为解决软土地区地下工程开发中的淤泥废渣问题，采用固体碱激发的矿渣−粉煤灰基地聚合物材料，对含水率为80%的淤泥进行固化处理，并将其转化为再生细骨料。首先从宏观尺度评估了先驱剂比例、掺量、固体硅酸钠模数、碱激发剂掺量及水灰比等地聚合物关键配比参数对再生细骨料的孔隙分布、连通性及颗粒堆积性能的影响，为其工程轻量化应用提供理论依据；进一步通过落锤冲击试验，分析上述配比参数对再生细骨料填料体冲击破碎特性的影响，包括冲击后的颗粒级配演化、分形维数及相对破碎指数的变化规律；最后，借助扫描电子显微镜与能量色散X射线光谱对再生细骨料单颗粒的微观形貌及化学成分进行表征，从微观尺度揭示不同地聚合物配比对再生细骨料冲击破碎特性的调控机制，并建立宏观性能与微观结构之间的跨尺度关联。研究结果表明：所有试验配比下再生细骨料填料体的堆积密度均低于1 200 kg/m3，满足防护缓冲垫层的轻质化要求。然而，不同配比的再生细骨料在基础物理性质及冲击破碎特性上表现出显著差异，这种差异主要受地聚合凝胶生成类型与孔结构形态分布控制。采用90%矿渣与10%粉煤灰组成的先驱剂（掺量为30%）、模数为0.8的固体硅酸钠及15.85%的碱激发剂掺量，以干粉混合方式直接固化含水率为80%的淤泥，可制备出基础物理性能良好且抗冲击破碎能力优异的再生细骨料。研究结果可为地下结构防护与缓冲垫层提供潜在的颗粒材料，同时有助于推动淤泥资源的高附加值利用，具有重要的工程应用价值与环境效益。

人工冻结法广泛应用于复杂环境岩土工程及应急处理，但冻土强度特性的原位评价尚不成熟。采用自主研发的嵌入式四电极系统，对长江河漫滩富水粉质黏土开展强度与电法测试，结果表明：人工冻土无侧限抗压强度随温度降低呈“缓升—激增—缓升”特征，随干密度增大而升高；与含水率呈特殊关联，在临界含水率为22%时达到峰值，超此值因冻胀裂纹下降，近饱和时转为冰骨架主导，强度小幅回升但低于峰值。电阻率随温度降低呈阶段性变化：低温阶段因自由水冻结、孔隙曲折度增加而急剧升高，含水率越高导电弱化越显著，存在临界干密度使导电机制由孔隙水转为结合水与土骨架主导，此时电阻率随干密度略降；更低温度下以结合水导电为主，增速放缓。饱和度与电阻率呈幂函数关系，结合水冻结及冻胀变形放大其敏感性。无侧限抗压强度与变形模量呈强线性关系，且均随电阻率升高而增大。基于电阻率构建了连接宏观特性与微观结构、水分变化的预测模型，从细观层面解释了模型离散性及精度问题。Brunnauer-Emmett-Teller（BET）法与扫描电子显微镜（scanning electron microscope，简称SEM）试验验证表明：孔隙参数随含水率增大，冻融后团聚体由片状转为蜂窝状，高含水率时团聚体重组并且微孔隙扩展为连续大孔隙，揭示了冻融微观损伤过程及水冰相变与孔隙结构耦合对强度的影响机制。本研究深化了多参数耦合下冻土工程特性与电阻率响应机制的理解，为构建人工冻土场地高效精准的电阻率−工程特性评价模型体系提供支撑。

大直径泥水盾构产出的巨量废弃土导致的环保问题日益严重，MgO固化−碳化技术则是一种高效、绿色可持续的废弃土改性方法，但碳化过程中土壤质量转化规律及机制尚不明确。为此，基于水分转化机制，定量测定了不同MgO掺量、碳化时间条件下碳化土的孔隙水、CO2含量，探究土壤各组分质量变化规律，提出质量转化机制模型与质量转化模型，分析质量转化模型与力学性质间关联。结果表明：碳化过程中土壤质量改变由CO2吸收和蒸发水逸出构成，各组分含量的变化满足水分转化、碳−水协同关系；由CO2吸收引起的土体质量增长比例随碳化时间的延长而增大，最多可吸收197 kg/m3；水分转化重心逐渐向矿物水的增加迁移，最多有48%的孔隙水转化为碳化矿物水。拟合发现，随着掺量的增大，孔隙水消耗与CO2吸收的比值下降，碳化反应吸收CO2的效率更高。通过建立基于水分转化原理的质量转化模型，利用模型中各组分的变化来间接判断强度、弹性模量的改变情况，其中孔隙水变化量与无侧限强度、弹性模量分别呈自然指数、线性关系，通过质量转化模型分析力学性质的计算方法为MgO固化−碳化泥水盾构高液限粉土的预测提供了一种新的思路。

