开展低pH值下微生物诱导碳酸盐沉淀（microbially induced carbonate precipitation，简称MICP）加固尾矿砂试验，研究了菌液浓度、pH值对碳酸钙生成量和絮凝滞后期的影响。采用渗透性、保水性、抗雨滴侵蚀、抗风蚀、贯入度试验评价该方法加固尾矿砂效果。通过分析pH值对脲酶活性和碳酸盐体系平衡的影响，结合扫描电子显微镜和X射线衍射试验观察尾矿砂微观结构，揭示低pH值下MICP加固尾矿砂机制。结果表明，低pH值下MICP方法可以显著提高尾矿砂力学性能，一轮喷淋处理后尾矿砂的风蚀质量为0，渗透系数最大可降低一个数量级，pH值为4的高浓度菌液处理后的尾矿砂风雨侵蚀质量也为0。低pH值暂时抑制了脲酶活性，打破了碳酸盐体系的平衡，延缓了碳酸钙的生成，使得方解石均匀填充于粒间孔隙，将尾矿砂颗粒胶结为整体。提出的尾矿库加固及尾矿砂治理新技术及其加固机制，为低pH值下MICP加固尾矿砂应用提供了理论与试验依据。

为探究桩侧粗糙度对单桩承载变形特性的影响规律，自主研发了多功能桩基静动力模型试验系统，构建了光滑、随机型及带肋规则型桩侧界面的模型单桩，通过3D形态扫描计算获得了桩侧表面粗糙度Rn，基于此开展了饱和砂土中单桩静载模型试验。试验结果表明：（1）粗糙度越大，单桩极限承载力和桩的割线刚度越大，桩顶沉降及其卸载回弹量越小，带肋桩能够有效提高桩基承载力并控制桩顶变形。（2）粗糙度越大，桩侧阻力越大，桩端附近侧阻力的强化效应越明显，桩侧阻力的分布模式随桩顶荷载增大由“单驼峰”到“锥顶柱”再至“斜坡”依次演变。（3）β 值（β 法中参数）随桩侧粗糙度的增大而增加，随深度增加而衰减。带肋桩的极限侧阻力及β 值远大于砂纸和光滑桩，揭示了埋深和粗糙度对β 值影响规律的机制。（4）桩侧粗糙度会影响砂土地基中桩端荷载传递函数类型，光滑桩、砂纸桩桩端荷载传递函数呈双曲线型，带肋桩呈直线型。上述研究结果对深刻认识桩侧粗糙度对单桩承载变形特性影响规律和机制具有重要参考价值。

为研究岩石在动态扰动下的蠕变特性，在自行研发的冲击扰动蠕变试验装置上，对细粒红砂岩开展了多级冲击扰动蠕变试验，分析了不同蠕变应力与扰动能量下瞬时变形与蠕变行为，结合间接法得到了扰动能量对长期强度的影响。结果表明：动态扰动在较低的蠕变应力下使试样致密，而当蠕变应力超过一定的应力阈值后加剧试样内部的损伤恶化，其引起的瞬时变形与蠕变应变则随蠕变应力表现出先减后增的规律；随着动态扰动能量的增加，试样的破坏应变越大，但长期强度越低；引入长期强度与扰动能量的相关性、动态扰动单元和扰动-损伤黏性元件，建立了黏塑性扰动损伤蠕变模型，结合试验数据验证了该模型的准确性，该模型可以准确地描述砂岩在静态恒载和动态扰动组合作用下的瞬态变形和蠕变行为。该研究成果对于钻爆法隧道的支护设计以及安全生产具有重要的理论意义与应用前景。

