考虑到软弱岩层的复杂性和多样性，现有的本构模型难以准确地描述其蠕变模型的加速蠕变阶段。为了更加准确地描述炭质千枚岩蠕变模型的蠕变过程，首先对炭质千枚岩三轴分级蠕变试验体现的流变特性进行归纳总结，并在传统Nishihara模型基础上引入裂隙塑性元件与非线性损伤塑性体，建立了能够描述炭质千枚岩蠕变全过程的非线性蠕变模型—Snishihara模型。基于上述理论模型，推导适用于FLAC3D数值求解的三维有限差分格式，并修正了Snishihara黏弹性本构模型的屈服函数、势函数及三维应力状态。最后，通过Visual studio2015软件给予的二次开发环境，在FLAC3D中完成自定义本构模型的开发，并对Snishihara模型的非加速蠕变阶段、加速蠕变阶段进行分析，验证了本构模型的精确性和可靠性。结果表明，数值模拟与室内蠕变试验在应变增量、蠕变曲线上的结果吻合较好，证实了提出的Snishihara蠕变本构模型及其二次开发应用的有效性和适用性。

粗粒料的力学特性表现出显著的应力路径依赖性，然而，目前开展复杂三维应力路径的大型真三轴试验研究还相对较少。为研究应力路径对粗粒料变形和强度特性的影响，开展了等小主应力3、等中主应力系数b（等3等b）与等平均正应力p、等中主应力系数b（等p等b）两种应力路径的大型真三轴各向等压固结排水剪切试验。结果表明，应力路径对粗粒料的应力−应变关系产生显著影响，随着中主应力系数b的增大，等3等b应力路径下应力−应变曲线逐渐升高变陡，体缩变形逐渐增大，而在等p等b应力路径下应力−应变曲线逐渐降低变缓，体应变先压缩后膨胀，且体应变速率和体胀变形均逐渐增大。中主应力系数b从0增大至0.25时，中主应变由膨胀变形逐渐转变为压缩变形；当中主应力系数b从0.25增大到1.00时，中主应变均为压缩且压缩变形逐渐增大。应力路径对粗粒料的强度也有明显影响，随着中主应力系数b的增大，等3等b应力路径下强度逐渐增大，而等p等b应力路径下强度则逐渐减小。破坏内摩擦角随中主应力系数b的增大而增大，且等p等b应力路径的破坏内摩擦角高于等3等b应力路径的破坏内摩擦角，固结应力较低时破坏内摩擦角更大。中主应力系数从0增大到0.75时，破坏应力比逐渐减小且减幅递减，固结应力较低时破坏应力比更高。当中主应力系数在0.75～1.00之间变化时，破坏应力比基本保持恒定。应力路径对粗粒料三维应力状态下的变形和强度特性均有重要影响，正确认识应力路径对粗粒料力学特性的影响对于科学实施土石坝工程具有重要意义。

3D打印技术在岩石室内试验中以其快速成型、复杂结构复现等优势展现出广阔应用前景，但打印试样的力学性能较差，制约了其工程实际应用。为有效提高3D打印类砂岩试样力学性能，选用GS19型砂与呋喃树脂为基材制备的类砂岩试样为对象，采用不同次数脲酶诱导碳酸钙沉积（enzyme-induced calcium carbonate precipitation，简称EICP）溶液渗透处理，通过单轴压缩试验定量分析其力学性能演化规律，并采用扫描电镜结合能谱与傅里叶变换红外光谱分析从微观尺度揭示脲酶诱导碳酸钙沉积技术的力学增强机制。结果表明：试样抗压强度与弹性模量随渗透次数递增呈现增强特性，经过4次脲酶诱导碳酸钙沉积溶液渗透处理后，试样强度较对照组提升51.92%，弹性模量提升35.57%，同时其破坏模式及裂纹扩展特征与天然弱胶结砂岩相似；从微观结构研究发现，脲酶诱导碳酸钙沉积技术促使试样内部形成“树脂−碳酸钙”复合胶结相，通过增强砂粒间胶结强度，填充孔隙降低结构缺陷的双重作用机制，试样力学性能得到显著提升。研究结果拓展了3D打印技术在岩石试验领域的应用潜力。

