖向隔离屏障材料渗透系数的变化规律。由于无机盐溶液中铅、锌、钙对膨润土双电层的压缩，铅?锌复合、钙溶液作用下屏障材料试样渗透系数随金属浓度升高而增大。铅?锌复合作用下，金属浓度增至500 mmol/L时试样渗透系数增幅达11倍，且无法满足防渗要求。相反，由于铬以阴离子络合形式存在，其对试样渗透系数影响相对小；与未污染状态测定结果相比，渗透系数增幅≤2倍。在膨润土孔隙比基础上，考虑无机盐溶液对膨润土膨胀特性的影响，建立无机盐溶液作用前后砂?膨润土竖向隔离屏障材料渗透系数统一预测方法。

借助GDS动三轴试验研究了不同负温下经历多次冻融循环后粉砂土的动应力、动模量、动模量比和阻尼比等动力参数的变化规律。试验发现，相同动应变下，冻融循环与动应力和动模量呈负相关性，而与动模量比和阻尼比呈正相关性，随着冻融次数增加，动应力和动模量都减小，动模量比和阻尼比都增大，通过回归分析分别给出了动模量比与动应变关系曲线和阻尼比与动应变关系曲线的归一化拟合模型。冻融循环对初始动模量和最大阻尼比影响显著。随着冻融次数增加，初始动模量减小，而最大阻尼比增大。分别对不同负温下冻融次数对初始动模量和最大阻尼比的影响进行了回归分析，提出了冻融次数修正系数的计算公式。结果表明，温度越低冻融循环对粉砂土动力特性影响越明显，经历5次冻融循环后的动力参数相对稳定，建议将5次冻融循环后的动力参数作为基本参数进行动力反应分析计算。

三峡库区蓄水后，大量库岸滑坡发生复活变形，为研究滑坡随库水位升降的变形特征和机制，以库区典型直线形滑面形态滑坡为地质原型，概化设计了大尺度离心模型试验，通过模拟两个水位升降过程，布设高速相机和传感器，获取了滑坡变形演化全过程高清影像、孔压和土压?时间变化曲线，可得以下研究结果：在水位首次下降时，孔压和土压逐渐减小，当下降15 min后滑坡发生整体蠕滑变形，首先是前部产生横向张拉裂缝，中后部则是以竖直位移为主的蠕滑压密变形过程，水位停止下降2 min后变形停止，表明变形对库水位变化具有一定滞后性；当水位再次下降时，前部沿原破裂面再次下滑并失稳，中后部则无变形，变形演化具有典型牵引式特征。在库水首次入渗滑坡时，坡体孔隙水压力对库水位升降具有明显的滞后性，而在下一次水位升降过程中，这种滞后性明显减弱。该类滑坡受水位下降的动水压力效应影响较大，在滑坡变形过程中，中后部滑体变形在竖直方向的蠕滑压密行为使得中后部稳定性有所提高，因此，在后期蓄水过程中不再发生变形，试验现象与实际库岸滑坡吻合。试验揭示了三峡库区该类滑坡在水位升降条件下的变形破坏模式及长期演化趋势，为库区地灾防治提供了参考依据。

研究污染黄土的渗透特性能够为污染场地的治理提供经济高效的方案措施。以蒸馏水作为渗液，采用GDS三轴渗透仪通过室内试验研究了盐酸、硝酸和硫酸侵蚀黄土的渗透特性变化规律，并从微观结构的变化进行机制分析。试验结果表明：相同固结应力条件下，不同类型污染土的渗透系数均随酸液浓度的增大而降低；随着酸液浓度增大，污染土骨架连接方式由点?点接触向点?面接触、面?面接触转变，土体内部大孔隙消散、小孔隙增多使得有效渗流孔隙减少，导致污染土渗透系数降低；相同试验条件下不同类型污染土渗透性能变化规律为：硫酸<硝酸<盐酸<水，即酸液增强了黄土防渗及防污性能。研究结果以期为黄土地区的工程活动和防污治理提供有效参考。

针对黄河下游冲积流域分布的大量粉质黏土，利用动、静三轴仪，研究了试样在振动荷载作用、不同围压、超固结比下的静抗剪强度变化。研究表明：振动荷载作用后，试样呈现出类似超固结土的现象，对比振动前的静抗剪强度发现，当似超固结比小于1.25时，振动对试样的抗剪强度影响较小；当似超固结比大于1.25时，抗剪强度迅速衰化，而破坏孔压比呈现出先减小而后增大的特征。在不同超固结比作用下，对比卸载后相同围压的静抗剪强度可得，超固结比与抗剪强度呈指数增长关系，而似超固结比对抗剪强度的提高要强于超固结比；随着似超固结比、超固结比的增大，试样的抗剪强度比均有所增加，当工程中缺乏动力试验条件时，采用超固结比评价经过动荷载作用的地基强度变化是偏安全的。

