陆相页岩普遍发育黏土质、长英质及方解石质等不同组分的纹层，在水力压裂刺激页岩裂隙网格结构过程中，界面过渡区（interfacial transition zone，简称ITZ）的存在严重地影响了裂纹的扩展方向和形态。然而，目前缺乏针对页岩纹层ITZ分布范围的有效量化方法。针对页岩微观力学参数曲线的离散特征，通过置信椭圆标定ITZ范围内的离散数据，使用线性拟合与置信椭圆交点的投影长度作为定量页岩纹层ITZ的新方法。借助扫描电子显微镜与矿物定量评价系统，获得页岩表面形貌和矿物分布情况，对划痕试验后矿物破坏形式进行分析。基于纳米划痕试验结果，通过断裂韧性确定了不同岩性矿物的分布长度，并将其与扫描电子显微镜识别结果进行对比。结果表明：伊利石等塑性矿物在划痕试验过程中呈现出碎屑在两侧堆积的破坏模式，而钠长石和石英等脆性矿物则呈现出锯齿状的破坏或点状的崩裂。由于ITZ的存在，扫描电子显微镜识别出的塑性矿物分布长度大于断裂韧性曲线的定量结果。摩擦系数法受到表面粗糙度的影响，拟合置信度较低，定量结果偏大。与摩擦系数法相比，断裂韧性法具有更高的数据连续性和拟合置信度，但是考虑因素较为单一。无量纲参数法综合考虑了断裂韧性、硬度、摩擦系数和划痕深度的影响，曲线离散度较低，拟合误差较小。相比于传统单个力学参数的识别手段，基于无量纲参数对ITZ分布范围的量化准确度有较大提升。

为了开发珊瑚泥的工程应用价值，采用粒子图像测速（particle image velocimetry，简称PIV）技术，进行了聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，简称PVA）纤维改性珊瑚泥面层模型龟裂试验研究。获得了珊瑚泥面层的位移场和速度场，从多物理场作用、能量耗散角度揭示了珊瑚泥面层龟裂及抑裂机制。探讨了多物理场与土体水分蒸发、收缩以及龟裂之间的相互作用机制，为龟裂动力学行为提供了新视角。结果表明：（1）珊瑚泥面层表面颗粒移动轨迹在重力场的影响下呈现为顺时针涡流形式的收缩方向。珊瑚泥面层土颗粒在裂隙位置处具有极大值速率，而且随着裂隙的萌生、发育到扩展稳定，土颗粒速率会经历加速阶段，到达峰值后转变为衰减阶段。（2）珊瑚泥内部分碳酸盐矿物成分会发生化学硬化、结晶以及胶凝，PVA纤维与珊瑚泥颗粒之间以及珊瑚泥颗粒与颗粒之间产生胶结作用，提升了珊瑚泥强度。当纤维掺量为0.5%时珊瑚泥性能最优，珊瑚泥表面几乎无裂隙出现。（3）珊瑚泥龟裂存在张拉破坏、剪切破坏以及拉剪混合破坏3种形式。（4）从多场作用、能量耗散角度，揭示了珊瑚泥面层龟裂及抑裂机制，提出了对多物理场与土体蒸发、收缩以及龟裂之间的相互作用的新见解。土体龟裂过程中的水分场、位移场、速度场和应力场相互作用，共同影响土体的裂隙形成和发展。这些相互作用形成了一个复杂的系统，影响着土体的稳定性和力学行为。

