混合型缓冲砌块作为高放废物地质处置库的缓冲屏障具有良好的导热性能。将高庙子（GMZ）膨润土和标准石英砂混合，依据正交试验原则，控制掺砂率Rs = 30%，设置含水率变化为7.0%、11.0%、15.0%，干密度变化为1.60、1.70、1.80 g/cm3，采用半自动化液压机压制成大型缓冲砌块。对砌块进行切割分解，开展热传导试验，建立含水率和干密度与导热性能的关系，了解导热性能的空间分布特征。试验结果表明，随着含水率和干密度的增大，混合型缓冲砌块导热系数显著增大，大致呈线性关系，且平均值均大于国际原子能机构国际原子能机构（IAEA）推荐的导热系数下限值0.8 W/m?K，满足推荐要求；热扩散系数先略微减小再增大，总体也呈增大趋势。对混合型缓冲砌块导热系数的空间分布及均匀性分析发现，砌块四周边缘部位的导热系数比中间部位的波动略大，但总体差异性及非均匀性不明显。采用t检验法对混合型缓冲砌块导热系数均匀性进行检验，发现砌块满足均匀性检验条件，试样均匀。用Johansen模型从物理指标可以预测混合型缓冲砌块的导热系数，偏差在±10%以内。

地下连续墙成槽施工穿越富水软弱地层容易诱发软弱地层局部失稳，为从理论上分析其局部失稳机制，构建了局部失稳受力模型。模型中考虑了上覆荷载、地层剪切强度和地下水渗流等影响因素，对理论模型进行了极限平衡分析，得到槽壁局部失稳的极限支护压力和最低泥浆液面高度。开展参数敏感性分析，研究地连墙尺寸、地层厚度、强度和渗透特性对富水软弱层稳定性的影响，结果表明极限支护压力主要受槽段长度、软弱层强度和覆土层厚度影响，软弱层中承压水渗流对支护压力影响较小。用理论模型对苏州某超深地连墙工程进行了案例分析，现场监测与研究结果吻合较好，表明理论模型能够较好应用于类似工程中，可以对可能发生的局部失稳进行有效预测。

极弱胶结岩石成岩时间晚，胶结差，强度低，易风化，遇水泥化崩解，特殊的成岩环境和沉积过程形成其独特的物理与力学性质。X射线衍射试验表明，极弱胶结岩石的黏土矿物成分以高岭石为主，其含量高达54%～69%。微观结构为蜂窝状、孔隙多且连通性好，整体结构性较差，遇水易发生水化反应，造成其孔隙率增加与强度降低，在自然条件下极易风化，短时间暴露即开裂。使用MTS 815岩石力学试验系统进行极弱胶结岩石的单轴与三轴压缩试验，获得极弱胶结岩石全应力?应变曲线，揭示了极弱胶结岩石峰后应变软化与扩容变形特性。试验结果表明，岩样破坏前后具有明显的体积膨胀特性，随着围压的提高，峰后体积膨胀特性逐渐减弱。基于裂纹体积应变模型，分析了极弱胶结岩石扩容大变形破坏机制，揭示了岩体强度与扩容参数随等效塑性应变的演化规律，建立了峰前损伤扩容与峰后破裂扩容屈服准则，构建了极弱胶结岩石扩容大变形本构模型。

在复杂应力和长期渗流侵蚀作用下岩体裂隙的表面形貌不断发生改变，导致岩体裂隙的渗流特性演化机理更加复杂。开展不同粗糙程度的石灰岩裂隙渗透试验，对比试验结果和渗透试验前后裂隙表面形貌特征，分析应力和渗流侵蚀耦合作用对粗糙裂隙表面形貌的改造影响，研究其渗流特性的演变规律。结果表明，在应力作用下粗糙程度不同的裂隙其渗流量随时间均呈现先快速减小，后趋于稳定的变化规律；不同粗糙度裂隙的等效水力隙宽和渗透率在试验初始时刻基近相等，随后均呈不断减小的趋势，但在应力和渗流侵蚀耦合作用下裂隙表面粗糙度越大，其等效水力隙宽和渗透率的下降幅值越大，试验结束时其稳定值越小；粗糙起伏程度小的裂隙，其渗流路径较均匀，流线平直，而粗糙起伏程度大的裂隙，表面出现沟槽流现象，渗流路径曲折延长；当裂隙表面粗糙凹凸体增多，与渗透水流的接触面积增大，应力和渗流侵蚀作用对裂隙表面形貌的溶蚀改造增强，使表面整体形态更粗糙起伏，而表面形态影响其渗流路径，致使裂隙表面沟槽流现象加剧，反过来影响裂隙渗流特性的演变规律。

将10余种常见的突涌水灾害防突厚度计算方法分类归纳，并与隔水岩体破坏和充填结构失稳两大类突涌水灾害类型对应统一。对于隔水岩体破坏型突涌水，按照力学模型和适用对象的不同将计算公式归类划分为完整岩体型与裂隙岩体型两类，改进了裂隙岩体三区模型的最小安全厚度计算公式，对比了不同工况下各个公式的计算结果，表明适用于完整岩体的三维岩柱剪切模型和适用于裂隙岩体的单裂纹扩展三区模型与工程经验公式一致性较好，具有更好的准确性和适用性。对于充填结构失稳型突涌水，颗粒受力启动适合于作为充填介质渗透失稳开始的标志，流体流态转变可作为失稳发生的临界判别标准。最后，文中对理论分析、数值模拟、模型试验与工程类比等方法的适用条件、判断标准与优缺点做了系统的评价，可为实际工程中监控物理量的选择、临灾状态的识别与灾害预警提供参考。