为快速准确地评估纵向压力和加固钢板对盾构隧道力学性能的影响，基于隧道衬砌接缝面建立考虑纵向压力、弯矩和加固钢板耦合作用下的应力平衡方程，推导出了隧道力学性能的解析解。通过与经典抗弯刚度理论和数值模拟的计算结果对比，验证了该方法的可靠性。研究表明：隧道中性轴随纵向压力、加固钢板厚度和弹性模量增加而减小；隧道抗弯刚度随弯矩增大而减小（最大和最小隧道抗弯刚度与弯矩大小无关），与纵向压力呈S曲线正相关，与加固钢板厚度和弹性模量呈非线性正相关。有加固钢板的隧道抗弯刚度是无加固钢板的6.58倍；弯矩承载力与纵向压力、加固钢板厚度和弹性模量呈非线性正相关；衬砌接缝张开量与纵向压力、加固钢板厚度和弹性模量呈非线性反相关，与弯矩呈非线性正相关。该计算方法解析地诠释了纵向压力与加固钢板对盾构隧道力学性能的影响机制。

为了揭示动载扰动下煤的冲击倾向性对超低摩擦型冲击地压的影响机制，以不同冲击倾向性煤块为研究对象，首先通过单轴压缩试验测定了煤样冲击倾向性，然后采用自行研制的煤岩界面超低摩擦试验装置，以煤块滑动位移、动能表征冲击过程中超低摩擦效应强度，开展了应力波扰动下不同冲击倾向性煤块超低摩擦试验。研究结果表明：（1）超低摩擦效应强度受扰动频率影响存在频率显著影响区，强、弱、无冲击倾向性煤块频率显著影响区分别为2.5～3.5 Hz、2.0～3.0 Hz、1.5～2.5 Hz，频率显著影响区内煤岩界面更易发生超低摩擦效应。随着煤块冲击倾向性增强，频率显著影响区域整体右移。（2）超低摩擦效应强度与扰动幅值正相关，在高强度扰动下强冲击倾向性煤更易发生超低摩擦效应。（3）建立了有效弹性能释放速率指数与动能之间的拟合函数关系式，实现了用煤的冲击倾向性指标综合评价超低摩擦效应强度。

土工合成材料加筋土（geosynthetic-reinforced soil，简称GRS）桥台是桥梁工程的承重结构，对其极限承载力还缺乏清晰的认识。在平面应变条件下开展了5组GRS桥台离心载荷试验，研究了筋材强度、承载区缩进距离和宽度对GRS桥台极限承载力以及破坏模式的影响。试验结果表明，筋材强度对GRS桥台极限承载力影响显著，采用高强度筋材的GRS桥台在加载过程中始终保持稳定。采用低强度筋材的GRS桥台的极限承载力随承载区缩进距离增加而增大，但其增长趋势出现衰减；随承载区域宽度增加，极限承载力降低；现行的半经验半理论公式显著低估了GRS桥台的极限承载力。从试验中和模型拆除后观察，GRS桥台破坏面均从承压区域后缘开始发育，随后向面层方向倾斜向下延伸至约1/2桥台高度处终止；但承载区缩进距离和宽度会影响破坏面的形态和位置。现有方法不能准确地预测GRS桥台破坏面底部终点的位置以及在承载区域下方的形态。增大承载区缩进距离和宽度使得各层筋材应变峰值的位置向桥台内部移动。桥台临空面的存在使得筋材的应变集中于靠近临空面一侧。

波阻板（wave impeding block，简称WIB）常被用于动力机器、轨道交通、建筑施工等振源产生的振动污染控制。但波阻板受土层截止频率的制约，隔振频带窄且无法对特定频率范围进行针对性的振动控制，根据声子晶体，发展了一种三维周期结构波阻板（periodic structural WIB，简称PSWIB）。采用COMSOL有限元分别计算了散射体为正方体及球体时三维周期结构波阻板的带隙，讨论了结构、材料参数等因素对带隙特性的影响，并进行了正交试验优化设计。理论和数值计算均表明：三维有限周期结构波阻板所得衰减区与无限周期波阻板带隙范围一致，具有带隙性，振动衰减区内最大振幅衰减可达54 dB。与传统波阻板相比，三维周期结构波阻板拓宽了隔振频带，突破了截止频率的制约，并可依据振源特性设计三维周期结构波阻板材料参数满足对目标频率振动隔离的要求。

