为了研究温度变化对一维饱和土固结特性的影响，基于渗流方程和热传导方程，考虑了顶面边界的半透水性和热传导性，提出了变荷载作用下考虑半透水边界热传导性的一维饱和土热固结的半解析解，并分析了其固结特性。首先，引入Laplace变换分别求解了半透水边界条件下热力耦合模型和非热力耦合模型的一维饱和土热固结方程，推出了有效应力、温差和沉降的半解析解；其次，通过Crump方法进行Laplace数值反演，得到时间域内的解析解；然后，将所提解分别退化为单边排水条件下的一维饱和土热固结和Terzaghi一维固结的半解析解，结果与已有文献相同，验证了所推导解的可靠性；最后，通过算例分析了各外荷载作用下半透水边界参数、温度增量、热扩散系数和固结系数对热固结特性的影响。结果表明，半透水边界参数、热扩散系数、固结系数和温度增量对饱和土一维固结特性影响显著。

为了较好地描述软土塑性应变发展规律，提出了一种改进的塑性流动模型。该模型采用了与屈服函数形式相同，但具有一定倾角 的塑性势函数。土体在变形过程中，塑性流动方向会依赖于塑性势面的旋转而变化，直至达到破坏状态。通过对常规三轴试验结果的分析可以发现：在剪切过程中，塑性势面旋转角的初值 与终值 较为稳定，不受围压变化影响。在此试验观察基础上，引入了归一化的旋转角参数 以及描述土体应力状态的参数 ，在采用蛋形势函数的情况下二者具有良好的分段线性关系。利用该关系，建立了改进的塑性流动法则，只需要2个额外的模型参数。对所提出的塑性流动模型进行了验证，计算结果表明该模型能较好地反映塑性应变的变化趋势。

壁画的病害对壁画的长期保存和日常维护造成了极大的威胁，水带动易溶盐的迁移是导致壁画病害最主要的原因之一。地仗层作为壁画最直接的载体，其土-水特性关乎着壁画病害的形成与发育。为了研究壁画地仗层的土-水特性，根据莫高窟壁画地仗的物质组成制作了模拟地仗，采用压力板法和蒸汽平衡法分别对模拟地仗进行土-水特性试验，获得了全吸力范围的壁画地仗的土-水特征曲线，并用Van Genuchten（VG）模型和Fredlund-Xing（FX）模型对土-水特征曲线进行拟合。试验结果表明：不同组分的模拟地仗试样的土-水特征曲线有所差异，粗泥层与细泥层土-水特征曲线形态上差异并不明显；同等吸力下粗泥层含水率高于细泥层，在高吸力段粗泥层具有突变性释水的特点；对高吸力段地仗试样土-水特征曲线变化趋势的分析表明，在日常维护中莫高窟洞窟内湿度不应高于58%，湿度宜保持稳定，不应有较大波动；综合全吸力段上的试验数据进行拟合可以获得精度较高的壁画地仗的土-水特征拟合曲线。

提出了一种基于隔离非线性理论的平面应变单元分析模型。对于线性的四边形等参单元，采用2×2个高斯积分点作为单元的非线性应变插值点。考虑到平面应变单元面外无应变分量存在，故仅在面内的3个方向建立非线性应变场以及相应的控制方程。采用Woodbury公式与组合近似法联合求解控制方程，使得整个非线性分析过程仅为多次的初始弹性刚度矩阵回代计算以及稀疏矩阵与向量的乘积，极大地提高了控制方程的求解效率。基于时间复杂度的计算效率分析表明：所提算法的计算效率相对传统变刚度法显著提高，且相对于精确的Woodbury公式，则大大提高了非线性自由度的临界比例。将Drucker- Prager准则的转移应力解析解法用于典型平面应变模型的非线性分析，数值算例验证了平面应变单元模型的正确性以及算法的高效性，为平面应变类型的非线性分析提供了一种新思路。

针对目前预制竖向排水板（PVD）真空预压法处理疏浚淤泥（软土）时存在的板材弯折和淤堵严重的问题，提出了一种絮凝沉积-水平真空两段式脱水法处理高含水率疏浚淤泥。首先，开展PVD和水平排水板（PHD）对比模型试验，表明PHD相对于PVD具有板材变形小、脱水速率均匀、长期脱水效果好等优点。就研究案例而言，PVD的最终排水量仅为PHD的77.4%。然后，研究了絮凝剂（阴离子型聚丙烯酰胺即APAM）对絮凝沉积-水平真空两段式脱水法排水性能的影响，研究显示絮凝剂的添加可以大幅提高疏浚淤泥的脱水效率。絮凝剂主要通过沉积脱水降低含水率以及絮凝簇团作用改善土体的不均匀固结问题两个方面来整体提高脱水效率；相较于没有添加絮凝剂的试验组，适量添加絮凝剂（0.45%干土质量）可缩短35%的脱水时间。最后，分析了静置沉积时长（即真空介入时间点）对脱水速率的影响。结果表明真空介入过早不利于絮凝剂发挥最大脱水效果且易带来明显的不均匀固结问题，最佳介入时间为静置沉积24 h后。