富碱性水环境将降低围岩承载力，诱发巷道不均匀变形和塌方冒顶，威胁巷道施工安全。以富碱性水环境浸泡砂质泥岩为研究对象，利用单轴压缩试验（uniaxial compression，简称UC）和核磁共振测试技术（nuclear magnetic resonance，简称NMR）研究了不同pH溶液浸泡后砂质泥岩强度劣化和孔隙结构演化特征，构建了孔隙分形维数D与单轴抗压强度Rc之间的关联函数，揭示了碱性水环境下砂质泥岩细观结构演化特性和宏观强度劣化机制。结果表明：（1）随着pH值的增大，砂质泥岩中微孔（孔径r1≤0.01 m）和中孔（孔径0.01 m＜r2≤1.00 m）不断扩展且逐渐发育为大孔（孔径r3＞1.00 m），导致砂质泥岩单轴抗压强度的降低；（2）富碱性水环境下砂质泥岩孔隙结构呈多重分形结构，砂质泥岩的力学强度与其内部孔隙结构与分布形态密切相关。（3）随着pH值的增大，岩样沿轴向的破裂面逐渐增多，主破裂面附近出现了大量的次生裂纹，且有明显的剥落现象；（4）碱性水的溶蚀作用和砂质泥岩吸水膨胀效应是导致砂质泥岩细观孔隙结构演化和宏观强度劣化的根本原因。研究成果有助于提高富碱性水环境下软岩巷道围岩变形控制和工程灾害防治能力。

泥炭质土作为一类特殊软土，其物理力学性质受微观结构的影响，其高有机质、高含水率、重度低、承载力不定的特性极易导致各类工程问题。如何提高泥炭质土力学强度已成为工程实践中的热点问题。采用炉渣基地质聚合物协同水泥固化，通过无侧限抗压强度试验、直接剪切试验研究改良前后泥炭质土的力学特性，结合扫描电子显微镜（scanning electron microscope，简称SEM）、X射线衍射（X-ray diffraction，简称XRD）、压汞法（mercury intrusion porosimetry，简称MIP）、傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy，简称FTIR）等微观手段对改良机制进行分析。结果表明，3种碱活化剂作用下，NaOH的活化效果最好。水泥改良泥炭质土通过离子交换、水化产物结晶及CaCO3和水化硅酸钙（C-S-H）的形成，减少颗粒孔隙并增强结合力，从而提高土体抗剪强度。活化炉渣改良泥炭质土的反应过程可分为4个阶段：溶解活化、离子交换、凝胶生成、结构重塑。碱活化剂促进炉渣玻璃质相溶解与离子缩聚形成水化硅铝酸钙（C-A-S-H）凝胶，同时泥炭质土中有机官能团通过离子交换形成CaSiO3沉淀及钙桥结构，最终形成致密复合结构提升土体抗压强度。灰色关联法分析显示：抗压强度与孔隙面积关联最紧密，抗剪强度则与形状因子关联最密切。对改良土样进行5次干湿循环试验，强度损失率最低为27%。研究成果可为碱活化炉渣替代部分水泥用于泥炭质土固化领域提供理论依据，实现软土加固和工业废物利用二者共同资源化，也为云南泥炭质土地区的施工建设提供参考借鉴。

深部煤岩体蠕变特征明显，在中等冲击动载（冲击能量等级介于103～104 J）作用下，蠕变煤岩体会发生时滞型失稳破坏，这给工程灾害的评估与预警带来了一定的困难。针对这一问题，利用自行研制的蠕变−冲击试验系统，开展了中等冲击动载下蠕变煤体力学响应特征研究，分析了中等冲击动载对煤体蠕变破坏的影响，讨论了中等冲击动载加速蠕变煤体破坏的机制。试验结果表明：（1）提高中等冲击动载强度与次数，可促使煤体由等速蠕变变形提前进入加速蠕变变形阶段，同时降低煤体进入加速蠕变阶段的时间与应力阈值；（2）在低应力水平下蠕变煤体仅具有硬化效应，但中等冲击动载下煤体呈现出硬化−损伤效应，最终诱发煤体产生以张拉破裂为主导的宏观破坏模式；（3）提出了蠕变煤体“冲击损伤应力”概念，即当应力水平最低为0.4c时中等冲击动载加速蠕变煤体损伤破坏，此应力状态可认为是蠕变煤体的“抗冲击损伤强度”。研究结果可为深部矿井冲击地压灾害预警与防控提供一定的理论支撑。