开展大理岩单轴压缩声发射实验，采用快速傅里叶变换获得声发射信号二维频谱图，提取其主频及次主频，进一步选用表征声发射信号频谱的主频与次主频的比值 和主频幅值与次主频幅值的比值 ，结合分形理论研究大理岩破坏过程声发射频谱演化特征。研究结果表明，（1）大理岩破裂过程声发射次主频特征绝非全部波形的共有现象，仅为部分信号所特有，可以将声发射信号分为仅存在主频、不存在次主频的A类信号与主频、次主频同时存在的B类信号；（2）在岩石损伤的裂隙扩展至破坏阶段，A、B两类信号事件率中的较低值减少消失，累积事件数增长速率明显增大；（3）声发射信号主频带与次主频带分布规律相似，表现为连贯密集的条带状演化特征；（4） 、 均具有分形特征，其关联维数随着岩石损伤的增加表现出不同特征的降维现象。

倾斜矿体开采中矿柱的应力状态分析是确保矿体安全开采的重要工作之一。以岩体力学理论为基础，建立了压剪荷载作用下倾斜矿柱的力学模型，推导出表征压剪受载矿柱应力状态的广义Mohr圆方程，分析了矿体倾角、荷载对广义Mohr圆圆心位置及半径的影响，揭示了倾斜矿柱应力演化的3种路径，并证明了3种应力路径分别满足直线方程、圆方程和平面方程。针对矿柱的3种应力路径，提出相应的应力路径演化主控模式。基于Mohr强度理论，分析3种主控模式下的应力路径对矿柱稳定性的影响，阐释倾斜矿柱比垂直矿柱更容易失稳的原因。最后，采用数值模拟方法研究得到矿柱的应力状态与采用广义Mohr圆分析得到的结果一致，且压剪受载矿柱的破坏模式为非对称的沙漏状。研究结果可为倾斜矿柱的稳定性分析提供一种思路。

在岩体结构分析中常用表面迹长或其演算值表征结构面延展性，可能存在结构面的过度切割或是结构体识别不全面等问题。基于结构面表面迹长l，对其延展性进行概率分析，推导出结构体形成的概率计算式，给出不同结构面延展性下的结构体组合分类。以铜坑矿锌多金属矿体地下开采工程为背景，选择+255 m中段3#矿块单元为试验区，开展采场和矿柱区域各种可能性的结构体组合关系研究。结果表明，圆盘结构面延展性最大概率区间为[0.5l，0.8l]；可将结构体组合分为最小限定组合、最大限定组合以及可变组合3种类型；试验区采场和矿柱区域存在不同的结构体组合形式，其中D6结构体区域应在开挖后及时支护，工程中应尽可能辅以多种岩体结构监测手段，以便更精确地推演出结构体组合真值。研究成果可为区域岩体的结构体组合关系分析提供参考。

相同高温状态花岗岩在不同冷却温度介质中热冲击下的力学特性不同。热冲击作用下花岗岩的力学强度主要取决于内部热冲击破裂裂隙的密度和数量，其决定因素为热冲击速度和热冲击因子，与热冲击温差没有绝对的相关性。采用自主研制的岩石热冲击破裂试验台对青海共和盆地花岗岩进行热冲击破裂处理，测试其抗压强度、抗拉强度、黏聚力、内摩擦角等宏观力学参数，研究热冲击作用下花岗岩的宏观力学性质及其随冷却温度的演变规律。研究结果表明，（1）相同加热温度的花岗岩，经不同温度冷却介质热冲击破裂后单轴抗压强度、抗拉强度、黏聚力随着冷却介质温度的升高呈现降低趋势，内摩擦角随着冷却介质温度的升高而升高；（2）不同温度恒温水中热冲击下花岗岩的单轴抗压强度和抗拉强度呈有规律的劣化趋势，600 ℃花岗岩经100 ℃水热冲击处理后其抗压强度和抗拉强度仅为250 ℃是经20 ℃水热冲击作用后的30%；（3）黏聚力随着热冲击破裂程度的加剧呈减小趋势，内摩擦角呈明显增大趋势；（4）热冲击非定常传热对花岗岩力学性质具有劣化作用，干热岩地热人工热储的建造和井筒稳定性控制都需要考虑热冲击作用下花岗岩的强度随冷却介质温度的演变规律。

采用数字图像相关方法和红外热成像技术非接触式全场观测手段，对不同裂隙倾角的砂岩试件进行单轴压缩试验，引入标准差和近似导数定量地描述应变场和红外辐射温度场的分异程度和分异速率，分析其变形破裂过程中两个领域全场信息的演化规律、变化机制以及前兆异常特征，并探索全场信息之间的相关关系。研究结果表明，裂隙砂岩应变场标准差演化过程可划分为初始分异、初加速分异、中加速分异和快加速分异4个阶段。红外辐射温度场标准差演化过程可划分为初始分异、稳定分异和加速分异3个阶段；应变场和红外辐射温度场标准差在裂隙砂岩变形破裂过程中变化趋势大致类似，两者的皮尔逊相关系数在0.50～0.91之间，呈显著或高度正相关关系；裂隙岩体破裂失稳前应变场分异速率出现2个尖峰，分别对应于张拉裂纹和剪切裂纹起裂点，可视为2个前兆点；红外辐射温度场分异速率在剪切裂纹萌生前呈持续增长，也可视为前兆点。研究成果可为裂隙岩体稳定性监测与预报提供新的手段和理论依据。

