中国西北干旱地区土遗址，广泛受到地基土盐渍作用的影响。针对当前土遗址载体研究不足的现状，基于室内试验，以NaCl为迁移盐分，借助电导率、含水率等参数及表面劣化情况探究了长城遗址体在短时强降雨-自然干燥循环作用下，地基与墙体根部盐分迁移规律。研究发现，随着降雨-干燥循环次数的增加，土遗址立面逐渐出现了底部崩解（掏蚀）、表面析盐、表皮开裂、空鼓等现象，土遗址根部毛细水上升、盐分迁移和表面劣化，3种现象互有关联。在经历数次循环后，地基中盐分供给模式发生了调整，地基-土遗址根部盐分迁移只在有限范围内进行，基于这些研究结果，得出了降雨-蒸发交替作用下地基与土遗址根部盐分迁移机制。所做研究可为土遗址根部酥碱掏蚀的防治提供参考。

为验证冻结砂砾土压缩过程中是否存在压融效应，对不同含水（冰）状态与不同冻结温度的砂砾土进行无侧限压缩试验和电阻测试，通过核磁共振测定饱和砂砾土的未冻水含量。结果表明：（1）砂砾土压缩过程电阻均先快速降低后趋缓，仅有干燥样品在应力峰值点后出现电阻增大的现象；（2）电阻快速降低阶段干燥样品的电阻降低率小于饱和冻结样品，−4 ℃饱和样品该值为26.8%，其值为相同温度下干燥样品的4倍；（3）随温度降低，电阻快速降低阶段的降低率先增加后减小；（4）随温度降低，自由水与毛细水的相对含量快速减小，吸附水的相对含量先小幅增加后缓慢降低。分析认为：冻结砂砾土压缩过程中存在压融效应，这导致样品在受荷过程中高应力区未冻水含量增大，而融水会沿未冻水膜向低应力区的孔隙迁移、复冰进而改变孔隙结构；冻结温度在−2～−4 ℃区间附近，压融效应更容易发生。

为研究强动载下浅层珊瑚礁灰岩的冲击压缩特性和状态方程，采用一级气体炮试验装置对浅层珊瑚礁灰岩开展了200～500 m/s冲击速度下的平板撞击试验。基于试样自由面粒子速度时程曲线，分析了浅层珊瑚礁灰岩孔隙演化与冲击波传播的相互作用，确定了一维应变条件下浅层珊瑚礁灰岩的动态强度和冲击绝热关系。试验结果表明：冲击波压缩过程中，浅层珊瑚礁灰岩因孔隙塌缩和基质滑移产生塑性变形，导致冲击波在试样中展宽为“弹性先驱波-变形波”的双波结构，变形波的传播速度和能量随冲击压力的增大而增大；2.9×10⁴～7.5×10⁴ s⁻¹应变率下，浅层珊瑚礁灰岩的Hugoniot弹性极限值和动态屈服强度分别为0.109±0.03 GPa和0.074±0.02 GPa；建立了0.4～1.2 GPa压力范围浅层珊瑚礁灰岩的Hugoniot线性关系，将其压力-比容（P-V）关系分成弹性段和压实段，浅层珊瑚礁灰岩相比于陆源多孔石灰岩在强动载下的压缩性更大；最终建立了可描述浅层珊瑚礁灰岩低压区孔隙压实过程的压力-孔隙度（P-a）状态方程。

