缓冲材料砌块具备良好的防渗性能，是保证高放废物处置库封闭性的关键。缓冲材料砌块经单轴加载挤压成型，块体尺寸大，测试与评价其渗透性能的均匀性和各向异性，对缓冲屏障设计具有重要价值。研究制备不同干密度的混合型缓冲材料砌块，定向切割获得砌块内部不同位置、不同方向的小试样，开展刚性壁和柔性壁渗透试验，综合评价了混合型缓冲砌块不同方向的水力传导系数。研究结果表明：砌块干密度越大，砌块的水力传导系数越低。所有砌块的水力传导系数均处于10?10 cm/s数量级，沿砌块z、?、r方向的水力传导系数基本相等，表明砌块渗透性具有良好的均匀性和各向同性，且满足高放缓冲材料防渗要求。两种试验方法获得的渗透结果差异较小，柔性壁渗透条件下砌块产生10%～20%的体积膨胀，导致其水力传导系数略大于刚性壁下的平行试样。引入CT试验，分析了渗透前后砌块的微观特性变化。试验证实，在饱和渗透之后，以CT值显示的砌块密度分布趋于均匀，砌块内部存在的微裂隙愈合消失。

在实际工程中，土体往往因卸载、再加载等复杂应力路径而处于超固结状态，而现有的圆孔扩张问题的计算模型往往不能反映超固结土中剪胀、软化等一些特殊性质。为了解决这一问题，基于相似性原理和统一硬化（UH）模型，结合相关联的流动法则和大变形理论，采用相似求解技术求解了超固结土不排水扩张问题的半解析解答。通过理想化算例分析了圆孔扩张挤土产生的应力和孔压响应，并通过分析不同超固结比OCR的土体应力路径的变化规律，讨论了UH模型的适用性。结果表明：对于轻超固结土，空腔周围土体孔压在塑性区沿径向单调递减，随着OCR增大，塑性区内孔压分布呈现出“S”形的趋势，孔壁附近的孔压逐渐减小，孔壁周围甚至出现负孔压。随着OCR增大，压力?扩张曲线收敛变慢。在扩孔过程中正常固结土一直处于剪缩硬化阶段。而对于超固结土，土体则经历了临界状态→剪胀硬化阶段→临界（特征）状态→剪缩硬化阶段。该研究成果不仅丰富了相似求解技术的应用，而且为超固结土中桩基承载力、隧道围岩变形预测和原位测试参数等岩土工程问题的计算提供了理论依据。

高性能混凝土（高性能复合水泥基材料engineered cementitious composite，简称ECC与超高性能混凝土ultra-high performance concrete pile，简称UHPC）桩基具有良好的抗开裂性能和较高的承载能力，能较好地满足整体桥纵桥向变形。开展了砂土中高性能混凝土桩低周往复拟静力试验，得到了桩基的破坏特点、抗开裂能力以及极限承载力，分析了其桩身变形、桩侧土抗力以及桩身应变等分布规律，并与钢筋混凝土（RC）桩进行了比较。在此基础上，讨论了几种常用规范的适用性。试验结果表明，ECC、UHPC材料能有效减轻桩基的破坏程度、提高桩基的抗开裂能力以及水平承载力；相比RC桩基，高性能混凝土桩基的破坏位置更深，桩基的有效桩长更大，抗震性能更好；其中，ECC桩基的抗开裂能力最强，开裂荷载可达5.8 kN，开裂位移可达15 mm。试验结果还表明，高性能混凝土桩基的变形沿埋深方向不断的减小，埋深1.5 m以下位置基本为0；桩侧土抗力先增大后减小，桩底土抗力和变形量为0；桩身应变分布较为对称，且呈“橄榄”形，在埋深4D～6D（D为桩径）区间内桩身应变较大。分析计算表明，当桩顶位移在10 mm以内时，“m”法与API新规范法均能较好地计算高性能混凝土桩的桩身变形；当位移超过10 mm后，“m”法与实际数值相差较大。“m”法与API新规范法均不能较好地计算桩身弯矩，适用性不高；桩侧土抗力建议采用API新规范法。