为研究综放工作面覆岩运动、破断特征及矿压演化规律，依托崔木煤矿302工作面，建立综放工作面开采相似材料模型，观测煤层综放开采过程中顶板的破断特征和矿压显现规律，根据试验结果建立综放基本顶煤壁处断裂的力学分析模型，推导出拉破断临界支护强度计算公式，研究基本顶抗拉强度、作用荷载和顶板厚度对拉破断临界支护强度的影响，形成了综放工作面煤壁处断裂的力学判据，分析崔木煤矿302综放工作面液压支架的支护效果。结果表明，（1）综放工作面推进过程中基本顶悬臂梁长度逐渐增加，与后方断裂顶板形成“悬臂梁?铰接结构”，支架处于这种结构保护之下时工作阻力小；（2）若基本顶在煤壁处拉断裂和结构失稳，支架快速增阻，安全阀开启，活柱量下降，易于导致支架压死；（3）随着基本顶作用荷载增大，拉断裂临界支护强度线性增长，但基本顶抗拉强度对拉断裂临界支护强度影响不大。研究结果可为综放工作面基本顶煤壁处断裂和压架灾害预报提供一种方法。

恒定渗流条件是泥石流碎屑物质起动的主要水动力条件之一，目前鲜有学者对其起动判别模型和坡体内水力学参数变化规律进行研究。初步选取结构简单的碎屑物质作为地质模型进行理论分析，建立起动判别模型，借助模型试验对坡体内水力学参数的变化规律进行探究，同时对判别模型进行验证，并与其他模型进行对比分析。结果表明，恒定渗流过程对碎屑物质起动的作用力主要包括渗透力及渗流冲刷力；渗流速度随底床坡度、入水流量的增大而增大，但随入水流量增加的幅度较小；平行于水流方向的总水头损失随底床坡度的增大呈先减小后增大趋势，随入水流量增大而增大；稳定系数与底床坡度间呈幂函数关系，关系系数因判别模型不同而有所差异；与其他模型相比，模型经严格推导，满足量纲分析和试验验证要求，精度更高。

建设高放废物地质处置库需要大量混凝土，而放射性核素衰变释放的大量热量会加速水泥老化，产生的碱性孔隙水会对膨润土的缓冲性能产生不利影响。以高庙子（GMZ）钙基膨润土为试验材料，选用NaOH溶液模拟碱性孔隙水，利用自主研制的耐腐蚀固结仪，完成不同浓度和不同干密度下的膨胀力实验。结果表明，在相同浓度碱性溶液饱和后试样的最终膨胀力随初始干密度的增大而增大；初始干密度相同时，低浓度碱性溶液对膨润土膨胀力有强化作用，高浓度碱性溶液对膨润土膨胀力有弱化作用；在0.3、0.5、1.0 mol/L NaOH溶液环境下试样的膨胀力在达到最大值后会出现下降，膨胀力衰减的程度与溶液浓度有关而与干密度无关。通过X射线衍射试验（XRD）分析矿物成分和晶层间距得到，蒙脱石含量和方英石含量随碱溶液浓度升高而降低，长石含量随着碱溶液浓度升高而上升；NaOH溶液会使钙基膨润土钠化，钠化程度受溶液浓度影响。最后利用蒙脱石孔隙比的概念，对试样的蒙脱石孔隙比和最终膨胀力结果在双对数坐标系中线性拟合，给出预测碱性溶液饱和钙基膨润土膨胀力的表达式。

泥浆成膜支护是盾构带压开仓等施工过程中的一种重要防护手段，其支护的效果主要取决于泥浆材料。为了有效地利用天然红层风化土作为泥浆成膜的原材料，降低人造材料的成本并减小对环境的影响，以天然的红层风化土为材料，借鉴泥浆成膜过程，笔者等自主研发全通透高压泥膜闭气试验装置，在不添加任何其他材料条件下开展红层风化土泥浆成膜闭气的正交试验，研究红层风化土的成膜模式、影响因素、效果评价、形成时间和破坏判据。研究结果表明，红层风化土泥膜与常用的人造膨润土泥浆材料成膜的闭气性能相近，初步验证了红层风化土成膜应用的可行性与可靠性，推动低成本、绿色的成膜技术发展，为泥浆成膜施工技术提供新的支持。

采用声发射、热红外技术联合监测花岗岩单轴压缩过程，分析岩石破裂过程声发射、红外辐射变化规律。从内部损伤和表面损伤两个角度，分别建立了基于声发射和红外辐射的岩石损伤变量解析表达式，并根据二者在不同阶段的互补性，建立了分段曲线损伤模型，分析单轴压缩下岩石的损伤演化特征。研究结果表明，（1）岩石损伤演化过程分为初始损伤阶段、损伤稳定发展阶段和损伤加速发展阶段3个阶段，初始损伤阶段内部损伤和表面损伤都没有发展，损伤稳定发展阶段，内部微损伤不断积聚，表面损伤仍没有发展，损伤加速发展阶段内部损伤和表面损伤均快速增大。相比内部损伤，表面损伤异常增大时间较早；（2）对比分段曲线损伤模型计算出的应力?应变曲线与试验应力?应变曲线发现两者的趋势大致相同，定义的损伤变量较为合理，能够较好地反映岩石内部裂纹缺陷产生、发展直至破坏的渐进演化过程。