矿山开采中，岩石长期处于蠕变状态，开采扰动会诱发此类岩石的加速失稳破坏。但破坏往往晚于开采活动，表现出明显的时间滞后效应，这给预报工程灾害的发生时间带来了极大困难。针对这一问题，在岩石流变?冲击试验机上对岩石试样进行了多次循环落锤冲击?蠕变试验。分析岩样应变变化规律，探讨岩石蠕变状态、落锤冲击次数和冲击能量对蠕变岩石变形破坏特征的影响，从能量角度阐述了蠕变岩石在冲击扰动作用下的破坏规律。试验结果表明：在相同的岩石蠕变状态下，随冲击能量和冲击次数的增加，岩石内部损伤逐渐增多，加速损伤区的形成，岩样吸收更多能量，使岩样发生加速蠕变破坏。冲击扰动使岩样内集聚的弹性能沿着损伤区发生定向释放，发生破坏。研究结果为滞后型冲击工程灾害的预测提供了理论依据。

膨润土加砂混合物作为核废料储存库缓冲材料，在库内高温高吸力条件下易干燥收缩，对工程安全运营有着重要影响，研究其收缩特性具有实际意义。以砂?膨润土混合物的饱和压实样为研究对象，采用自制恒温箱控制其收缩进程，分析含砂量及干密度对混合物收缩特性的影响。研究结果表明：干燥―收缩过程水分蒸发可分为减速阶段与残余阶段。减速阶段内水分迁出受控于干密度，而最终残余含水率主要受膨润土含量的影响。增加初始干密度和降低膨润土含量可使混合物变形协调，减少收缩变形的各向异性。膨润土含量M和初始干密度??是影响干燥―收缩过程的重要物理量，与Cornelis收缩模型中的拟合参数及最终孔隙比e0具有很好的相关性。同等干密度条件下，随膨润土含量降低，压实膨?砂混合样的微观结构形态趋于致密化的趋势，从而有效地抑制了干燥收缩过程中裂隙发育与演化程度。

极弱胶结岩体中黏土矿物成分含量较高，胶结程度较差，胶结物为泥质胶结，对水敏感，可塑性强；基于土体固结与杠杆加载原理，自主研制了极弱胶结岩体再生结构形成试验装置，确定了再生结构岩样分级加载与固结稳定方法，形成了不同含水率极弱胶结岩体再生结构岩样，揭示了极弱胶结岩体再生结构的形成条件与形成过程。开展了不同含水率再生结构岩样的单轴与三轴压缩试验，揭示了再生结构岩样的变形及强度参数与应力状态、含水率变化的演化规律。分析了极弱胶结岩体再生结构岩样的全应力?应变曲线特性，揭示了其体积应变的演化规律；通过对极弱胶结岩体再生结构岩样单轴与三轴压缩试验破坏模式的分析，反映出极弱胶结岩体再生结构岩样的破坏模式受含水率影响较大。

刚性桩复合地基固结特性是影响工程进度的重要因素。为研究外荷载作用下刚性桩复合地基固结特性，结合刚性桩和桩间土应力?应变特点对等应变假定进行修正。在此基础之上，考虑涂抹效应、桩间土和下卧层土体固结特性的影响，推导得到桩间土和下卧层土体固结微分方程。基于双层地基固结理论，考虑单级匀速施加荷载和附加应力沿深度变化等边界条件，推导得到其固结度解析解。最后，利用数值模拟方法对解析解进行验证，并对影响刚性桩复合地基固结特性的因素进行分析。结果表明：理论计算与数值模拟结果较为吻合；刚性桩复合地基固结速率受到贯入比影响较大，当贯入比较小时，与天然地基相比，其固结速率较小，贯入比较大且桩端阻力系数较小时，复合地基固结速率大于天然地基；随着贯入比、桩?土相对刚度和垫层?土体相对刚度的增大，复合地基整体固结速率加快；随着置换率的增大，复合地基整体固结速率降低。

为了研究高填方减载式刚性涵洞结构的减载效果，利用模型试验分别对减载式刚性涵洞、采用一般减载方法的涵洞和未减载涵洞的涵顶垂直土压力和侧墙水平土压力进行对比分析。在此基础之上，建立了减载式刚性涵洞涵顶垂直土压力理论模型，推得了减载式刚性涵洞涵顶垂直土压力计算式，并将模型试验结果与理论分析结果进行了对比分析。研究结果表明，减载式刚性涵洞不仅能够有效缓解涵顶应力集中，而且与一般减载涵洞相比还能有效减小涵洞侧墙水平土压力；对于减载式涵洞涵顶垂直土压力，理论计算结果与模型试验结果一致且两者相差较小，从而验证了理论模型的适用性和正确性。