为防止在巷道围岩中锚索发生剪切破断，进一步提高锚索的抗剪强度，自主研发的管索组合结构能更好地提高围岩的抗剪强度及稳定性，该结构主要由C型钢管和锚索组成。在详细介绍了管索组合结构支护结构的基础上，为了更好地研究管索组合结构的力学性能，利用自主研发的新型管索拉剪试验系统分别对不同类型、不同预应力、不同索径的管索组合结构及纯锚索进行了室内力学特性试验，分别从受力?剪切位移曲线特征、支护构件类型影响和支护结构破断模式等方面对比分析了试验结果。结果表明，管索组合结构在剪切过程中经历孔壁岩石自由变形、孔壁岩石压缩C型管、C型管握裹锚索共同变形3个阶段；管索组合结构的剪切破断形式表现为拉伸破断和拉剪复合破断，其峰值剪力与预紧力呈负相关，且与纯锚索相比，管索组合结构的剪切塑性铰的轴向距离较大，管索组合结构的最大剪力、最大轴力以及整体结构变形能力均得到提高，提升率分别达到26.8%、3.5%和7.0%以上。试验结果表明，采用管索组合结构可以有效提高结构面的整体抗剪能力。当围岩发生变形破坏时，锚索与C型钢管的组合结构不仅可以增加整个支护系统的抗剪强度，而且可以同时提高锚索的抗拔能力，从而实现锚索+C型钢管1+1＞2的支护效果，在巷道周围组成有效的围岩承载圈，实现巷道围岩的稳定。

为研究颗粒细观接触之间的损伤、断裂过程，基于离散元颗粒流程序(PFC3D)，在平行黏结模型的基础之上，引入拉伸损伤变量和剪切损伤变量表征颗粒黏结键的变形、强度及能量演化特征，根据最大应力准则确定黏结键损伤起始判据，通过C++语言编程对该接触模型进行二次开发。对单一黏结键进行拉伸、剪切、弯曲及扭转测试，对比理论计算结果，验证了考虑损伤的平行黏结接触模型的计算精度；建立三维细观离散元模型，模拟砂岩单轴压缩试验和花岗岩三轴试验，表明了该模型的适用性和准确性。在此研究基础之上，对考虑损伤的平行黏结模型进行参数影响分析，结果表明：损伤演化系数对应力?应变全曲线的弹性段范围、峰值应力以及达到峰值应力后的软化速率有显著影响；对比研究了应力?应变曲线在不同阶段黏结键损伤、裂隙萌发、扩展及贯通的演化过程；进一步研究了弹性应变能和耗散能的演化规律，引入了耗散能释放率参数，阐释了损伤演化系数越大应力?应变曲线达到峰值应力后下降速率越快的原因。

高压水射流与机械滚刀相联合破岩技术的出现，改变了传统隧道掘进机（tunnel boring machine，简称TBM）的作业方式。以高压水射流在滚刀两侧岩体切槽的破岩模式为研究对象，开展常截面滚刀压头贯入不同预切槽深度白砂岩板状试样的试验和数值模拟计算分析，对破裂后图像进行DIC分析，研究发现：切槽的存在，阻断了刀具贯入裂纹的拓展，使能量能够更加集中于压头下方的局部岩石块体，有利于形成“八”字形贯通裂纹，促进岩石的破碎；随着槽深增加，压头下方岩石内部的应力状态和力学响应分区逐渐过渡改变。槽深较大时，压头下方的力学响应区域在原有裂纹扩展区、弹性区之间增加了破坏过渡区，该区域内微裂纹被压密，区域内岩石存在较大变形，但未出现明显破坏；切槽后，滚刀压头下方的岩体破坏机制由无切槽试样挤压剪切为主导的径向裂纹拓展，演变为由刀具和切槽共同控制作用—拉伸剪切为主导的主裂纹扩展。