每年我国水力疏浚将产生大量高含水率泥浆，采用堆场处置通常需要数年时间才能达到自重沉降稳定。探究泥浆泥面自重沉降速率演化与初始含水率w0、液限wL和泥面初始高度H0的内在联系，是准确计算泥浆自重沉降的关键难题。通过建立室内量筒试验的泥浆泥面高度时程曲线数据库，提出泥面高度−时间的数学表达式，研究泥面沉降与沉降速率内在联系随泥浆初始状态和H0的演化规律。研究表明：泥面沉降速率整体呈先增大后减小的变化趋势。泥浆w0/wL越大，在阻碍沉降阶段的沉降速率越大，但在自重固结阶段的沉降速率反而减小，完成90%至95%泥面沉降所需要时间最多不超过最终时间的50%。同时，引入沉降完成度概念，建立不同沉降完成度下泥浆初始状态与沉降速率经验关系，提出泥面自重沉降计算方法，计算得到的泥面沉降预测值约为实测值的1.0～1.1倍。该方法能够在仅测定泥浆w0和wL的情况下，结合实时泥面沉降−时间曲线计算得到达到不同沉降完成度时对应的沉降速率，快速准确估算自重沉积稳定时泥面沉降量，为疏浚泥堆场优化设计提供定量化分析方法。

基于非饱和多孔热弹性介质的波动理论，考虑了土骨架的黏性和热效应的影响，利用Kelvin-Voigt黏弹性模型、多孔黏弹性介质的运动方程以及广义热弹性理论，建立非饱和热黏弹性介质的波动方程。通过引入各相介质的位移势函数，推导得到了非饱和多孔热黏弹性介质中体波的弥散特征方程。采用数值计算分析了松弛时间、热传导系数、介质温度、固相比热和饱和度等热物性参数对热弹性波的波速和衰减系数的影响规律。研究结果表明：松弛时间每增加0.5×10−3 s，P1波的波速和衰减系数最大增加了2.93%和44.51%，S波的波速和衰减系数最大增加了17.49%和51.32%，而T波的波速和衰减系数最大减小了25.4%和20.3%。热传导系数仅对T波的波速和衰减系数产生影响，热传导系数每增大1 J/(m·s·K)，T波的波速增大了21.62%，衰减系数减小了6.83%；介质温度每增加20 K，P1波的波速增大了0.3%，衰减系数减小了0.2%；固相比热的增大将引起P1波和T波波速的逐渐增大。饱和度对P1波、P3波和S波的波速影响显著，随饱和度从0.99降低至0.40，P1波波速最大提高15.6%、P3波波速最大提高4.4倍，S波波速最大提高6.5%。

在地下工程领域，研究全断面掘进机（tunnel boring machine，简称TBM）热损伤破岩技术时，传统的等温循环方案存在高能耗问题，极大地制约了其经济性及未来应用推广。为了应对这一难题，探索变温−水冷循环这一新型热加载方式对岩石的劣化效应，对于推动该技术的节能降耗与工程应用具有重要价值。通过开展单轴压缩、巴西劈裂及贯入试验，系统研究了极硬花岗岩经历3次不同高温（T1、T2、T3）水冷循环后的可掘性变化，分析了岩石破裂模式、形态、抗压强度、抗拉强度及贯入速率的演化规律。研究结果表明：随着初始温度T1的升高，岩石热致微裂纹由稀疏分布逐渐发展为网状分布，并由仅晶间裂纹扩展形成损伤破坏，破裂模式由劈裂拉伸转变为斜面剪切，破坏形态呈现脆性向延性过渡的特征，其中500 ℃为关键转折点；岩石强度的下降速率及贯入速率的提升率在T1处于500～600 ℃范围内达到最大，之后逐渐减缓并趋于稳定；当T1> 600 ℃后，贯入速率的提升幅度较600 ℃时有所减缓，但其绝对贯入性仍高于常温对照组；第2次高温T2（200～600 ℃）虽能进一步降低岩石强度、增大热致微裂纹密度和破碎区体积，但其对破裂模式与形态的影响弱于T1；贯入速率在T2为200 ℃时出现显著提升。因此，在极硬岩层TBM掘进中采用变温−水冷辅助破岩时，推荐采用初始高温600 ℃、后续200 ℃的循环方案。

