长期处于变低温环境中的岩石热力学效应主要表现为材料的力学特性参数、热力系数和饱和冻结状态孔隙冰胀系数等随温度改变而发生变化，这种变化对岩体的变形及强度特性均有显著影响。根据变物性参数的非线性热弹性理论，建立了考虑热力系数和冰胀力系数的本构方程，给出了单轴压缩条件下热力效应系数随温度变化的分析格式和确定方法；借助于花岗岩不同低温干燥和饱和冻结状态的单轴压缩试验资料，获得了花岗岩低温热力效应与温度的关系，并探讨了其对花岗岩抗压强度的影响特性。分析表明，在变低温环境下花岗岩热力系数和冰胀力系数均随相对温差的增大而逐渐减小，热力系数降低速率小于冰胀系数降低速率，在同一温差下热力系数大于冰胀系数；热应力和冰胀应力与温度改变量呈非线性增长关系；花岗岩抗压强度在两种状态下均呈增大趋势，但主要以热应力为主，热力系数引起的试样轴向应力增量总是大于冰胀力引起的轴向应力增量。所给方法及研究成果可用于长期处于变低温状态下材料的力学性能研究及其工程应用。

采用半解析法研究了列车荷载作用下列车-轨道-饱和地基系统的耦合振动问题。研究模型共分为3部分：车体简化为一个多刚体系统，在车轮与钢轨之间引入线性Hertizian弹簧接触模型模拟轮轨动力相互作用、采用离散轨枕支撑的弹性Euler梁来模拟轨道系统、下卧土体采用多孔饱和半空间模型。列车荷载分为轴重和由轨道不平顺引起的轮轨动力相互作用力。采用Fourier变换分别求解各子系统的控制方程，并通过动力子结构法对各子系统进行耦合。土体在时域内的动力响应通过快速Fourier变换求得。在分析了轮轨动力相互作用力的基础上，研究了轮轨动力作用力和列车轴重作用下饱和地基的动力响应，并分析了轨枕间距和土体渗透系数对饱和地基振动响应的影响。研究表明，轮轨动力作用力对地基远场振动有重要贡献，同时枕木间距对轨道与地基振动响应有较大影响。

受新构造运动和气候变化的影响，杭州第四系软土地层相变多而复杂，并具有一定的结构性。为了研究杭州市第四系结构性软土的动力特性，开展了一系列动三轴试验，从而得到工程场地土的动应力-应变骨干曲线以及相关动力特性参数。通过试验研究发现，地层沉积环境的变化使软黏土产生结构性，并对其初始动弹性模量Ed0产生较大的影响。但土的结构性对于最大动应变幅值的控制是随机的，影响并不明显。结构性软土层的剪切波速值与测试点深度之间基本呈幂函数的关系形式，但土结构性特点会使剪切波速与深度的统计关系图象出现分叉。此外，土的结构性对阻尼比与剪切模量的统计关系方程会有一定的影响。

为了研究抗拔桩在循环加载过程中桩身的性状，选取杭州萧山某工地两根抗拔桩作为试桩进行循环加载试验。在抗拔桩桩身埋设钢筋应力计，测量循环加载过程中桩身应力的变化情况；在桩身预埋钢管，测量桩顶及桩端上拔量。通过对桩身应力及桩顶、桩端上拔量的分析，研究循环加载对抗拔桩承载力及上拔量的影响。综合分析抗拔桩承受循环荷载时的桩顶、桩端上拔量、桩身轴力以及桩侧摩阻力分布可知，当抗拔桩承受循环荷载时，且临界循环荷载水平较大（接近或者达到1），抗拔桩经过2～3次循环加载后就发生破坏，其研究结果可供其他类似工程参考。

为了研究水平-摇摆耦合激振作用下层状和竖向非均匀地基波阻板（简称WIB）的三维隔振效果，基于薄层法研究层状介质中波传播问题的高效性和边界元法处理无限域问题的精确性，建立了以薄层法基本解答为格林函数的半解析边界元法。分别对上软下硬和上硬下软层状和竖向非均匀地基中WIB的三维隔振效果进行了分析。研究表明，地基的分层参数和非均匀性对WIB的隔振效果有显著影响，上硬下软地基的隔振效果稍好于上软下硬的情况。

利用规则的小尺寸锯齿构造二阶起伏体，对不同二阶起伏体高度的人工节理进行常法向应力下的直剪试验，研究了节理剪切力学特性。对节理的剪切强度、变形特征进行了分析，并对破坏特征做出解释。试验结果表明：二阶起伏体对节理剪切力学特性有重要影响，含二阶起伏体节理的剪切力学特性与只含有一阶起伏体节理的剪切力学特性不同，只含一阶起伏体的节理剪应力只有一个峰值，含二阶起伏体的节理会出现波浪状的剪胀曲线和多峰值剪应力，且峰值剪应力随剪切位移增大依次出现并逐个减小；随着二阶起伏体高度增大，节理峰值剪切强度增大，节理依次出现磨损破坏、多次性剪断破坏、一次性剪断破坏。