基于散粒体微观力学理论，忽略颗粒转动引起的相对位移，考虑颗粒接触的组构各向异性，根据宏微观能量守恒推导得到了散体材料各向异性微形态本构关系，进而通过单位接触方向积分的递推公式推导出了各向异性本构张量表达式；在此基础上，根据哈密顿原理得到了各向异性散体材料的运动平衡方程和边界条件，从而求得了平面波在各向异性散粒体中的传播规律和频散关系，最后对波的频散关系和频率带隙进行了详细的参数分析。研究表明：该模型预测了散体中包含3类12种位移波：3种纵波、6种横波和3种平面内横向剪切波；横观各向同性条件下，接触各向异性参数a20越大，纵波和横波的频率越大，而平面内横向剪切波的频率越小；正交各向异性条件下，随着接触各向异性参数a22的增大，与2方向运动相关的横波频率增大，而与3方向运动相关的横波频率则减小；但a22的变化对纵波频率影响很小。材料各向异性程度对横波带宽影响不大，但对纵波带宽影响较大：a20的增大使得声?光学波间的带宽减小，而光学波间的带宽增大，当a20>0.84时，声?光学波间的带隙消失；但是a22的增大则使得声?光学波间的带宽增大，而光学波间的带宽减小。退化为各向同性模型后，预测3类波的频散曲线与其他各向同性模型的结果基本一致。

深入理解含层理以及含宏观裂缝页岩在循环荷载扰动下渗透率的演化规律，对于页岩气隧道安全施工而言意义重大。利用GCTS岩石力学测试系统对含轴向层理及轴向宏观裂缝页岩试件在循环轴向应力和循环围压下渗透率的演化规律开展相关试验研究。结果表明：含轴向层理页岩试件渗透率随轴向应力的加载和卸载基本不发生明显改变，而随围压增加以负指数的形式下降，随围压的减小以指数的形式增加；含宏观裂缝页岩试件的渗透率随轴向应力的加、卸载近似以线性形式降低和增加，而随围压的增大以负指数形式下降，随围压的减小以指数形式增加；含轴向裂缝页岩试件的渗透率相较含轴向层理页岩试件而言有大幅提升，其二者比值约为9倍左右；页岩试件对围压的敏感性约为轴向应力的26倍；试件渗透率几乎不随轴向应力循环次数发生明显改变，而随围压循环次数的增加呈负指数式下降，且其降幅主要集中在第1循环阶段内。研究成果可对页岩气隧道的安全施工提供一定的理论支撑。

水是诱发矿井灾害的主要因素之一，研究水?岩相互作用下的岩石破坏电荷信号，可丰富矿井水引起灾害的监测方法。为研究含水率对岩石破坏电荷感应信号的影响规律，基于损伤理论推导了岩石损伤破坏力?电耦合模型，得到了感应电荷量与岩石力损伤和水损伤的理论关系。利用自主研制的电荷感应信号数据采集系统，对不同含水率条件下的岩石试样进行了单轴压缩电荷感应信号监测试验，分析了水对岩石力学性质和岩石破坏过程中各阶段电荷感应信号的影响规律，并对含水率影响感应电荷产生的机制进行了讨论。结果表明：岩石变形破坏过程中的电荷感应信号与岩石的损伤程度有关，累积感应电荷量与感应电荷总量的比值可以表示岩石在水和力作用下的损伤量，且含水率越高，试样越易在较低的应力下产生大量的电荷感应信号。不同含水率岩石的宏观破坏特征明显不同，随着含水率升高，岩石的抗压强度降低，裂隙发育，岩石破坏形式由单剪式破坏向张拉和剪切混合破坏转变。电荷感应信号分布形态上，含水率的升高使得高幅值电荷簇数增加，并向弹性阶段发展，且高幅值电荷感应信号主要分布在弹性阶段后期和塑性阶段。感应电荷量上，随着含水率的升高，弹性阶段的感应电荷释放量占比逐渐增大，塑性阶段占比逐渐减小，两阶段的感应电荷量之和占试样变形破坏过程中产生感应电荷总量的90%以上。水通过弱化岩石颗粒和渗透压作用，使岩石在较低应力下产生或扩展裂隙，感应电荷信号更丰富。