为研究不同应力路径下黄土的变形特性，采用双向三轴仪进行等q（q为偏应力）压缩试验、等p（p为球应力）剪切试验和等应力比试验，系统分析了球应力和偏应力对体应变和剪应变的交叉影响机制。试验结果表明，球应力不仅产生体应变，也因各向异性导致径向应变大于轴向应变（约5.79倍），产生负的剪应变；偏应力产生剪应变的同时也会伴随约1%～3%的剪缩体变。这表明黄土的变形受球应力和偏应力共同支配，形成p-vp、q-vq、p-sp、q-sq（vp、vq和sp、sq分别为球应力、偏应力引起的体应变和剪应变）4类交叉应力−应变关系。鉴于传统模型难以描述此类交叉关系，在K-G模型（K为体积模量，G为剪切模量）框架基础上拓展，在原有体积模量Kt和剪切模量Gt的基础上增加了交叉模量J1和J2，分别量化偏应力引起的体应变和球应力引起的剪应变，并引入应力比硬化系数，构建了能够反映黄土各向异性和剪缩特性的四模量增量非线性本构模型。通过求解模型参数并与试验数据进行对比，验证了该模型在不同加载路径下预测黄土力学响应的准确性。研究成果为深入理解黄土的力学行为及其工程应用提供了新的方法和理论依据。

为探究潮湿多雨气候条件下软岩残积土作为土工格栅加筋路堤填料的适用性，研究不同降雨条件下土工格栅加筋改良软岩残积土结构的排水性能，设计了一种大尺寸降雨入渗室内模型试验装置。试验研究了短时强降雨、短时极端降雨及长降雨历时条件下加筋改良软岩残积土结构的降雨入渗规律、渗透速度及不同排水设计方案的排水效率。结果表明：（1）不同降雨条件下加筋土结构降雨入渗均经历无压入渗、有压入渗和饱和入渗3个阶段，土工格栅加筋改良软岩残积土结构的降雨入渗能力较低，排水性能较差，饱和导水率约为0.28 mm/min。（2）内部设置级配碎石排水层明显改善加筋软岩残积土结构排水性能，其中，中砾碎石排水层排水效果最佳，细砾排水层次之，粗砾排水层相对较差，碎石排水层级配与填土粒度成分有较密切的相关性。（3）降雨强度分别为20、30、40 mm/h时，设置级配碎石排水层，结构底部排水量分别增大了21.7%、36.7%、34.6%；使用复合型排水土工格栅替代单向土工格栅时，结构底部排水量分别提升了7.40%、10.10%和4.89%，底部排水持续时间分别延长了1.5、2.5、4.5 h，级配碎石排水层与复合型排水土工格栅可有效改善改良软岩残积土加筋结构的排水性能。

为了揭示高温环境注浆结构面力学性能劣化机制，通过对不同水灰比注浆的黄砂岩结构面试样进行高温处理，并开展直接剪切试验，分析高温对注浆结构面剪切性能的影响规律。发现注浆强度增高使峰值剪切应力增大、位移减小，但高温处理导致峰后软化不明显、断裂延迟，塑性变形增大。注浆强度和粗糙度增加有助于提高剪切强度，但随着温度升高，岩−浆界面的黏聚力和岩壁抗压强度呈非线性下降，表明注浆加固效果随温度升高逐渐减弱。高温引起的岩−浆界面脱离效应和软化效应是剪切强度弱化的两个主要机制。基于Grasselli三维形貌参数，提出了一种考虑高温影响的注浆结构面抗剪强度准则。通过与试验数据及文献对比验证，结果表明该准则能准确预测高温后注浆结构面峰值剪切强度，为高温环境或火灾后岩体稳定性评估提供理论依据。

红层软岩隧道经常会发生锚固失效的问题，提高红层软岩浆−岩界面的力学性能对保证锚固支护的稳定性意义重大。通过室内直剪试验，研究了3种典型红层软岩（红砂岩、泥岩、青砂岩）与普通硅酸盐水泥（ordinary Portland cement，简称OPC）和早高强水泥（early high-strength cement，简称EHC）在不同养护龄期（6 h、1 d、2 d、7 d）下的浆−岩界面力学性能（峰值抗剪强度p、残余抗剪强度r和剪切刚度ks），并采用数字图像处理技术（digital image correlation，简称DIC）分析了不同条件下浆−岩界面的破坏特征。结果表明：（1）相同浆液类型和龄期下，浆−岩界面p和r满足：红砂岩>泥岩>青砂岩。随着法向应力的增加，界面p和ks均逐渐增加，其中红砂岩对法向应力最敏感，泥岩次之，青砂岩最弱。红砂岩、泥岩和青砂岩与EHC的浆−岩界面在2 d时的黏聚力分别为2.4、0.9、1.2 MPa，内摩擦角分别为57.6º，38.0º和27.0º。（2）相同岩石条件下，浆−岩界面p和ks随着龄期的增加呈非线性增加。相比于OPC，EHC与红砂岩的黏结效果更好，在6 h时的p便可达7.9 MPa，2 d时的p即可达到7 d的90%以上。（3）不同岩石和浆液性质条件下的浆−岩界面破坏特征差异明显，OPC黏结的浆−岩界面主要发生浆液层的剪切破坏，EHC与红砂岩和泥岩黏结时主要发生岩石层的剪切破坏，与青砂岩黏结时主要发生界面的脱黏破坏。（4）提出了一种红层软岩浆−岩界面抗剪强度经验模型，并确定了红砂岩、泥岩、青砂岩的模型参数，为快速合理的评估红层软岩隧道锚固力提供了支持。