为了揭示应力扰动和卸载围压作用下大理岩损伤破裂的物理过程和非线性力学行为，采用GCTS RTR-2000伺服加载岩石力学试验机进行了岩石疲劳卸围压试验，同时对破坏试样进行了压后裂纹形态CT扫描可视化分析。结果表明：周期性的加卸载作用对大理岩起到了主因损伤作用，卸围压的作用对大理岩起到了根本性的破坏作用。岩石疲劳循环形成滞回环，滞回环面积由疏变密，滞回环加载和卸载曲线接近重合，加卸载模量近似相等；岩石经过卸围压作用，岩石的轴向、径向和体积应变表现为不同程度增大，表明应变对围压降低具有强敏感性，敏感程度由高到低依次为体积应变、径向应变和轴向应变；由于疲劳循环的影响，卸围压作用产生的围压降幅随循环次数增多而降低，卸围压时长随循环次数增多而减少；量化宏观应变变形，求得应变损伤指数 、 、 ，疲劳循环次数越多，应变损伤指数越大；岩石破坏后细观CT扫描揭示了疲劳循环损伤对岩石破裂形态影响的内在机制。随疲劳循环次数的增加，裂纹密度和规模显著增加。研究成果可为地下工程疲劳活动规律和开挖卸荷问题提供理论和模型支撑。

硬岩应力型脆性破坏对高应力地下工程围岩稳定构成严重威胁。为研究深埋花岗岩在高围压循环加卸载下的变形破坏特征，采用MTS815电液伺服岩石试验系统对某水电站地下洞室群花岗岩进行了10、30、40、50 MPa围压下的常规三轴及循环加卸载试验，得到相应的应力-应变曲线及变形破坏特征。研究结果表明：（1）不同围压下两种应力路径花岗岩试样均呈现明显的脆性破坏特征；（2）两种应力路径下，试样峰值强度、裂纹损伤应力随围压线性增大；弹性模量、起裂应力随围压先增大后减小；泊松比随围压先增大后保持不变或减小；（3）同等围压下循环加卸载的试样峰值强度、起裂应力、裂纹损伤应力和泊松比总体上大于常规三轴下的量值，卸荷弹性模量小于常规三轴下的弹性模量；（4）两种应力路径下试样的宏观破坏均以剪切破坏为主。研究揭示的花岗岩试样变形破坏规律对深埋地下工程围岩稳定的岩体力学模型选择、力学参数随损伤变量演化规律以及围岩支护对策的制定均具有显著的参考价值。

为探究不同级配的珊瑚砂水泥胶结体在静、动荷载下的破坏行为，利用落锤冲击试验机对不同级配的珊瑚砂水泥胶结体试样进行了一系列冲击试验，并结合静力压缩试验，综合分析了珊瑚砂水泥胶结体的力学行为及破坏形态。试验结果表明：珊瑚砂的级配区间越广，其水泥试块的抗压强度越大、抗冲击性能越强、受冲击破坏程度越小且破碎角逐渐递减；珊瑚砂水泥试块在不同种类的荷载作用下展现出不一样的破坏形态，区别于混凝土试块。在此基础上，建立了三维离散元模型，以模拟的应力-应变曲线与静力试验结果相吻合作为PFC细观参数的选取原则，并利用该细观参数对试块冲击试验进行数值重现。通过细观分析可以看出：从裂隙分布角度分析，随着级配区间越广、平均粒径的增大，均匀且分散的冲击微裂隙会越来越集中往某个方向发展，使得试块的裂缝数量减小、破损程度减轻。从系统黏结力角度分析，级配区间范围窄的试块内部黏结力较小且分布均匀，级配区间范围广的试块内部黏结力较大且分布不均匀。

为探究礁灰岩地层中钻孔灌注嵌岩桩的桩-岩界面剪切作用规律，试验选取南海某岛礁的块状结构、砾块结构、砾屑结构及砂屑结构礁灰岩岩芯，开展室内物理力学性质试验及常法向应力条件下的礁灰岩-混凝土界面剪切强度试验研究，探究桩-岩界面剪应力-剪切位移关系曲线的变化规律。开展红砂岩-混凝土界面剪切对比试验，揭示两种不同沉积作用类型的岩石与混凝土黏结面产生剪切强度差异的根本原因。试验结果表明：礁灰岩-混凝土界面的剪切强度受礁灰岩的结构类型、桩-岩强度比等因素影响；由于水泥浆在礁灰岩中的扩散填充作用，礁灰岩-混凝土界面的黏结力和内摩擦角均高于砂岩-混凝土界面；桩-岩强度比产生的界面剪切强度响应受礁灰岩结构类型的影响，低桩-岩强度比时，块状结构、砾块结构礁灰岩-混凝土界面的黏结力均高于高强度比条件；桩-岩强度比增大，块状结构礁灰岩-混凝土界面的内摩擦角增加，而砾块结构礁灰岩-混凝土界面的内摩擦角变化不大。