饱和软黏土地基中吸力式沉箱基础在上拔过程中其底部土体为轴向卸荷状态，目前对软黏土卸荷蠕变以及吸力式沉箱长期抗拔承载特性研究较少。因此，进行了不同围压下软黏土三轴固结不排水卸荷蠕变试验以及吸力式沉箱基础长期抗拔试验，分析了沉箱底部土体卸荷蠕变特性以及吸力式沉箱基础长期抗拔承载特性。卸荷蠕变试验结果表明：在偏应力较低的情况下，土体卸荷蠕变变形可忽略不计，土样变形主要为瞬时变形。随着轴向卸荷应力增大，软黏土蠕变变形越大且非线性蠕变特性愈加明显。根据卸荷蠕变试验结果，提出与应力水平相关的蠕变模型，揭示了模型中3个参数在相同围压下随应力水平的增大而近似呈线性减小的变化规律。然后将该模型从一维扩展至三维，并开发UMAT子程序，通过有限元验证该模型的合理性。同时将该模型用于吸力式沉箱基础抗拔承载力分析中，并与吸力式沉箱模型长期抗拔试验结果进行了对比验 证。

在精准温控动三轴试验系统上开展了不同温度及不同升温路径饱和黏土剪切试验研究，探讨了不同温度对饱和软黏土不排水剪切特性的影响,分析不同升温固结方式对饱和软黏土孔压发展、体变、强度以及模量的影响规律。试验结果显示：在4～76 ℃试验研究范围内，环境温度升高导致饱和软黏土的不排水剪切强度有所减少，但温度升高对土体模量增加影响明显，温度T和模量ET关系可用ET = 2.69T 0.3表达；升温变化时正常固结黏土产生超孔隙水压力并随着温度增大而增大，升温热固结后土的剪切强度将明显提高，且排水状态下升温固结对土剪切强度增长小于升温完成后再固结情况；土体从26 ℃分别升高20、40 ℃时，升温引起的超孔压比分别为0.41、0.61，剪切峰值强度分别增加8.23%、22.37%。研究表明：升温幅值增大会使土体热固结程度越大，升温分级越多，热固结也越充分，其对应的体变、强度增长率则越大；同时最终温度及热固结路径对其剪切相转换特征存在影响，升温越高、热固结路径越多其剪胀性越明显，但温度变化范围、固结分级、热固结路径总体上对孔隙水压力的发展基本不产生影响。

浅层就地固化联合管桩复合地基是超软土地基加固的有效方法之一。基于复合地基荷载传递法理论，将路堤填料、固化层、基桩、桩间土和下卧层作为一个系统，建立考虑应力、沉降变形连续性的浅层就地固化联合管桩复合地基的理论计算方法，探讨浅层固化层对管桩复合地基桩?土应力比及地基沉降的影响规律。通过与浅层就地固化联合管桩复合地基现场试验结果的比较分析，并与传统管桩复合地基现场试验结果对比，验证了所建立的理论计算方法的准确性和可靠性。研究结果表明，浅层固化层的设置能够充分发挥管桩复合地基中基桩的承载性能，桩?土应力比随着浅层固化层模量的增大而呈线性增加（斜率约为1.6 MPa?1）；现场工况下，桩体中性点位置随浅层固化层模量的增大而上移（介于0.12～0.45之间）；考虑到发挥固化剂材料性能及加固效果，选取水泥掺量不超过11%的固化剂较为合适。