目前对多锚片螺旋锚倾斜拉拔承载特性机制的认识尚不全面，承载力计算方法也还不成熟。采用自制模型试验装置开展了双锚片螺旋锚的多角度倾斜拉拔模型试验，分析了荷载倾角、埋深比对荷载−位移曲线和抗拔承载力因子的影响规律。通过量化水平向和竖向的控制程度分析了两个方向的耦合效应；基于数值模拟标定了锚片间距和荷载倾角对锚片上土压力的影响，提出了锚片上土压力影响系数计算方法，引入考虑位移影响的土压力近似计算方法和p-y曲线法，构建了双锚片螺旋锚倾斜拉拔力学模型，提出了双锚片螺旋锚倾斜拉拔承载力计算方法和相应步骤，并在3个试验案例的计算中取得了较好的效果。所提模型和计算方法的研究思路可推广至其他多锚片的情况，但螺旋锚需满足属于刚性短桩的前提条件。

为探究动态剪切荷载作用下岩石的力学特性，采用冲击直剪方法，对立方体花岗岩试样进行了不同正应力和冲击速度条件下的动态剪切试验。分析了花岗岩的冲击剪切变形演化过程，讨论了正应力和冲击速度对花岗岩剪切变形和破坏模式的影响。然后，采用颗粒流程序模拟了花岗岩的冲击直剪试验，从细观角度探讨了花岗岩剪切变形破坏的演化机制。结果表明，冲击剪切荷载作用下，试样剪切变形过程中正应力持续变化，剪应力峰值对应的正应力可达到初始值的数倍。得到了回弹型和断裂型两类剪应力−剪切位移曲线，随着初始正应力的增大，峰值剪应力增大，峰值剪切位移和最大剪切位移减小；随着冲击速度的增大，峰值剪应力和最大剪切位移均增大。花岗岩的断裂包含主断裂面和多条翼裂纹，随正应力和冲击速度的增大，花岗岩的轮廓由起伏变得平直，断裂面由粗糙变得平坦，这与断裂后的摩擦滑移有关。花岗岩试样的起裂源于内部，并沿剪切方向扩展至试样边界，起裂方向与剪切面的夹角与接触力集中区的倾角一致。该研究可为岩石的动态剪切力学参数测试提供新的方法参考，也有助于揭示岩石冲击剪切断裂的动力诱灾机制。

基于界面本构模型提出了一种新的砂土中单桩荷载沉降响应的预测方法。首先，从土−结构界面本构模型出发推导了严格的桩−土界面非线性荷载传递模型，该模型承继了界面本构模型特征，能够模拟桩−土界面上发生的应变硬化/软化、剪胀与应力路径依赖性等行为。此外，采用双曲线荷载传递模型模拟桩端−土相互作用的非线性应力−位移关系。上述荷载传递模型所需参数可以通过室内界面剪切试验和土工试验进行校准。继而，基于荷载传递法，提出了单桩荷载沉降响应分析的一维计算模型，并采用迭代算法进行数值求解。最后，将理论解答与已报道的模型试验、自主开展的模型桩试验以及数值模拟结果进行比较，以验证所提出的理论方法的正确性。试验结果表明，预测值与实测值吻合较好，且该方法能够很好地预测非位移桩与位移桩的荷载沉降响应。提出了一个基于界面本构模型的单桩荷载沉降响应分析框架，为竖向荷载下砂土中单桩优化设计提供了理论参考。