随着海上风电装机总量逐渐增加，适用于海洋软土地基区域的坐底式海上风电安装平台逐渐得到推广使用。该平台通过支撑结构坐于沉垫基础顶面，沉垫基础再将集中荷载均匀分布到海底地基中，为整个风电安装平台提供支撑。但传统的未开孔沉垫基础在长时间坐底条件下，基础底部土体会产生固结，并与基础紧密吸附在一起，增大基础回收或迁移难度，因此提出了一种新的中心开孔回型沉垫基础结构形式。为探究饱和软黏土中回型沉垫基础竖向承载特性，开展了离心机竖向承载力试验，结合有限元数值分析方法，研究开孔率和土体归一化强度对竖向极限承载力的影响。结果表明：当土体归一化强度小于2时，美国石油协会（American Petroleum Institute，简称API）规范低估了基础竖向承载力；当土体归一化强度大于2时，高估了基础承载力；随着开孔率的增大，竖向极限承载力逐渐减小，但不能依据API规范简单地采用有效面积对开孔沉垫基础进行线性折减；提出了以开孔率和土体归一化强度为变量的回型沉垫基础竖向极限承载力计算公式，为实际工程提供参考。

寒区岩石常因经受冻融循环作用而产生冻融变形累积，对工程稳定产生不利影响，目前对岩石累积冻融变形及其危害认识不足。因此，基于砂岩冻融循环试验，研究砂岩多周期累积变形特性，并探究了冻结温度、降温速率、饱和度、孔隙率对其累积冻融变形特性的影响。利用光学显微镜、扫描电镜、压汞法对冻融作用前后砂岩微观孔裂隙分布、孔径分布演化进行测试，以揭示砂岩宏观冻融变形特性的微观机制。结果表明，砂岩累积冻胀应变和残余应变均远大于首周期冻胀应变和残余应变，寒区工程以单周期冻融应变为依据进行工程响应分析存在显著风险，以累积冻融变形为依据更合理。冻结温度降低、降温速率增大或孔隙率增大时，砂岩累积冻胀应变和残余应变均增大。冻融循环作用下，砂岩内部微观孔隙、裂隙逐渐发育，颗粒间的连接也逐渐松散，内部孔隙结构发生变化，部分孔径范围内孔隙明显增多，孔隙总体积也相应增大，产生无法恢复的塑性变形，从而产生宏观上随冻融循环次数逐渐增长的累积冻胀应变和残余应变。

为探究原状膨胀土裂隙演变性状的环境效应，利用环境箱对饱和原状膨胀土开展不同湿度环境下的脱湿试验，并结合计算机断层扫描（computed tomography，简称CT）技术提取土体裂隙网络，计算相关特征指标。结果表明：膨胀土裂隙演变性状可由特征指标定量表征，且各项指标与脱湿速率密切相关；脱湿速率的提升逐渐弱化了土体的收缩变形程度，且二维裂隙率沿高度方向上的分布呈现出显著变化；从三维角度看，脱湿导致微裂隙持续扩张，且渐增的脱湿速率使得孔隙间的连通性不断增强，具体表现在土体连通裂隙率、孔隙与喉道体积、平均配位数的不断增长；另外，随着脱湿速率的增长，裂隙分布可概化为三阶段演变模式：（1）水平裂隙逐渐连通，斜向裂隙逐渐增多；（2）水平裂隙的连通度达到最大，斜向裂隙占比达到峰值；（3）斜向裂隙逐渐连通，水平裂隙再次衍生。裂隙分布演变模式最主要取决于原生裂隙的初始分布状态，而脱湿速率则是影响裂隙规模及连通程度的重要因素。

筋箍碎石桩复合地基的稳定分析是其设计计算的主要内容之一，但针对该方面的研究尚不完善。基于路堤下不同位置筋箍碎石桩破坏模式的差异对其进行分区，考虑桩身受压和弯曲破坏，对路堤下筋箍碎石桩复合地基稳定分析方法开展了理论研究。首先借鉴钢筋混凝土桩抗弯承载力的计算方法，结合筋箍碎石桩自身物理特性及二次逼近法求解超越方程的思想，提出了筋箍碎石桩临界弯矩理论值的计算方法。随后将桩身临界弯矩和等效抗剪强度概念引入传统极限平衡法进行改进，提出了基于桩身弯曲破坏的路堤下筋箍碎石桩复合地基稳定分析方法。最后通过算例分析对比传统极限平衡法、数值强度折减法与所提方法的计算结果，证明了所提方法用于路堤下筋箍碎石桩复合地基稳定分析的合理性。