Richards方程常用于非饱和土渗流问题，并且应用广泛。在数值求解中，对Richards方程线性化，进而采用有限差分法进行数值离散以及迭代计算。其中传统的迭代法比如Jacobi迭代、Gauss-Seidel迭代法（GS）和连续超松驰迭代法（successive over-relaxation method，简称SOR）迭代收敛率较慢，尤其在离散空间步长较小以及离散时间步长较大时。因此，采用整体校正法以及多步预处理法对传统迭代法进行改进，提出一种基于整体校正法的多步预处理Gauss-Seidel迭代法（improved Gauss-Seidel iterative method with multistep preconditioner based on the integral correction method，简称ICMP(m)-GS）求解Richards方程导出的线性方程组。通过非饱和渗流算例，并与传统迭代法和解析解对比，对改进算法的收敛率和加速效果进行了验证。结果表明，提出的ICMP(m)-GS可以很大程度地改善线性方程组的病态性，相较于常规方法GS，SOR以及单一改进方法，ICMP(m)-GS具有更快的收敛率，更高的计算效率和计算精度。该方法可以为非饱和土渗流的数值模拟提供一定参考。

砒砂岩，一种在黄河中上游广泛分布的特殊岩石，是由砂页岩和泥质砂岩组成的岩石互层，由于成岩程度低、沙粒间胶结程度差、结构强度低，且含有大量黏土矿物，其抗侵蚀能力弱，遇风成沙、遇水成泥，是“泥沙入黄”的重要来源。基于微生物诱导碳酸钙沉积（microbially induced carbonate precipitation，MICP）技术对砒砂岩风化土进行改良加固，以矿化后试样获得良好的强度为目标，结合物性及孔隙结构分析，对含有大量细粒土的砒砂岩风化土进行微生物矿化改良试验的最优方案设计。试验方案中设置12种工况，通过菌液浓度、菌液与胶结液用量比、钙尿摩尔比3个控制要素，对经微生物诱导沉积的碳酸钙晶体的晶型、形貌和尺寸进行人为调控。试验结果表明，当微生物矿化试验中尿素消耗量为0.4 mol时，采用菌液浓度OD600值为1.2、菌液与胶结液用量比为1:20、钙尿摩尔比为1:1的试验方案，经微生物诱导的碳酸钙晶体以20～30 μm的“方解石?球霰石团聚体”的晶型被沉积，并填充于砒砂岩风化土的孔隙中，使得砒砂岩风化土密实度提高，矿化后试样的孔隙度减小了62.4%，抗蚀能力得到增强。改良后的试样表现出良好的强度特性，无侧限抗压强度达到了1.0 MPa。由于微生物诱导的碳酸钙晶体的填充和胶结作用，浸水饱和后试样的强度尚保留43.6%，很好地解决了砒砂岩遇水溃散的问题。研究结果拓展了MICP技术在含有大量细粒土的混合土加固中的应用，为改良后砒砂岩风化土的工程推广应用提供了理论基础和试验依据。

针对超重力振动台试验场地边界效应和新研制的一套柔性叠层箱，设计与开展干砂、纯水离心模型对比试验，引入加速度峰值误差EPGA、归一化均方误差NMSE、峰值频率误差EF等指标，评价了该叠层箱的剪切效能和边界效应。结果表明：与土体中心加速度相比，干砂模型叠层梁的EPGA、NMSE和EF，最大分别为21.50%、21.36%和3.1%，表明该叠层箱具有较好剪切效能。相同动荷载条件下，干砂模型各叠层梁的加速度峰值和峰值频率，最高是纯水模型的2.37倍和2.23倍，说明干砂试验中叠层梁的响应被土体响应控制，进一步验证了叠层箱具有良好剪切效能。干砂模型叠层梁与土体中心的剪切模量和阻尼比基本一致，误差分别为3%和18%；纯水模型叠层梁的剪切模量为干砂模型的1/3，仅为9.22 MPa；但阻尼比较大，为34.8%。以加速度峰值误差5%为边界效应临界距离，该叠层箱中心处约90 cm×24 cm范围内的测试结果是有效和可靠的。提出的方法与结论，对评价超重力振动台叠层箱边界效应具有重要指导意义和应用价值。