以广东阳江和台山两个典型花岗岩核电厂址为例，定性描述了广东粤西沿海花岗岩的分布及其风化特征，通过进行波速测试、浅层平板载荷试验、原位剪切试验等原位测试，以及常规压缩试验、固结试验等室内试验，系统分析了强风化花岗岩的主要物理与力学性质指标。结果表明：（1）花岗岩受强烈的物理风化和化学风化作用，基岩中的不稳定元素被淋溶、流失，形成了富铝型和富铁型的厚层风化壳，岩层不均匀性特点突出；（2）强风化花岗岩岩体天然含水率和孔隙比变化大，天然重度变化小，压缩性中等；（3）粒度成分对岩石物理性质的影响最大。粒度越大，物性指标越弱。粒度越小，表明岩样越致密，其物性指标越强；（4）波速的大小与岩体风化程度、粒度成分等密切相关；（5）水对强风化花岗岩抗剪强度参数中的凝聚力影响效应比内摩擦角要大，对凝聚力的弱化作用更加明显。其研究结果可为核电工程建设和优化设计提供基础参数。

由于岩体性状的复杂性和多样性，现场试验是进行岩石力学研究的重要手段。以往的现场承压板试验，由于试验条件的限制，试验荷载的设定将使岩体蠕变呈衰减蠕变形态，却难以反映岩体的等速蠕变和加速蠕变。坝基软弱岩体的力学特性是影响大坝及地下结构长期稳定性的重要因素。通过对坝基软弱岩体现场承压板试验曲线中表现出的衰减蠕变和等速蠕变两阶段特性，辨识了蠕变模型。并推导了刚、柔性承压板深部岩体的黏弹性一般解，给出了Maxwell模型、广义Kelvin模型、Burgers模型的黏弹性位移的统一表达式。结合试验数据，以理论解析反演法得到相关的蠕变参数，为以后的坝基长期稳定性计算奠定基础。

基于不可逆热力学岩土损伤理论的流动势理论存在两个基本问题：（1）岩土材料是否存在流动势；（2）流动势可否分解为塑性势和损伤势，即塑性、损伤两种机制可否解耦，给出了流动势存在的充分必要条件并加以严格证明，结合岩土的基本变形性质，证明了岩土不存在流动势。进一步考察流动势的解耦性，给出了流动势的塑性流动与损伤流动可解耦的充分必要条件，并进行了严格论证，结合土体的基本变形性质，证明了岩土塑性流动和损伤流动机制不可解耦，从而也为其他固体材料流动势的存在性和解耦性提供判别依据。

将均质土和成层土中的单桩桩顶沉降分成桩端力引起的沉降、桩身压缩和桩侧阻力引起的沉降3部分分别计算，获得单桩沉降后，运用等代墩法可获得群桩的平均沉降。单桩沉降计算方法可考虑桩端力与桩端位移的非线性关系和桩侧阻力引起沉降的非线性特性，同时计算方法可考虑桩身压缩对桩顶沉降的贡献。算例分析表明，计算值与实测值和其他方法的计算值有较好的一致性，验证了该方法的合理性。

为研究现浇X形混凝土桩的荷载沉降特性及其荷载传递机制，利用河海大学的大型试验模型槽开展X形桩的足尺模型静载荷试验。通过在桩身设置的钢筋测力计及在桩底埋设的土压力盒，实测了在竖向荷载作用下X形桩与土相互作用时的工作性状。试验结果表明：X形桩的荷载沉降曲线为缓变型；桩侧摩阻力与桩端阻力随桩顶沉降的增加均呈递增性；但随着桩顶荷载的增加，桩侧摩阻力分担桩顶荷载比例却呈递减性，其分担桩顶荷载比例由初期的约90%下降到极限状态时的70%左右，而桩端阻力分担桩顶荷载的比例呈递增性，其分担桩顶荷载比例由初期的约10%上升到极限状态时30%左右。研究成果可为今后竖向受荷X形桩的设计与研究提供重要参考。

影响工程岩体抗剪强度参数的因素很复杂，建立定量与定性相结合的多指标综合模型可有效地确定岩体抗剪强度。将多元非线性统计方法引入到岩体抗剪强度指标的研究中，选取了12个影响岩体抗剪强度的定性、定量指标，通过收集到的大量工程数据，分别建立凝聚力和内摩擦角非线性显式方程，决定系数分别为0.992 729，0.999 998。该方法可考虑定量、定性因素的影响，经现场实测数据验证，该模型具有较高的计算精度。运算过程简单，可方便工程现场使用，具有较高的工程实用价值。