微生物分解作用会改变泥炭土有机质含量和组分，影响土的工程性质，为探究这种现象，研发了模型试验装置，利用富集菌液对泥炭土进行了为期90 d的分解，对分解过程中泥炭土的物理力学性质进行分析测试。试验结果表明，（1）90 d内泥炭土有机质含量从67%下降至61.5%，随着分解时长增大，泥炭土颗粒相对密度Gs、饱和重度γsat增大，液限wL有较为明显的下降趋势，塑限wP变化幅度不大；（2）分解后的泥炭土压缩系数a1-2下降，压缩模量Es增大；（3）分解后的泥炭土固结快剪强度普遍有15%～25%的增大，黏聚力ccq从最初的18.3下降为15.6 kPa，内摩擦角φcq从13.9o增大到18.8o；（4）分解时长增大，经过预压重塑泥炭土样的渗透系数有下降趋势。分析表明，泥炭土工程性质的改变不仅和有机质含量下降有关，还可能与组分变化有关。

为研究重塑黄土在控制吸力真三轴条件下的剪切特性，利用非饱和土固结仪测试了重塑黄土的土?水特征曲线，得到基质吸力与含水率的对应关系。利用真三轴仪对重塑黄土进行了控制基质吸力为50、100、200 kPa的固结排水剪切试验。在剪切试验中同时控制净平均应力为300 kPa，中主应力参数b值分别为0、0.25、0.50、0.75、1.00，试验结果给出大主应变、中主应变和小主应变与偏应力的关系曲线，研究了基质吸力和b值对土体应力?应变响应的影响。结果表明，重塑黄土的抗剪强度随基质吸力的增大而增大，随中主应力参数的b值增大而降低；应力?应变曲线随b值增大逐渐从应变硬化型向理想弹塑型转化；给出的重塑黄土在π平面上的强度破坏线，其随着基质吸力的增大而向外扩展，基质吸力会影响其位置、大小及形状，且重塑黄土不同基质吸力的试验结果与Lade-Duncan破坏准则的预测结果更接近。

分散土的改性和利用是岩土工程的热点和难点问题，传统的方法是利用石灰改性，具有成本高、破坏环境等不利影响，亟需探索新的处治材料与技术。采用铝化合物和传统特殊土改性剂（石灰）分别对中国东北地区某均质大坝典型分散性黏土进行处治，研究不同类别、不同掺量的改性剂对分散性黏土物理化学性质、分散性及力学性质的影响，通过扫描电镜等微观试验，研究铝化合物改性分散性黏土的微观机制和改性机制。研究结果表明，当石灰掺量达到1%～3%、铝化合物掺量达到(2～4)×10?4 mol/g时，两者均具有较好的改性效果，且均能提高分散性黏土的抗剪强度；石灰对土样的颗粒组成没有显著影响，随着石灰掺量的增加，分散土的pH值增大，分散性得到有效抑制；在对土样产生团聚、胶结等作用方面，铝化合物可以改变土样的颗粒组成，能有效地降低土样的酸碱度，亦能达到优良的处治效果。与石灰改性分散性黏土相比，铝化合物具有环境友好、施工方便能够实现原位处治等优点，在实际工程中具有较高的应用价值。

针对岩爆局部解危，提出在施工卸压孔基础上将卸压孔劈裂的局部解危方法，结合应变和声发射监测技术开展具有岩爆倾向性的卸压孔劈裂试样双轴压缩试验。结果表明，与单纯施工卸压孔相比，含0o、45o劈裂缝的围岩局部解危演化进程由卸压孔两帮控制转为由劈裂缝端部控制，扩大了局部解危区域，卸压孔和劈裂缝共同起局部解危作用；含90o劈裂缝的围岩局部解危进程仍由卸压孔两帮控制，含0o、45o劈裂缝的峰前应力与垂直应变关系曲线非线性特征增强，峰前能量耗散加大，更大程度地降低了围岩完整性，起到明显卸压效果；相比较而言，0o劈裂缝的局部解危效果最好，其峰前能量释放占比达到85.70%，45o次之，90o较差。研究结果对岩爆防控具有很好的指导和借鉴意义。

土工合成材料加筋土柔性桥台复合结构（GRS-IBS）是一种可以实现桥梁一体化设计施工的新型技术，针对该种结构的抗震性能的研究还不多。通过一组振动台缩尺模型试验，研究GRS-IBS结构的抗震性能，研究结果表明，GRS-IBS结构具有良好的抗震性能，在强震作用下（地震波的峰值加速度达到1.0g）能保持良好的整体稳定性能，仅在桥台面层顶部出现较小的外倾变形（最大变形约为桥台高度的2%）和桥头处轻微的差异沉降；由于地震波的方向性和波形不对称，两侧桥台受到不同的指向临空面的惯性力作用，桥跨结构的存在可使其附近区域的加筋土体所受的惯性力通过桥跨结构传递协调趋于一致；减小桥台的加筋间距有利于提高加筋桥台的抗震性能，主要表现在减小结构变形及分担筋材轴力方面。

高速列车(HST)诱发的振动可能对周边生活、仪器运营甚至建筑安全造成负面影响，已引起学者和政府的关注。在京?沪（北京至上海）高铁段开展大量的路基高架过渡段场地振动现场实测，同时记录列车运行速度在250～350 km/h之间的场地垂向、横向和纵向三个方向的振动，分析其在时域、频域及振幅在不同距离和车速下的特性，基于加速度级评价过渡段高铁引起场地振动的水平。分析结果表明，垂向振动通常在近场范围内占主导，在中远场和水平向振动相当；距离轨道20 m左右范围存在振动区；地面的主要振动频率通常是与列车的几何尺寸和轨道的不均匀性相关的特征频率的n倍。测试结果对于研究高铁环境振动及数值的验证具有重要意义。