土壤重金属（heavy metal，简称HM）污染是中国面临的普遍且严峻的环境挑战，经处理的污染土壤在复杂环境下仍存在二次释放风险。开发了一种新型固化剂——硅藻土−粉煤灰基地质聚合物（diatomaceous earth-fly ash-base geopohymer，简称D-FA），由磷酸（H₃PO₄）、粉煤灰和硅藻土合成，用于固化/稳定化受Pb²⁺/Zn²⁺污染的红黏土。在酸性−干湿循环耦合条件下，通过毒性浸出试验（toxicity characterization leaching procedure，简称TCLP）评估短期有效性，利用加速浸出试验（accelerated toxicity characterization leaching procedure，简称ATCLP）解析浸出动力学并预测长期性能。结合扫描电子显微镜（scanning electron microscopy，简称SEM）、能量色散光谱（energy-dispersive spectroscopy，简称EDS）和X射线衍射（X-ray diffraction，简称XRD）多尺度表征微观结构演变与降解机制。基于累积浸出率CFL（cumulative leaching faction）和有效扩散系数Dₑ建立耐久性评估框架，实现环境保障期预测。结果表明，D-FA使红黏土强度提高6.59倍，28 d内对Pb²⁺和Zn²⁺的固定效率分别达99.99%和73.95%。长期酸性−干湿循环条件下，D-FA对Zn²⁺的稳定耐久性优于Pb²⁺。菲克扩散模型预测，pH=5时农田保障期达数十年，草地/林地超过200 a，建筑工地可达数世纪。

为探究荷载作用下红层泥岩膨胀的多尺度演化特征，以川中侏罗系红层为对象，开展了宏观吸水膨胀试验、微观结构观测及分子动力学模拟，揭示了红层泥岩宏观膨胀的微−纳观演化机制。结果表明，红层泥岩膨胀过程可分为快速、减速和稳定三个阶段；随上覆荷载增大，其宏观膨胀力和吸水率呈线性下降趋势，但在100 kPa荷载下出现异常峰值，归因于该临界荷载引发新生微裂隙，从而促进水分渗入与矿物水化。微观结构分析显示，微孔区间内孔隙分形维数在峰值荷载处达到最大值1.88，表明微观结构复杂度与宏观膨胀呈显著正相关。分子动力学模拟从纳米机制揭示了荷载对黏土矿物层间水分子与离子扩散性能的抑制效应，水分子与Na⁺的扩散系数分别降低至3.3×10⁻⁷、2.0×10⁻⁷ cm²/s，增强了矿物水化结构稳定性。从宏–微–纳观多尺度阐明了泥岩吸水膨胀机制及演化规律，为解决红层地区高速铁路路基地质灾害提供了理论参考。

深挖方膨胀土渠道边坡稳定性受地下水位变化、干湿循环及原生裂隙共同影响。为此，开展了含原生裂隙边坡的水力响应模型试验，设置左侧含裂隙、右侧无裂隙作为对照，共模拟了4次干湿循环、地下水位变化及一次长历时降雨。结果表明：（1）裂隙改变了水分分布，左侧含水率空间差异显著，右侧在长期降雨后趋于均匀；（2）深层土体孔隙水压力受地下水位控制，含裂隙侧边坡响应更强；（3）左侧边坡深层土体基质吸力表现出与仅存在干湿循环作用时不同的响应模式；（4）基质吸力随干湿循环次数增加而不断衰减，导致土体抗剪强度下降，引发边坡位移加速增长，位移响应存在一定的滞后性。地下水位和原生裂隙的共同作用加剧了边坡的变形破坏。