为明确气候湿化背景下多年冻土活动层对降雨的水热响应机制，探讨了考虑降雨作用的不同土质地表能水平衡差异和活动层水热过程。基于土壤–地表–大气能量平衡的冻土水–汽–热耦合模型，以青藏高原北麓河地区2013年实测气象资料为模型驱动数据，定量分析了高原真实野外降雨条件下3种典型地表土质（砂土、亚砂土、粉质黏土）地表水分和能量平衡差异、活动层内部水分与能量输运分量变化过程和耦合机制。结果表明：随着土壤粒径增大，地表净辐射增大、蒸发潜热增大、感热通量减少、土壤热通量减小，不同土质地表蒸发潜热和地表感热通量差异最为显著，地表能量平衡差异在暖季较大、冷季较小；土壤粒径越大，水势梯度液态水和温度梯度水汽迁移越显著，但温度梯度水汽通量减小、水势梯度液态水通量增大；随着土壤粒径增大，土壤浅表层水分减少，25～75 cm水分略有增加；随着土壤粒径增大，土壤导热系数、降雨入渗对流传热和地表蒸发量增大、热传导通量减小，土体温度梯度降低，相同深度处土壤温度更高，活动层厚度增大，不利于多年冻土稳定。研究成果可为湿化背景下多年冻土的稳定性预测和保护提供参考。

在软基处理工程中，经常出现竖井打设变密而地基固结效率降低的现象。鉴于此，建立了重叠涂抹区内土体水平向渗透系数的分布函数，给出了涂抹区重叠时竖井地基超静孔压和平均固结度的解析解。通过分析不同工况下竖井地基固结度随竖井间距的变化情况，探究了竖井间距减小而地基固结效率不增反减的成因。最后，探讨了涂抹作用和井阻作用对竖井最小临界间距的影响。结果表明：相邻竖井涂抹区重叠是竖井地基中出现竖井最小临界间距的根本原因。涂抹作用越大，则竖井最小临界间距越大；具体表现为当地基扰动程度增大时或涂抹区半径增大时，竖井最小临界间距随之增大。井阻作用越大，则竖井最小临界间距越小；具体表现为当竖井渗透系数减小时、竖井长度增大时或竖井半径减小时，竖井最小临界间距随之减小。

淤泥富含大量有机质，受微生物作用，有机质会逐步分解出腐殖酸；同时，腐殖酸又会影响有机质降解，进而影响淤泥固化效果。为此，通过维持恒定的碱性缓冲溶液环境（pH=9.0），将淤泥浸泡其中，观测其有机质含量的变化过程。结果表明，碱性缓冲溶液既能加快有机质分解，也能消耗腐殖酸，使溶液保持为碱性状态；当有机质分解完成，腐殖酸也释放结束，降解过程大约持续28 d。通过掺入水泥和石灰固化淤泥，发现含有机质的固化淤泥，其强度随养护时间会先增长后衰减，但预降解有机质的固化淤泥强度不会衰减。由此说明，通过碱性缓冲溶液预降解淤泥有机质，可以提升固化土耐久性。

球体作为自然界最完美的几何形态、也是生活工业中常见的几何形态，球体的力学特性对工程安全及数值仿真具有重要意义。内裂纹和内部类裂纹缺陷是材料的固有属性，对材料力学特性影响巨大。由于各类瓶颈问题，而当前研究都未能考虑球体的内裂纹问题。对于真实世界里，脆性球体的内裂纹如何扩展都尚未有认知。基于3D-ILC（三维激光疲劳内裂纹）技术，在对球体试样表面无任何影响的情况下生成纯封闭内裂纹，开展单轴压缩下脆性球体60°内裂纹扩展断裂试验，与完整圆球试样对比，得到裂纹扩展及试样破坏过程、起裂与破坏荷载、翼裂纹面形态特征及撕裂区特征、破坏形态规律，并基于M积分得到内裂纹尖端I、II、III型强度因子KI、KII、KIII分布规律，与试验结果对比以得到验证。结果表明：（1）试样裂纹形态主要有：上翼裂纹、下翼裂纹、主裂纹；（2）单轴压下球体内裂纹出现翼型扩展并呈现复杂的I-II-III型裂纹特征，翼裂纹扩展由光滑区与撕裂区组成，光滑区裂纹面基本光滑且尖端圆滑为I-II型裂纹，撕裂区具备“二叉树”形态特征为I-II-III型裂纹，存在非连续现象；（3）基于M积分的裂纹尖端KI、KII、KIII分布规律，裂纹光滑区、撕裂区的力学机制分析与试验一致；（4）3D-ILC在球体内裂纹研究中的适用性得到证明，为解决球体及断裂力学中的内裂纹及I-II-III型断裂问题提供了有力工具。成果是对当前无法考虑内缺陷的球体颗粒力学研究的很好的补充，同时，为断裂力学中三维问题、内裂纹问题、I-II-III型裂纹问题等研究，提供试验和理论参考。