基坑卸荷将对下卧既有隧道产生附加荷载。结合工程实际，提出考虑隧道剪切效应及埋深效应的基坑开挖下卧隧道形变响应的半解析解。引入能考虑隧道埋深的修正基床反力系数，再由Mindlin解给出基坑卸荷对下卧隧道产生的附加荷载。视既有隧道为埋置于Pasternak地基上的Timoshenko梁，将附加荷载施加于隧道并计算其响应，提出可考虑隧道埋深及剪切效应的下卧隧道在基坑卸荷下的响应解。与三维有限元数值模拟、杭州地铁一号线九寨河基坑的测量结果的对比，验证了所提方法的准确性。针对隧道等效抗弯刚度、等效剪切刚度对隧道内力及变形的影响进行系统的敏感性分析。结果表明，采用Timoshenko梁模拟隧道可更好地分析隧道的力学响应；当提高隧道抗弯刚度，隧道的位移值、弯矩值和剪力值会显著下降，但其分布范围会增大；隧道最大正弯矩及最大剪力所在位置保持不变，不受隧道抗弯刚度值的影响，但最大负弯矩所在位置会随抗弯刚度的增大向隧道两端移动，当隧道剪切刚度超过抗弯刚度的20%时隧道位移、弯矩、剪力几乎均不再受剪切刚度的影响。所得结论可为类似工程提供一定理论支持。

我国软土地区承压层中盾构隧道频发的涌水涌砂事故带来了巨大的经济损失和不良影响，传统的注浆抢险等措施由于承压层水压力较高难以快速生效。根据渗漏灾害发生时的沉降时程曲线提出灾害发展阶段，基于经过现场试验验证的6～8 h快速成井技术，提出在盾构隧道渗漏灾害缓慢发展期对承压层进行快速减压与回灌的抢险方案，利用考虑井内水位的降水计算理论分析该技术应用于隧道抢险的可行性。分析结果表明，承压层快速减压与回灌可在短时间内将渗漏点处水位大幅降低，同时对周边水位进行控制；抢险时间要求越短，所需抽灌水量越大；当抽水井和回灌井距渗漏点距离比值不变时，距离值越小，所需抽灌水量越小；以减压中心为圆心环形布置回灌井可以有效保护周边建构筑物。最后提出承压层减压抢险的设计步骤和布井原则。

为研究竖井井筒运行期间受季节性温度变化影响时井壁的受力情况，对井壁和围岩应用弹性力学原理和热传导原理进行公式推导，在分析井壁温度场和应力场时结合围岩一起建立，数学力学模型，按“接触面问题”处理。公式推导结果表明，井筒运行期间井壁和围岩温度场随井筒内气流温度呈现周期性变化，井壁及围岩的温度场始终为不均匀分布状态；围岩随着径向距离的增大，温度影响逐渐消失；运行期间井壁切向总应力和环向总应力随井筒内气流温度呈现周期性变化，井壁内缘处环向总应力取得最大值，径向总应力取得最小值；无穷远处水平地应力值对运行期井壁总应力影响较大，通风时井壁内通常处于压应力状态；围岩的温度变化是影响井壁的受力状态的重要因素，井壁设计时需将井壁内缘变温最大时的应力差 作为选择井壁混凝土强度的参考最低值，还需要结合井壁温度应力的早期应力和中期应力进行分析。

竖井掘进机在土层中掘进时，如果撑靴井壁土体无法提供足够的承载力，会产生撑靴推进反力不足、掘进机姿态难以控制等问题，严重时甚至导致井壁失稳，因此需要研究撑靴作用下井壁土体的极限承载力。以国内研制的首台矿山型竖井掘进机为依托，采用数值模拟方法对掘进过程中撑靴侧壁土体的受力和变形进行分析，确定撑靴作用下井壁土体的破坏模式为剪切滑移破坏。基于井壁土体破坏模式，假定破坏面为对数螺旋线和直线旋转曲面的组合，分析破坏面上的应力分布。采用土体塑性极限平衡法，推导竖井掘进机撑靴作用下井壁土体的极限承载力公式。将理论分析结果与数值模拟结果进行对比和分析，表明该公式的合理性。研究结果对于土层中竖井掘进机撑靴的设计及井壁稳定性的评估有重要的指导意义。

深埋隧道软弱岩体往往具有明显的流变特性和时效弱化效应，隧道开挖后围岩参数随时间的增加逐渐降低，导致围岩流变变形增大，容易造成隧道初期支护和二次衬砌开裂，严重影响隧道施工期及运营期安全。为保证隧道安全，在二次衬砌与围岩之间设置能够吸收围岩流变变形的缓冲层，缓冲层材料具有理想弹塑性特性，其特殊的力学特性使其能够实现与围岩的变形协调，吸收围岩长期变形能，实现软弱隧道围岩的长期稳定。近年来缓冲层让压支护设计逐渐得到众多学者和工程建设单位的认可，但缓冲层让压支护并没有得到广泛应用，原因是让压支护的让压量与让压力的设计一直是工程建设中的难点。基于弹塑性理论，考虑围岩参数的时效弱化和缓冲层支护抗力，提出软岩隧道工程缓冲层让压支护参数的设计方法，并通过V级软岩隧道的支护设计，验证所提缓冲层支护方案的合理性。