软黏土在非常小应变下具有高初始刚度，其刚度随应变增加非线性衰减，且衰减关系依赖于前期应力历史。上述黏土小应变刚度特性对地下开挖施工诱发环境变形具有重要影响。结合颗粒间应变（intergranular-strain，简称IGS）弹性模型和临界状态各向异性边界面模型，建立了考虑黏土小应变刚度特性的有效应力弹塑性本构模型。该模型通过IGS记忆土体变形历史，利用IGS与应变增量转角表征应力方向改变，并结合路径相关的刚度演化方程，实现了应力路径相关的小应变刚度演化模拟。研究进一步给出了IGS模型和Overlay模型（即广泛使用的HS-Small模型中小应变模型）的参数换算关系，开展了IGS与Overlay模型的对比分析。通过基坑开挖环境变形案例，开展了IGS模型针对边值问题的应用及验证。结果表明：（1）IGS模型可以合理反映前期应力历史对黏土小应变刚度的影响及开挖导致的地层变形；（2）当前期应力历史幅值较小时，IGS和Overlay模型均能较好地反映前期历史对小应变刚度衰减关系的影响；（3）随着前期应力历史幅值增大，Overlay模型可以低估与前期历史之间转角较小的应力路径下小应变刚度。

黄土高原地区水土流失严重、抗侵蚀能力弱等问题，主要在于黄土强度低、水稳定性差。大豆脲酶诱导碳酸钙沉积是一种绿色、低碳的生物固土技术，钙源是影响大豆脲酶固化土力学和水力特性的重要因素。选用氯化钙、醋酸钙和硝酸钙3种钙源制备胶结液处理黄土，并设置对照组以对比分析其固化效果。开展不同钙源固化黄土的系列宏微观试验，厘清不同胶结液浓度和养护周期固化黄土的强度和破坏特征、崩解演化过程、碳酸钙含量、矿物组分和微观形态等宏微观指标的发展规律及其联系。结果表明：硝酸钙固化土无侧限抗压强度最高可达1 857.24 kPa，较对照组提高约1.91倍；氯化钙固化土抗崩解性最佳，崩解时间最多可延长近3.52倍。固化土抗压强度和崩解时间与碳酸钙含量分别呈线性和指数关系。大豆脲酶诱导生成的方解石晶体通过胶结、填充和包裹等方式重塑了黄土微观结构，提高了颗粒密实度与整体性，从而显著提升了黄土强度和水稳定性。研究可为大豆脲酶固化黄土优选合适钙源提供有力支持。

当前有关植物根系固土力学特性的研究多局限于独立根群或根系局部样本。为探究根−土相互作用中根系整体的力学机制，基于对毛竹根系整体建模得到的毛竹全根系三维重建模型，以具备根系力学特性的类ABS光敏树脂为材料，借助3D打印技术制备毛竹全根系模型，藉此开展大型直剪试验以分析根−土复合体的力学特性。结果表明：根系形态结构对根−土复合体力学特性存在突出影响；在具备一定根系密度的截面，剪切荷载能够被整个根系共同承担；粗大的根系结构有助于动员整个根系共同抵抗剪切荷载；根系对土体黏聚力与内摩擦角都具有增强作用；在花岗岩残积土中，较高的垂向应力有助于根−土紧密接触，抗剪强度呈加速式增长。基于试验结果，提出一种全根系的根−土复合体抗剪强度计算经验公式。研究成果可为进一步揭示根−土力学作用机制提供科学依据，为根系固土试验研究提供新型可控可重复试验方法。

在能源地下结构、核废料处置储存、垃圾废料填埋等岩土工程建设过程中，土体与结构物间的热交换会导致土体的体积变形和剪切特性发生显著变化，建立合理的本构模型反映土体的热−力耦合特性具有重要意义。首先，基于热力学原理，引入一种新的耗散函数和自由能函数，推导出含有3个形状参数的屈服面方程；进一步考虑饱和黏土的热弹性应变、先期固结压力以及临界状态的热依赖行为，采用非相关联流动法则建立了饱和黏土的热−力耦合边界面本构模型；最后，通过等向升温−降温试验、温控三轴排水/不排水剪切试验对模型的预测能力进行了验证分析。结果表明：在0～95 ℃温度范围内，超固结比不大于12时，模型能够合理地反映饱和黏土的热−力耦合效应，温度影响下正常固结土的应变硬化和体积收缩以及超固结土的应变软化和剪胀等特性均得到了合理地描述。