液氮循环压裂技术是一种环境友好且高效的新型无水压裂方法，通过多次液氮冷却作用在干热岩中产生显著的热应力，从而有效地对干热岩储层进行致裂和增渗。为了揭示液氮循环冷冲击作用对干热岩断裂特性及损伤特征的影响机制，对花岗岩试样进行不同循环次数的高温加热-液氮冷却处理，通过三点弯曲试验对处理后的花岗岩试样物理力学特性（包括断裂韧度和破裂特征）进行了分析。基于三维激光扫描技术和分形理论对三点弯曲试验后花岗岩断口表面形貌特征及断面粗糙度进行了定量评价。采用数值方法，利用随机四参数生成法重构非均质花岗岩基质，建立了热-力耦合的混合相场模型，对不同液氮循环次数下高温花岗岩的微裂隙演化及宏观断裂过程进行模拟，分析了液氮循环冷冲击作用对高温花岗岩宏观断裂特性的影响。试验和数值结果表明：高温加热-液氮冷却循环作用会加剧花岗岩的损伤程度，导致断裂韧度等力学参数显著下降。断面分形维数以及形态特征参数与循环次数呈显著正相关，在高循环次数下断面展现出复杂曲折的宏观主裂纹扩展路径。热-力耦合混合相场模型能够有效再现高温加热-液氮冷却循环作用下花岗岩的热-力开裂行为。花岗岩的热损伤主要集中在最大拉伸应变能区域。液氮循环作用下，高温花岗岩的微破裂主要由温度梯度和相邻矿物颗粒之间的热膨胀变形差异引起。液氮循环冷却诱导的微裂隙使得花岗岩I型断裂的扩展路径更加曲折和复杂。

在泥炭地基土的改良加固处理中，水泥水化反应使地下水土环境酸碱性发生变化，将对泥炭土中主要有机质成分——腐殖酸产生一系列不良影响，进而劣化泥炭地基土的工程性质。试验通过模拟实际工程中使用水泥处理泥炭地基土时所产生的地下碱性环境，了解水泥水化反应影响泥炭土环境酸碱性的动态变化过程，探索水泥水化碱性环境下泥炭土中腐殖酸的溶蚀性及其影响规律。结果表明：泥炭土环境在水泥水化作用下变化为碱性环境，碱性环境下泥炭土中腐殖酸具有溶蚀性，腐殖酸发生溶蚀后反向调节碱性环境，随着环境酸碱性达到稳定，腐殖酸溶蚀也基本结束。腐殖酸溶蚀作用下泥炭土体内部孔隙增大、骨架结构疏松、整体联结性变差、强度显著降低，腐殖酸溶蚀作用可对泥炭土体造成严重损伤。该研究结果可为水泥水化碱性环境下泥炭土溶蚀性带来的一系列工程问题提供一定的参考价值。

超固结黏土的应力-应变特性随超固结程度的演变呈现出较为复杂的力学特性。开发一个实用的本构模型可为超固结黏土的数值分析提供强有力的工具。首先，分析超固结黏土的剪胀特性随超固结程度的变化，将超固结参数引入剪胀关系中，建立形式简单的超固结黏土剪胀方程，并将其积分为塑性势面。然后，在边界面理论的框架下，结合所提出的剪胀方程，采用简单实用的理论方法，建立超固结黏土的边界面本构模型。最后，采用大范围超固结度下的三轴排水压缩和拉伸、三轴不排水压缩和拉伸试验以及复杂应力路径试验对所提本构模型的性能进行全面验证。结果表明：所提出的模型可以较好地描述超固结黏土的应力-应变特性随超固结程度的变化，并且在体变和孔压模拟方面具有较大的优势。