提出了一个适用于描述粗粒料连续级配的单参数级配方程，研究了方程的基本性质，分析了方程对连续级配粗粒料两种典型级配曲线的反映能力，利用多个土石坝工程粗粒料级配曲线验证该方程的适用性，推导了方程表示良好级配的参数范围。结果表明：提出的级配方程能够描述反S形和双曲线形两种典型的粗粒料级配曲线。方程参数? 的范围为(0，1)，当? 值较小时，方程表示的级配曲线为双曲线形；当? 值较大时，方程表示的级配曲线为反S形。提出的级配方程对土石坝工程中各种粗粒料的级配具有较好的适用性。与分形级配方程和连续级配方程相比，该单参数级配方程更具有实用价值。当? >0.13时，方程表示的级配为良好级配，该范围的确定可以为筑坝粗粒料的级配设计提供依据。

针对浅埋盾构隧道开挖渗流对开挖面支护压力和地层失稳模式的影响问题，考虑盾构机开挖仓渣土孔隙水压力和面板及开口率的作用，设计制作了水下地层浅埋盾构隧道的开挖渗流模型并建立了附近地层沉降的量测采集系统。在不同的稳态渗流条件下，逐渐加大盾构隧道开挖仓的进土量，量测开挖面水土压力和孔隙水压力以及附近地层沉降，并配合进行了数值模拟和极限平衡计算分析。研究发现：开挖面有效土压力随开挖体积损失的增加而降低，达到极限值后保持不变；维持开挖面稳定的必要支护压力与可以容许的地层失稳范围有关，开挖面的极限有效土压力与地层的极限失稳范围相对应，是最小的必要支护压力。渗流会使开挖面的极限有效土压力增大，与开挖面?地表之间的水头差大致呈线性关系。渗流会使开挖面前方地层的极限失稳范围增大，但对后方地层极限失稳范围的影响不大；对于开挖面?地表相对水头差较小（小于或等于0.33）的情况，渗流主要起到增大地层沉降量的作用，地层的极限失稳范围只是略有增大；对于相对水头差较大（大于0.33并小于1.00）的情况，渗流主要起到增大地层极限失稳范围的作用，而地层最大沉降量有所减小；对于相对水头差很大（大于或等于1.00）的情况，渗流对地层沉降量的影响和对极限失稳范围的影响都基本上已经达到了极限。地层的极限失稳范围可以自下而上地划分成3个部分，开挖面高度范围内的倒棱锥体，地表以下一定深度范围内的（顶部）倒棱台体，以及两者中间一定高度的（中部）倒棱台体，其中，棱锥体的纵向锥角（或纵向破裂角）及横向锥角（或横向破裂角）都随着相对水头差的增大而增大，对地层极限失稳范围的影响最为显著。

基于二维斜坡平面滑动失稳力学模型，引入爆破荷载因素，建立了露天爆破荷载作用下岩质边坡失稳的尖点突变理论模型。根据建立的突变模型，探讨了爆破荷载幅值和爆破荷载频率对边坡稳定性的影响规律，导出了边坡的动态自稳临界高度，并提出了失稳的判据条件，结果表明：爆破荷载幅值越大，爆破荷载频率越小，后缘裂缝深度越大，边坡失稳的可能性越高；在爆破荷载作用下，边坡的稳定程度是动态变化的，且随着应力波入射角的增大，边坡失稳破坏的可能性不断提高。以大孤山露天矿内的两处边坡为例，计算了边坡的动安全系数及动态自稳临界高度，利用边坡当前实际的稳定情况验证了提出的边坡失稳判据的合理性，为预防露天矿爆破在开挖过程中边坡岩体的动力失稳提供了一定的理论支持。

层理弱面对层状岩石的力学特性影响较显著，为了研究层理面特性对岩石断裂力学特性的影响，开展了具有不同层理方向的砂岩试样三点弯试验，探讨了砂岩断裂韧度及断裂模式的各向异性。之后基于有限元中的黏聚单元建立了数值模型，采用数值模拟方法研究了层理面强度对各层理角度试样断裂力学行为的影响规律。结果表明：层理方向影响下砂岩的断裂韧度及模式存在各向异性；同一层理方向试样的断裂韧度随层理面强度的增大而增大，且试样的层理面与加载方向夹角越小，断裂韧度受层理面强度变化影响越明显；试样的断裂模式不仅与层理面强度有关，还受层理倾角的控制，层理面与加载方向夹角θ = 0o试样断裂模式基本不受层理面强度影响，θ = 30o试样主要沿层理面张拉或剪切破坏，且沿层理面的破裂长度随层理面强度的降低逐渐增大；层理面强度较大时，θ = 45o试样主要沿层理面张拉破坏，θ = 60o～90o试样主要以贯穿层理的张拉破坏为主；层理面强度较小时，θ = 45o～90o试样均以沿层理面的剪切破坏为主，其中θ = 45o试样沿层理剪切长度最大。另外，通过数值模拟结果分析了层理面强度及方向对试样的起裂角及裂纹扩展路径产生的影响。该研究成果可作为层状岩石断裂力学理论的有益补充。