深层油气资源开发潜力巨大，但储层压裂改造受到高围压影响，裂缝尖端呈现显著非线性力学行为，导致水力裂缝扩展困难。为明确围压作用下岩石的非线性断裂特性，采用黄砂岩标准单边缺口梁试件开展了围压条件下的三点弯曲断裂试验，并利用声发射采集系统监测了断裂过程区（fracture process zone，简称FPZ）发育过程。结果表明：岩石在围压作用下具有显著的非线性断裂特征，并且高围压水平延长了峰前FPZ发育和演化的整个过程。高围压水平下岩石内部的微观断裂机制由沿着矿物颗粒断裂向穿透矿物颗粒断裂转变，这种微观断裂模式的转变是导致宏观断裂面光滑化和断裂能升高的根本原因。基于内聚区模型（cohesive zone model，简称CZM），建立了围压作用下FPZ长度的解析模型。随着围压增加，FPZ长度减小，而断裂能增大，表明围压不仅约束了FPZ的发育空间，更显著提高了单位面积FPZ的能量耗散强度。宏观上表现为更高应力水平才能驱动FPZ进一步发育和裂缝扩展。这一现象反映了围压对岩石非线性断裂行为的强化效应。研究结果可为深层压裂改造提供理论支撑。

了解层状砂岩在循环载荷作用下的力学各向异性和损伤演化规律，是评价地下岩石工程动力稳定性的关键。本研究对7种不同层理倾角的长方体砂岩试件进行了分级循环载荷试验。结合不同方位的应变监测、能量分解及声发射信号监测技术，分析了分级循环载荷下层理砂岩力学各向异性、能量演化及声发射特征。结果表明：（1）层理倾角对砂岩强度、变形各向异性响应特征具有显著影响，低倾角与高倾角条件下强度较大，但应变各向异性系数g 较小，且以张拉破坏为主，而中等倾角区间g（30º、45º、60º、75º）较大，以剪切破坏为主，相同层理角度砂岩纵向应变各向异系数g_A大于横向应变各向异系数g_L；（2）基于走向层理面纵向应变值e_SA计算获得总输入能与弹性能随层理倾角变化呈“U”型分布，而基于倾向层理面纵向应变值e_DA计算获得总输入能与弹性能则表现为“Λ”型分布，揭示了能量释放与层理面方位也密切相关；（3）基于累计振铃计数构建的损伤变量揭示了损伤演化的显著各向异性，上升角参数RA与平均频率参数AF（RA-AF联合分析）可精准区分裂纹类型，剪切裂纹占比呈“Λ”型分布，且倾角为75º时达到峰值，与宏观强度“U”型分布形成对应，声发射定位则能有效反映最终损伤空间分布特征。因此，研究层理倾角对砂岩力学各向异性、能量双向分布及声发射多参数表征的损伤演化规律，以期能为层状围岩的动力稳定性评价及灾害预警提供了理论支撑。

突破压力是表征盖层毛细密封能力的关键参数。CO₂注入引发的CO₂−盐水−岩石反应会显著影响岩石的输运和密封特性，但该作用对盖层突破压力的影响机制尚不清楚。为揭示盖层突破压力对CO₂−盐水−岩石反应的响应机制，利用取自于准噶尔盆地的深部盖层岩心，开展CO₂−盐水−岩石反应过程中盖层突破压力测试，并采用核磁共振、显微电子扫描、液相离子色谱及静态水滴法等手段，表征岩心的孔隙结构及润湿性演化特征。结果表明，CO₂−盐水−岩石反应导致盖层突破压力降低，这一现象可归因于岩心孔隙体积增加、渗透性增强及润湿性减弱的协同驱动作用。通过矿物溶蚀反应动力学分析发现，在次生矿物阻抗效应作用下，随着反应时长的增加，盖层突破压力降幅将逐步减缓并趋于稳定。在地质封存工程安全运行压力阈值设计中，需充分考量CO₂−盐水−岩石反应引发的盖层密封性能减弱效应，以保障工程的长期安全与稳定运行。

目前，针对地下连续墙成槽稳定性的理论研究很少兼顾降雨与地下水位耦合效应，尤其缺乏对间歇性降雨入渗导致土体力学性质演变的定量分析。首先基于Green-Ampt模型，并结合Bodman-Colman土体分层假定，提出一种同时考虑干湿循环对饱和渗透系数影响及降雨间隙蒸发损失的改进Green-Ampt间歇性降雨入渗模型。在该模型中，利用分形几何孔隙结构分析建立非饱和土饱和渗透系数预测式，并据此给出湿润层动态演化关系；基于Penman-Wilson公式量化降雨间隙蒸发量，修正过渡层初始含水率；其次，结合Darcy定律与Mohr-Coulomb准则，推导依赖降雨强度与历时的分段表观黏聚力表达式；然后，运用极限分析上限理论构建基于空间离散方法的三维转动破坏模型，将表观黏聚力做功项引入虚功方程，推导出考虑间歇性降雨入渗与地下水位波动的槽壁稳定安全系数上限解；最后，通过对比数值模拟、既有现场试验与既有现场监测资料对解析解进行验证，结果吻合良好，证明模型可准确评估间歇性降雨入渗及地下水位波动对槽壁稳定性的影响。此外，针对间歇性降雨敏感参数（降雨强度、降雨次数、平均温度）、地下连续墙土体敏感参数（土体孔隙分布特征参数、槽壁宽高比、有效黏聚力、有效内摩擦角、地下水位深度）等进行了影响因素分析。参数分析表明：降雨强度、降雨次数和平均温度增大均加深湿润锋并降低安全系数；较高地下水位通过抬升孔隙水压力显著削弱槽壁稳定性，而较高泥浆液位可提供部分抵抗；土体孔隙分布特征参数l越大、分形维数D越小，渗透性越强，安全系数越低；有效黏聚力与有效内摩擦角提高可明显增强槽壁抗剪能力；槽壁宽高比L/H＜1.5时三维边界效应显著，L/H＞10时可忽略。