全球水泥行业贡献约8%的二氧化碳排放，利用赤泥、钢渣、粉煤灰等低碳废弃物替代水泥对碳中和具有重要意义。针对其低反应性限制岩土工程应用的问题，提出碱性−硫酸盐协同激发方法，通过背散射电子能谱、X射线衍射等技术揭示微观结构与反应动力学规律。试验表明，碱性溶液浓度、温度、溶出时间、固液比和硫酸盐浓度显著影响废弃物中Si、Al、Ca的溶出过程。动力学分析证实溶出过程符合收缩核模型的内扩散机制，其中Si在碱性条件下活化能较低，溶解活性较高；而Ca的活化能较高，溶出速率对温度更敏感。分子动力学模拟结果显示，在NaOH-Na2SO4体系中，Si和Al分别以 和Al(OH)4⁻形式存在。研究为低碳岩土材料的开发提供了理论依据，并助力建筑业低碳转型。

岩体裂隙中反应性流体渗流诱发的溶蚀过程对岩土工程安全具有重要影响，而由溶液密度差异所诱发的重力效应下，倾斜裂隙介质的溶蚀机制尚不明确。通过孔隙尺度数值模拟与可视化试验相结合的方法，系统探究了不同倾角裂隙溶蚀模式及渗透率演化规律。结果表明：倾斜裂隙溶蚀过程中，溶液密度差异诱发的浮力对流会形成“漩涡”流动结构，其中沿裂隙长度方向的浮力对流主导溶蚀通道发育，而垂直方向影响可忽略。通过引入理查森数建立了溶蚀模式判据：当理查森数RiII >10时属浮力对流主导模式，倾角增大促进虫洞发育并降低突破注液量；当理查森数RiII ≤10时属强制对流主导模式，其溶蚀形态由注入流速控制，呈现紧凑溶蚀、虫洞溶蚀和均匀溶蚀3种模式。在此基础上，建立了考虑重力效应的最佳注入流速的理论模型，实现不同倾角下裂隙介质最佳注入流速的准确预测。研究成果为可溶岩区地下工程渗流控制提供了理论依据，对CO2地质封存、地浸采矿等工程的安全评估具有重要指导意义。

岩爆是在开挖和多源动力扰动下，深部工程岩体中聚积的弹性变形势能突然释放，导致围岩爆裂、弹射的动力灾害。面向国家交通强国建设，依托深埋隧道掘进机（tunnel boring machine，简称TBM）施工铁路隧道，现场实测TBM关键部位和围岩施工振动特性。TBM振动具有明显的跃进特性，TBM护盾尾部振动效应明显，振动加速度范围在−10g～10g之间；撑靴处主要振动方向为沿隧道轴线方向，振动速度范围为1.5～2.5 cm/s，频率为25～35 Hz。随着测点与掌子面距离增加，围岩振动速度和加速度峰值整体沿隧道轴向、径向、竖向3个方向均呈衰减趋势。开展高压硬岩宽低频面扰动真三轴试验，研究TBM低频扰动对花岗岩力学特性及其扰动破坏行为的影响规律。TBM低频动力扰动真三轴试验结果表明：花岗岩动力扰动强度随振动应力幅值增大而降低。针对TBM撑靴作用部位，动力扰动强度随频率和最小主应力增加而增加；最小主应力方向低频扰动会促进拉破裂进一步发育，减低围岩承载力。

将Mazars损伤变量引入到Drucker-Prager（D-P）本构模型中，在有限差分软件FLAC3D平台上开发了循环动力损伤本构模型（Damage模型）。采用开发的损伤本构模型，建立了倾斜液化场地的地铁车站计算模型，考虑不同地震强度、不同地面倾角等多种工况，对地铁车站进行动力分析，探讨地铁车站在倾斜液化场地中的损伤分布与发展特征。结果表明：车站损伤量随着地震强度和地面倾角的增大而增大，且易发生在墙、板、柱连接的位置；在倾斜液化场地中，由于液化土层的水平运动和土压力作用，使得地铁车站同时发生了上浮、滑移和转动变形，在地震峰值加速度为0.3g和地表倾斜角度为1º、2º、3º时，地铁车站的层间位移角分别为1/294、1/234、1/217，同时迎土侧墙的损伤量明显大于背土侧墙的损伤量，车站结构比水平液化场地更易发生破坏。通过对比分析场地液化区分布、地铁车站的变形和损伤特征，可为倾斜液化场地的地铁车站设计施工提供理论依据。