基坑开挖前的坑内抽水可引起围挡发生厘米级的侧移，但现行基坑设计理论仅提出了基于弹性支点法的土方开挖诱发围挡受力变形的计算方法，却并未提出如何计算基坑开挖前抽水引起的围挡侧移。若要沿用弹性支点法进行抽水侧移的计算，则如何确定抽水过程中围挡两侧土压力分布成为关键。为了提出基坑开挖前抽水条件下围挡两侧土压力的计算模型，首先提出了基坑开挖前抽水过程中围挡两侧土体受扰动区形态与范围；然后探明了扰动区内土体应变分布规律并提出土体应变分布模式；进一步地，建立了土体应变与围挡侧移的数学方程，并结合土体应力−应变方程最终构建了开挖前抽水条件下考虑基坑围挡侧移影响的土压力计算模型。所提出的土压力模型能够反映基坑开挖前抽水过程中围挡侧移对土压力的非线性影响，公式形式简单，参数取值方便，可为后续预测抽水引起的基坑围挡侧移提供重要基础。

开展黄土微观结构研究有助于揭示宏细观黄土体渗流、黄土滑坡滑动面形成机制和过程。构建了含裂隙和不含裂隙两类黄土微观结构连通模型，探讨了孔隙连通率 p、孔隙变异系数λ 、裂隙最大跨度ω 及裂隙网络贯通率q 等参数之间的关系，并通过黄土微观结构扫描式电子显微镜试验和野外渗流试验对两类模型的连通阈值进行了验证。结果表明：裂隙的存在，特别是其跨度大小，对黄土孔隙形态大小及其分布特征具有重要影响；裂隙是优先流的重要通道，是较低孔隙率条件下发生黄土优先流的重要原因；黄土微观结构优先连通模型研究结论与黄土渗流试验结论基本吻合，揭示了泾阳南塬“漫灌式”灌溉行为对含裂缝的高陡边坡稳定性的不利影响以及东风村、蒋刘村等大型滑坡发生的根本原因。

有砟轨道道砟嵌入对路基服役性能具有显著影响。基于此设计上层为道砟、下层为路基土的单元试样，通过室内动三轴试验和离散元法（discrete element method，简称DEM）数值仿真研究了动荷载作用下道砟嵌入路基土的宏观变形行为和局部变形特征。研究结果表明：在动荷载作用下，道砟与路基土之间仅通过接触面上有限数量的离散接触传递应力，随动应力幅值增加，道砟嵌入深度也不断增加，嵌入深度与动应力呈指数函数变化。道砟嵌入路基土变形过程分为局部挤压阶段、剪切带形成阶段及剪切带发展阶段，道砟嵌入会使得道砟−路基土接触界面的土样孔隙率显著增加，同时也会使得接触界面发生显著的侧向变形。孔隙率较高的饱和试样在较低的动应力作用下会发生翻浆冒泥现象，道砟嵌入导致的路基面孔隙率升高是既有路线发生翻浆冒泥的重要原因，防治翻浆冒泥需重点防止道砟嵌入导致的土样局部孔隙率升高。该研究成果可加深对道砟嵌入现象以及由此引发的路基表层变形行为的认识。

温度变化对土体性质和行为的潜在影响已成为许多岩土工程设计和应用的重要组成部分。针对粉土中孔压静力触探试验（piezocone penetration test，简称CPTu）的温度效应及部分排水状态，提出了基于小孔扩张理论的计算模型和分析方法。采用一种能够表征粉土强度温度效应的本构模型，给出了完全不排水和排水条件下的解析解；以Bourke粉土为例，分析了温度对扩张压力的影响，揭示了扩张压力随温度升高而减小的规律。采用一种线性映射方法给出了部分排水条件下的小孔扩张半解析解，并基于物理模型试验的结果得出了排水状态与温度的相关关系，建立了考虑粉土温度效应与排水状态的CPTu计算模型。研究了不同贯入速率下温度对CPTu测试结果的影响，结果表明，温度升高导致锥尖阻力与锥肩孔压减小，且变化幅度随超固结比的增加而增大，通过试验结果与计算模型预测结果的对比验证了模型的可靠性。