目前对深海含气能源土的研究多关注于相对平衡状态下以小气泡为主的含气土，且试验中多用施加正弦波来代替地震波。因此，提出一种能控制气泡尺寸及含量的方法，将地震波加速度时程曲线转化为应力时程曲线代替正弦波，通过动三轴试验探究地震作用下不同组分含气土的动力特性。试验表明：在地震荷载作用下，随围压的变化含气土破坏形式也发生变化，包括压缩破坏和拉伸破坏；不同黏土含量表现的破坏形式既有应变破坏，也有液化破坏，高黏土含量含气土刚度及抗剪强度皆下降，但塑性变形能力增强；有效围压对含气土的影响显著，随着饱和度降低，土体动强度越低，有效围压的影响效果越明显。

传统劲性水泥土复合桩的内芯多采用预应力混凝土管桩，其仅依靠内外芯的摩擦和黏结来传递荷载。现场调研发现，水泥土桩与管桩界面的胶结力较小，依据规范进行设计时，内界面抗剪强度往往取值很低。针对此种情况，将内芯预应力混凝土管桩替换为钢管桩，探寻其与外芯水泥土桩间界面的抗剪强度，同时又提出将外表面具有螺旋叶片的钢管桩作为新型内芯桩。针对内芯为无肋钢管及螺旋叶片钢管的桩段试样进行了内界面剪切试验，分析了内界面极限剪切力的影响因素并进行了定量数据表征。获得了新型组合桩的内外芯剪切破坏模式及内界面抗剪强度参数的演化规律和计算方法，从而对《劲性复合桩技术规程》（JG/T 023－2007）桩体承载力计算公式中的内界面抗剪强度参数取值进行了修正。

为研究水汽循环作用下红层泥岩的强度、变形及损伤的演化规律，对红层泥岩开展了水汽循环试验。通过单轴压缩试验、巴西劈裂试验以及声发射与三维数字图像相关（three-dimensional digital image correlation，简称DIC-3D）技术，研究了不同水汽循环次数下红层泥岩强度、变形及损伤特性的演化规律。研究结果表明：随着水汽循环次数的增加，泥岩含水率和体积将产生不可逆累积，泥岩的水汽平衡时间延长；水汽循环作用将导致泥岩抗压强度、抗拉强度、弹性模量和剪切模量的衰减，由此提出了红层泥岩的指数型劣化模型；在经历不同水汽循环次数后的单轴加载过程中，泥岩的破裂形态随循环次数的增加由整体剪切破坏逐步发展为局部弥散裂纹发展破坏的模式，演化规律的特征表现为裂隙闭合点推迟、起裂应力和损伤应力点提前、岩石的压密过程延长、线弹性变形阶段缩短以及岩石抵抗变形的能力降低。

分析基坑开挖所诱发的下卧盾构隧道变形对评估其安全状态具有重要意义，但已有研究通常将下卧盾构隧道等效为均质连续梁，难以反映其环间接头的影响。为此，引入考虑环间接头转动和错台位移影响的非连续地基梁模型对基坑开挖所诱发的下卧盾构隧道变形进行分析。首先，根据Mindlin解导出基坑开挖卸载作用在下卧盾构隧道轴线处所产生竖向附加荷载的理论表达式；其次，基于非连续地基梁模型，推导竖向附加荷载作用下盾构隧道环段的竖向位移控制微分方程及环间接头的内力连续性条件与变形关系；最后，利用有限差分法建立下卧盾构隧道竖向位移的理论计算方法，并通过实际工程案例进行对比验证，分析接头转动刚度和剪切刚度、地基反力系数、基坑开挖深度以及基坑与盾构隧道水平间距等参数的影响。结果表明：基于非连续地基梁模型所得到的盾构隧道竖向位移与实测值具有较好的一致性，分布曲线在环段内光滑、在环间接头处有突变，反映了环间接头的转动和错台位移特性；随着接头转动刚度的增加，环段接头转角位移会逐渐减小，环间错台量则会逐渐增加；而接头剪切刚度越大，盾构隧道竖向位移与环间错台量则会越小；地基反力系数以及隧道与基坑间距的增大，基坑开挖深度的减小，均会使得盾构隧道竖向位移与环间错台量减小，其弯矩与剪力亦可得到有效控制。