改性纤维兼具良好的吸附能力和机械强度，在污染土治理方面具有广泛的应用前景。优选黄麻作为纤维材料，分别采用均苯四甲酸二酐、聚苯胺和双氧水进行改性，结合无侧限抗压强度、土体阳离子交换量（cation exchange capacity，CEC）、电导率（electrical conductivity，EC）、pH值等指标探究改性黄麻纤维协同水泥的固化效能，并借助醋酸缓冲溶液法分析其毒理性演变规律。结果表明，适宜的改性黄麻纤维协同水泥固化铅污染土可同步实现强度提升和毒性释放的控制，协同固化污染土较单一水泥固化污染土，无侧限抗压强度提高了76.78%，浸出毒性量降低了64.73%，且10次冻融循环作用下浸出毒性的波动缩小至1/3。黄麻纤维水解所生成碱性纤维素会引起水泥固化污染土pH的增大，羧基类酸性官能团的改性有助于借助中和作用进一步促进水化反应，增强水化硅酸钙（calcium silicate hydrate，CSH）凝胶的生成。黄麻特别是改性纤维的引入对于EC和CEC的增益显著，纤维水泥协同固化作用下EC提高量可达单一水泥固化提高量的2.25倍，是增强吸附固化稳定性的关键。但由于纤维团聚、微粒间聚合及金属离子间静电斥力的影响，固化污染土强度和浸出毒性与纤维掺量及纤维长度并非呈正相关关系，3种改性方式中酸酐改性黄麻纤维吸附固化效果受纤维长度和掺量影响较小，且在强度和毒性控制指标方面均表现良好，统筹考虑工程应用和生态发展需求，纤维掺量0.9%+纤维长度18 mm的酸酐改性黄麻纤维适合用于协同水泥进行重金属污染土的固化处置。

在未采煤层封存CO₂时，注入的CO₂受高温高压影响会处于超临界态，影响煤层稳定性。为研究超临界CO₂浸蚀后煤体受扰动影响引起的能量耗散与破坏特征，基于自主研发的高压气体吸附/解吸试验系统对煤体开展不同超临界CO₂浸蚀时间（0、2、4、6 d）的吸附试验，利用分离式霍普金森压杆试验系统对超临界CO₂作用后的煤体开展冲击压缩试验，并结合高速摄像仪拍摄了冲击过程，分析了冲击煤体的能量耗散规律，阐明了煤体的破坏裂纹演化与破碎分形特征。研究结果表明：相同冲击荷载下，不同超临界CO₂浸蚀时间后煤样的应力-应变曲线变化趋势类似，可划分为弹性能量耗散、塑性能量耗散和峰后能量耗散3个阶段。随超临界CO₂浸蚀时间增长，煤样吸能能力减弱，冲击煤样表面裂纹数量增多，裂纹网络及扩展方向逐渐复杂，煤样破碎更加剧烈，破碎粒径减小，破碎形态更加复杂，最后确定了不同浸蚀时间后煤样破碎分形维数与耗能密度的线性相关关系。研究结果对于开展注CO₂强化深部煤层气开采工程探索具有一定的理论意义。

压缩空气储能人工硐库在充气和抽气循环过程中，空气温度、压力，以及硐壁密封层、混凝土衬砌和围岩的温度、应力和应变一直处于变化之中。联合求解这些变量是工程设计中的关键技术，也是理论分析的难点。在一维热传导基本解和人工硐库空气温度基本解的基础上，基于硐壁对流换热和热传导能量守恒，提出人工硐库内空气热力学计算与硐壁热传导的耦合解析方法。与数值模拟结果进行了对比，验证了所提方法的正确性。对一个钢质密封层人工硐库实例进行了分析。结果表明，充抽气过程引起硐库内空气温度的剧烈变化，空气压力变幅明显大于基于恒温假定得到的压力变化结果。硐壁温度周期波动影响深度有限，当混凝土衬砌厚度大于周期波动影响范围后，围岩温度以持续升高直至稳定为特征，围岩强度和稳定性分析可以不考虑周期循环温度的影响。密封层受温度和空气内压双重作用明显，密封层设计需考虑材料的热机械疲劳问题。混凝土衬砌内外表面环向应力和法向应变特征差异巨大，不同工况下内外表面环向应力可能接近混凝土材料的抗压和抗拉强度，混凝土材料的抗压和抗拉强度同为设计的控制因素。混凝土衬砌可以减小围岩压力，但作用有限。在适当的埋深条件下，选择适当的充气压力，可以保证围岩处于弹性状态。

在Biot固结理论框架下，利用分数阶Kelvin模型描述土骨架流变效应，考虑孔压消散和土骨架流变的耦合作用。通过建立周期性循环荷载的时空域解析函数，在柱坐标系下构建半空间饱和黏土地基的三维轴对称动力固结控制方程。采用Hankel-Laplace联合变换及张量运算推导控制方程在变换域的解析解，然后利用数值反演得出物理场的时空域解。通过算例分析，对循环荷载作用下饱和黏土地基的动力固结特性开展研究。结果表明，饱和黏土在主固结阶段的沉降速率较慢，而次固结阶段的沉降速率加快；循环荷载作用下，土骨架流变性越强，土体的累积沉降发展越快，土体位移波动幅值随黏性阶数的增大而减小，而且黏性阶数越大位移滞后性越明显；土骨架流变性导致孔压响应滞后于有效应力，孔压与有效应力的螺旋曲线发生水平移动；在循环荷载的卸载阶段，正应力随外荷载的减小而减小，但切应力随之增大，土体因发生剪胀现象而产生负孔压。