鉴于隧道现行规范缺乏系统锚杆支护的承载能力分析方法，总安全系数法提出了锚−岩承载拱的荷载结构模型与承载力计算方法，在理论上实现了锚杆的量化设计，但缺少试验验证。基于此，从结构试验角度研制了大型隧道结构模型试验系统，开展了毛洞与不同间距系统锚杆支护下的锚−岩承载拱结构承载试验。通过监测围岩内部应力−应变、隧道位移与锚杆应变，分析了围岩与锚杆材料的破坏状态与破坏荷载，研究了锚−岩承载拱变形与受力特征、锚杆轴力分布。对比分析了模型试验的结构承载力与总安全系数法理论下锚−岩承载拱的计算承载力。研究结果表明：锚杆能有效地与围岩协同承载，显著增加围岩的侧限力，提高围岩抗压强度与承载能力；试验得到的锚−岩承载拱承载能力与理论计算结果较为吻合，表明了总安全系数法的锚−岩承载拱计算模型是合理的，并具有合适的安全性。

岩体中节理面的存在是引起冲击应力波衰减的主要原因，会造成爆炸能量的衰减及降低爆破效果。为探讨低应变率下不同节理倾角花岗岩在冲击荷载作用下的动态力学性质、应力波传递规律和能量传递规律，利用分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，简称SHPB）试验装置对低应变率下3种不同冲击气压、4种不同倾角的节理花岗岩进行冲击试验。结果表明：（1）在含节理的岩样中，其峰值应力随节理倾角的增大呈下降趋势，随冲击荷载的增大呈上升趋势；（2）透射系数随节理倾角的增加先增大后减小，随冲击荷载的增大先减小后增大；（3）能量传递系数随节理倾角的增加先增高后降低，完整岩样、节理倾角θ= 0º和45º的岩样，其能量传递系数都随着冲击荷载的增大而减小，而节理倾角θ = 15º和30º的岩样，其能量传递系数随着冲击荷载的增大先减小后增大。

结合西部艰险山区铁路实际工程背景，开展了El-Centro波作用下单、双排桩支护路堑边坡大型振动台模型试验，基于位移、加速度等参数深入研究了两种模型边坡动力响应特性的差异，并结合快速傅里叶变化（fast Fourier transform，简称FFT）谱探讨了两种边坡出现差异的原因。结果表明：抗滑桩的支护效果和差异均随输入波幅值的增大而逐渐体现；当输入波幅值为0.1g～0.3g时，单、双排桩边坡均处于稳定状态，总体动力响应特性差异较小；当输入波幅值为0.4g时，两边坡动力响应开始出现较大差异，单排桩边坡宏观破坏更明显，坡表位移增大较多，土体损伤累积，非线性特征显现；当输入波幅值为0.5g～0.6g时，两种模型边坡的地震波峰值加速度（peak ground acceleration，简称PGA）放大系数高程效应明显，且均在路堑面和桩后坡面处出现塑性区，抗滑桩的存在有效地抑制了PGA放大系数沿坡面向上的增大趋势和坡表双塑性区的贯通，而单排桩边坡PGA放大效应更明显，塑性区范围更广，深度更大，局部失稳更严重，抗震支护作用相对较弱；引入FFT谱比可知，单、双排桩边坡在5～10 Hz频段振幅放大效应的不同是造成单、双排桩边坡动力响应差异的主要原因；在地震作用下，单排桩边坡破坏历经边坡自稳定→坡表土体塑性变形→边坡局部塌陷溃散3个阶段，双排桩边坡破坏历经前两阶段。

螺旋桩在输电线路杆塔和光伏支架等工程基础中获得了推广应用，然而沉桩速率对螺旋桩沉桩效应和承载力特性的影响机制尚不明确。通过开展砂土地基中螺旋桩沉桩与抗拔承载性能模型试验，分析了螺旋桩钻进比与扭矩、下压力之间的关系，建立了考虑承载力−扭矩−下压力相互影响的极限抗拔承载性能相关系数 的计算方法。与既有文献试验结果及理论计算方法进行了对比分析，验证了所建立的计算方法的可靠性。研究结果表明：钻进比与螺旋桩的沉桩扭矩和下压力呈线性关系，钻进比对沉桩扭矩的影响幅度大于下压力；降低沉桩过程中钻进比可有效提高螺旋桩的抗拔承载力，钻进比为0.6工况下的抗拔极限承载力可达到钻进比为2工况下的2.9倍；所建立的砂土地基螺旋桩抗拔极限承载力−扭矩−下压力相关系数计算方法，计算误差小于30%，具有较好的准确性和适用性。