开展饱和钙质砂爆炸密实动力特性试验研究，探索饱和钙质砂爆炸密实机制和密实效果，对钙质砂地层中进行的工程建设有重要的理论意义和工程实用价值。通过控制爆炸参数，测试不同参数作用时钙质砂爆炸前后声波特性和表面沉降规律，揭示饱和钙质砂爆炸密实动力特性。试验结果表明：钙质砂高孔隙比和颗粒破碎特性对爆炸密实效果有重要影响。爆炸密实作用后，在爆炸近区，钙质砂颗粒受到较强爆炸冲击作用，导致钙质砂颗粒破碎而形成破碎区和压缩区，压缩区随着时间的推移有松弛的趋势，钙质砂颗粒结构重新固结过程在爆炸后2 h内基本完成。

通过4种不同实验条件下透壁通风管开放碎石路堤试样室内试验研究了通风情况对透壁通风管增强开放碎石路堤降温效应的影响。比较4种实验结果发现,透壁通风管开放碎石路堤存在碎石表面单纯热传导传热、外界空气通过碎石路堤开放表面与碎石层内孔隙空气直接循环产生的强迫对流传热、通风管管壁与管内空气的对流换热以及管内空气通过管壁透气小孔与附近碎石层内孔隙空气直接循环产生的强迫对流传热4种传热过程。对于仅负温通风的透壁通风管开放碎石路堤,通过开放表面及管壁透气小孔使外界冷空气与碎石层内孔隙空气形成循环,从而显著增强了路堤冬季冷空气引起的降温效应。

预应力锚杆柔性支护体系是在锚杆支护基础上发展起来的，是用于深基坑支护或提高边坡稳定性的一种新技术，为深入了解其工作性能和作用机制，对其锚杆抗拔力进行了分析和研究，提出了摩擦型灌浆锚杆抗拔力的改进求解方法。研究表明，预应力锚杆柔性支护结构体系中锚杆所提供的抗拔力应由锚土作用抗拔力和土体自承作用抗拔力两部分组成；锚杆在支护体系中是作为传力构件传递土体自承作用抗拔力，通过锚土作用提供抗拔力。进一步分别对两部分抗拔力进行理论求解，给出了各自相应的理论计算公式，确定了预应力锚杆支护体系总的抗拔力。工程实例证明了所提出的锚杆抗拔力求解的合理性。依据改进求解方法所求得的锚杆极限抗拔力在数值上较传统方法结果大，改进求解方法后的抗拔力概念更加明确，这从理论上进一步充实了预应力锚杆支护体系的作用机制，为工程实践提供了科学依据。

花岗岩宏观尺度疲劳破坏是由于细观尺度微裂纹的萌生、发育和贯通引起的，所以对处于细观尺度的微裂纹特征进行量化分析，对于理解花岗岩的动力特性有一定的意义。首先利用RMT-150B多功能全自动刚性岩石伺服试验机，采用振幅为10 MPa，频率分别为0.01、0.02、0.05、0.10、0.20、0.50、1.00 Hz的正弦循环荷载作为动力扰动，对海南昌江花岗岩试样进行单轴循环荷载试验。然后，利用扫描电镜（SEM）拍摄得到花岗岩的大量细观结构图片，运用数字图像技术获取微裂纹的细观几何信息，从方位角、长度、宽度和面积对不同荷载频率相应的花岗岩细观尺度微裂纹特征进行量化分析。研究结果表明，随着循环荷载频率的增加，微裂纹方位角发育离散性增加，而其统计均值则在某一区间内波动；微裂纹长度的发育则较快，而仅当荷载频率达到1 Hz时，宽度才有一定的发展，同时，能量耗散的方式也发生一定的变化。

桩基础是近海风机经常采用的基础形式。由于风电机组对基础的承载力和变形有着严格的要求，而水平荷载常常是控制荷载，因此，研究水平荷载作用下风机桩基础的应力、变形特性具有重要意义。针对风机单桩基础，选取典型的黏土地基，进行了水平加载条件下的离心模型试验，重点分析了桩身的响应及桩周围土体的变形特点。试验结果表明，在水平荷载作用下，桩顶的水平位移随着水平力的增加而增加，位移的增加速率在临界荷载之后增长较快；桩身弯矩分别在埋深1/5和3/5处附近分别出现极大值和极小值，且桩底具有一定弯矩值；桩周围土体的变形随着离桩距离的增加而减小，可分为主动区和被动区。桩对土体变形的影响区域随着水平力的增加而不断扩展，最后基本稳定在2倍桩径范围内。

基于自制的冻土-桩动力相互作用模型试验系统，对-5℃、-3℃及上层融化多年冻土中模型桩基进行了水平向动力试验，主要研究了冻结及上层融化冻土中模型桩基的桩头位移-荷载关系、桩基水平动刚度变化及桩身弯矩分布情况。结果表明：冻土中桩基动力响应特性与土体温度密切相关；正冻土中桩基有较大的侧向刚度，当冻土与桩接触面出现较大间隙时，桩头位移-荷载曲线呈反S形；桩基动力性能随多年冻土温度降低将有所改善；当冻土上部出现融化层时，桩基动响应变化显著，桩头动刚度明显减小，桩基在较小动载下可发生较大侧向位移，同时桩身最大弯矩值较正冻土中偏大，且此弯矩点埋深较大。对于多年冻土区桩基工程，应特别重视夏季上层冻土融化时可能出现的震害。