孔隙介质中的两相渗流和毛细捕获是深部咸水层中二氧化碳（CO₂）封存的重要过程和关键机制。尽管已有研究对两相流驱替模式及其判据进行了深入探讨，但循环驱替过程中两相渗流特性和毛细捕获机制的研究仍相对不足。通过孔隙尺度的水-油两相循环驱替可视化试验研究，分析了孔隙非均质性和循环驱替次数对两相渗流特性及毛细捕获效率的影响。试验结果显示，循环驱替破坏了非润湿相的连续性，使其分解为难以重新活化的孤立“液滴”，经过4次循环驱替后，毛细捕获效率最高可达40%。随着孔隙介质非均质性的增加，通过绕流机制大量捕获非润湿相，非均质孔隙结构中毛细捕获效率相比均质介质提高了32.5%。试验结果还揭示了循环驱替过程中4种典型的毛细捕获液滴类型：附着型、桥接型、团状型和簇状型液滴，其中，附着型液滴的数量占比最高，但其捕获体积较小，而簇状型液滴对毛细捕获效率贡献最大。该研究结果加深了对循环注入过程中毛细捕获机制的理解，并为提高深部咸水层CO₂地质封存的效率提供了理论支持和实践依据。

盐渍土广泛分布于我国西部地区，其盐胀特性对道路工程产生严重危害，研究盐渍土路基水盐迁移规律并切断其路径对盐渍土地区道路安全防治起到关键作用。基于开挖废土利用构想，提出一种新型盐渍土基泡沫轻质土作为盐渍土地区路基隔断层。采用自研设备开展相关试验，测试其内部温度变化、竖向位移及冻融后的水盐分布，分析新型泡沫轻质土隔断层的隔盐消胀效果，并从微观结构角度探究阻盐机制。结果表明：在温度梯度下，盐渍土试样内部水分与盐分向上迁移，多在中上部聚集。新型泡沫轻质土隔断层能有效阻隔水盐上迁并抑制盐胀，土体含盐量越高，抑胀效果越好。盐分在泡沫轻质土孔洞内析出结晶成盐壳，泡沫轻质土的多孔结构不仅能有效储存盐分，而且能阻隔盐分迁移，使盐分结晶在其内部进行，从而减少盐胀对土体的破坏。

通过主应力旋转试验，研究了黄河饱和粉质土在不同初始固结角度ξ 条件下的应变发展规律。结果表明，轴向、环向和扭剪应变表现出不同的模式，显示出ξ 对粉质土的力学响应影响。特别是在ξ =90°时，轴向应变在第1次加载循环中表现为压缩行为，而环向应变则表现为拉伸行为。不同初始固结角度引起的各向异性在ξ =90°和ξ =60°附近开始显现。不同ξ 值的应变波动趋势趋于稳定，其中ξ =90°和ξ =75°表现出相似性；而当ξ =45°时，表现出最大的波动性和应变幅值。除ξ =90°和 ξ =60°外，大多数ξ 角下的扭剪应变表现出相似性。体积应变突显了固结角度对土体各向异性特征的显著影响。随着初始固结角的增加，滞回曲线向左移动，表现出循环蠕变特性；在ξ =60°时，剪切应变几乎可以忽略。随着循环周期的增加，滞回环收缩，表现出剪切刚度的持续增强并最终稳定。该研究揭示了初始固结角度对饱和粉质土的力学特性的影响。