降雨地震多因素作用下基覆型边坡破坏模式的识别和评估具有重大工程意义。为研究降雨后地震作用下基覆型边坡的失稳演化机制，开展一组大型振动台模型试验，基于边坡土体空间变形特性和坡面位移特性识别和评估边坡的劣化模式，综合土体应力−应变特性、渗流场特性、地震动应力分布及边坡变形特性，对降雨后地震下边坡的变形演化机制进行探讨。结果表明：（1）降雨阶段，边坡坡顶与坡脚饱和度显著升高区强度劣化显著，但整体无明显变形；地震阶段，坡顶首先滑塌失稳，进一步演化为多级滑塌的整体失稳。（2）宏观破坏具有突发特征，边坡内部土体的空间应变分布特性能更好地识别边坡塑性区扩展−贯通−失稳的演化历程。（3）基于位移残余率分析的边坡失稳演化模式与土体空间应变演化特性结果吻合，相较于累积位移量对边坡损伤状态的识别更准确。（4）含水率变化影响土体力学特征，降雨后的渗流场分布影响边坡整体力学特性及地震动应力的传递及空间分布，土体力学特性和动应力空间特征决定边坡的破坏模式。

探寻岩石破坏过程新的物理响应规律，将会推动岩体监测预警技术的发展。利用磁通门弱磁检测技术，开展了单轴加载和循环加卸载砂岩受载破坏磁场监测试验，测试了砂岩在变形破坏过程中的磁场信号，分析了磁场与载荷、声发射之间的关系。结果表明：砂岩在变形破坏过程中能够产生磁场信号，在单轴加载过程中，随着载荷增加，压密阶段磁场信号波动上升，波动系数较大；弹性阶段磁场信号稳定增大，波动系数变小；塑性阶段磁场信号显著增加，塑性阶段后期波动系数开始增大；破坏阶段磁场信号快速增加，波动系数变化较大，与试样载荷降和主破坏对应。相对于波动系数，磁场信号方差在前3个受载阶段较为稳定，破坏阶段的方差逐渐增大，并出现显著突变。在循环加卸载过程中，当载荷增加时磁场信号逐渐增大，载荷减小时磁场信号逐渐减小，试样临近失稳破坏时，磁场信号快速增加，显著高于前期循环加卸载过程。磁场信号与声发射计数具有较好的对应关系，表明磁场的产生与试样变形破坏密切相关。在岩体变形破坏过程中，矿物颗粒发生非均匀变形，界面处的电平衡被打破，自由电荷产生、迁移，引起电流变化，运动电荷或电流变化产生了磁场信号。利用磁场信号评估岩体的稳定性，有望成为一种无损、非接触、可连续监测的新方法。

通过对各向同性固结不排水试样进行循环三轴试验，研究了饱和重塑砂土的液化行为。试验采用恒幅正弦载荷，通过测量剪切模量、阻尼比、轴向应变和超孔隙水压力比的变化，评估了加载频率（分别为0.1、0.5、1.0 Hz）和压实度（分别为0.95、0.90和0.80）对砂土液化行为的影响。试验结果表明，对于压实度为0.95的砂样，在5 000次加载循环中，0.1 Hz的加载频率对液化过程影响甚微；而对于压实度为0.90和0.80的砂样，此频率的影响显著。对于压实度为0.80的砂样，当频率增加到0.5 Hz时几乎一加载就直接发生液化。这表明增加加载频率会加快液化速度，而增加压实度则会减慢液化速度。因此，通过一系列的试验可以模拟现场砂土在不同频率下的动荷载条件。试验结果表明，饱和砂土的液化行为由以下因素决定：（1）试样的压实度越低，液化越容易发生；（2）加载频率越高，液化越容易发生；（3）循环轴向应变越大，发生液化所需的循环次数越少；（4）超孔隙水压力随加载循环次数增加，直至试样完全液化。