以武汉越江隧道为工程背景，对干燥和饱水砂岩进行了剪切蠕变试验，并从剪切蠕变应变特征和剪切蠕变物理力学特性两方面进行了对比分析，重点阐述了水对砂岩剪切蠕变特性的影响，同时对其影响机制进行了相应的分析。结果表明，水能够增大砂岩的蠕变应变量和蠕变应变速率，并降低蠕变破坏强度值。因此，在重要工程设计和施工中，不能够忽视水对砂岩蠕变特性的影响。

对川东气田盐岩、膏盐岩进行了矿物组分测定，采用TAW-1000深水孔隙压力伺服试验系统进行了蠕变试验，分析了固有的矿物组分及偏应力、温度、围压对蠕变的影响，结合蠕变曲线和岩石参数，提出了稳态蠕变速率本构方程。研究表明：川东气田盐岩、膏盐岩矿物组分以NaCl、CaSO4为主，其中NaCl含量最高可达93%以上；岩石固有的矿物组分是影响岩石蠕变特性的内因，随NaCl含量增加，瞬态蠕变、稳态蠕变速率相应增大；随偏应力、温度的增加稳态蠕变速率增大，围压对其影响不大；通过试验数据拟合得出赫德（Heard）蠕变本构方程中的参数，求出不同偏应力、温度下盐岩、膏盐岩的稳态蠕变速率，为川东气田盐岩、膏盐岩地层安全钻进泥浆密度窗口计算和套管非正常变形分析提供了理论依据。

为了探讨强度折减计算边坡稳定性过程中安全系数和滑动面之间的关系，针对一均质边坡算例，通过理论分析和FLAC3D强度折减法数值计算，分析当黏聚力 和内摩擦角 变化时，边坡安全系数和滑动面位置的响应情况，结果表明：(1) 边坡的安全系数受到黏聚力或内摩擦角中任一值的影响，而滑动面位置受到两者组成的函数 （ ）的影响；(2) 当 为定值时，改变抗剪强度参数 和 并不能引起滑动面位置的变化；当 增大时，边坡破坏模式由浅层破坏转变为深层破坏，滑动面越来越缓，其上缘逐渐远离坡顶，滑体的体积增大。

运用自行研制的膨胀仪对膨润土加砂混合物进行了一系列膨胀力及膨胀应变等膨胀特性的试验研究，分析了膨胀力随时间的变化规律、两向膨胀力之间的关系和膨胀应变与时间及吸水量之间的关系。试验研究表明，膨润土加砂混合物的最大膨胀力以及最大膨胀应变主要取决于混合物的最初干密度和膨润土含量，并且随着二者的增大而增大；膨润土加砂混合物的水平膨胀力与竖向膨胀力之比随着混合物干密度的增大减小，并且与干密度近似成线性关系；不同膨润土含量的膨润土加砂混合物的膨胀应变与时间成双曲线关系，与吸水量近似呈S型曲线关系，并且其最大膨胀应变与膨润土含量存在指数关系。试验结果对高放废物深处置库中的缓冲回填材料设计具有一定的参考价值。

研究表明，循环载荷作用下饱和黏土将发生软化，其机制主要有两个：一是孔压的积累；二是土体原有结构的不断损伤和新结构的不断重塑。针对上述机制，基于广义各向同性硬化准则建立了考虑饱和黏土循环软化的损伤单面模型。该模型在有效应力空间中引入损伤变量，表征土体结构的损伤和重塑程度，在连续的循环加载下，损伤不断累积，边界面则随着损伤的累积不断收缩，以模拟饱和黏土刚度和强度的软化；以应力反向点作为边界面的广义各向同性硬化中心和映射法则的映射中心，灵活地选择塑性模量的插值公式以模拟塑性变形和孔压的累积以及应力-应变的滞回特性。应用该模型对不排水循环三轴试验进行模拟，并且考查了循环周次、循环应力水平和固结历史对饱和黏土循环软化特性的影响，并与相关试验比较，验证了模型的有效性。

基于对现场地质条件和开挖响应的直观认识和对岩石室内试验所得物理力学特性的深刻揭示，建立了深埋条件下软弱围岩大变形挤压程度分级方法及相对应的安全系数计算方法。该方法考虑到隧洞原岩集聚的能量过大是造成开挖后围岩失稳的根本原因，将隧洞原岩能量和围岩的总变形与弹性变形之比相结合，分析了隧洞的围岩稳定性状况，并在此基础上通过增减隧洞原岩能量得到了其安全系数。通过实际工程应用及与传统经验评价方法的对比，验证了该方法的合理性与适用性。该方法考虑了围岩的地质情况、断面形状、尺寸、开挖方式等多种因素，弥补了传统经验评价方法无法适应复杂多变的现场工程施工情况的不足，更加贴近实际。可为大变形隧洞的安全预测、开挖方案、支护设计等提供重要参考依据。