不同于线性的路基填土挡墙，黄土山区因新建场地产生了为数不少的以折角形式出现的加筋土挡墙，而挡墙上部往往因修建工业厂房（矩形荷载）或道路（条形荷载），折角处更容易产生变形破坏，影响其使用寿命。为了研究矩形荷载和条形荷载对折角式加筋土挡墙拐角部位的作用效应，建立折角直立式加筋土挡墙的物理模型，探究墙内土压力分布和墙体位移的变形规律。试验结果表明：（1）在两种荷载作用下，挡墙拐角-直线过渡段的土压力分布差异显著，在矩形荷载作用下，最大垂直土压力出现在拐角部位，并且从拐角向两端逐渐降低，而在条形荷载作用下，整体没有出现显著波动，仅在挡墙顶部沿墙背表现出逐渐减小的趋势；（2）加筋土挡墙在不同荷载作用下挡墙折角段的水平变形均呈现鼓肚状，竖向变形均随荷载增加至80 kPa后增长放缓，宏观变形裂缝均表现为对数螺旋形且沿拐角角平分线呈对称分布。该研究成果可为类似折角结构的加筋土挡墙优化设计提供理论依据。

深基坑拉桩支护结构是由前排桩、后拉桩、冠梁以及连系梁构成的三维空间结构体系。既有工程案例已经表明拉桩支护结构具有较好的抗倾覆、控制水平侧向变形的服役性能，但相应的理论支撑及成体系性研究较少。为深入探究拉桩支护结构体系变形性状、内力演化特征以及工作机制，进行了拉桩支护结构室内缩尺试验。结果表明：前排桩桩身水平侧向位移分布曲线呈上凸状，桩身弯矩分布曲线呈反S状，桩身轴力分布曲线呈梭子状，桩身轴力为压力；后拉桩弯矩分布曲线呈弓状，桩身轴力分布曲线呈勺子状，上部为轴向拉力，下部为轴向压力；冠梁水平侧向位移分布曲线呈短冠梁的正弦函数状，轴力分布曲线呈明显M状，M状曲线的双峰处对应的区域为不带后拉桩的前排桩桩顶冠梁，亦是冠梁薄弱点。拉桩支护结构的空间特点可形成较为稳定的拉压结合的大三角内嵌两个小三角式、三向门式框架结构，随之产生的后拉桩效应与空间变形协调效应分别具有锚拉前排桩、遮蔽土压力的能力和控制支护桩桩顶倾角差异过大与冠梁水平侧向变形差异过大的能力。

借鉴大数据思想，充分利用岩土工程勘察数据，实现岩土参数精细化表征和建模，是岩土工程数字孪生的重要组成部分。通过收集深圳市75个工程项目的岩土工程勘察报告，建立了深圳黏性土及风化残积土8个土工试验参数数据库SZ-SOIL/8/11369，分析了深圳黏性土及风化残积土土工试验参数的分布特征和规律。进一步利用该数据库，提出了基于生成对抗网络（generative adversarial network，简称GAN）的土工试验物理力学参数概率分布及预测模型，并将提出的方法应用于深圳某项目，针对单组土工试验样本利用物理参数成功预测了其力学参数，并利用少量样本正确预测了该工程场地的土工试验参数的分布。结果表明，所提方法能够对缺失参数样本进行合理预测，并实现了通过大范围地区勘察数据降低局部工程场地岩土参数不确定性的目的，可为深圳岩土与地下工程结构韧性设计和风险评价提供参数保障。

将能源桩技术应用到支护桩形成能源支护桩，不仅可以解决能源桩技术的结构安全问题，还能使资源回收再利用。依托焦作市新河商务区高压线路归并改造综合管廊基坑支护工程，开展基坑开挖前后能源支护桩的热响应试验，并在基坑开挖稳定后进行不同间歇比下能源支护桩的热力响应现场试验，实测进水口、出水口、桩身温度以及应变变化数据，初步探讨了能源支护桩的换热性能、热致应力及桩身弯矩的变化规律。研究结果表明：此试验条件下，基坑的开挖使能源支护桩的换热量得到提升，而桩身附加温度应力减小。不同间歇比下能源支护桩的换热量随着间歇比减小而得到提升，桩身附加温度应力随着循环次数的增加而逐渐增大，且沿埋深逐渐减小。基坑开挖引起桩身弯矩在−8.0 m处最大为128.98 kN·m，且越往两端弯矩越小，随着桩身温度逐渐上升，桩身弯矩先减小后上升；不同间歇比下能源支护桩桩身弯矩随着间歇比的增大而逐渐增大，间歇比为2.0时桩身−4.0 m处产生的弯矩最大为7.12 kN·m。