煤炭开采引起的地表沉陷是一个多维动态变化过程，动态预测可以获取采空区上方任意位置、时刻的形变大小，对保护地面基础设施和人民生命安全具有重要意义。为实现地表沉陷的动态预测，针对Weibull时间函数模型结构复杂、参数较多等不足，基于开采沉陷相关理论，建立了仅含一个模型参数，且可以准确描述地表点下沉量、下沉速度、下沉加速度的改进Weibull时间函数模型。在此基础上，结合已有的地表沉陷盆地模型，建立了一种新的开采沉陷动态预测模型，详细阐述了模型参数的确定方法及其对沉陷盆地形态的影响，并结合某矿313工作面和3214工作面实测数据验证了模型的预测精度和适用性。结果表明：改进的Weibull时间函数模型最大均方根误差为52 mm，最大相对误差为2.1%，较改进前分别提高了60.3%和64.4%；开采沉陷动态预测模型预测的下沉曲线形态和实测下沉曲线形态一致，最大均方根误差为17 mm，最大相对误差为1.76%，表明该模型可以预测地表沉陷过程，具有较好的适用性和可靠性。该研究结果可为矿区地表沉陷动态预测提供参考。

为解决基于干密度评估压实质量所存在的压实时间不定、评价指标单一等问题，提出了一种基于粗颗粒嵌锁点的高铁级配碎石（high-speed railway graded aggregate，简称HRGA）振动压实控制新方法。首先，结合力学指标动刚度Krb和修正地基系数K20完善振动压实评估体系，进一步提出了压实控制嵌锁点Tlp指标，并通过室内试验研究了Tlp前后级配碎石的力学性能及适用性；其次，通过振动压实试验建立了Tlp与HRGA的各项性能指标之间的关系，并结合灰色关联度分析（grey relation analysis，简称GRA）算法分析了Tlp的主控特征；最后，基于机器学习（machine learning，简称ML）方法提出了Tlp预测模型，结合三层次优选体系选择最佳Tlp预测模型，并利用SHapley Additive exPlanations（SHAP）可解释性方法对最佳ML模型进行了解释。结果表明：基于Tlp可确定最优振动时间，进而控制压实质量；基于GRA算法明确Tlp的主控特征为填料最大粒径dmax、级配参数b、级配参数m、扁平细长颗粒Qe和洛杉矶磨耗LAA；计算各Tlp预测模型的综合评价指标（comprehensive evaluation index，简称CEI）依次为改进粒子群优化的人工神经网络（artificial neural networks for improved particle swarm optimization，简称IPSO-ANN）模型>改进粒子群优化的支持向量回归（support vector regression for improved particle swarm optimization，简称IPSO-SVR）模型>改进粒子群优化的随机森林（random forest for improved particle swarm optimization，简称IPSO-RF）模型，IPSO-ANN模型最佳；基于SHAP方法得到总体重要性值排序为dmax（17.31）>b（13.93）>m（6.59）>Qe（2.17）>LAA（1.54），该结果与GRA算法的结果相印证，表明SHAP方法可提升ML模型的可理解性。该研究成果可为振动压实的质量评估提供新思路，也为振动压实智能化控制提供强有力的理论支撑。