目前考虑土体非线性压缩及渗透特性的双层地基非线性固结解均假定土体固结系数保持不变，能反映固结系数变化的双层地基非线性固结解还很鲜见。引入经典的e- 和e- 非线性关系描述土体的非线性压缩、渗透特性，在假定双层地基上、下土层压缩指数与渗透指数比值 相等且不等于1的基础上，得到变荷载下考虑土体固结系数变化的双层地基一维非线性固结近似解。该解答在 1条件下可退化为已有的 1时双层地基一维非线性固结解。基于此解探讨了双层地基上、下土层参数的相对比值对非线性固结性状的影响。结果表明：单面排水条件下 越小，下层土与上层土的相对压缩性越低、相对渗透性越高，则双层地基非线性固结速率越快；减小 值，增加双层地基中压缩性小、渗透性高的土层的厚度，会加快地基的固结速率。

荷载作用下砂粉土动水力特性与细颗粒迁移研究是分析振动液化、翻浆冒泥等自然或工程灾变过程细观致灾机制和演化机制的基础与关键。利用自主研制的试验系统，开展了模拟列车动-静组合荷载作用下饱和砂粉土动水力特性及细粒迁移机制试验。试验结果表明：动-静组合荷载作用下试样的轴向变形呈现出台阶式变化特点；试样的总应力分布随着深度的增加表现出显著的指数减小趋势；孔隙水压力反复经历了动荷载作用下的累积与静荷载作用下的消散过程，并且在该过程中轴向孔隙水压力梯度逐渐对孔隙水形成“抽吸”作用，促使细颗粒产生迁移和集聚。通过分析试样不同层位深度处3种粒径组颗粒含量及有效粒径d10的变化规律，研究了动-静组合荷载作用对饱和砂粉土中细颗粒发生层间迁移流动的影响机制。

对某级配粗粒料，采用剔除法、等量替代法、相似级配法和混合法等4种不同缩尺方法，依据规范要求进行缩尺。缩尺后替代级配料的最大颗粒粒径分别为20、40、60 mm。对各替代级配料采用振动台法进行了最大干密度试验，基于试验成果，结合分形理论，提出了一种将最大干密度与级配及细粒含量之间关系归一化的方法，并拟合了最大干密度与试验前级配的分形维数、小于5 mm颗粒的含量及最大粒径之间的关系，据此可推求出原型级配料的最大干密度，探讨了缩尺方法对替代料试验前后粒径分布曲线变化幅度的影响，总结出颗粒破碎分形维数与试验前级配的分形维数、小于5 mm颗粒含量及最大粒径之间的关系式，据此可推求出填筑后原型级配料的颗粒破碎分形维数。

强震后隧道震害调查表明，隧道洞口段的震害破坏尤其严重，需进一步加强隧道洞口段边坡动力响应方面的研究。以汶川地震灾区典型隧道洞口边坡为例，通过大型离心振动台试验，研究隧道洞口段边坡在强震作用下的动力响应特征及规律。试验研究表明：（1）在边坡坡面和坡内的加速度放大均具有显著的高程效应；隧道拱顶的加速度放大系数大于隧道其他部位；越靠近隧道洞口的加速度放大效应越明显。（2）不同振幅下坡体的加速度放大效应均十分显著，并且低振幅下的加速度响应大于高振幅下的加速度响应。（3）在维持0.25g振动加速度下不同离心荷载等级下的坡体加速度放大系数均大于2.0；但随着离心荷载的增大，加速度放大系数增长很小。（4）随着边坡高程的增大，动土压力总体呈线性降低，在相对高程为0.48时（即隧道拱顶），其动土压力响应系数最大。研究成果能为强震区隧道洞口段的抗减震设计和相关研究提供借鉴。

基于非饱和多孔介质的研究成果，考虑热效应和孔隙流体迂曲度的影响，研究了非饱和土中热弹性波的传播特性。利用非饱和土中耦合热的固-液-气三相介质的质量平衡方程、渗流连续方程、动量平衡方程和广义非Fourier热传导定律，建立了问题的热弹性波动方程。通过引入势函数，经过理论推导给出了非饱和土中热弹性波的弥散特征方程。结合数值算例，分析了几类热弹性波的波速和衰减系数随迂曲度、热膨胀系数和介质温度等热物理参数的变化规律。结果表明：孔隙水迂曲度的增大将引起P1波、P3波和S波的波速增大，而孔隙气体迂曲度的增大仅使得P2波的波速增大；热膨胀系数的增大将造成P1波波速的增大和热（T）波波速的减小；介质温度的升高将引起各类热弹性波波速的增大；频率、热膨胀系数和介质温度的变化对各类热弹性波的衰减系数均有较大影响，不可忽视。