核废料处置库的温度场演化规律是处置库设计和安全评估的重要依据, 根据处置库的概念化设计，建立了单个核废料废物罐的分层热传导模型。对膨润土区和围岩区热传导方程组进行Laplace变换，联立求解得到了在不同内外边界条件组合情况下变换域内的温度场半解析解。采用Crump方法对半解析解进行数值反演，获得废物罐近场时间?空间域的温度分布，最后分析了不同参数条件下单个废物罐表面温度的变化规律。结果表明，核废料的燃烧值越高，冷却时间越短，废物罐表面温度越高；采用有限外边界条件计算得到的废物罐表面温度要高于无限外边界条件；膨润土的导热系数越大，废物罐表面温度越低，膨润土土层厚度越厚，越不利于内部温度的扩散。研究成果可用于评价不同条件下废物罐近场温度的演化规律。

边坡；三维任意形滑面；最小势能法；遗传搜索；软件开发

能量桩是一种承担上部建筑荷载并传递浅层地温能的新型桩基技术，其换热效率和附加温度应力是该技术的两个关键性科学问题。已有的研究主要针对单根能量桩的热力耦合特性，对于桩?筏基础中能量桩的研究相对较少。基于桩?筏基础，开展不同换热液流速下单根3U型埋管能量桩换热效率和热力耦合特性现场试验，在实测制冷工况下研究能量桩桩体温度与应力、筏板温度与变形的变化规律，探讨入口流速的影响规律。研究结果表明，文中试验条件和制冷工况下能量桩在0.8、0.4、0.2 m/s三种流速下的换热效率分别为75.0、82.5、63.8 W/m；能量桩受筏板约束影响，在桩顶处产生最大约束拉应力，约为38.9 kPa，筏板下侧产生的最大约束拉应力约为47.2 kPa；随着流速逐渐降低，桩体温度小幅回升，桩身约束拉应力值减小；短期制冷工况对筏板温度的影响可忽略不计。

经验公式估算岩体变形模量是岩体工程中常用方法之一，在岩体分级系统中出现了很多的经验估算公式，但对于不同经验估算公式计算结果的统计特征与自变量权重分析报道较少。采用蒙特卡罗随机抽样法，基于地质强度指标GSI（geological strength index）系统地分析岩体变形模量估算公式计算结果的统计分布特征及其自变量的权重，讨论不同扰动因子条件下的岩体变形模量统计分布规律及其自变量权重的变化规律。结果表明，扰动因子对各种岩体变形模量统计分布模型均值的影响各异，对Hoek公式得出的岩体变形模量统计模型均值的影响最大，质量好的岩体变形模量受到的影响比质量差的岩体小。

采用现场调查、数值模拟和地质力学分析的方法，以金山店铁矿东区?340 m和?410 m阶段运输巷为研究背景，开展巷道围岩变形破坏的断层效应研究。研究结果表明，采矿影响区内的断层破碎带巷道变形破坏严重，围岩破坏模式主要表现为巷道顶板垮塌、顶板非对称下沉变形、巷道围岩内挤变形引起的片帮或剥落、巷帮水平张拉裂缝等等模式；?340 m阶段运输巷所在的断层破碎带F4位于矿体开采引起移动变形区域，岩体移动变形引起的水平应力释放导致断层破碎带F4与近矿角页岩A2分界面出现错动台阶；?340 m阶段运输巷变形与破坏机制矿体开采，引起巷道围岩向采空区方向移动变形和开采诱发的断层破碎带滑移活化直接造成顶板沿陡倾结构面垮塌两部分，?410 m阶段运输巷变形与破坏机制是受开采诱发的?340 m水平及以上断层破碎带岩体下滑活化引起的挤压变形作用。

岩石结构面形貌特征及其力学性质一直是国内外岩石力学及工程地质领域的重要科学问题。用钻孔图像准确地记录钻孔孔壁信息和原位岩体结构面形貌特征，提出一种钻孔图像结构面轮廓线分析提取方法，开展岩石结构面三维形貌特征及其力学性质的研究。针对钻孔图像中岩石结构面轮廓线的独特性，经过轮廓线信息提取、坐标转换、环状信息分析和采样方式处理等步骤，准确地还原孔内原位岩石结构面形貌特征，再利用各段轮廓线的分形维数描述岩石结构面的粗糙度和各向异性特征，判定岩石结构面的优势抗滑方向和对评估结构面的抗剪强度进行补充说明。结果表明，在钻孔图像中通过分析变换后的结构面轮廓线，能够很好地反映出孔内岩石结构面的三维形貌特征，可以用来解决实际工程应用中岩石结构面优势抗滑方向的判定问题和结构面抗剪强度的估算问题。

软土地区的地铁车站基坑工程，因其地质条件和施工环境复杂，施工过程受到施工自身及诸多外界因素的干扰，其变形真实数据难以获取，无法准确判定基坑后期变形，施工事故风险控制难度大，极大影响着基坑工程自身及其周边环境安全。基于小波变换和Elman网络的数据分析与动态预测原理，构建一种小波智能的基坑变形时序预测模型（简称WEPM），应用于武汉地铁车站基坑工程预测，通过不断地对历史实测数据进行小波分解去噪，提取基坑变形真实数据，利用小波智能模型实现基坑变形的超前滚动式预测。分析结果表明，提出的小波网络预测模型具有泛化能力强、预测精度高的特点，能对不同条件下基坑变形进行时序预测分析，该模型可为未来武汉基坑工程的变形预测、施工安全与施工事故防范提供依据。