钙质砂是我国南海岛礁建设的主要吹填材料，岛礁建筑施工中钙质砂地基将受到不同固结路径外荷载作用，开展不同固结路径下钙质砂的固结排水强度特性研究是岛礁地基建设的迫切需求。对取自我国南海某吹填岛礁的钙质砂开展不同固结路径三轴固结排水剪切试验，探究钙质砂的强度参数和颗粒破碎程度随固结路径的演变规律。研究结果表明：钙质砂的应变软化和剪胀特性随平均有效应力的增大、有效主应力比的增大而逐渐减弱；与等向固结工况相比，随着有效主应力比减小至0.45时，钙质砂固结排水峰值强度折减系数介于0.60～0.95之间；在常规应力范围内，当有效主应力比增大，峰值内摩擦角呈减小趋势，介于38°～53°之间。在固结阶段，颗粒破碎程度随偏应力的增大而变大，但在剪切完成后颗粒破碎程度反而最小，剪切阶段的颗粒破碎占主导地位；验证了不同固结路径下峰值内摩擦角与相对破碎率的定量关系式，计算得到的峰值内摩擦角预测值为实测值的0.8～1.2倍。固结应力路径和固结压力不同引起的颗粒破碎程度差异，是导致剪切后钙质砂固结排水强度性质差异的主要原因。

土压平衡盾构在黏性地层掘进时易产生刀盘结泥饼、堵塞等问题，不仅会导致排渣不畅降低掘进效率，并且频繁的开仓处理会增加工程风险，而掘进会产生大量热量影响土体黏附性。采用自主研发的刀盘旋转黏附试验系统，探究刀盘温度与含水率、黏土含量、黏土类型等因素联合作用下刀盘黏附效果，并分析了泡沫剂、抗黏剂在不同掺入比下堵塞防治效果。研究结果表明：温度升高会使得旋转扭矩与刀盘表面的土体黏附量降低，但会加速黏土硬化；土体含水率、黏土含量对于扭矩影响趋势相反，但对黏附量影响规律相同，随着土体含水率或黏土含量增加，黏附量先增加后降低，含水率在20%、黏土含量在30%时黏附性最强；膨润土比高岭土黏附性更强；土体含水率、黏土含量与黏土类型对于黏附量的影响可以使用稠度指数进行表征，随着稠度增加黏附量会出现先增加后降低的趋势，稠度指数在0.50～0.75时土体黏附性最强，低稠度指数土体对温度敏感性更强；单独添加泡沫剂会降低土体黏附量，但在注入比为70%时，仍存在大量土体黏附；使用泡沫剂+抗黏剂联合改良在注入比为50%时改良效果较好，继续增加注入比对土体改良效果影响较小。研究成果对于评估黏性地层土压平衡盾构掘进堵塞风险与黏性土渣土改良方案选择具有一定的指导意义。

薄互层致密砂岩储层由于层间岩性差异、纵向非均质性强等原因，导致主裂缝难以垂向扩展，提高裂缝扩展速率可有效促进裂缝穿层扩展。为研究裂缝穿层断裂过程中的率效应机制，采用人工预制水泥-砂岩试件进行了三点弯断裂试验，通过数字图像法监测了裂缝扩展至层间接触界面处时的断裂过程区（fracture process zone，FPZ）发育特征；基于断裂动力学理论，提出了考虑率效应的裂缝扩展路径预测模型。研究结果表明：低速扩展时裂缝形态曲折，FPZ呈现短、宽的现象，高速扩展时裂缝平直，FPZ呈现长、窄的特点；FPZ存在离散性，且存在相互吸引的特点，裂缝从低弹性模量岩石向高弹性模量岩石低速扩展时层间接触界面处会提前产生高应变区，导致裂缝扩展至层间接触界面处时沿层扩展，高速扩展无此现象；岩石抗拉强度与裂缝穿越单元体的平均抗拉强度呈正相关关系，低扩展速率裂缝优先沿微缺陷扩展，导致岩石抗拉强度降低，高扩展速率裂缝优先沿自相似方向扩展，穿过大量高强度单元导致岩石抗拉强度增加；裂缝与层间接触界面夹角越大，裂缝越容易穿层扩展，裂缝与层间接触界面夹角为30°时，夹角影响效果最大，夹角超过30°时影响效果逐渐下降。研究结果对水力压裂参数优化、增加水力裂缝高度、提高薄互层致密砂岩油气产量具有重要意义。