天然沉积的软土普遍具有结构性，常规计算软土次固结变形的方法并没有反映结构性的影响。通过对漳州与青岛地区原状软土与重塑土进行次固结试验，研究软土结构性对次固结系数 的影响。结果表明，软土的 随压力 增大而增大，在 接近结构屈服压力 时达到最大值，此后逐渐减小，受 影响减弱，最后与重塑土的 趋于一致；重塑土的 受压力影响很小，可视为常数。根据次固结系数与压缩指数比值 确定 可能存在一定误差。由于结构性的影响，正常固结软土表现出“假超固结”现象，采用超固结角度对结构性软土 变化规律进行说明并不合适，而根据不同压力下软土结构破损的情况可以很好解释这一现象。

三峡工程竣工后，库水每年将在145 m和175 m水位之间或缓慢或快速的升降，在库水位大幅度涨落的情况下，库岸边坡部分岩体处于“饱和-风干”的循环动态，水-岩循环作用将造成岩体性质劣化。据此，以三峡库区库岸边坡变幅带的砂岩为研究对象，设计了“饱和-风干”循环作用试验。试验结果表明，与常规浸泡试验相比，水压力的升、降变化和“饱和-风干”循环作用对岩体的损伤有累积放大作用，浸泡时水压力变化越大，对离子浓度和次生孔隙的影响越大，而且，“饱和-风干”循环次数越多，岩体的损伤越严重。提出了基于离子浓度变化计算岩石中次生孔隙率变化规律的方法，与实测次生孔隙率变化规律基本一致。因此，可以把这种方法应用到现场监测中去，通过长期监测离子浓度的变化来推测岩体中水化学反应发生的程度，以及次生孔隙率的发育情况。分析成果为研究库岸边坡岩体在“饱和-风干”循环过程中的岩体性质劣化规律奠定了一定的基础。

现浇X形混凝土桩（简称X形桩）是为了更好地满足沿海、沿江软土地基处理应用而开发的一种新桩型。该新型桩具有比表面积大、侧向摩阻力高，施工便捷，经济效益高等技术经济优势；但针对其在复合地基中桩-土荷载传递规律特性的研究却相对较少。结合某污水处理厂软基处理工程，开展了X形桩复合地基中桩-土荷载传递规律的现场试验，测得了荷载-沉降关系，桩-土荷载分担比、桩-土应力比，以及桩身轴力等发展情况，分析了不同工况下复合地基中桩-土协调相互作用和中性点位置规律；并将等混凝土用量圆形桩和X形桩的单桩静载荷试验作为对比分析。研究结果表明，本文试验条件下复合地基中X形桩桩侧正、负摩阻力转化发生在0.2倍桩长处，桩侧正摩阻力最大值约为其负摩阻力最大值的140 %；相同桩长情况下桩-土应力比随竖向荷载等级增长速率随桩间距的增加而减小。

新旧立体交叉隧道系统耦合演化的非线性规律研究尚处于探索阶段。基于穿越过程中与工后的新旧立体交叉隧道系统耦合作用过程与机制分析，定量分析了其耦合作用中应力与位移状态变化的全过程；根据隧道稳定性非线性分析，分别从岩土体的黏弹塑性、动力学与能量耗散等3方面研究了立体交叉隧道非线性演化规律，并建立了其发生耦合作用的黏弹塑性、动力学与能量的标准及其演化函数；在此基础上，系统总结了新旧立体交叉隧道系统耦合演化总体特征，指出其耦合区域在空间上具有拓展性，耦合演化在时间上具有延续性。其研究结果为立体交叉隧道稳定性定量分析与控制研究提供了新思路。

在白鹤滩坝址区柱状节理岩体原位变形试验成果的基础上，针对节理刚度的取值进行讨论，利用柔性中心孔试验值反算得到柱状节理岩体节理面刚度值。岩体变形是由岩块和节理两部分组成，分析含单节理岩体概念模型的单轴加、卸载规律性和其变形特性，发现其滞回特性是节理力学行为造成的；推导得到了岩体变形计算公式，可用于多组相交节理岩体等效弹性模量的计算，能够反映出节理岩体的各向异性特征；建立了柱状节理随机模型，采用离散元方法和反算的刚度值进行了仿真分析，得到等效变形参数在试验结果范围内。

用滤纸法和压力板法对高庙子膨润土与福建砂的混合物进行试验研究，在不同孔隙比和不同膨润土与砂配合比情况下量测脱湿过程的土-水特征曲线，研究土-水特征曲线与孔隙比和配合比之间的关系。试验结果表明：在同一配合比下用饱和度与吸力表示土-水特征曲线时，其曲线随着孔隙比的减小向右上方移动，即当土样的吸力一定时，土样的饱和度随着孔隙比的减小而增大，当吸力小于10 MPa时，这种现象较为显著；在同一孔隙比下膨润土与砂混合物的土-水特征曲线随着膨润土的比例增加而向右上方移动，即混合物的进气值随着膨润土的比例增加而增大；另外，配合比以及孔隙比相同时，膨润土与福建砂的混合物的土-水特征曲线与日本产Kunigel膨润土与丰浦砂的混合物的土-水特征曲线非常接近。