整体式桥台无伸缩缝桥梁（以下简称整体桥）桩基应设计为柔性桩，以保证较好的抗水平变形能力。但是，我国相关规范中判别柔性桩的算法主要应用于单向水平受荷桩，可否沿用至整体桥桩基还有待验证。为此，根据一种特殊设计的桩身变形测量方法，对3根埋深不同的混凝土模型桩进行了低周水平往复位移下的拟静力试验，研究单桩-土体系的抗震性能和相互作用机制。研究表明，水平往复位移下混凝土桩在埋深为3D～6D（D为桩径）范围内开裂；桩的埋深越大，桩身挠曲程度越大、变形特征点位置也越深、桩-土体系的抗弯刚度也越大、水平极限承载力也越高、抗震性能也越强。研究还表明，桩-土体系进入弹塑性阶段后，柔性桩的水平工作性状将逐渐向刚性桩退化。另外，在判别整体桥桩基的水平工作性状时，我国相关规范中的规定偏不安全。实际工程中，建议以Broms方法进行参考计算。

为了研究黄土坡滑坡滑带土在不同固结状态下的蠕变特性，首先采用单向加载、加载－卸载、加载－卸载－再加载的方式分别固结滑带土，然后开展滑带土在不同固结状态下的剪切蠕变试验。试验结果表明：滑带土初始孔隙比为0.49，压缩系数a1-2介于0.37～0.45 MPa?1之间，属中等压缩性土；滑带土在单向加载至上覆压力后的孔隙比最大，压缩量最小，加载－卸载至上覆压力后的孔隙比最小，压缩量最大，加载－卸载－再加载至上覆压力后的孔隙比和压缩量介于二者之间。对于初始状态相同的滑带土，在经历不同加载－卸载－再加载固结状态后，在正应力和水平剪应力相同条件下，单向加载后的蠕变剪切应变最大，加载－卸载后的蠕变剪切应变最小，说明滑带土的剪切蠕变特性与加载路径和加载后的孔隙比密切相关。采用Burgers模型拟合蠕变试验数据，得出了不同固结状态下Maxwell模型和Kelvin模型的蠕变参数，拟合曲线和试验曲线能够很好地吻合，说明Burgers模型能够较好地反映滑带土在不同固结状态下的蠕变特性。

实际交通荷载作用下，路基土单元内的竖向应力和水平应力大小不断发生变化，剪应力幅值和方向也不断变化，从而导致土体中的应力路径呈现出主应力轴连续旋转的现象。通过GDS空心圆柱扭剪仪模拟类似交通荷载作用下的应力路径，开展不同围压和不同循环应力比下的主应力轴连续旋转试验，旨在研究在交通荷载类轴向纯压缩条件下主应力轴方向连续旋转时循环应力比与围压对原状软黏土的强度、累积应变、回弹应变、软化等因素的影响。试验结果表明：随着孔压的不断累积，原状饱和软黏土试样逐渐软化，轴向模量和剪切模量均随着循环应力比和围压的增加而逐渐降低，并在主应力轴旋转一定的循环次数后达到稳定。当循环应力比较小时，轴向和剪切应力-应变滞回曲线均呈线性，不同主应力轴循环旋转次数下的轴向和剪切应力-应变滞回曲线近乎重合。随着主应力轴循环旋转次数的增加，轴向和剪切应力-应变滞回曲线越来越表现出明显的非线性，不同循环次数下试样的轴向和剪切应力-应变滞回圈不再重合且滞回圈逐渐向x轴倾斜。随着循环应力比的增加，在主应力轴连续旋转初期，轴向模量和剪切模量迅速衰减，且随着循环次数的增加而达到稳定，并且试样的轴向模量和剪切模量达到稳定时的主应力轴连续旋转的循环次数随循环应力比和围压的增大而不断增大。

利用北京工业大学振动台九子台台阵系统，首次设计并开展了多点非一致激励下埋地管道的三台阵振动台试验，研究非一致激励下土层的地震响应。通过试验，观测了振动过程中场地土表现出的宏观现象，分析了自由场和非自由场土体的动力特性及加速度响应，研究了不同地震动、不同地震强度一致和非一致激励作用下土体的地震反应特性及其变化规律, 比较了自由场与非自由场土体的加速度放大系数和同一测点的加速度时程及傅氏谱。研究结果表明：土体的地震响应除了与地震动记录、加载等级有关外，还与埋设的结构有一定的关系。非自由场的阻尼比、基频等动力参数略大于自由场的参数；在较低加载等级下，管道受周围土体约束作用较强，其地震反应基本上服从于土体的反应，但随着加载等级的提高，土体约束作用降低，管道的加速度稍大于土体的加速度；埋地管道的存在于一定范围内对土体的动力特性有一定的影响，但超过一定范围，这种影响将迅速减弱。所得结论与振动台试验所得的地震反应宏观现象一致，彼此佐证了结论的合理性，为后续埋地管道的地震破坏机制分析提供支撑。