针对土-石混合体边坡动力响应特性尚不明确的问题，基于相似原理设计开展了3组不同含石率土-石混合体边坡大型振动台试验，系统地对比分析了不同含石率土-石混合体边坡动力响应的差异。研究结果表明：土-石混合体边坡在地震作用下的加速度响应符合自由面效应，即边坡在近坡顶端处的加速度放大效应要明显强于坡体内，而不同含石率土-石混合体边坡在不同频率正弦波激振作用下的动力响应差异明显，这是因为不同含石率土-石混合体边坡结构的动力特性存在差异；地震作用下，模型边坡动土压力由边坡浅表层至坡体内部呈不断增大趋势，但由于坡体变形与损伤程度不同，不同含石率边坡整体的动土压力响应程度不同；且在地震波分级加载过程中，边坡不同部位处动土压力的突变可作为边坡产生动力破坏的依据；随着含石率的上升，地震作用下边坡整体的变形程度逐渐降低：20%含石率边坡表现为由浅层至深层的连续滑动，而40%与60%含石率的边坡变形则相对较小，40%含石率边坡仅表层岩土体发生滑移，60%含石率边坡仅浅表层土体发生剥落，含石率的提升对土-石混合体边坡起到了加固作用。

反压施加是提高土体饱和度的常用有效方法，但易引起土体强度参数表观偏离。采用标准球形玻璃珠砂，开展基准固结不排水（consolidated undrain，CU），固结排水（consolidated drained，CD）及干样试验，对偏应力与孔压（或体积应变）数据进行实时精准测记与对比分析，借助p'-q应力路径图，显著呈现并定量分析了反压施加对土体力学特性的影响规律，初步厘清了反压施加对土体强度的影响机制。反压设置对CU试验结果影响显著，孔压发展形态控制着偏应力发展的形态，最终影响强度参数的确定，但应力路径始终约束在修正类剑桥模型的框架范围内。孔压发展模式和速率主要受限于反压设置大小及试样相对密实度，反压越大，孔压潜在变化幅度越大，进而导致偏应力变化区间增大；相对密实度越大，孔压发展速率越大，偏应力增速渐大。初始状态相同时，CU试验孔压发展与CD试验体积应变发展趋势高度一致，展示了试样体积应变势在不同边界条件下的共同本质。初步给出了临界状态时CU残余强度定量预测公式，根据相对密实度及反压值可初步定量评定残余孔压值，进而可确定CU残余强度。

尽管滤纸法已被广泛应用于非饱和土-土水特性研究，但滤纸法试验数据与压力板试验数据始终存在无法连续、光滑连接的问题。为此，以收缩变形不同的两类土为研究对象，从试样水分变化路径和体积变形两个方面着手，分别开展了一系列室内压力板试验、滤纸法试验和土的收缩试验，并基于土-水特征曲线（soil-water characteristic curve，SWCC）试验结果，进行统计指标的量化分析。研究结果表明，饱和脱湿路径下的滤纸法与压力板法联合测定的SWCC试验数据能够有效地连接，而无水分变化路径下的滤纸法与压力板法各自测定的SWCC试验数据在连接时可能会错开或交叉，尤其是变形显著的土体；为了较准确地估算基于饱和度的SWCC，提出一个简单的改进法，仅需补充土的收缩试验；针对不同滤纸法试验结果呈现的差异性，给出了合理的解释。该研究结果不仅能为试验人员在同时处理滤纸法和压力板法试验数据时提供重要的理论指导，还能拓展滤纸法的适用范围。