以汶川灾区实地考察资料为背景，选择宇宫庙滑坡为参照，制作了模型试验台，在量纲分析的基础上，对主要参数做了相似理论研究，并采用水下爆炸的方式来模拟地震波（近场）进行了大量模型试验。结果表明：基覆边坡在地震力作用下的破坏模式是浅表层张拉而导致表层松散体流坍，且地震加速度随着药量（地震烈度）的增加而呈递增趋势，重力墙、桩板墙等支挡结构对于基覆边坡的作用明显。其结论将为铁路、公路沿线的高陡边坡分析和研究提供一定的依据。

针对岩溶区桩基冲切破坏模式研究的不足，结合混凝土平板受力特性，运用极限分析原理确立了符合工程实际的岩溶区桩端溶洞顶板冲切破坏机制。引进格里菲斯非线性岩石强度准则，基于功能原理导出了桩端岩层抗冲切破坏的极限荷载，然后通过变分原理求得了冲切破坏体的母线方程，最后通过微分获得了岩层抗冲切安全厚度计算公式。参数分析表明：冲切破坏模式主要取决岩石抗压与抗拉强度之比 ， 值越小，冲切破坏体底部直径 越小；反之，冲切破坏体底部直径 越大。一般情况下， 的值在2.0～4.0之间。岩石抗压与抗拉强度的比 也是抗冲切安全厚度确定的主要影响因素，随 值的提高，安全厚度应适当增大。对于石灰岩地区，安全厚度一般取2～3倍桩径较为合理。工程算例对比分析表明，理论计算与实测结果吻合较好，其结果对岩溶区桩基设计有一定参考价值。

锦屏一级水电站左岸坝肩高陡边坡地质条件复杂、主要发育有f5、f8、f42-9断层，煌斑岩脉X，顺坡卸荷裂隙及深部裂缝等结构面，其中断层f42-9、煌斑岩脉X和深部裂缝SL44-1组合形成的左岸坝头拉裂变形体，在边坡施工期的稳定性问题突出，特别是当边坡开挖至1 780 m高程时拉裂变形体前沿剪出口阻滑岩体被完全挖除，f42-9断层在开挖坡面出露，拉裂变形体稳定条件恶化，稳定性急剧下降。采用考虑开挖过程的有限元强度折减法分析开挖边坡在施工期的稳定性，并提出了一种新的边坡失稳判据：通过滑体内关键部位测点水平位移随折减系数的变化率，即水平位移增量与强度折减系数增量之比值 和强度折减系数 关系曲线的突变点来确定边坡的临界失稳状态。通过与其他边坡失稳判据相比较，验证了该判据的合理性和实用性，同时基于该判据计算了边坡开挖加固至不同高程下的稳定安全系数，合理评价左坝肩边坡施工期的整体稳定与安全性。

复合地基的本质是增强体与地基土通过变形协调共同承担上覆荷载。褥垫层的设置起到了协调桩土变形的作用，但褥垫层工作性状及变形特性尚不明确，其厚度设计仍然参考规范依靠经验判断，往往不能充分发挥地基土的承载作用。目前复合地基设计通常采用褥垫层调节桩土变形，而忽略了桩端刺入沉降协调桩土变形来发挥地基土的承载作用，为了利用桩端刺入沉降协调桩土变形，充分发挥桩间土承载的作用，减薄褥垫层或不设褥垫层并减小设计桩长，以期降低地基处理费用，实现桩土共同承担荷载的目的，建立了通过控制桩端刺入沉降协调桩土变形的自平衡式复合地基设计方法。通过与褥垫层方法对比以及工程实例计算，结果表明，该方法可更好地发挥桩土承载作用，为复合地基优化设计提供参考。

大型地下工程开挖中，高地应力环境下高储能脆性岩体通常会通过脆性破裂快速释放应变能而产生岩爆。岩爆作为常见的一类动力失稳地质灾害现象，极大地威胁着现场施工人员和设备的安全。作为雅砻江锦屏二级水电站的主要工程，千米级埋深的引水隧洞也面临高地应力下硬岩岩爆问题。针对锦屏二级引水隧洞岩爆的特点，提出采用快速应力释放的方法防治岩爆，并采用数值模拟的方法优选了倾斜辐射爆破孔方案。数值模拟结果表明：该方法能使岩体内的初始应力快速卸荷，同时使应力集中区向岩体深部转移。通过在锦屏二级引水隧洞工程中的试验与运用，采用声波测试法对实施快速应力释放方案的效果进行检验，验证了快速应力释放方法防治岩爆的有效性。研究成果为解决类似工程岩爆防治问题提供了理论依据和借鉴。