采用预应力锚索加固边坡是一种切实有效的方法。考虑锚索预应力变化与坡体蠕变之间的耦合效应，建立两种耦合模型并推导模型的本构方程和有效预应力的变化公式。基于实际锚固工程的预应力监测数据，采用反分析方法得到坡体的蠕变参数，划分预测阶段后采用相应的理论模型，通过理论计算值与实际监测值的对比分析，验证了分段预测模型的合理性和准确性。研究表明：在预应力预测的全周期采用单一的耦合模型，随着时间发展产生的偏差也随之增大；弹性模型与广义Kelvin模型并联（H-K模型）预应力曲线下降较快，适用于预测锚索锚固初期的预应力损失；弹性体上并联广义Kelvin（H-2K模型）能更好地拟合锚索预应力的长期变化。合理的分阶预测能够准确地评价锚索预应力的损失变化，为及时采取措施以保证边坡的稳定与安全提供科学依据。

针对地铁车站深基坑施工风险因素多、坍塌事故多发，且传统方法在多态性以及精确概率难以获取的复杂系统风险分析方面存在一定的局限性，提出了一种基于多态模糊贝叶斯网络的深基坑坍塌可能性评价方法。该方法根据建立的风险分析故障树来构建多态贝叶斯网络模型；利用模糊数描述根节点的故障状态和发生概率，克服了不能考虑事件中间故障状态对系统的影响以及精确概率难以获取的问题。基于贝叶斯网络正向推理实现了用根节点的模糊概率和施工中实际故障状态两种不同的方式计算基坑坍塌风险发生的概率，从而可以实现基坑施工过程中的实时动态风险分析，而且可以根据敏感性分析结果辨识关键致险因子以指导风险控制工作，同时可以通过反向推理获得各根节点的后验概率以进行故障诊断及进一步预测系统状态。实例分析表明：该方法能够科学、合理地评价基坑坍塌风险并确定关键致险因子，可作为基坑施工安全风险管理的决策工具。

圆弧滑动法是国内规范计算基坑抗隆起稳定安全系数的主要方法之一。传统方法假设了滑动圆弧的圆心位置，最常用的位置是最下道支撑与围护墙的交点，这相当于假定支撑体系不会破坏，计算结果显然是偏于不安全的。给出一个计算模型，该模型不固定滑弧圆心位置，把通过试算得到的安全系数最小值作为最终的抗隆起稳定安全系数。同时，给出了考虑基坑宽度影响的算法。算例分析表明：针对传统地铁基坑，滑弧圆心可能位于最下道或以上各道支撑处，支撑体系的稳定性对安全系数有明显影响；当支撑极限轴力增大至临界值时可过渡为传统算法。进一步的分析表明，滑弧圆心最终位于基坑内一侧。所提方法是对传统圆弧滑动法的一个重要改进，适合在基坑设计和施工中推广应用。

为定量评价隧道围岩的稳定性并指导支护设计，提出了隧道临界稳定断面的概念及基于临界稳定断面的隧道围岩稳定性分析方法，主要包括以下内容：（1）隧道临界稳定断面就是与设计开挖断面中心埋深相同、几何形状相似在无支护状态下围岩能够自稳的最大断面；（2）当设计开挖断面小于临界稳定断面时，临界稳定断面与设计开挖断面之间的围岩可以作为支护结构利用，且当其安全系数满足设计要求时，认为围岩能够长期自稳，除进行局部防护外，不需要系统支护，否则需要补充工程支护措施；（3）当设计开挖断面大于临界稳定断面时，需要进行工程支护；（4）提出了设计支护力的计算方法，即认为破坏区范围内的围岩为松散体，设计支护力 应能维持该松散体的稳定且具有一定的安全系数。通过该方法，对两种典型断面形式的铁路隧道的临界稳定断面进行了研究，并计算了不同围岩级别、不同埋深条件下围岩的自承载安全系数与所需的工程支护力。研究成果可以为隧道围岩稳定性的量化分析、支护设计等提供一种新的思路。