各向异性固结显著影响饱和砂土的液化特性，为探究各向异性固结饱和珊瑚砂在循环荷载下的性质演化规律，开展了不同固结条件下循环应力主轴90º跳转的不排水循环剪切试验。试验结果表明，固结条件对饱和珊瑚砂应力−应变关系影响显著：应力分量与固结应力方向一致时滞回曲线单向累积发展，方向不一致时滞回曲线则交替往复。依据平均流动系数及平均流动系数梯度随循环次数的变化，可将珊瑚砂的性质演化分为三阶段，初始阶段为弹性固态（孔压及流动性低），随后孔压加速累积进入固−液过渡态（流动性显著增强），最终平均流动系数梯度突变后转入瞬时黏性液态。不同固结与循环加载模式下，平均流动系数梯度随孔压比均呈先增后减趋势，其反转点对应临界孔压比r_uth ≈ 0.9，且该值与试验条件无关。鉴于各向异性固结下珊瑚砂孔压与应变的不协调，此临界孔压比可作为复杂静−动应力作用下饱和砂土的液化触发标准。

压实膨润土是垃圾填埋场与核废物处置库等工程的重要防渗材料，长期接触含盐污染水易导致其渗透性升高，影响屏障性能。因此，建立渗透系数与溶液浓度之间的理论关系对预测材料长期性能至关重要。本研究从盐溶液饱和状态下膨润土的微观结构出发，修正了渗透系数与蒙脱石孔隙比之间的关系，并引入修正有效应力，构建了渗透系数随上覆荷载与盐溶液浓度变化的分形模型。通过固结渗透试验与文献数据验证，结果表明：模型计算值与试验值的相对误差均在±12%以内，模型预测的渗透系数与实测值之间具有良好的一致性。该模型为预测盐环境下膨润土屏障的渗透性能提供了简便可靠的理论方法。

静态破碎相对于传统爆破方式，其优点是安全、环保，在石材开采、致裂岩石和城市建筑物拆除工程中得到广泛应用，然而该技术在定向破碎方面研究不足，存在致裂时间长、破碎方向不易预测和控制等问题。为探究膨胀荷载下不同切槽深度对试样断裂效果的影响，开展了5组不同切槽深度的混凝土试块静态破碎试验，结合声发射、应变监测和数字图像相关（digital image correlation，简称DIC）技术研究膨胀荷载作用下切槽深度对试样断裂模式的影响规律，讨论了切槽试样在不同破碎阶段的能量特征、应变特征与表面应变场的变化规律。在试验中观察到两种裂纹类型：P型裂纹（裂纹平行于切槽方向扩展）和T型裂纹（裂纹垂直于切槽方向扩展）。结果显示，与圆孔试样相比，两翼切槽孔试样的起裂时间缩短了约1 h，且切槽深度越大，起裂时间越短；随着切槽深度的增加，试样的最终断裂模式由P-P-T-T向P-P转变，切槽深度的增加将使得切槽处应力集中增强，进而抑制T型裂纹的产生；在P-P-T-T和P-P-T断裂模式中，T型裂纹萌生会导致其对应自由面的应变由上升趋势转为下降趋势，形成了明显的受力状态转折点；P型裂纹开裂时，试样的声发射撞击数和能量均急剧上升，P-P-T-T和P-P-T断裂模式的撞击数、累积能量均高于P-P断裂模式，且T型裂纹萌生会导致撞击数产生第二段峰值。