现有充气锚杆构造存在着承载力小、气囊易爆破、无法在工程中应用等缺点。通过对充气锚杆的气囊增加保护用的端挡板、侧护板等措施，分别发明了带端挡板的充气锚杆和带侧护板的充气锚杆；又在锚杆的构造中增设挤土钢板，改变了锚杆的传力途径，研制出管片式充气膨胀控制锚杆，具有承载力大、性能稳定、可完全回收等特点，整体构造更加简单实用。对这3种锚杆分别进行了室内外黏土层的足尺试验，管片式充气锚杆的最大充气压力可以达到0.6 MPa，是现有充气锚杆的5倍，锚固段每米极限承载能力最大达到40 kN，是现有充气锚杆的60倍；同时推导验证了管片式充气膨胀控制锚杆的承载力计算公式，使得该类锚杆的工程应用成为可能。

红砂岩在我国分布广泛，由于含水率的变化使其崩解破碎十分显著。采用湖南株洲地区的红砂岩样，进行室内静态与扰动崩解试验。基于Weibull分布建立了红砂岩颗粒崩解破碎级配曲线演化模型，分析了模型参数λ与k的意义。分析表明，Weibull分布参数λ与k的大小及变化速率体现了红砂岩颗粒崩解破碎的演化过程。在建立模型的基础上，求得了相对崩解比的计算公式，并验证了计算公式的正确性。依据试验结果与模型计算值，讨论了耐崩解性指数与崩解比的异同及所采用试验方法的不同对试验结果造成的影响。在已有成果的基础上，验证了Weibull分布模型应用于岩石颗粒崩解破碎演化过程的可行性。

土拱效应广泛存在于结构?土相互作用体系中，并不可避免地受到动荷载的影响。为探究循环荷载下土拱的演化过程，开展了循环加载下的活动门试验，结合粒子图像测速法（PIV），对土拱的结构形态、位移场及竖向应力的变化规律进行了分析。结果表明，初始土拱形成时活动门上方产生三角形脱空区，施加循环荷载后该结构边界逐渐沿竖向延伸并向填土表面发展，位移场影响范围呈扇形向两侧扩大。根据初始差异沉降的不同，土拱的发展演化呈现出最终状态的差异：达到新的稳定状态，或发生失稳破坏。循环荷载下，初始活动门位移较大时土拱更易趋于破坏，表现为脱空区贯通填土表面并形成竖向滑裂面。土拱结构的稳定性受到脱空区土体堆积对其下边界的支撑作用影响。

渗透性曲线是反映非饱和土中水分运移的重要参数，瞬态剖面法是测定渗透性曲线的常用方法。将滤纸法应用于传统的瞬态剖面法，设计了一种土柱装置，用于测定土体的渗透性曲线。该装置包括上部能够持续给水的供水系统及下部由带环刀的土样与滤纸叠置而成的土柱。在水分下渗过程中，定期测量土样与滤纸的质量以获得土柱的含水率剖面与水头剖面，根据所测数据计算得到土?水特征曲线和渗透性曲线。用此方法测得甘肃正宁马兰黄土与第1层古土壤的渗透性曲线和土?水特征曲线，该方法测量的吸力范围大，为1～105 kPa，渗透系数范围在10?5～10?13 m/s。用常见的统计预测模型预测了土体的渗透性曲线，并与实测曲线对比发现小吸力范围预测值与实测值相符，大吸力范围预测值偏差较大。

为研究水平和竖向（双向）耦合地震作用下液化场地群桩基础的动力响应，设计了可液化地基?群桩基础?框筒结构动力相互作用体系振动台模型试验。选取不同类型模拟地震波作为振动台试验激励，通过对比水平地震作用和双向耦合地震作用下土体加速度、超孔隙水压力和群桩应变等试验结果，进而分析双向耦合地震作用对可液化地基和群桩基础动力响应的影响。研究结果表明：双向耦合地震作用下，液化场地土体竖向加速度峰值随土体埋深高度的减小而逐渐增大；饱和砂土的液化效应与双向耦合地震作用和输入地震波的类型有关；相比水平地震作用，不同种类波双向耦合地震作用下群桩基础桩身中部和底部的应变峰值增大，桩顶应变峰值变化略有不同；双向耦合地震作用加剧了建筑结构群桩体系的摇摆和倾斜。研究结果对可液化地基上群桩基础的抗震设计和防灾减灾具有十分重要的研究意义。