现有的静力试桩方法主要有堆载法、锚桩反力架法和自平衡法3种，且各自都存在明显的不足。为了弥补传统基桩静载试验的不足，设计并加工了一套能在工程实践中应用的真空负压静力试桩的反力装置，并进行了原型桩堆载和真空负压静载试验。在试桩上安设了钢筋应力计、桩底土压力盒和桩底位移杆监测传感器及装置，借鉴了地基真空预压排水预压密封系统的措施，形成了有效的密封反力系统。分析了试桩在加载过程中的荷载-位移（Q-s）曲线、位移-时间（s-lgt）曲线，以及轴力、桩侧摩阻力和桩端摩阻力的分布规律。试验表明，桩侧摩阻力的发挥与抽真空过程密切相关。由于负压平台的刚度、压力传递和密封效果原因，真空负压最大加载量级与理论值存在一定差距，针对上述问题提出了相应的解决方案和改进措施。

堆积层滑坡的岩土体渗透系数具有一定的不确定性，且渗透系数是饱和-非饱和渗流分析的重要参数，开展考虑其空间变异性的库岸堆积层滑坡渗流变形分析具有重要意义。以三峡库区中的白水河滑坡为研究对象，基于地面核磁共振技术获取的岩土体渗透系数，分析滑坡体渗透系数的空间变异特征，采用半变异函数方法求得滑坡体渗透系数的竖直波动范围，在此基础上建立渗透系数的非平稳随机场模型。以非侵入式随机有限元的方式开展库水升降两种工况下不确定模型与确定模型的流固耦合模拟，分析两种模型的渗流场、位移变形特征及其差异。结果表明：相比于确定模型，不确定模型孔压改变的滞后性更为明显，且库水下降工况下整体的变形更大，若忽略滑体渗透系数的非平稳空间变异特征将会低估滑坡的实际变形。

全断面硬岩隧道掘进机（tunnel boring machine, TBM）对岩体条件极其敏感，且其前期投入较大，准确地评估岩体可掘性、预测TBM掘进性能对TBM隧道施工至关重要。基于来自中国、伊朗两国涵盖3种不同岩性的5条TBM施工引水隧洞约300组现场数据，以现场贯入度指数FPI为岩体可掘性评价指标，分析了岩石单轴抗压强度UCS、岩体完整性指数 、岩体主要结构面与洞轴线的夹角?、隧洞直径D等与岩体可掘性之间的关系；探讨了适用于岩体可掘性研究的岩体参数统一方法，进一步建立了精度较高的（相关系数为0.768）岩体可掘性经验预测方法。基于该预测方法，运用K中心聚类分析方法，将岩体可掘性分为6类，探讨了不同岩体可掘性条件下TBM平均单刀推力、刀盘转速分布规律，相应成果可为实际工程中TBM施工隧洞岩体可掘性评估、掘进参数的选择、施工进度的安排提供一定的指导。

随着沥青混凝土心墙堆石坝的快速发展，超高沥青混凝土心墙堆石坝建设迎来了前所未有的机遇，但随着坝高的增加，心墙的安全挑战也变得异常突出。基于应力水平的定义，提出降低超高沥青混凝土心墙高应力水平的措施，依托心墙应力水平的敏感性研究，推算了独立满足和综合满足心墙屈服剪切破坏控制标准的心墙材料强度参数（最敏感材料参数）取值范围。研究表明，心墙应力水平随坝高和河谷岸坡坡比的增加而显著增大；心墙破坏比 、黏聚力 和内摩擦角 属于高敏感性参数；增大心墙破坏比 、黏聚力 和内摩擦角 能够显著地降低心墙应力水平；推荐适宜建设超高沥青混凝土心墙堆石坝的心墙破坏比 、黏聚力 和内摩擦角 取值范围： 0.8、 0.4 MPa和 31.5°（坝高 200 m），且随坝高的增长梯度按5%/25 m、15%/25 m和5%/25 m进行调整。

比较了不同行业抗震设计规范中边坡地震影响系数和动态放大系数的取值方法，综述国内核电厂高边坡案例的研究进展。以某工程核安全级反倾层状软岩高陡边坡为例，探讨应用多种方法综合分析其在不同地震作用下的动态放大效应、支挡结构抗震性能和加固效果的分析思路。首先，基于典型二维计算剖面，采用拟静力法进行边坡的初步加固设计；然后，基于大型振动台试验和数值计算，研究了不同地震作用下软岩高边坡加速度动力放大效应、支挡结构的抗震性能；最后，通过现场工程监测评价边坡的加固效果。研究结果表明，在强震作用下，核安全边坡按其他行业规范中的抗震参数取值方法进行设计是可行的，通过振动台和数值分析验证边坡整体是稳定的，支挡结构抗震性能良好，该研究思路和方法是合理可行的，并能节约大量工程投资。研究成果可丰富核安全级软岩高陡边坡研究理论与方法，并为核安全级软岩高陡边坡抗震安全评价和工程设计提供技术支持。