随着高坝大库的广泛建设与运行环境的日益复杂，大坝安全预警面临更高要求，亟需突破传统方法在复杂工况下预测能力不足的瓶颈。围绕风险预警智能评估、预警指标智能拟定以及基于智能优化的风险预警模型3个核心维度，系统梳理了大坝安全智能预警领域的研究进展，深入分析了风险评估从静态阈值判断向多维状态概率量化的跨越趋势，阐述了预警指标从人工经验筛选向数据驱动自动寻优的转变路径，并重点探讨了智能优化算法在解决机器学习与深度学习模型参数敏感及局部最优问题中的关键作用。研究表明，通过融合智能优化策略，能够显著降低对经验参数的依赖，提升模型在复杂非线性环境下的泛化能力与稳定性。研究旨在推动大坝安全预警系统向实时化、精准化与自适应化方向发展，为构建新一代智能化大坝安全预警理论体系提供坚实的理论依据与关键技术支撑。

蠕变向快速运动的转变机制是水库滑坡失稳机制研究中的关键难题之一。滑带土是控制滑坡演化和失稳运动能力的关键。以三峡库区内持续蠕变的巨型顺层滑坡−木鱼包滑坡为对象，对滑带土进行环剪试验表明，残余摩擦系数具有法向应力和剪切速率双重依赖性。低速率下摩擦弱化（指数衰减），超过临界速率（v₀ = 3.33×10⁻⁴ m/s）后转为摩擦略强化（对数增长）。摩擦弱化是主导滑坡由缓慢蠕变向快速失稳转变的机制，通过“速率提升―摩擦弱化―速率再提升”正反馈循环促进加速蠕变。基于此，构建了法向应力、速率相关摩擦特性及孔隙水压力变化的三维条分滑坡动力学模型。研究揭示了木鱼包滑坡的潜在失稳机制，为水库区蠕变型滑坡的速度预测和趋势研判提供了理论支撑。

受煤层上方巨厚推覆体影响，工作面采后覆岩破断形态和应力分布均发生显著变化，应力异常集中导致巷道大变形，且易发生冒顶事故，制约工作面安全开采。以新集一矿阜凤巨厚推覆体下方360801工作面开采为工程背景，首先通过相似材料试验研究巨厚推覆体影响下工作面覆岩结构演化特征，发现工作面采后巨厚推覆体以板结构形式弯曲下沉，巨厚推覆体下覆岩层发生成拱效应形成不对称压力拱结构。然后，通过数值模拟研究巨厚推覆体影响下工作面围岩应力分布特征，发现覆岩不对称压力拱结构导致工作面应力分布也呈现出明显的不对称性，应力高峰区不断向工作面前方巷道密集区转移，且随工作面推进应力集中程度不断增加；与无推覆体条件相比，巷道密集区两帮及顶底板最大移近量分别增加了32%和52%，应力峰值大小及其超前工作面距离分别增加了8.86 MPa和80 m。最后，构建了巨厚推覆体影响下覆岩不对称压力拱结构模型，推导了不对称压力拱结构迹线方程，并获得了压力拱影响范围，发现随着侧向水平应力、采高和埋深的增加，压力拱影响范围逐渐增加。确定了工作面合理停采线位置，即距离巷道密集区240 m。现场实践表明，巷道密集区围岩锚索、锚杆最大受力分别为176 kN和72 kN，顶底板及两帮最大移近量分别为198 mm和118 mm，比相邻360803工作面末采时分别减小了43.4%和26.9%，围岩稳定性明显提高。研究可为类似条件工作面停采线位置设计和围岩控制提供理论依据。

海底滑坡严重威胁布置在海床表面的基础设施和沿岸城市的安全。相比于陆上滑坡，深海滑坡多发生在坡度小于5º的缓坡，且具有更大的滑坡体积。极限平衡和强度折减等传统方法很难再现缓坡的大规模渐进失稳。将黏性土的应变软化引入理论分析和数值模拟，能够追踪剪切带扩展引起缓坡渐进失稳的过程，因而近年受到国内外的普遍关注。系统回顾了剪切带扩展方法的研究进展，总结了线弹性断裂力学、能量平衡和过渡区法等基础理论推导的原理和适用条件；讨论了动力效应、二维曲坡、三维边坡、非浅埋滑动面等复杂工况的理论解和数值解，给出了量化的失稳判断准则。针对快速沉积、坡脚侵蚀、气体迁移和地震等典型触发因素，展示了剪切带扩展法对实际海底滑坡案例的应用潜力。