三峡库区忠县区域的滑坡位移变化呈现阶跃变形特点，由于降雨量为主要影响因子，采用信号处理的快速傅里叶变换方法，提出一种基于高能频点的傅里叶级数拟合函数，对三峡库区忠县区域的月降雨量进行拟合，得到相关性高和均方误差可接受的拟合模型。在地质模型及滑坡机理类似的研究区内，针对滑坡倾角对水平位移的影响较大，通过定义滑坡倾角影响权重，计算研究区内的总体权重位移能较好地反映倾角作用大小。设定降雨量傅里叶级数拟合函数为降雨因子项，阶跃函数为阶跃因子项，采用最小二乘法拟合该研究区3阶段变形的阶跃过程，得出包含降雨影响控制项和降雨量项组合而成的数学统计模型，用于三峡库区忠县区域9个阶跃变形滑坡11年的月监测。数据表明，用文中方法得到的拟合精度较好，相关度较高，均方误差较小，能够准确地反映出不同时间和不同变形阶段降雨量对该区域内水平位移的阶跃变形特点，可作为区域滑坡空间预测的一种新思路。

为合理地计算某超浅埋矩形断面过街通道初支结构在施工阶段的围岩压力，首先提出了一种有效模拟通道初支过程的有限元方法，利用该数值方法分析了初支结构围岩在承载力极限状态下的破坏模式。基于该破坏模式，建立各围岩滑块的极限平衡方程，求得青岛地区粉质黏土地层中超浅埋初支结构竖向和侧向围岩压力的极限平衡解。最后将该极限平衡解的计算值与实测值进行对比，最大偏差幅度小于9.0%。验证了利用该极限平衡法求解类似工程围岩压力的可行性。

地应力场是煤矿深部巷道开挖支护设计的基础数据。针对煤矿深部地层地应力实测值有较大随机误差的特点，提出基于支持向量回归(SVR)优化算法的地应力场反演方法。该方法以特征向量结构风险最小化为原则，将经验风险和置信范围最小化，减小实测地应力随机误差对参数反演的干扰。基于平煤一矿地质及地应力实测资料，建立三维有限元计算模型，引入侧压力系数，使用均匀设计表试验设计方法构造应力边界条件。根据计算分析结果建立学习样本，进而通过支持向量回归算法对边界条件参数进行优化，确定最佳应力边界条件，施加到模型上计算分析得到整个模型的地应力场。地应力测点反演值与实测值对比分析结果表明，反演值与实测值误差在合理范围，反演值比实测值随机性更小；反演地应力场分布规律与平顶山矿区地应力场分布规律一致；反演结果准确可靠。

混凝土面板与堆石体之间由于变形不协调导致的面板脱空是面板堆石坝工程中常见的现象，严重时可引起面板的开裂并威胁大坝的整体安全，非常有必要计算分析面板是否会出现脱空以及脱空值的大小。针对以往的计算方法难以在直观性、计算精度和容易实施之间取得平衡的现状，尝试将脱空视为物体内部不连续界面发生的相对位移，用扩展有限元法（XFEM）进行模拟分析。首先将一种复合式XFEM接触本构模型扩展到三维，实现在三维条件下XFEM对不连续界面发生张开和错动的表述，再通过一个滑块模型算例用自编程序和ABAQUS的接触力学方法进行模拟和对比，验证该三维界面接触算法的正确性，最后以天生桥面板堆石坝为算例计算了面板部位的脱空情况，并与实测值和对偶mortar方法的计算结果进行对比，验证该方法计算大型实际工程的能力。

全断面隧道掘进机（TBM）以其高效、安全、环保等诸多优势被广泛地应用于隧道工程建设中，其中滚刀破岩机理是TBM设计阶段和施工阶段的核心问题。由于岩石与滚刀相互作用时会发生断裂破碎，离散元法（DEM）成为研究滚刀破岩机理的有效手段，但采用一般离散元软件构建的模型尺寸相对较小，且多简化为二维侵入问题，尺寸效应明显。采用基于离散元法的MatDEM软件构建滚刀破岩大尺寸三维模型，模拟真实滚刀破岩过程。采用团簇单元模拟刚性滚刀，实现双滚刀在不同条件下的破岩动态过程。监测破岩过程中滚刀的受力特征，计算分析不同刀间距/贯入度比(S/P)下的滚刀受力模型和比能变化。模拟结果表明，滚刀破岩时的滚刀力是一种复杂无规律的冲击荷载，其值与滚刀切割参数、岩石性质等因素有关；贯入度和刀间距的增加导致滚刀需要更大的力来破碎岩石；对于一种岩石材料，存在最优刀间距/贯入度比值，使得破岩比能最小；MatDEM软件能较好模拟滚刀的破岩过程，与室内线性切割试验相结合，有利于深入、全面地探索滚刀破岩机理。

为探究桩承式低路堤的空间土拱效应演化规律，采用PFC3D软件建立了3种不同高度低路堤三维活动门颗粒流模型。将试验结果与既有解析解进行对比，分析路堤内部竖向土压力分布特点、土拱发展模式和土体的沉降变形规律。研究结果表明, 桩土荷载分担比达到稳定状态时4桩顶部形成力链球状拱结构，构成荷载传递路径，应力拱拱高随填土高度的增加表现出先增加后稳定的变化；挡板不同位置土拱率 的变化特点显示土压力分布不均匀，呈现出4桩中心大于2桩中心大于2桩中心两侧的分布特点，土拱率 稳定值处于0.2～0.4内；从变形的角度来看，依据土体竖向沉降量沿高度的分布可判断等沉面高度约为1.2B（B为桩净间距），等沉面以下桩间土上部沉降量大于桩顶上部土体，随埋深的增加差异沉降不断增大，总体呈现下凸状；土体的滑裂面形状存在三角形扩展式和等沉面式，在等沉面破坏模式中土体内部滑裂面呈现为穹顶状。