海底滑坡常出现在坡度不超过5º的黏土质缓坡，常规极限平衡法很难再现这种现象，而剪切带扩展法由黏性土的应变软化出发，提出了缓坡失稳的合理解释。以往剪切带扩展法几乎都是针对平直或对称S形边坡，将剪切带的对称扩展简化为单向问题，但实际边坡形态多为非对称。提出了剪切带非对称扩展分析方法，根据潜在滑动面的整体变形协调条件，计算扩展过程中剪应力等变量的演变，评估边坡稳定性。以非对称的高斯型边坡为例，探究局部扰动后的边坡渐进破坏过程，发现当剪切带扩展长度超过临界值时，将诱发灾难性失稳。边坡曲率变化越小，失稳时潜在滑动面最陡处的临界自重剪应力越接近剪切带土体的不排水强度峰值，进而提出了简化失稳准则，并通过有限元模拟验证了其普适性和准确性。以瑞士St. Niklausen滑坡为例，对比了不同分析方法的预测效果。极限平衡法和将边坡近似为对称形状的传统剪切带扩展方法，高估了边坡稳定性。提出的非对称分析方法能够合理再现St. Niklausen滑坡的发生，预测的安全系数和剪切带位置与有限元结果接近。构建的简化失稳准则能够快速给出偏于保守的评估结果。

在滑坡治理工程中，离散的抗滑桩需依托桩间水平土拱形成连续抗滑面。为揭示桩间水平土拱作用下滑坡推力的分配机制并给出合理计算方法，利用有限元软件分析桩间水平土拱对滑坡推力的传递与分配特性，表明桩间水平土拱作用下仍有部分滑坡推力传递至拱前土体处，且当达到一定深度后，向两侧抗滑桩的荷载传递系数趋于稳定。根据Mohr-Coulomb强度准则确定土拱拱脚处破裂面位置，以向两侧抗滑桩荷载分配最优为原则确定土拱高跨比，进而基于极限平衡法给出了桩间水平土拱作用下滑坡推力向两侧抗滑桩的荷载传递系数简化计算方法，与数值模拟、模型试验结果对比验证其正确性。选取土体黏聚力、内摩擦角及桩间距进行参数分析。结果表明，当桩间距小于3倍桩径且滑体黏聚力与内摩擦角较大时，基本可以认为桩后滑坡推力全部作用于抗滑桩。研究成果可为抗滑桩滑坡推力的确定提供理论依据，有助于提高桩身内力、变形分析的准确性及工程设计的可靠性。

岩爆是深部矿产资源开发与地下工程建设中亟待解决的关键科学难题之一。基于弹性应变能与岩石整体破坏准则，结合深埋隧洞开挖完成后围岩二次应力分布，建立岩爆倾向性多因素综合判据模型。研究表明，该判据考虑了岩体切向应力与径向应力、岩体完整性、泊松比及围岩开挖二次应力分布效应，还考虑了岩爆孕育3种要素：应力状态、结构完整性和材料脆性特性。根据岩爆活动强度差异，将其划分为无、弱、中等及强烈4个等级，并确定3个分级阈值为2.5、8.1、25.7，并讨论了各参数的敏感性特征。结果表明，岩体切向应力与抗压强度之比对岩爆烈度分级影响最大，在其大于0.75时，更容易发生强岩爆；当其接近0.40时，更容易发生中等岩爆。通过国内典型深埋隧洞工程案例的实证分析显示，判据的预测结果与实际岩爆情况基本吻合，且与经典岩爆判据具有较好的一致性，具有良好的准确性和适用性。提出的能量−应力协同作用岩爆判据，希望为深埋隧洞应变型岩爆预测提供一种新思路。