高温岩石经不同冷却方式冷却后的力学特性直接影响着深地岩土工程施工的安全性。以中风化花岗斑岩为研究对象，对400 ℃下循环自然冷却和遇水冷却试样展开单轴压缩试验和循环动态冲击试验，对比分析花岗岩力学性质的变化规律，并基于Logistic分布规律，引入受荷损伤变量和热循环损伤变量建立花岗岩统计损伤本构模型，确定了相应参数表达式，验证了本构模型的适用性与合理性，结果表明：在单轴压缩试验中，随着热循环次数的提高，花岗岩内部微裂隙开始扩展、贯通形成宏观裂纹，岩样质量和纵波波速开始衰减，静态应力-应变曲线中的弹性变形阶段逐渐缩短，出现明显的不稳定破坏阶段；冷却方式可以显著影响岩石强度的劣化速度，但对花岗岩的最终静态抗压强度无明显影响。在0.30 MPa冲击气压下，随着冲击次数的增加，自然冷却花岗岩的动态抗压强度先增大后减小，首次冲击可有助于提高自然冷却花岗岩的抗压强度，当热循环超过3次时，花岗岩的抗循环冲击能力开始下降。基于Logistic分布建立的动态损伤本构模型与试验曲线具有较好的一致性，且模型参数获取简单，物理意义明确，具有一定适用性。研究成果可为变温环境下岩体施工、修复及围岩稳定性分析提供参考。

为探究锦屏大理岩渐进损伤过程中的能量特性，开展了5种围压下岩样的三轴循环加卸载试验，分析了循环加卸载下大理岩渐进损伤的弹性模量演化、能量演化及分配规律、能量演化的围压效应、损伤演进特性，并系统剖析探讨了基于能耗比和能耗差定义的两种岩石强度失效的能量判据。研究结果表明：大理岩从初始屈服到进入残余阶段的整个变形破坏过程中，加载段弹性模量和卸载段弹性模量均呈现单调退化的弹塑性耦合特征，应避免采用弹性模量不变假定计算弹性应变能带来的偏差；围压升高不仅能够有效提升大理岩的吸能和储能效率，也能强化大理岩的吸能和储能极限，同时还能抑制大理岩的能量耗散效率和耗散能的提升幅度；岩样从峰前到峰后的能量演化是一个弹性能占比逐渐降低，耗散能占比逐渐升高的过程，残余阶段能量占比趋于稳定，其残余弹性能和残余耗散能均随着围压的增加呈现近似线性的增长，而最大弹性能和最大耗散能则随着围压的增加呈现非线性的增长。考虑初始损伤和残余承载力修正的损伤演化方程能很好地捕捉不同围压下岩样基于耗散能定义的损伤变量的变化特征。进而，基于能量相对比例定义的能耗比判据可视为大理岩的材料失效判据，基于能量绝对差值定义的能耗差判据可视为大理岩的结构失效判据。

含水合物沉积物（gas hydrate-bearing sediments，GHBS）的渗透率是影响水合物生成和分解过程中气液运移特性的重要因素，常被选为水合物开采性能评价的重要指标。GHBS孔隙中水合物赋存模式与饱和度的变化，往往引起GHBS渗透率显著改变，现有渗透率模型多基于单一孔隙赋存模式建立，难以考虑赋存模式变化对GHBS渗透率的影响。基于平行毛细管模型，考虑水合物赋存模式变化对GHBS孔隙结构的影响，提出水合物颗粒包裹和孔隙填充两种赋存形式共存的混合赋存模式，引入双参数逻辑函数表征水合物孔隙赋存模式随饱和度变化的特性，建立了考虑水合物孔隙赋存模式演化的GHBS渗透率模型。通过与室内试验和原位测量数据对比验证了模型的适用性。结果表明：水合物生成过程中水合物饱和度的改变易导致其赋存模式变化，影响GHBS渗透率随饱和度变化的趋势；不同生成条件下水合物赋存模式演化特性存异，演化特征体现在主要赋存模式发生转变对应的临界水合物饱和度及演化的方向与趋势上；相比于已有模型，该模型能捕捉到水合物赋存模式改变时渗透率的变化特性，对室内制备和原位GHBS渗透率测量数据均能较好预测。