砂土的力学响应具有显著的增量非线性特征，这与离散颗粒的微观结构，即组构特性密不可分。采用应变响应包络可以较好地获得材料在不同加载方向上的增量力学响应。在物理试验中无法同时获得同一试样在不同加载方向下的宏、微观响应，故采用离散元方法，对具有不同应力历史、不同应力状态和不同级配的试样在Rendulic平面上的增量力学响应进行了系统研究和分析。离散元模拟结果表明，传统的塑性理论不能很好地描述具有复杂应力历史试样的增量力学响应，而基于颗粒间接触法向的组构增量与剪应变之间在多种不同的工况条件下均具有较强的线性相关性。当砂土的相对密实度相同时，该线性系数主要与围压的大小有关，对颗粒级配、应力历史以及应力比的变化均不敏感。由于组构的大小可以较好地量化砂土的内结构各向异性程度，进而表征应力历史的作用。上述模拟结果为在本构建模中引入组构演化机制，综合反映外荷载和内结构各向异性对砂土增量本构关系的影响提供了较好的微观物理依据。

震害调研表明，活动性断裂带区域的隧道灾害最为严重。针对错动作用下穿越活动性断裂带隧道的纵向响应进行了研究，推导了隧道纵向力学响应的解析解并进行了验证。考虑断裂破碎带围岩力学性质较差且处于错动变形的主要影响区，将隧道沿纵向进行分区，包括错动影响区、过渡影响区和非影响区。采用Pasternak双参数弹性地基梁，假定不同分区的地基参数和计算模式不同，建立了满足变形和内力连续的隧道纵向力学解析模型并进行了求解。解析计算结果与数值模拟结果、室内试验数据基本一致，验证了解析解的正确性。结果表明：错动作用下，活动性断裂带区域的隧道内力和变形发生了显著变化；隧道纵向挠曲变形与错动方向一致，但在断裂带与上下盘交界区域发生了反向的挠曲；在正断层错动下，纵向弯矩在断裂带与上下盘交界区域达到最大值，且上、下盘区域的隧道拱顶分别出现受拉和受压区域；断裂带区域内的剪力远大于其他区域，且受到较大弯矩，隧道结构易发生破坏。上述计算结果与实际调研结果相一致，表明了提出的解析计算方法可用于活动性断裂带错动下的隧道纵向响应分析。最后，针对地基系数和断裂带宽度两个关键参数进行了敏感性分析，得到了有益规律，可为该类区域的隧道设计和施工提供技术支撑。

微生物修复裂缝技术由于环保经济的特点被广泛关注，但修复效率因混凝土内碱性环境受到很大影响；开展提高该技术的修复效率与效果的研究具有重要意义。探究高碱性环境下Al2O3对微生物钙化的促进作用，然后添加Al2O3对不同裂缝宽度的混凝土试件进行修复，修复中检测浸出液pH值与尿素含量，修复后通过声时值、碳酸钙生成效率、无侧限抗压强度等指标评价修复效果。结果表明：Al2O3能够降低碱性环境对细菌活性的抑制，提升其脲酶活性与碳酸钙转化效率。添加Al2O3使试件浸出液pH值从12降为9，pH值为9时更适合菌种的繁殖，尿素利用率显著提升到81%，提高了碳酸钙的产出率，明显缩短修复时间。添加Al2O3修复试件的声时值接近无裂缝试件，明显优于无添加试件。添加Al2O3后2 mm裂缝试件的碳酸钙生成率为77.32%，远高过无添加试件的20.98%。添加Al2O3修复试件强度恢复远高于无添加Al2O3修复试件，且强度恢复随裂缝宽度减小而增加。因此，混凝土修复过程中添加Al2O3能有效提高修复效率，减少修复时间，为后续实际工程中微生物快速高效修复裂缝提供重要参考。

基于Hoek-Brown（H-B）准则，根据大量试验数据，研究提出一种具有广泛适用性的岩石应变软化模型。利用40种硬岩和软岩三轴试验数据，验证了3参数幂函数型围压函数广泛适用于硬岩和软岩峰后临界塑性应变与围压的关系描述，并将其引入塑性内变量中；其次，比较分析当前基于H-B准则的岩石应变软化模型中软化参数的合理性，明确以GSI作为软化参数的方法最优，拟合结果正确且参数最少。然后，分析岩石峰后GSI随塑性内变量的演化规律，并建立一种普适的非线性演化模型。与其他演化模型相比，所建模型可更准确地描述不同种类岩石峰后H-B强度参数的非线性演化规律，同时参数较少。接着，采用非关联流动法则，将所建GSI演化模型嵌入有限元软件ABAQUS中，实现软化模型的数值求解。最后，对多种岩石的室内试验模拟结果表明，所建模型可正确描述不同围压下硬岩和软岩的峰后应变软化变形及剪胀变形，具备良好的适用性。与定临界塑性应变或定剪胀角的应变软化模型模拟结果相比，所建模型模拟曲线可一致性地与试验曲线接近。