基于Fisher判别理论建立了砂土液化可能性的Fisher判别分析（FDA）模型。在分析砂土液化影响因素的基础上，选取烈度、震中距、地下水位、砂层埋深、标贯击数、平均粒径、不均匀系数、剪应力比等8个实测特征指标作为FDA模型的预测指标。利用砂土液化的实测数据作为训练样本进行训练，建立FDA模型对砂土液化进行预测，并用其他未参加训练的实测数据进行了验证。研究结果表明，FDA模型简便可行、预测精度高，是解决砂土液化预测问题的有效方法之一。

目前，铁路隧道下穿公路引起的施工沉降规律和控制基准研究都是以某具体工程为背景制定的，缺乏统一的控制基准。从公路纵坡、横坡、平整度及工程结构稳定本身的需要出发，通过比较分析，提出了采用平整度要求控制施工路面不均匀沉降；在考虑路基高度、隧道尺寸、埋深、地质和施工方法影响条件下，通过FLAC数值计算软件对单双线铁路隧道下穿公路的数值模拟，分析路面沉降规律，得到了沉降槽宽度系数和最大沉降量的预测模型；结合平整度要求及沉降槽宽度系数预测模型制定了铁路隧道下穿公路引起的路面沉降控制基准。通过大量工程实例来验证了提出的沉降控制基准的合理性，其结果可为铁路隧道下穿其他建筑物引起的地表沉降控制基准的制定提供参考。

目前国内还没有对盐岩储气库的适用性提出全面的评价标准。在研究地下储气库失事案例之后，提出了储气库适用性评价标准（ESAGSRS）。该标准分为稳定性和密闭性两方面。稳定性从储气库顶和底板的性质、盐岩层及夹层的性质、夹层与盐岩层交界面的性质、溶腔最大与最小运行压力及注采速率、溶腔形状及矿柱距离5方面进行评分；密闭性则从储气库的固井技术、套管的性能、套管阀门的性能、溶腔压力、顶板性质、夹层性质、盐岩的渗透条件、夹层与盐岩层交界面的刚度比，地质构造条件等方面进行评分。将稳定性与密闭性的得分按比例相加，用所得总分来评价储气库的适用性。该标准较为全面地考虑了各种因素，可为工程实践提供一定的参考价值和理论支持。

库（河）岸边坡由于坡体迎水面水位下降经常造成坡体稳定性降低，建立快速评估水位变化条件下的边坡稳定性分析方法具有重要的工程实用价值。基于库（河）水位下降过程及坡体内非稳定渗流条件，通过对ABAQUS程序进行二次开发，发展了考虑地表水-地下水联动作用下的黏性土边坡强度折减有限元分析方法；在分析边坡土性参数、相对渗透比值、边界条件对边坡稳定性影响的基础上，建立了考虑土性参数、相对渗透比值、库水位下降比、坡角等一体化的相对稳定安全系数综合图表表示方法。该方法能够简便、快捷地查出实际涉水边坡在不同工况下的稳定安全系数及设计边坡坡比，可作为现有图表法的有益补充。

反倾岩质边坡稳定性分析一直以来都是边坡稳定性分析中的难点，有很多悬而未决的问题。极限平衡分析方法仍然是目前最为常用的一种方法，也是相对比较成熟的一种方法。在Adhikary和Dyshin悬臂梁弯曲极限平衡分析模型的基础上，经过分析推导，对其折裂面形式、层间凝聚力的影响和各层岩体重度等方面问题进行了修正，得到了改进的悬臂梁极限平衡模型，提出了以各层位剩余不平衡力作为分析反倾边坡稳定性标准的新方法，并对边坡稳定性各影响因素进行了分析研究，得出的结论和规律更符合工程实际，对该类边坡的设计施工具有指导意义。

盐膏层是油气成藏的良好盖层，塔里木盆地多个大型油气藏都属于巨厚盐下油气藏，为了提高单井产能，决定采用定向井和水平井来开发盐下油气藏。由于盐膏层距离产层较近，需要在盐膏层进行造斜。造斜井段盐膏层井眼的缩径规律及其对套管外载的影响国内外鲜有报道。应用有限元方法建立了造斜井段砂岩和盐膏岩地层、水泥环及套管耦合的三维力学模型，以塔里木羊塔克区块岩石力学测试成果为基础，研究得到造斜段井斜和方位对井眼缩径及套管外载的影响规律。该研究成果成功应用于塔里木巨厚盐下定向井、水平井轨迹设计，钻遇盐膏层泥浆密度的确定和井身结构设计，为塔里木盐膏层钻井、完井施工提供了重要的理论参考。