既有加筋道床研究中的动荷载主要以定点激励的方式输入，不能反映实际移动列车荷载在线下基础结构物中产生的应力偏转效应。此外，既有研究中通常未考虑路基结构，导致加筋道床对路基的动响应影响仍不明确。因此，采用离散元−有限差分耦合法（discrete element method-finite difference method，简称DEM-FDM）建立了道床−路基耦合仿真模型，对比讨论了道床加筋对移动列车荷载作用下道砟颗粒与路基响应的影响。研究结果表明：道床加筋使轨枕下方扩散角增大了约7º，进而引起力链更多的向枕间区域延伸进，最终有效避免了道床内应力集中现象。道床加筋后系统总能耗的增加主要由阻尼能提供，而摩擦能减小可减弱道砟颗粒间的磨损现象。由于道床加筋提高了道床的总能耗，因此路基不同深度处动应力均减小，其中路基顶面与基床底面动应力峰值分别减小13.4%、2.2%。与道床不加筋相比，道床加筋后路基内主应力轴旋转角的变化量减小，有助于减少由主应力轴旋转引起的路基沉降问题。

在地震动载荷作用下，饱和土体易发生液化，引发地面沉降、地基失稳、砂土喷砂冒水等次生灾害。用传统的基于计算机的中央处理器（central processing unit，简称CPU）的串行数值计算方法进行饱和介质动力响应分析时，由于耦合模型系数矩阵数目多以及方程之间强耦合等因素，会出现计算效率低、计算精度低等问题。针对超大规模复杂流固耦合模型在传统数值框架下的数值计算瓶颈问题，设计了基于计算机的CPU和图形显卡（graphics processing unit，简称GPU）异构并行的计算框架，通过优化大规模数据的并行计算流程，减少CPU和GPU之间的数据传输，结合数据打包方案，减少不必要的时间开销；采用预处理非装配法直接构建整体矩阵的压缩稀疏行（compressed sparse row，简称CSR）压缩格式，避免传统方法组装整体矩阵时产生的巨量内存消耗，使得程序可以以较少的内存资源计算超大规模的有限元模型，降低了程序计算所需的内存和时间成本；基于CUDA内置函数，提出一套新的方程迭代求解方案，构建了适用于多场耦合问题的并行迭代求解器。针对复杂的流固耦合动力响应问题，提出的并行求解器较传统串行计算方法呈现数量级的性能跃升，计算效率提升达2个数量级，计算规模突破千万自由度量级。与ABAQUS软件相比，计算效率提高15倍以上。

为了克服传统机器学习往往只关注文本数据而对图像数据的识别与分析的不足，基于静力触探试验（static cone penetration test，简称CPT）测试关键参数曲线图像数据集提出一种改进的密集链接卷积神经网络（densely connected convolutional networks，简称DenseNet）算法的土层分类模型。首先，利用CPT测试数据生成关键参数曲线图像，并整理成数据集；其次，将Optuna优化框架与压缩和激励（squeeze and excitation，简称SE）注意力模块嵌入到DenseNet模型，并引入损失函数、准确率、受试者工作特征曲线（receiver operating characteristic curve，简称ROC）等评估指标对模型性能进行评价；最后，将改进的DenseNet模型运用到对实际工程中的预测中，验证模型的泛化能力。研究结果表明：构建的改进DenseNet算法的土层分类模型在自建的山东黄河冲积平原地区CPT图像数据集上识别准确率达到0.920 9，具有较高的识别准确率和较强的鲁棒性，且相较于当前主流深度学习模型和未改进前模型土层识别效果都有所提升；将改进模型应用于实际工程项目中，验证了滨州、德州、东营、菏泽、聊城5个地区共50个钻孔数据，分层准确率均在0.82以上。与双桥静力触探分类图相比，改进模型更具优势，提出的改进的DenseNet模型为土层分类问题提供了一种有效的解决方案，并为该领域的进一步研究提供了有益的参考。

获取月壤的原位力学是人类在月面开展科研和建设的先决条件。系统梳理了不同原位探测方法的原理、功能和优缺点，并总结了苏联月球号和美国阿波罗号在月壤原位力学探测方面已取得的研究成果、存在的问题以及目前相关技术的发展趋势。聚焦我国月壤原位力学探测技术的研究现状，重点阐述了相关研究单位基于静力触探方法在月壤、星壤原位力学探测方面所开展的预研工作。由于月壤独特的物理性质、极端月球环境以及有限资源的限制，要实现月壤原位力学以及3 m以上更深的精准探测和解译，其关键技术尚待进一步创新和突破。依据我国探月工程的发展需求，提出了月壤原位力学探测亟需重点攻关的技术难点和发展方向。未来的月壤原位力学探测载荷将朝着小型化、自动化、智能化的方向发展，形成作业模式新颖的新原理和新方法，同时在结构设计上进行创新，并嵌入机器学习的技术，AI赋能建立适合月壤的力学参数精准解译方法，从而为我国月壤原位力学探测任务的顺利实施以及实现更准、更深的探测目标提供参考和技术支撑。