利用测温法和核磁共振法测量了不同浓度典型盐溶液（NaCl、Na2CO3）饱和重塑粉土的冻结温度及冻结特征曲线，并与不同浓度的NaCl、Na2CO3纯溶液作对比分析，研究初始含盐量对冻结温度及未冻水含量的影响。结果表明：土样冻结温度随初始含盐量的增加而逐渐降低；相同浓度NaCl溶液饱和土样的冻结温度低于相应纯溶液的冻结温度，但相同浓度 （<0.6 mol/L）Na2CO3溶液饱和土样的冻结温度却比纯溶液的冻结温度高；同一负温下，土样中未冻水含量随NaCl初始含盐量的增加而增多，但随Na2CO3初始含盐量的变化不明显。通过机制分析，表明盐类型和含盐量对土水势具有不同的影响。基于改进的广义Clapeyron方程，将含盐分土冻结温度表达式引入未冻水含量预测模型，得到了能够考虑不同含盐量影响的土体未冻水含量的定量表达，并与实测数据进行对比，验证了该模型能够较为合理的预测不同温度下含盐土体的未冻水含量。

实际岩土工程中经常遇到高温环境，研究3D打印岩体试样在高温作用后的力学性能对促进3D打印技术在工程领域的应用具有重要意义。以GS19砂和呋喃树脂作为打印基材，运用3D打印技术制备内部结构高度一致的岩体试样，研究不同温度作用后3D打印岩体试样的力学性能，结合电镜扫描试验从微观层面上分析不同温度作用后3D打印岩体试样力学性能产生变化的原因。提出了3D打印岩体试样的最优力学温度，并研究了含预制裂隙的3D打印岩体试样在最优力学温度作用后的破坏特征。研究表明：3D打印岩体试样的单轴抗压强度与劈裂抗拉强度随温度的不断升高均呈现先增大后降低的规律，最优力学温度为150 ℃；在最优力学温度作用后，含不同倾角预制裂隙的3D打印岩体试样的破坏过程包含压密、微裂纹萌生、裂纹稳定扩展、贯通破坏4个阶段，裂纹的初始萌生位置均出现在预制裂隙处但随着预制裂隙倾角的变化而有所不同，扩展路径总是趋向于荷载加载的方向并大致呈中心对称形式。

为了解决在实际工程中岩层变形难以用常规测试方法进行监测的问题，采用分布式光纤传感技术的布里渊频域分析技术（BOFDA）和布里渊频移（BFS）分析技术，根据现场的煤层采动过程，在试验室建立4 200 mm×250 mm×1 600 mm（长×宽×高）的采场覆岩模型，通过预埋于模型内部的4条水平传感光纤和5条垂直传感光纤，对模型开挖过程中的覆岩变形特征进行测试。将光纤测试结果与近景摄影数字图像处理技术获得的岩层位移进行对比，揭示了光纤频移值和岩层工作面来压及覆岩结构演化的对应关系，获得了基于光纤频移值的两带发育、演化范围的表征方法。研究表明，使用BOFDA分布式光纤技术监测采动覆岩活动特征与矿压显现规律是可行的，试验结果为分布式光纤测试技术在现场监测煤矿上覆岩层“两带”变形提供了理论依据与试验保障。

设计一种可以测量土体体积含水率的降雨入渗试验模型，通过试验得到土体初始含水率分布状态以及降雨入渗条件下土体含水率变化规律。在此基础之上，结合非饱和土抗剪强度理论与极限平衡理论，得到降雨入渗条件下土质边坡浅层稳定性计算方法。对杭新景高速公路七里连接线工程沿线土质边坡稳定性进行分析，具体结论如下：可采用含水率分布参数A、修正系数?、??表征的反比例函数表示自然状态下土体的初始含水率分布规律。含水率分布参数对边坡稳定性影响表现为随着A值的增大，边坡初始稳定性逐渐下降，边坡受降雨影响的敏感程度也随之下降。降雨强度相同时，初始表面含水率越大引起边坡失稳所需的降雨时间越短；降雨时间相同时，初始表面含水率越大引起边坡失稳所需的降雨强度越小。在相同地下水位条件下，边坡降雨强度与导致边坡失稳所需的降雨时间成反比。

为了探究切顶卸压无煤柱自成巷开采技术下短臂梁顶板的变形机制和影响因素，分析了该技术条件下的顶板结构及运动过程，建立了短臂梁顶板的力学模型，运用功能原理推导了短臂梁顶板在前期、中期和后期3个阶段的变形量计算公式，讨论了短臂梁顶板在各变形阶段的影响因素及其敏感性，并针对各变形阶段的主控因素提出了相应的控制思路。结果表明：短臂梁顶板在前期阶段的变形量较小，此阶段基本顶弹性模量、巷内及切顶支护强度、切顶高度对其影响比较显著；在中期阶段的变形量较大，碎胀系数、短臂梁弹性模量、留巷宽度对其影响比较显著；后期阶段顶板处于相对稳定状态，变形量基本不再变化。为此针对柠条塔矿S12012工作面提出了“巷内及时高强支护+切顶方案优化”的阶段性主控因素控制对策，现场应用效果良好。