水力压裂裂隙扩展形态对于深部岩体油气开采和地热能开采具有重要意义。针对深部地层岩体水力压裂裂隙扩展问题，基于相场法理论、Biot多孔弹性介质力学理论和渗流力学理论建立了相场法应力−渗流耦合模型。该模型采用有限元方法对方程组进行离散化处理，运用牛顿迭代法（Newton-Raphson method，简称NR法）和分离式耦合方法求解方程组以提高计算精度。对比了该模型数值解与室内试验模拟结果和基于数值流形法（numerical manifold method，简称NMM）的数值解，并将数值解与理论解析解进行比较，验证了模型的可靠性。基于该模型，研究了地应力差、裂隙间距和注入流量等因素对垂直于最大主应力方向的双裂隙水力压裂裂隙扩展的影响规律。研究结果表明：随着地应力差的增大，裂隙扩展路径的偏转角度增大，扩展分支路径相应增多；较小的裂隙间距使裂隙更易贯通，且裂隙扩展的偏转程度和扩展长度均随着裂隙间距的增大而逐渐增大；较大的注入流量更有利于裂隙扩展长度和扩展速度的增加。通过探讨不同因素对裂隙扩展的影响，为深部岩体水力压裂优化复杂裂隙网络提供了理论依据。

静压桩的贯入挤土效应导致桩侧土压力升高，探究桩贯入挤土导致的桩侧土压力变化对建立合理的桩贯入阻力计算方法具有积极的意义。因此，采用大变形数值模拟方法和南水本构模型对桩在砂土中的贯入过程进行了分析，探究了桩侧土压力系数K的变化规律。结果表明：桩贯入过程中土体受力可划分为加载、卸载和应力稳定3个阶段，在桩端到达土体所在深度时土体的应力达到峰值，远离后土体发生应力卸载，最后趋于稳定；在深度方向的最大扰动范围为5D（D为桩直径），沿径向最大扰动范围为6D。桩贯入完成后的桩侧土压力沿深度方向近似表现为线性分布，在桩端处出现极值。桩径的变化对土压力的影响不显著，不同直径的桩侧壁土压力接近。随着界面摩擦系数的增加，桩侧土压力逐渐增大。基于数值分析结果提出了考虑桩−土界面摩擦系数的桩侧土压力计算方法。

考虑桩−海水−层状土相互作用，研究了水平动荷载作用下层状地基中海洋大直径管桩的动力响应特性。将海水视为无黏性可压缩流体介质建立桩周、桩芯海水的运动方程，通过分离变量法并结合海水的边界条件求得桩周、桩芯海水作用在管桩上的动水压力。将海床土体视为黏弹性介质并考虑其成层非均质性，利用微分变化并结合土体振动边界条件解得桩周、桩芯土体作用在管桩上的水平抗力。进而根据各桩段上水平力的平衡建立管桩控制方程，利用传递矩阵法并结合桩身的连续条件以及桩顶、桩底的边界条件，得到层状海床土中海洋大直径管桩的水平动力响应解析解，给出了桩顶位移解析表达式。将所得解与有限元模拟结果以及退化解与已有文献解进行对比，验证了本研究计算方法的合理性。并基于所得解分析了管桩−海水−层状土系统水平动力响应对动水压力、水深、土体模量、土层厚度等关键参数的敏感性。

岩爆是地下岩土工程中常见的地压灾害。为实时准确地预测岩爆，提出一种基于微震监测和概率优化朴素贝叶斯的短期岩爆预测模型。首先，以114组岩爆样本数据为基础，结合相关特征选择算法选取累计微震事件数、累积微震能量、累积微震视体积和累积微震能量率4项微震参数作为预测指标。其次，为最大程度地削弱朴素贝叶斯算法的条件独立性假设，采用指标相关重要性赋权法和相似度函数从属性赋权和实例赋权两方面优化条件概率，并针对条件概率赋权后可能引起的决策失衡问题，引入马氏距离补偿先验概率损失，进而提出一种带有条件概率加权和先验概率补偿机制的概率优化朴素贝叶斯算法预测岩爆烈度等级。最后，从模型评估、模型比较和工程验证3个方面检验模型的准确性和可靠性。研究结果表明，所提模型预测准确率为86.96%，预测性能优于其他机器学习模型，可为实际工程的岩爆预测提供科学依据。