为研究卸载速率对水泥注浆加固节理花岗岩卸载诱发滑移行为的影响，利用TATW-2000岩石三轴试验系统对接近临界应力状态下的注浆加固节理花岗岩进行了恒轴压分级卸围压的诱发滑移试验，卸载速率分别为0.1、0.5、1、5、10 MPa/min。研究表明：（1）在剪切滑移过程中，岩-浆黏结界面会相互磨损，花岗岩会在水泥断面表面留下大量微划痕。随着卸载速率升高，节理粗糙度系数（joint roughness coefficient，JRC）值分别为17.52、16.25、15.65、12.82、10.72，这表明卸载速率越大，水泥断面表面的微划痕越小。（2）各围压卸载期内的平均剪切滑移速率随卸载速率变化关系符合幂函数关系，平均剪切滑移速率随卸载速率的升高而升高，但升高速率逐渐减小。在应力-应变滞后效应的影响下，各围压保持期内的平均剪切滑移速率也随卸载速率的增加而增加。卸载速率为0.5、1、5、10 MPa/min时，围压保持期的平均剪切滑移速率远小于围压卸载期的平均剪切滑移速率；卸载速率为0.1 MPa/min时，围压卸载期和围压保持期的平均剪切滑移速率相对差距较小。 （3）动态滑移的平均剪切滑移速率比蠕变滑移的平均剪切滑移速率高一个数量级。蠕变滑移和动态滑移的平均剪切滑移速率随卸载速率的升高而升高，持续时间随卸载速率的升高而减小。（4）卸载速率小于1 MPa/min时，试样发生失稳滑移时对应的围压与卸载速率呈正相关，卸载速率大于1 MPa/min时呈负相关。

为研究软黏土中大直径单桩水平循环受荷响应，开展了不同循环加载形式（单向和双向）下软黏土中大直径单桩离心模型试验，对比分析了大直径单桩变形特性、刚度弱化、桩身弯矩、循环p-y曲线以及桩周孔隙水压力变化规律。试验结果表明：单桩荷载-位移曲线表现出明显的非线性滞回耗能与位移累积特性，相比单向循环，双向循环引起桩顶产生较大的累积位移，累积位移与循环次数和加载幅值有关；桩顶累积位移由可恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形组成，塑性变形与循环次数和加载应力水平有关；双向循环荷载造成桩顶刚度弱化明显，引起桩身产生更大的弯曲效应；桩周孔压累积与循环次数和加载幅值有关，双向循环下桩周孔压累积更为显著。

为加快固结排水速率并提高地基承载力，组合型复合地基加固技术被广泛应用于地基改良工程，而目前关于此类复合地基的非线性固结理论研究很少。通过对数模型来描述土体的非线性固结特征，并考虑桩-土压缩模量比随固结的变化，建立了散体材料桩-不透水桩复合地基非线性固结解析模型。此外，为减小研究高置换率复合地基固结时产生的计算误差，对传统假定进行修正，并引入新的流量连续性关系来考虑散体材料桩的固结变形。综合考虑散体材料桩井阻效应、桩体施工扰动效应和土体内径-竖向渗流，基于等应变假设和达西定律，推导了该模型的固结控制方程及其解析解。通过参数敏感性分析对复合地基非线性固结特性进行研究，分析了不同荷载形式下各参数对固结性状的影响。此外，与现有模型展开比较研究，并与实测数据进行对比分析，验证了该解答的正确性。结果表明：忽略散体材料桩的桩体固结变形会高估复合地基的固结速率，随着桩体置换率的增加，计算误差最大可达10.5%；当压缩指数C_c小于渗透指数C_kh(v)时，不考虑土体的非线性特征会低估地基固结速率；C_c/C_kv的变化对固结速率的影响很小，与C_c/C_kh相比可以忽略不计；施工场地布置越密集、桩-土压缩模量比越大、散体材料桩渗透系数越大或扰动区半径越小，均会导致地基固结加快。