悬索桥锚碇分为隧道式锚碇和重力式锚碇，采用隧道锚能较好地利用锚址区的地质条件，工程量相对重力锚小，性价比高且对周边环境扰动小。然而，隧道锚尚未形成相对完整的定量设计方法，其设计和施工主要依靠工程经验。结合我国首座铁路悬索桥隧道式锚碇工程，总结分析了隧道锚的4种破坏模式，即锚碇体侧壁界面破坏、倒圆锥台破坏、边坡整体滑移及锚碇体压缩破坏；建立了隧道锚典型破坏模式的计算模型，并基于极限平衡理论推导出相应的承载力计算公式；使用有限元法对关键设计参数进行敏感性分析；给出了隧道锚设计计算操作流程及方法，并针对依托工程给出了一个较为完整的设计范例。研究成果对铁路悬索桥隧道式锚碇设计具有指导意义。

为了研究高含冰量冻土路基的融化固结规律，在线性大变形融化固结理论的基础上引入非线性本构关系，并运用分段插值法实现了孔隙比与压缩模量之间的非线性关系，完善了三维大变形融化固结数值模拟方法。在此基础上结合青藏公路实测数据验证了其合理性。研究结果表明，采用非线性应力?应变关系的大变形融化固结理论能够显著提高高含冰量冻土路基的沉降计算精度，并能够进一步合理描述热学场和力学场的相互叠加影响。冻土融化固结度受有效融化固结时间以及特征排水长度等因素的影响呈现出完全不同于融土路基的发展规律，即在路基运营初期其融化固结度上升，随着时间发展，其固结度在达到峰值后持续降低，这主要是由于融化深度持续增大后所引起的特征排水长度的增加和有效融化固结时间的缩短所造成的。因此，在计算高含冰量冻土路基稳定性设计指标时，应采用非线性应力?应变关系来进一步提高融化深度、沉降以及固结度等指标的计算精度。

西部地区采场顶板厚而坚硬，破断岩块常形成大块度关键块，围岩稳定性差，支架响应强烈，研究块体动态结构力学行为对西部地区采场围岩控制具有重要意义。根据大块度关键块相对回转形成的动态结构建立运动力学分析模型，按照块体间几何关系推导出挤压面积随回转角的变化关系，将块体相对回转的动态过程分为3个回转阶段。基于“砌体梁”理论推导出不同阶段块体所受挤压力与回转角的关系，对结构稳定性及力学行为进行分析。结合失稳条件，以支架工作阻力为响应特征，找到回转过程中结构最易失稳点，提出工作阻力确定方法，并得到现场实证。理论计算结果表明，在大块度条件下，随着回转角θ的增大，挤压力T1总体上呈增大的趋势；当块度i<1时，T1随θ变化呈二次抛物线规律变化；而当i>1时，曲线逐渐表现为线性变化，且块度越大T1随θ变化幅度越小。通过失稳条件分析，揭示了大块度关键块在回转初期易发生滑落失稳，而抗回转变形失稳能力较强；针对块度i较大，结构自稳性弱、支架响应强烈的特点，需设计合理的支架工作阻力，分析3个回转阶段受力情况，得出块体处于回转初期与中期的临界角度时最易失稳，并给出该易失稳状态下工作阻力计算公式。

水下隧道对冻结壁厚度设计有特殊要求，针对珠机城际轨道交通项目下穿马骝洲水道段联络通道冻结壁设计改进问题，基于流固耦合分析理论，利用有限差分数值计算方法对水下隧道冻结壁稳定性进行研究，通过对不同厚度冻结壁响应情况的对比研究，实现对于冻结壁厚度的优化设计。研究表明：相较无渗流模型，流固耦合模型冻结壁应力分布规律相同，但整体量值增大明显，水的作用不可忽略；水的存在使冻结壁受力趋于“均匀”，应力集中现象缓解，但高剪应力区范围扩大，使其剪切破坏风险加大，且冻结壁受力形式有从受压向受拉改变的趋势，对结构稳定不利；冻结壁在流固耦合作用下变形加剧，且随厚度减小而愈发显著，模型厚度达到2.0 m以上时变形基本稳定；流固耦合模型塑性区多集中于两侧拱脚区域， 3.0 m和2.5 m模型整体完好，2.0 m模型两侧拱脚出现相向发展塑性区，1.5 m模型塑性区厚度接近贯穿，1.0 m冻结壁拱脚已形成明显贯穿破坏；综合选定2.5 m为冻结壁改进厚度，成果直接应用于4#联络通道冻结法施工，经现场监测表明该优化方案有效、可行，对类似工程冻结壁厚度设计具有重要的推广应用价值。