全风化花岗岩因其高细粒含量所呈现的显著黏性，对我国东南沿海地区地铁隧道土压平衡盾构施工构成严峻挑战，易引发刀盘黏附形成泥饼，导致扭矩激增、排渣受阻、掘进效能下降，甚至因摩擦高温致使泥饼干结固化，被迫停机开舱，带来显著的经济与安全风险。泡沫改良是应对此类黏性地层的有效途径。然而，现有方法在全风化花岗岩地层中缺乏对泡沫组分进行系统性优化的鲁棒策略，难以统筹兼顾发泡性能、改良效果与经济性等多重目标，且忽视了多组分泡沫体系中复杂的交互效应。为此，引入响应面法（response surface methodology，简称RSM）与中心复合设计（central composite design，简称CCD），以阴离子表面活性剂a-烯烃磺酸钠（sodium alpha-olefin sulfonate，简称AOS）、非离子表面活性剂烷基糖苷（alkyl polyglucoside，简称APG）、泡沫稳定剂黄原胶（xanthan gum，简称XHG）及无机分散剂六偏磷酸钠（sodium hexametaphosphate，简称SHMP）为自变量，构建了泡沫性能的RSM预测模型。在性能评价方面，发泡能力采用改进罗氏泡沫仪测得的泡沫体积表征；稳定性以泡沫半衰期与5 min消泡率共同表征；对渣土黏附倾向的降低效果，则通过改进的艾德堡锥形拉拔测试仪测量的界面黏附力进行量化。结合期望函数法进行多目标决策，确定了最优复配方案，命名为福岩-1S型泡沫剂（简称FY-1S）：AOS、APG、XHG、SHMP质量分数分别为4.18%、1.59%、0.16%、0.95%。室内试验表明，FY-1S型泡沫剂在稳定时长与界面黏附力削减等关键性能上均优于所选用的3种商用泡沫剂。现场工程验证于厦门地铁3号线EPB盾构区间开展，通过对比FY-1S与商用泡沫剂的改良效果，系统评估了渣土性状（界面黏附力、不排水剪切强度、竖向坍落度）与盾构掘进参数（刀盘扭矩、总推力、掘进速度、土舱压力）。结果表明，FY-1S能有效改善渣土和易性，显著降低渣土力学强度、刀盘扭矩与掘进阻力，提升了盾构掘进效率与适应性。

深埋水工隧洞中排水孔堵塞会显著改变结构的孔压分布及力学响应，进而威胁隧洞稳定与服役安全。相较于现有的排水孔整体渗透系数折减法，基于线单元提出排水孔分段堵塞模拟方法，构建了深埋隧洞渗流数值模型，对比验证其适用性良好。在此基础上，采用渗流−应力间接耦合方法，建立荷载−结构模型，定量研究了排水孔堵塞空间分布情况对衬砌承载特性的影响。结果表明：衬砌水力损伤随单孔堵塞深度增加呈“缓变―陡变―稳定”三阶段特征，阈值分别为0、3.6、4.4 m；堵塞处过高的水力梯度引起衬砌压缩变形并形成反弯点，在缓变阶段末即相对堵塞深度达到0.9时，衬砌发生受拉损伤失效，受压损伤可忽略；相邻多孔堵塞使衬砌局部外水压力显著叠加，两孔相邻时峰值为3.81 MPa，间隔最远时降至2.65 MPa，局部不均匀高压梯度是导致贯通损伤的主导因素。研究成果为深埋隧洞排水系统的优化设计与安全运维提供了理论依据。

土石坝因其变形适应力强、经济性好等优势，成为我国水利水电工程建设中采用最广泛的坝型。土石坝填筑施工及服役中产生的沉降变形可能对工程安全造成严重影响，因此对坝体进行准确的沉降分析及变形控制对工程安全具有重大意义。基于黏土−砂土统一硬化模型（unified hardening model for clays and sands，简称CSUH），采用差分进化与局部搜索耦合的本构参数标定方法，对新疆阿尔塔什面板坝工程填筑期的沉降变形特性进行了有限元模拟，分析了坝体填料的应力−应变特性，并与基于修正剑桥模型的计算结果进行了对比。结果表明，相比修正剑桥模型，采用CSUH模型进行坝体填筑沉降分析能够显著提高预测精度，其主要原因是CSUH模型通过引入压硬性参数实现了对坝料压缩特性的合理描述。为进一步提升预测精度，提出了一种考虑坝体沉降规律的模型参数优化方法，在参数标定时仅考虑坝体填筑期实际轴向应变范围内的三轴试验数据。通过与现场监测数据的对比，验证了所提方法的合理性。