对于密实砂土峰值后应变软化特性引起的材料强非线性问题，利用常规有限元所采用的隐式算法很难求解，而动态松弛法在求解这类非线性问题方面却具有独特的优势。针对砂土应变软化强非线性问题，将动态松弛法与有限单元法相结合，提出了一种新的动态松弛有限元法。该方法根据动态松弛法的显式特性，由中心差分法导出了动态松弛有限元法的基本控制方程，并实现了对应力-应变空间中整个平衡路径的追踪。将动态松弛法嵌入到非线性有限元程序中，即可对砂土材料应变软化引起的强非线性问题进行有限元数值计算。该有限元程序中，应力更新采用回归映射算法。最后通过对砂土平面应变压缩试验进行有限元模拟，验证了动态松弛有限元法在求解材料强非线性问题方面的优越性。

依托溶蚀地基上建坝的典型工程问题，在研究坝基溶蚀空间展布特征的基础上，建立溶蚀带力学参数随机场模型，采用随机有限元方法研究坝体工作性态的统计特性，评价了溶蚀坝基建坝适应性。采用溶蚀带力学参数随机场模型，等效模拟了空间内溶蚀体的无序分布系统，排除地质统计中线溶蚀率的人为假定，避免了以往确定性分析模型中溶蚀体缺失现象。研究方法和成果亦可以为其他相似复杂地基工程的数值分析提供新的思路和参考。

采用相似材料试验和数值模拟相结合的方法，对锚网锚杆、U型钢和吸能支护条件下煤岩巷道冲击破坏过程进行研究，揭示了巷道与支护相互作用下的巷道冲击破坏机制。试验和数值计算研究结果表明，不同支护作用下巷道冲击破坏规律表现基本一致，在冲击载荷作用下，巷道顶板有明显下沉，底板出现起鼓现象，两边帮均向巷道内部方向发生弯曲变形，形成裂缝，进而扩展和贯通，并有抛出物冲入巷道内。根据模型试验和数值计算结果可知，不同支护条件下冲击破坏程度不同，吸能支护具有良好的缓冲和吸能特性，巷道变形较小，整体稳定性好，更适合于冲击地压巷道的支护。

为了研究黄土连拱隧道动态施工时围岩的损伤情况和损伤分布规律，在室内试验的基础上推导了Q2黄土的弹塑性损伤本构模型，并基于FLAC3D平台编制了自定义本构模型，提出了损伤度概念并编制了损伤度后处理模块。以国内首条高速公路黄土连拱隧道-离石隧道为依托工程，对两种开挖方案施工时围岩损伤情况进行数值分析。研究表明，该成果可以较好地掌握隧道每一开挖步后围岩损伤度的分布情况和损伤区的演化规律，为施工方案优化选择提供依据。该研究成果为地下工程支护参数优化和方案的选择开辟了一个新的方向。

当使用基于有限差分法的FLAC3D计算渗流场时，自由面位置过高，非饱和区渗透系数被定义成常数，这与实际情况不符。运用变单元渗透系数法，对其进行二次开发，并提出了修正的变单元渗透系数法，对非饱和区的渗透系数进行较为严格的理论修正，得出准确的连续光滑的自由面，求解出饱和-非饱和渗流场。利用有限元法与该方法进行对比，论证了该方法的可行性和有效性。提出了附着接触面的方法，解决了三维复杂边界中寻找溢出点的困难；并以实际的三维复杂工程为例，计算了某边坡的渗流场分布情况，经验证，结果准确。研究成果对研究饱和-非饱和渗流以及该软件中与渗流有关的计算具有有指导意义。

对填埋场振动台模型试验进行非线性数值分析，并与试验结果相互补充、印证，进一步考察填埋场的地震响应规律。研究表明，特殊的夹层结构形式导致水平地震作用下城市垃圾填埋场存在两个主要的响应频率，在这两个主要频率附近模型顶部取得峰值加速度响应；不考虑其他因素的影响，填埋场防渗层的地震永久位移与输入地震动的水平位移振幅近似呈正比关系；坡比是影响填埋场覆盖层和衬垫层永久位移最主要的因素。

通过对苍岭隧道工程区地应力场实测值分析基础上，选取可靠、具有代表性的实测点作为反演回归对象，利用三维数值分析手段，结合回归分析原理，获得整个工程区的地应力场分布情况，通过对比分析回归与现场实测值可知：除个别点差异较大外，其余大部分测点拟合程度较好，分布规律大致相同，表明采用应力回归方法的合理性。在此基础上，通过应力场回归方程获取了整个苍岭隧道轴线方向上地应力场展布规律，并根据不同地段最大主应力与隧道轴线方向的夹角对洞室稳定性状况进行了分析，据此建议进一步优化苍岭隧道线位走向，为设计、施工提供了重要的基础性资料。

利用FLAC3D程序提供的二次开发平台UDM在VC++编译环境下实现了一基于修正剑桥模型的简化边界面模型的开发。介绍了边界面模型的基本原理，并给出了开发关键技术和具体实施方法。通过三轴加卸载试验、不排水静三轴试验、不排水动三轴试验等几种数值试验与修正剑桥模型进行了对比研究。计算结果验证了所开发的边界面模型的正确性及相对修正剑桥模型的优越性。