传统锚喷支护不能满足软岩隧道变形控制的要求，让压支护成为控制变形的重要手段。环向让压支护是在隧道环向设置让压装置，实现支护结构刚?柔?刚的特性。从隧道开挖?支护过程中能量转化的角度，阐明了环向让压支护的原理，运用结构力学的解析法分析影响支护结构变形的主要因素，利用有限元软件ABAQUS比较分析传统支护与环向让压支护力学特点。得出如下结论：初期支护属于典型的压弯构件，环向让压支护通过环向压力使得让压装置屈曲，与支护结构的内力相一致，既能实现一定的支护阻力，又通过周长的缩短调整围岩应力和围岩压力；环向让压装置应设置在弯曲应力较小处，并确保其抗剪切的刚度和承载力，应具备“强剪弱压”的特点；环向让压支护具有刚?柔?刚的力学特性，可以实现与高地应力软岩的流变特性相适应。

粗糙裂隙水、气两相流相对渗透系数是岩体工程多相渗流以及水力耦合分析的重要参数。从粗糙裂隙的细观结构出发，基于毛细吸持理论和立方定理，提出了粗糙裂隙水、气两相流相对渗透系数模型。通过与具有不同空间分布的粗糙裂隙水、气两相流试验数据对比分析，验证了模型的准确性。为进一步验证理论模型对不同粗糙程度裂隙的适用性，基于SRAM与Invasion Percolation模型，提出了粗糙裂隙的开度分布生成以及水、气两相流数值分析方法，计算结果表明理论模型与数值数据基本吻合一致，且优于X模型、V-C模型以及Corey模型。

高放废物地质处置库处于温度?渗流?应力（THM）多场耦合环境中，对高放废物处置库进行安全评估时，需进行多场耦合分析。然而，高放废物处置库开挖引起硐壁附近围岩应力重分布，产生损伤，导致围岩热学参数（T）、渗流参数（H）和力学参数（M）发生变化，且在空间上分布不均匀，这将会对运营期处置库THM耦合演化过程产生显著影响。通过分析高放废物处置库温度?渗流?应力三场的耦合原理和处置库围岩损伤的分布和演化规律，定义了损伤变量和损伤演化准则，并将损伤变量与热学参数、渗流参数、力学参数以及多场耦合参数（Biot系数、Biot模量和温度排水系数）建立联系，将围岩损伤与温度?渗流?应力建立联系，形成了一个弹塑性损伤温度?渗流?应力多场耦合数值模型，然后利用建立的模型对瑞士Mont Terri高放废物地质处置库围岩加热试验进行模拟，对比了模拟值和试验值，比较了考虑开挖损伤和不考虑开挖损伤对高放废物地质处置库温度?渗流?应力的影响，并分析了在多场耦合作用下开挖损伤的演化规律。

地下水开采等人类工程活动会引起地下水位变化，从而导致地面沉降问题。地面沉降具有土层变形长期发展的特点，土体的蠕变性是导致这一现象的重要原因之一。为此，针对基于Biot理论的地面沉降耦合模型，利用半解析数值原理和黏弹性流变理论，推导了可压缩土层黏弹性耦合变形的求解格式，该计算方法无需数值积分，且具有很好的解耦并行性。在此基础上，编制了FORTRAN计算程序，通过与已有解答的对比验证，说明了方法及程序的合理性，计算结果可以正确反映土体黏滞性所导致的变形滞后效应。通过数值算例，进一步探讨了渗透性、孔隙流体可压缩性和土体黏滞性等因素对土层长期变形的影响规律。

为了克服现有数值计算方法在计算复杂断裂面接触滑移过程中效率低的问题，通过吸收边界元的建模思想，提出了新的数值计算方法。在该算法中，所有网格均位于岩块的边界，利用显示差分方法计算得到岩块之间的相互作用力以及岩块的位移量。利用“小球在抛物面上滑移”、“哑铃在不同倾角的斜面上”两个模拟试验对文中的算法进行验证，同时利用文中算法与有限元算法对直剪试验进行模拟。结果表明：算法能够准确描述物体之间的相互接触，准确计算得到接触块体之间的法向位移。算法能够准确判断出接触物体的“滑移状态”和“稳定状态”，摩擦力的数值计算结果与解析解的误差小于10?10。在计算断裂面接触和剪应力变化规律时，算法与有限元算法的计算结果一致，但文中计算方法的效率显著提高。

周期振荡法是一种新兴的多孔介质渗透率测量方法，具有测量周期短、稳定性好、精度高等优点。然而，由于缺乏对周期振荡法的系统研究，该方法未能在低渗透测量领域得到推广应用。采用数值模拟方法，分别研究了不同孔隙率、渗透率对周期振荡法气压测量结果的影响，以及不同形式周期波在周期振荡法渗透率测量中的适用性。结果表明：无论是孔隙率，还是渗透率都会影响气体压力传递过程；周期振荡法渗透率测量时可以不需要初始气压平衡过程，一定时间后测量结果几乎不受初始气压状态影响；与正弦波相比，方波对下游气体压力响应的影响更明显，而且方波、三角波和锯齿波具有容易加载的特点，建议采用方波取代正弦波进行周期振荡法试验。研究成果对指导周期振荡法试验和解决低渗透测量难题有一定帮助。