为深入研究深部洞室开挖诱发邻近既有洞室围岩岩爆的发生过程和机制，采用真三轴电液伺服诱变试验系统对具有强岩爆倾向性的花岗岩开展试验研究，模拟500 m的三维应力状态。通过卸载洞室围岩单侧荷载模拟邻近洞室开挖，在围岩应力重分布作用下最终诱发岩爆，试验中借助监测设备实时观测洞壁的破坏现象。试验结果表明：（1）在单面卸载条件下，岩爆过程可分为6个阶段，即卸载后的应力重分布、准备期、第1轮岩屑弹射和剥落、平静期、第2轮岩屑弹射和剥落、剧烈破坏；（2）在卸荷作用的影响下，洞壁岩爆呈现出明显的时空特征和非对称性，表现为卸荷后洞室顶底部率先出现明显裂纹，在随后的持续加载过程中，远离卸载面一侧发生剧烈岩爆并形成沿轴向贯通的V型槽；（3）基于定义的滞后效应系数可知，与三向加载岩爆相比，单面卸载下的洞室岩爆具有更强的突然性，且极易导致洞室的整体垮塌。为预防该类型岩爆，邻近洞室开挖时应及时对既有洞室远离卸载面一侧进行支护和加固处理。

针对深井“三巷布置”工作面临空巷强烈矿压显现现象，以煤层直覆硬厚顶板为工程背景，运用理论分析、相似模拟、现场实测等研究手段，分析直覆硬厚顶板侧向破断模式，揭示临空巷强矿压显现机制，明晰工作面采动应力响应特征。研究结果表明：直覆硬厚顶板破断后，在工作面侧向形成长悬臂-铰接结构，破断线位于采空区内。直覆硬厚顶板岩性特征和几何特征决定着临空巷矿压显现程度，顶板越硬或者越厚，采空区煤体周围越容易产生较高的应力集中。直覆硬厚顶板下巷道围岩应力集中程度高，且临空侧超前支承压力影响范围更广，应力集中程度更高，巷道矿压显现更为剧烈；煤柱上侧向支承压力呈“同步受力、同步增长”变化特征，进入采空区稳定阶段后支承压力表现L+W型应力特征，相邻待采工作面煤柱侧出现非对称的应力峰值，煤柱中部出现应力双峰。受侧向高应力影响，下一区段巷道围岩主要表现为两帮中下部剧烈变形。基于工作面直覆硬厚顶板侧向破断特征和强动载矿压显现机制，提出了顶板灾害超前治理、“浅部强力支护+深部多层次卸压”的防控技术体系，为采场岩层控制提供有益指导。

在诸如第三系半成岩地层等富水软弱均质地层的隧道建设中，常采用水平高压旋喷桩进行洞内超前预加固，但水平旋喷桩往往因自身抗拉强度低在承受较大荷载时容易发生断裂破坏。依托云南临沧至清水河高速公路王家寨隧道工程，提出了一种在桩体内插入小直径钢管的水平高压旋喷复合结构。通过力学理论分析、数值模拟与现场监测，对比分析了水平高压旋喷桩素桩与复合结构的力学机制与对围岩加固作用，并对钢管布置形式及直径进行优化设计。研究表明：在300 kPa水压下，复合结构相比素桩的挠度值降低了34.8%，最大拉应力降低了37.5%，受力模式明显改善，承受的极限水压力荷载大幅提升至700 kPa，对围岩拱顶沉降、应力也有一定削减作用；增加拱顶钢管布置密度可有效降低桩体拉应力，而减少钢管直径则会导致钢管拉应力增大；建议实际工程中拱顶间隔1根桩体布置108 mm钢管，拱肩间隔2～3根布置89 mm钢管，边墙可不设钢管。

为提升地铁基坑开挖引发的地表沉降的预测精度，基于自注意力机制和深度学习提出一种能捕捉沉降数据时空特性的深度注意力组合预测模型（self-attention convolutional gated recurrent units，Self-CGRU）。Self-CGRU模型由空间模块和时间模块搭建。空间模块中，选择卷积神经网络捕捉相邻监测点沉降数据的空间相关性；时间模块中，使用门控循环单元神经网络分析沉降数据的时间规律，并引入自注意力机制捕获沉降数据内部的自相关性，进而得到沉降预测值。选取中国深圳市地铁基坑周边地表沉降数据验证Self-CGRU模型，结果表明：相比现有模型，Self-CGRU模型预测性能更好，使预测精度提高了17.48%～29.17%。研究成果可为地铁基坑周边地表沉降预测提供一种准确且稳定的新模型。