非饱和渗透系数直接测量代价较高，且精度不能完全保证，因此，基于达西定律，建立饱和/非饱和渗透系数的简便实用预测模型具有重要的理论和实践意义。采用自制的非饱和渗透装置测试了不同干密度下延安压实黄土的非饱和渗透系数，并运用核磁共振技术测定了其孔径分布曲线。基于孔隙分布特征将达西定理微分化，建立了孔隙比与饱和/非饱和渗透系数关系模型。研究结果表明：预测模型中的参数（D和B）可用孔径分布曲线上两点（峰值点和半幅点）的累计孔隙体积与孔径在双对数坐标中连成直线的斜率和截距确定；孔隙比和优势孔径在双对数坐标中具有线性关系，模型参数均可用孔隙比表示；模型预测结果与实测值基本吻合，具有简便、可靠和实用性。

根据不同初始含水率原状黄土结构性演化规律，基于临界状态土力学理论，以应力、初始含水率和应变为基本变量，提出了一个可以反映原状黄土结构性演化规律及软化特性的临界状态本构模型。模型通过对比不同初始含水率下重塑与原状黄土等向压缩曲线，建立了不同含水率下原状黄土的结构性参数及其演化方程。此外，模型采用非相关联流动法则，以剪胀方程的形式来求解塑性偏应变。模型共计9个材料参数，均可由压缩试验和常规三轴剪切试验求得。通过与已有试验数据的对比发现，本模型不仅可以较好地体现初始含水率对原状黄土结构强度、变形特性以及结构破坏规律的影响，而且能较为合理地预测原状黄土的硬化及软化特性。所建立的结构性黄土临界状态模型为深化黄土力学特性研究提供了可能，同时为有效计算黄土地基湿陷变形提供了一定的理论依据。

为探究层状板岩失稳前兆，开展了5组不同层理倾角（0o、30o、45o、60o、90o）板岩的单轴压缩试验，分析了其破坏形态、声发射参数及多重分形特征，讨论了多重分形谱宽Δ? 与损伤演化的关系，得到了基于多重分形的破坏前兆及预警时间。结果表明：当层理倾角由0o增加到90o时，板岩先由张拉劈裂破坏向劈裂剪切破坏转变，接着变为剪切滑移破坏，最终转变为张拉劈裂破坏；振铃计数突增以及低频?高幅信号比例的持续增加可作为板岩失稳前兆，且层状板岩在裂纹贯通阶段低频?高幅信号占比随层理倾角的增大呈先减后增的变化过程；多重分形谱宽?? 先突减再突增也可作为不同层状板岩的失稳前兆，且Δ? 的突增时间提前于损伤突变，Δ? 预警时间随层理倾角的增大呈先增后减再增的变化过程，层理倾角为30o时预警时间最长。

以多视角二维图像为基础进行复杂形状颗粒三维重构。以具有复杂形状的钙质砂颗粒为样本，针对块状、条状以及树枝状等典型复杂形状颗粒进行重构，并以凸度、圆形度以及长宽比等形状指标为依托对其最终重构精度进行表征。在重构过程中，以颗粒初始投影面为基础绕轴转动获取一系列颗粒二维投影图像，并提取其边界坐标值，而后利用三维点云与所获取的二维图像轮廓坐标进行定位匹配，并删除位于二维图像轮廓外部点集，最终得到使得所有点均位于所获取的系列二维图像轮廓内。在此基础上，进一步对点云实体化处理并构建得到三维实体。通过对150个不同形状颗粒展开重构，统计发现90%以上颗粒的重构误差在10%以内，其中，误差范围最大的为树枝状颗粒，最大误差为10.84%，最小误差则小于1.00%。该方法原理简单，可有效地构建得到精度较高的复杂形状颗粒三维模型。