矿山开采、地下储能及深部隧道掘进等岩石工程中，岩石破裂行为突发性强、潜在破坏性大，精准感知岩石破裂所处的不同阶段是实现地质灾害预警与工程风险防控的关键。如何基于声发射等现有监测技术实现岩石破裂行为特征多元融合与状态判别仍有待深入。提出了一种知识与数据融合驱动的岩石破裂阶段智能识别框架。以花岗岩为例，首先依据岩石力学理论构建阶段分级规则知识进行声发射数据自动标注；再结合极限梯度提升（extreme gradient boosting，简称XGBoost）、随机森林（random forest，简称RF）与支持向量机（support vector machine，简称SVM）三种机器学习算法，分别实现了数据驱动下花岗岩破裂不同阶段的智能识别。比较3种模型的识别结果后发现，XGBoost模型综合性能最优，其加权F1-score（各类别F1值按样本数加权的平均）为0.860 3，宏平均召回率为80.16%，宏平均AUC值为0.97。宏平均AUC为所有类别AUC的算术均值；受试者工作特征（receiver operating characteristic，简称ROC）曲线以假正例率、真正例率为横纵轴，表征不同阈值下模型判别效果；AUC即ROC曲线下面积，取值0~1，数值越高二分类性能越好。识别可解释的关键特征包括累计能量、累计振铃数、振铃数与撞击数，其中前两者的SHAP值（用于量化各特征对模型预测结果的贡献程度）贡献最高。此研究为岩石破裂状态的自动识别与灾变预警构建了一种新范式。

传统土力学中对黏性土黏聚力的解释多依赖于摩尔−库仑破坏准则框架下的宏观参数黏聚力c，本研究采用聚硼硅氧烷涂层玻璃颗粒制备黏聚力可控颗粒材料（cohesive granular materials，简称CCGM），实现颗粒间微观黏聚力（即聚合物桥黏结）定量可控，将黏性颗粒的黏聚力与颗粒间的微观黏结作用力进行联系，使颗粒黏性从宏观性描述转变为可量化的颗粒物理刻画。为揭示黏性颗粒从准静态到流动状态的跨流态演化机制，本研究引入颗粒的动态黏聚力物理表达发展了黏性颗粒摩擦系数−惯性数I的流变准则，基于发展的准则和物质点法（material point method，简称MPM）计算框架建立了连续介质动力学模型，能描述黏性颗粒从静止到流动的全过程。建立的连续介质模型能有效重现颗粒柱坍塌试验的时序演化过程，还能捕捉试验中发现的黏聚力增大会导致坍塌启动延迟、滑距减少、堆积角增加等现象。试验和模拟还表明，当黏聚数Co≥8.1或高径比a≥2.0时，颗粒流因非均匀能量耗散会形成径向裂纹网络。研究成果为滑坡碎屑流运动预测提供了理论工具。

软基固结性状的感知与推演是软基稳定性分析和沉降变形计算的重要前提，固结度的准确计算取决于固结参数和排水边界条件的合理确定。针对软土地基固结参数的反演辨识与固结性状感知，利用神经网络自动微分功能编译固结微分方程，建立了软土地基固结方程的物理信息神经网络。采用连续排水边界条件考虑边界孔压随时间的变化，结合固结物理方程、连续排水边界和初始条件构建了各物理项的损失函数，并引入孔隙水压力消散数据作为数据驱动项，建立了数据与物理机制协同驱动的软基固结参数反演−固结度推演一体化模型，通过训练模型和超参数优化，实现了软土原位固结系数、连续排水边界参数的数物融合反演辨识知与固结度的推演。在对模型反演与推演精度验证的基础上，研究了孔压计布设位置、孔压数据读取周期和频率对参数识别精度的影响规律。结果表明，将孔压计布置于孔隙水压力变化显著位置能有效提升反演精度，且模型参数反演精度随着观测周期和观测频率的增加而提升；模型因有效融入了物理机制，仅需短期孔隙水压力观测数据即可实现多未知固结参数精准反演，同时能预测孔隙水压力消散过程与推演固结度发展过程。研究成果为软土地基处理设计、施工控制和工后沉降预测提供了可靠、高效的新途径。