减压井是渗流控制的重要手段，减压浅井井底的入渗量不可忽略。在渗流场有限元有关井的计算中，含水层与井半径有巨大尺寸差异，只有将井周围的网格尺寸限制在厘米级或更少，才能达到合理的精度，但效率过低。为提高效率，分析时通常将井底简化为点源。由于点源附近的水头梯度极大，是奇异点，有限元中通常要进行等效处理才能保证全局的精度。提出了以零体积点元模拟点源的方法，该方法基于修正井水位法，利用点源解析解及四面体渗流单元，推导了点元单元的显式解。使用该点元单元模拟井底，可以在不失全局精度的条件下用大网格对点源进行模拟，避免了迭代计算，极大提高了利用三维有限元模拟点源的效率。详细介绍了该点元显式解的推导过程，验证其计算精度，并探究出简化计算方法的适用范围。最后介绍了该方法在实际排水减压抗浮工程中的应用。

砂土液化是常见的地震灾害，目前应用于研究砂土液化动力特性的室内试验以及模型试验还不能全面反映土体液化全过程。计算流体动力学（computational fluid dynamics，CFD）与离散元法（discrete element method，DEM）耦合模拟方法能够准确地模拟各类水土耦合问题。通过二次开发的CFD-DEM流固耦合模块实现离散元软件PFC3D与计算流体力学软件OpenFOAM之间的力学信息交互，利用颗粒水下自由沉降验证该方法的可行性。利用PFC3D软件模拟室内循环三轴试验标定出具有真实饱和砂土动力特性的数值砂样。根据已有的参数信息以及耦合模拟方法建立了饱和砂土的场地液化模型。模拟结果表明，离散元法能够复现室内砂土液化试验，标定参数可应用于场地液化模拟；单颗粒沉降速度与理论解一致验证了CFD-DEM耦合方法的准确性；峰值加速度0.25g下不同深度处土体均会发生液化，液化时超孔压比无法达到1，超孔压累计值由浅层往深层递增；液化后土体强度自下而上逐渐恢复，再固结的场地土体结构呈现均匀化发展趋势。

基于近场动力学方法分别采用键型模型计算岩石热扩散过程和常规态型模型模拟岩石位移场的演化，根据物质点间的断键数量确定材料损伤值以实时追踪裂隙面的扩展，通过在裂隙面处施加水压和水温实现水与岩石间的相互作用，建立了考虑热力耦合效应模拟高温岩石水力压裂过程的数值计算模型。根据岩石加热裂隙扩展的试验结果，验证了计算模型的有效性。最后，讨论了水压、岩石初始温度及弹性模量等因素对水力压裂岩石裂隙结构形态的影响，并基于综合敏感度属性识别评价方法，分析了各影响因素对岩石裂隙形态参数的敏感性。研究结果表明：水压较小或岩石初始温度较低时，主裂隙几乎呈对称分布，基本上无裂隙分支现象；随着水压或初始温度的增加，裂隙逐渐增多并产生分叉现象，同时裂隙总长度和张开度也均呈增长趋势。当岩石弹性模量均值较小时，水力裂隙较为发育且萌生许多微小裂隙；随着弹性模量均值的增大，水力裂隙分支及微裂隙数量明显减少，裂隙总长度和张开度也相应地减小，而岩石起裂时间则近似呈线性增加的趋势。岩石材料参数和环境参数的敏感性综合评价表明，岩石裂隙扩展对弹性模量和水压呈高度敏感，而对水温则表现为不敏感。

深度积分算法可将滑坡沿地表滑动的三维模型化简为二维模型进行求解，通过减少控制方程未知量的个数以提升求解效率。物质点法（material point method，MPM）具有无网格法和有网格法的双重优势，模拟滑坡大变形问题时可避免网格畸变现象。采用深度积分耦合物质点法建立滑坡数值模型，给出算法实现具体流程，基于影响域改进的物质点法（influence domain material point method，IDMPM），针对两个典型无倾角底面光滑和有倾角底面不光滑滑坡算例进行基准测试。在计算精度方面，深度积分耦合物质点法模型能较好地预测远端距离、流速、深度等滑移特征参数；在计算效率方面，与常规物质点法求解格式相比，深度积分耦合物质点法模型可大幅度提高运行效率。该研究成果可为滑坡地质灾害破坏范围的分析预测、危害评估、应急抢险提供有效理论依据和时间保障。