工程渣土在水洗砂过程中产生的洗砂泥浆存在脱水效果差、不稳定的问题，这与泥浆的脱水性能密切相关。通过模拟现场洗砂工艺获得不同脱水性能的洗砂泥浆，开展了改进滤失试验及模拟压滤试验，研究了洗砂泥浆脱水性能受洗砂工艺的影响规律，获得了一种能够快速表征泥浆脱水性能的指标，用以指导优化渣土洗砂工艺。结果表明：洗砂泥浆脱水性能受洗砂粒径和加水量影响明显，滤失量及渗透系数与脱水性能有较好的相关关系；而30 min滤失量与最终滤失量、最终泥饼含水率呈现较好的相关性，能够较准确地反映泥浆脱水性能；经模拟压滤试验进一步验证，30 min滤失量可以作为洗砂泥浆脱水性能的快速表征指标。基于此提出了一套洗砂泥浆脱水性能的快速检测及工程渣土洗砂工艺优化方法，能够及时为洗砂工艺参数调整提供指导，以获得脱水性能较优的洗砂泥浆，最终使脱水效果得以改善和稳定。

海上风电是我国近年来重点发展的能源形式之一，大直径宽浅式筒型基础作为一种新型海上风电基础，具有更好的抗倾覆承载能力，更加适用于我国近海软黏土较多的土质特点；并可以实现岸边预制、海上基础?塔筒?风机整体浮运与安装，具有良好的经济效益。为更好地掌握宽浅式筒型基础的承载特性，针对海上风电基础承受水平向与倾覆荷载较大的特点，开展了数值分析对筒型基础的单向极限承载性能进行研究，得到水平向以及抗倾极限承载力和对应的承载模式；并基于筒型基础的承载模式，建立相应的破坏机动场和速度场，结合虚功方程和内部能量损耗率函数，采用数学软件编程求解了宽浅式筒型基础水平向和抗倾承载力的极限分析上限解，计算结果与数值结果的吻合程度良好。

在降雨入渗模拟中，现有研究无法准确实现复杂降雨条件下降雨边界在流量与压力两类边界之间的双向动态转换。基于饱和?非饱和渗流理论，将降雨补给流量与实际入渗流量的差值作为两类边界动态转换的判别条件，改进了单重渗透介质降雨边界动态转换控制方程，并进一步提出了双重渗透介质降雨边界处理方法及控制方程，在此基础上进行了数值试验及工程实例验证。结果表明：改进的降雨边界动态转换控制方程克服了传统降雨边界只能实现流量到压力边界单向转换的局限性，可准确实现流量边界与压力边界的双向动态实时转换；案例边坡的降雨入渗模拟结果说明了改进后降雨边界的正确性和工程适用性。

随着国内各城市地下道路建设的不断发展，地下开挖引起周围结构损坏甚至塌陷的事故时有发生，因此，合理地预测地表沉降对于保护地面建（构）筑物具有重要意义。将地表沉降速度系数与三维镜像法相结合，建立了考虑时间效应的隧道地表沉降计算方法，并以深圳某地铁区间隧道为例，通过与现场监测数据进行对比分析，验证了该方法的合理性，并利用该方法进一步分析了隧道停止施工时地表横、纵向沉降随时间的变化规律，通过参数分析明确了地表沉降量与地表沉降速度的时间效应。研究结果表明：地表沉降量与地表纵向沉降最大斜率随停工时间的增加逐渐增大并最终趋于稳定；地表最大沉降速度随开挖速度与沉降速度系数的增大呈对数型函数增长，但地表最终沉降量受二者的影响较小；地表最终沉降量和地表最大沉降速度随地层损失量的增大而线性增大；地表最大沉降速度出现的时间与地层损失的大小无关。

相比于传统的小变形锚杆支护材料，负泊松比锚杆/索材料具有大伸长量、高强高韧、高恒阻力、吸能等优异力学特性。在宏观负泊松比（NPR）锚杆/索研究和应用基础上，何满潮研发了新一代微观NPR钢材料和微观NPR锚杆。目前微观NPR钢材料的静力学特性研究较少，微观NPR锚杆在城市地下隧道工程的适用性有待于现场应用验证。通过室内静力拉伸试验对微观NPR钢的力学特性进行了研究，结果表明本批次微观NPR钢平均伸长率为34.68%；恒阻力值范围为203.9～ 240.7 kN；拉伸全过程表现为均匀拉伸变形；无屈服平台，破断时无明显颈缩现象。通过理论推导，建立了微观NPR锚杆在微静力拉伸条件下的弹塑性增量本构模型。以某路地铁站风道段为工程背景，介绍了微观NPR锚杆施工工艺，现场测试了极限拉拔力、伸长率及锚杆轴力等方面，结果表明，微观NPR锚杆具有高恒阻力及大伸长量等优势。在围岩大变形隧道开展了支护应用试验，验证了其具有良好的围岩大变形控制效果。