自密实混凝土收缩与温度梯度作用会引发无砟轨道结构损伤变形，导致轨道板与自密实混凝土层间黏结性能发生不可逆劣化。鉴于此，以CRTS Ⅲ型无砟轨道为研究对象，基于有限元方法，建立了考虑结构配筋与层间黏结的精细化模型，系统揭示了温度荷载作用下轨道结构的变形规律与层间界面损伤演化机制；结合多体系统动力学方法，构建了车辆−轨道耦合动力学模型，分析了由温度梯度作用引起的周期性轨道不平顺对车−轨系统动力响应的影响。结果表明：自密实混凝土收缩时，门型钢筋有效抑制了其内侧界面损伤的发展；轨道板与自密实混凝土层间的界面损伤主要受正温度梯度作用的影响，当梯度为+60 ℃/m时，损伤始于板角并逐渐向板中扩展，至温度梯度为+70 ℃/m时出现局部失效区域。此外，温度梯度作用会诱发单元式无砟轨道产生周期性不平顺，从而加剧轮轨动态相互作用；轮轨垂向力和轨道板振动加速度随温度梯度、车辆运营速度的增大均呈现增大的趋势。

岩石力学参数的准确获取是工程设计的关键，采用随钻技术感知岩石强度已成为主要技术手段之一。现有随钻强度预测模型主要采用物理理论分析或机器学习等单一预测方法，预测结果受现场工况及数据条件影响较大。建立了一个基于随钻参数的岩石抗压强度的物理信息神经网络（physics-informed neural network，简称PINN）预测模型，该模型以CNN-LSTM-Attention融合模型为基础框架，通过将基于多翼切削钻强度预测物理模型转化为约束条件，实现物理与数据融合驱动的岩石抗压强度准确预测。通过构建参数样本，对比分析发现：修正后的物理模型岩石强度预测准确率提高15%，与真实岩石强度的相关系数达到0.97。PINN模型较6种传统神经网络模型测试集强度预测结果的决定系数最小提升2%，平均绝对误差最小减少9%。进一步结合复合岩层实际随钻数据，在顺序为花岗岩、砾岩和砂岩组合岩层时，PINN岩石强度预测平均值误差分别为3.63、4.44、1.19 MPa，百分误差均小于8%，验证了PINN模型对不同岩性地层强度预测具有较好的鲁棒性。研究成果对隧道随钻技术及实时岩体强度自动感知具有一定指导作用。

为实现库岸边坡时变可靠度准确评估，需同时考虑土体强度和水力参数的空间变异性，以及降雨和库水位波动等环境荷载的时变影响。传统数值方法在时变可靠度分析时往往需逐时刻计算静态可靠度，该过程十分耗时。为此，提出了一种基于混合深度学习的库岸边坡时变可靠度高效分析方法。该方法引入卷积块注意力机制（convolutional block attention mechanism，简称CBAM）增强的残差网络（residual network，简称ResNet），通过学习土体参数随机场数字图像，提取多参数的空间变异特征；同时结合双向长短时记忆网络（bidirectional long short-term memory network，简称BiLSTM），捕捉环境荷载的时间序列演化规律。将两类模型的输出进行融合，实现土体参数与环境荷载不确定性下的库岸边坡安全系数时序预测，并实现高效可靠度评估。以三峡库区石榴树包滑坡为例对提出方法进行验证。结果表明：所提方法能够同时学习多个土体参数随机场数字图像与时序环境荷载的多模态数据，其安全系数预测结果与传统数值方法一致，且计算效率提升约305倍。基于0～60月的监测数据，所提出方法对失效概率预测的决定系数达到0.932，高于传统深度学习方法，表明其具有更优的预测性能。

随钻获取钻进参数进而分析岩土体参数是工程勘察智慧化发展的重要环节，针对当前随钻测试（measurement-while- drilling，简称MWD）系统缺乏泛化能力，无法量测钻头直接作用在岩土体上的扭矩、推力等参数的问题，提出了存储式孔内MWD方法。该方法通过在钻杆与钻头之间增加测试短接，实现对扭矩、推力、转速和倾角的近钻头端直接量测，物理意义明确且无需杆长修正。测试短接采用装配式设计，可灵活匹配不同规格钻杆，适用多种钻机型号，具有良好的工程适应性。系统以存储方式独立采集数据，并配合深度计数器完成数据拼接和时间−深度转换，保证钻进参数的完整性与可靠性。武汉某工业园试验显示，该方法能够清晰地反映土层和岩层钻进特性，以及地层岩性变化和不连续面的位置，多参数联合分析可有效揭示岩石完整性差异。钻进过程中同一岩性内推力随深度线性增加，验证了近钻头端直接量测对杆长效应的规避作用。该技术为工程勘察中随钻数据的获取和地层参数的反演提供了可行、灵活且高精度的手段。