为研究煤炭深部开采区域内温度对煤体渗流以及孔裂隙结构变形的影响，应用CT三维重构技术，借助ANSYS软件对煤体微观孔裂隙结构分别进行共轭传热模拟和热变形模拟。共轭传热模拟结果显示，20℃的水经80℃的煤体壁面加热后以37.13℃流出，煤体温度沿壁面向流体中心逐渐降低，孔裂隙结构对于流动速度和温度的分布有重要的影响，沿流动方向截面连通孔隙率大，则流动速度慢，流体升温快，固体温度下降；反之，则流动速度快，流体升温变缓，固体温度回升。热变形模拟结果显示，骨架变形量与距约束面的距离成正比，约束面附近变形量小，变形方向指向孔裂隙空间，距约束面远的位置变形量大，变形方向向外发散，裂隙的存在会使变形量增加，且随温度载荷的增加，不同孔裂隙结构间的变形差异增加。

在干热岩储层中开采地热能，往往需要对储层进行人工水力压裂以形成贯穿的换热通道。然而，热储中的对流换热对干热岩的采热率有重要影响，经过人工刺激的储层会形成几何形态各异的裂隙面，而裂隙粗糙程度的不同则会引起换热性能的显著差异。因此，选取4条Barton的经典岩石裂隙粗糙度曲线，在试验室条件下建立一个单裂隙对流换热模型。详细分析了花岗岩粗糙裂隙中热工质的换热特性。结果表明：局部对流换热系数沿着裂隙长度方向逐渐降低；节理粗糙系数JRC值越大，平均对流换热系数就越大，表明换热性能越好；局部对流换热系数的分布与JRC曲线的几何轮廓形态有很好的相关性，波峰波谷的变化趋势相一致；相对于温度而言，高流速对局部对流换热系数具有放大效应，流速越大，局部对流换热系数波动越大。

将一种称为Duxseal的工业填料用于自由场主动隔振，发展了一种带孔波阻板（WIB）填充Duxseal的隔振方法，即Duxseal-WIB隔振系统。采用薄层法基本解答作为格林函数的三维半解析边界元法，分析了Duxseal的隔振效果及性能，并对提出的Duxseal-WIB隔振系统进行了现场试验。结果表明，采用Duxseal作为主动隔振屏障可以有效起到振动隔振作用，对距离振源较远处地表位移的隔振效果优于距离振源较近处；土质参数的变化对Duxseal的隔振效果具有显著的影响；在一定范围内增加Duxseal直径、厚度或埋深均可有效提高其隔振效果，其中Duxseal顶面距地表埋深的影响尤为显著；此外，与传统WIB对比，Duxseal-WIB隔振效果较高且相对平稳，在列车运行250 km/h条件下，距离振源中心12 m处测振点X、Y、Z向的地表隔振可分别达到40%、39%和51%。

土体冻结和融化时的水分迁移、相变与传热是一个相互影响的耦合过程。采用基于有限体积法的开源软件OpenFOAM，编制描述土体冻融过程的水热耦合计算程序。首先，基于土体水分和热量迁移基本方程、水分相变与温度的平衡方程，同时考虑相变对水分特征参数和热特性参数的影响以及相变潜热对传热过程的影响，建立冻土水热耦合数学模型。然后，采用基于多面体网格的有限体积方法对水热耦合控制方程进行空间离散，采用全隐式向后差分方法对方程进行时间离散，由此编制冻土水热耦合计算程序。该程序具有良好的几何适应性、质量和能量守恒性，具备面向复杂问题的并行计算功能。最后，采用该程序对两组不同温度边界条件的室内土体冻结试验进行数值模拟，并与试验结果进行对比，结果表明该程序可以较为准确地模拟土体冻结过程中温度场和水分场的演化特征。

基于Biot多孔介质波动理论，建立孔隙率、密度、剪切模量和渗透系数相互耦合且同时沿深度变化的非均匀饱和半空间模型，引入量化的非均匀梯度表征地基非均匀程度。在柱坐标系下构建以土骨架位移和孔隙压力为基本未知量的三维动力控制方程，采用算子运算和Hankel积分变换求解控制方程，推导出简谐集中力作用下半空间地基振动响应的积分解。将所得结果分别退化到均匀饱和半空间和弹性半空间与经典Lamb解做了对比，验证了结果的正确性。利用已有研究结论，给出孔隙率、密度、剪切模量和渗透系数之间的耦合关系式，代入推导结果进行数值计算。分别对水饱和地基和气饱和（干土）地基的动力响应进行分析，给出两类地基在动力作用下的振动位移和孔隙压力分布，并对非均匀性的影响作出分析。结果表明：4参数沿地基深度耦连变化对地基的动力响应产生一定程度影响，振动位移和孔隙压力在地层中的衰减速度由此加快。由于水的黏滞性远大于气体，所以水饱和地基中的振动衰减更快。非均匀程度越高，耦合效应的影响越明显。