深埋隧道是交通建设中关键性和控制性的工程，近几年得到了迅速和蓬勃的发展。目前，深埋隧道围岩塑性分析，多采用Hoek-Brown强度准则，该准则只考虑了最大、最小主应力对围岩屈服的影响，与深埋隧道围岩三向受力的特征不符。根据Lee和Pietruszczak提出的递推计算方法，对围岩服从广义张?朱（generalized Zhang-Zhu strength criterion，简称GZZ）强度准则时的变形及周边应力分布进行了研究。发现当采用GZZ强度准则时，深埋隧洞洞壁位移、塑性半径明显减小，塑性区径向应力、环向应力均增大；中主应力系数增大，隧洞周边应力进一步提高。上述解法与引入面外应力解法相比，洞壁位移减小了26.6%，但塑性半径相差不大。应用GZZ强度准则计算了建平隧道围岩变形控制值，解决对深埋隧道围岩变形控制值认识模糊和无法有效判定的问题；继而改进开挖方案，有效提高了Ⅳ、Ⅴ围岩的掘进速度，实现了建平隧道安全快速的施工，获得了良好的工程效果。

针对新建地铁盾构隧道近距离上穿施工引发运营地铁线路不均匀变形问题，将既有线盾构管片视为一系列位于Pasternak基础上由拉伸弹簧、压缩弹簧和剪切弹簧连接的弹性地基短梁，考虑了管片间转动效应和剪切效应以及管片与土体相互作用，建立了基于Mindlin理论的新建盾构隧道施工引起的附加应力以及基于最小势能原理的既有隧道纵向变形的计算方法。结合实测数据与已有方法对比，验证了方法的适用性，并根据工程实例，采用该方法对影响纵向变形的管片连接、土体力学参数、新线与既有线相对位置参数及加固效果进行了分析。结果表明：新建隧道施工至上穿部位时摩擦力f和注浆压力p对既有隧道变形影响较大，穿越既有隧道后纵向变形主要受卸荷附加应力F影响；随着管片间剪切刚度ks、抗拉刚度kT增大，既有线路隆起变形减小，其中ks影响相对较大，工程中可从增强ks和kT的角度控制隧道变形；环形支撑加固措施能有效控制既有线纵向变形，且环间距1.5 m、交叉点左右各3～5环可取得良好效果。

微震定位方法是微震监测技术的重要组成部分，其关键是定位震源位置。利用空间网格划分并计算网格交点目标函数值，对微震定位目标函数二维及三维空间分布进行了分析，并据此获取了目标函数连续且极小值唯一、单轴收敛范围逐步减小、各轴收敛范围不一的规律。利用以上规律及模式搜索法、网格搜索法的优缺点，探索出了基于连续比较模块、变步长模块、加速模块的变步长加速搜索法。通过模拟算例与工程数据下收敛稳定性、结果精确度、计算速度以及参数初始值影响程度4个指标的效果对比，结果表明：模拟算例下，对比模拟退火算法、遗传算法，变步长加速搜索法的目标函数值标准差、定位误差标准差、波速误差标准差均为0；该算法的定位误差平均值分别为其余二者的0.7%、1.9%；该算法的计算时间平均值分别为其余二者的6.9%、33.2%。该算法单独更改各参数对定位误差的影响在0.005～0.025 m之间；减小搜索步长下限可有效提高结果精确度，并增加相应的计算时间。在规定初至到时与目标函数模型及检波器位置坐标下，搜索算法对定位精度无实质影响。