基于颗粒离散元方法，建立考虑页岩层理面强度和刚度弱化效应的页岩试样二维颗粒流数值模型。依据页岩室内三轴压缩试验所得的宏观力学参数随相对吸水率的演化规律，对数值模型中不同吸水时间条件下的细观参数进行标定，研究不同吸水时间下页岩岩样的卸荷力学特性和破坏特征。结果表明，加载和卸荷两种应力路径下的岩样强度参数均随吸水时间增加而减少，但卸荷路径下的黏聚力普遍小于加载条件，内摩擦角则相反；不同吸水时间下岩样主要发生沿层理面破坏及与层理面成一定角度的剪切破坏，随着吸水时间的增加，岩样的破碎程度明显提升，试样的破坏更容易受控于层理面，其破坏趋势也从单剪转化为双剪模式；不同卸荷阶段下岩样内部微裂纹数目的发展规律亦有所差异，在卸荷屈服阶段张、剪裂纹的增长产生分异，剪裂纹数量增长逐渐趋于平稳而张裂纹数量增长率持续增加，当到达峰后阶段应力残余点时张裂纹数量的增长速率明显降低并趋于平稳。

落石碰撞损伤破碎和碎片速度对落石运动轨迹准确预测至关重要。为揭示碰撞损伤破碎和碎片速度，采用结晶法及三维离散元建模，针对球板碰撞室内试验，开展球砾碰撞损伤破碎三维离散元模拟。模拟结果表明，球砾损伤破碎模式与室内试验完全吻合；较高碰撞速度使球砾内部产生径向宏观裂纹和二级宏观裂纹，将球砾破碎成较小块体；二级环向裂纹源于橘子状碎片进一步压缩。径向宏观裂纹的产生导致裂纹数显著增加；基于裂纹数的损伤率随碰撞速度的增加呈3个不同阶段，接触力同样受损伤破碎显著影响；球砾碰撞破碎会产生高速碎片，碎片速度可高达碰撞速度的3.2倍，以等效粒径小于0.11的小碎片为主；碰后碎片速度方向随碰撞速度发生显著变化，变化与球砾碰撞破碎模式相对应。

以西安砂卵石和黄土地层中地铁施工为依托，采用数值分析方法和原位监测等手段，针对“先隧后井”法横通道施工期间横通道的开挖方法、地层和既有盾构管片的预加固方案，进行优化分析和评价。结果表明，（1）增加风井横通道的开挖层数会引起地表沉降增大和施工作业空间不足问题，建议采用4层台阶、预留核心土法开挖，上、下台阶长度不宜超过3 m；（2）风井横通道外侧砂卵石、黄土地层的注浆厚度不低于2.0 m，加固后地层弹性模量应提高至少0.2倍以上，应配合超前小导管和大管棚超前预支护措施，可以增强横通道开挖期间地层的稳定性和临近盾构管片的安全性；（3）既有管盾构片破除前应放松横通道两侧4～6环管片的联结螺栓，降低横通道开挖引起的盾构管片纵向挤压应力集中效应；（4）横通道垂直穿过既有盾构管片时应采取静力破除法，从上至下垂直分块拆除管片，再进行横通道与盾构区间隧道接口部位混凝土浇筑和钢筋植入施工，并针对接口范围内地层进行WSS注浆加固，进行接头防渗处理。

用GDS弯曲?伸展元系统对不同含水率的低液限黏土进行波速试验，根据波动理论测得黏土的剪切模量、侧限模量和泊松比，研究不同含水率、不同试验有效围压、不同信号输入频率对试验结果的影响，并对S波（剪切波）与P波（压缩波）的输出波型信号特征进行分析，将不同信号分析方法所测得结果与共振柱结果进行对比。试验结果表明，（1）在低液限黏土中的剪切波速Vs、压缩波速Vp均随输入频率增大而增大，且增幅随频率增加而减小；在黏土材料中S波的近场效应随含水率和激发频率的提高而减弱；（2）剪切模量G0和侧限模量M0均随试验围压的增大而提高，G0随试样含水率的提高而降低；（3）泊松比随含水率的提高而增大，且随着含水率的增大试验围压对泊松比的影响减弱。

纺织企业每年都产生大量的人工合成类废弃布料，处理不当会造成比较严重的环境污染。将废弃布料开松、分梳和切断后具有良好抗酸碱腐蚀性能的涤纶纤维纱按一定比率掺入素黄土中，形成纤维纱加筋黄土试样。用路面材料强度试验仪、真三轴试验仪、抗拉强度仪和土壤溅蚀设备对素黄土、单丝纤维加筋黄土和纤维纱加筋黄土试样进行相关测试。试验结果表明，随着纤维纱掺加比率的增加，无侧限抗压强度呈先增大后减小的变化趋势，最优纤维掺加比率，纤维纱加筋黄土及单丝纤维无侧限抗压强度均大于素黄土，在相同的纤维掺加比率、细度及长度条件下纤维纱加筋黄土无侧限抗压强度大于单丝纤维加筋黄土；纤维纱加筋黄土黏聚力c值大于单丝纤维加筋黄土及素黄土，内摩擦角?值与单丝纤维加筋黄土及素黄土比变化不明显；素黄土在抗拉强度测试中呈现脆性破坏特征，纤维纱的加筋黄土抗拉强度大于单丝纤维加筋黄土及素黄土，纤维纱加筋黄土破坏时拉应变大于单丝纤维加筋黄土；相同的时间节点纤维纱加筋黄土击溅后形成的坑洞孔深小于素黄土，同时溅蚀量较素黄土更少。