大力发展可再生能源已成为世界各国的共识，其中的重要方向之一是海上风电。海上风机上部结构所受的风、浪、流等复杂环境荷载最终由锚固基础承担，因此锚固基础的承载性能在确保整个系统的服役稳定性中起着决定性作用。串联锚是一种新型混合锚，由两个或多个传统锚板（如拖曳锚或法向承力锚）组合而成，具有安装成本低、锚固效率高、可重复使用和承载能力高等优点。提出了串联锚的塑性极限分析上限解可以快速预测串联锚的承载能力，发现不排水抗剪强度梯度k并不会对承载能力系数产生影响。在耦合荷载的影响下，串联锚的法向抗力主导了承载力的大小，切向荷载与旋转扭矩的发挥机制与单一锚板区别不大。服役过程中，串联锚相对于单个锚板需要更大的位移来调动其极限承载能力。

深部巷道大变形已成为深部煤炭安全高效开采的关键制约因素。为实现深部软弱围岩稳定性控制，提出了基于深部巷道大变形演化过程的分步联合支护方案及其理论分析模型。结果表明，深部软弱围岩呈破裂碎胀变形-损伤扩容变形-连续变形的分布特征。分步联合支护后，围岩极限承载力随锚杆和锚索等效支护力增大呈线性增大趋势，但随注浆修复系数呈指数增大趋势。锚杆和锚索支护设计时应以极限承载力所需的注浆修复系数等于1.0时的等效支护力临界条件为基准。深浅孔注浆支护时须同时考虑注浆修复系数和围岩破裂区半径。不同支护措施的协同支护参数可由破裂修复区围岩极限承载平衡条件确定。数值模拟和工程应用分析表明，分步联合支护可实现深部软弱围岩碎胀大变形控制，具有较高的工程推广应用价值。

随着煤炭开采向深部转移，巷道冒顶、底臌和两帮移进等软岩大变形问题层出不穷，对煤矿安全生产带来了严峻的挑战。目前，兼具连续方法和非连续方法优势的连续-非连续方法正在快速发展，然而，基于连续-非连续方法的蠕变研究尚少见报道。为了模拟蠕变剪裂现象，以岩石发生蠕变破坏时的应变位于三轴压缩应力-应变曲线峰后区域内这一试验现象为基本依据，在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合连续-非连续方法中，考虑了单元的黏弹性，发展了能模拟界面黏塑性的蠕变剪裂模型，并引入了蠕变剪裂判据。单轴压缩岩样的蠕变曲线计算结果与试验结果基本相符，蠕变剪裂开始稍后，岩样即进入加速蠕变阶段，这表明所提出的方法具有模拟加速蠕变的潜力。针对软岩巷道的计算表明，在深部围岩的推挤作用下，离散块体涌向巷道，导致巷道断面急剧缩小，在宏观上表现为大变形，巷道竖直方向收缩率可达58.8%。从单元的黏弹性和界面（虚拟裂纹面）的黏塑性两方面，丰富了软岩巷道大变形机制，即介质的黏弹性小变形、块体的大位移及之间的空隙以及界面的黏塑性变形共同作用。巷道围岩宏观上的大变形无须采用复杂大变形理论即可描述。

传统近场动力学方法采用积分方程替代连续介质力学中的偏微分方程，获得了对未知函数无光滑限制且更具一般性的方程，使得该方法特别适合模拟裂纹自发萌生和扩展等非连续问题，但高昂的计算成本往往限制了其在实际工程中的应用。采用一种基于快速卷积的近场动力学方法，以提高近场动力学方法的计算效率。该算法采用快速傅里叶变换来完成卷积计算，实现近场动力学方程中积分项的计算，可显著降低近场动力学的计算成本。基于快速卷积近场动力学的计算流程及其数值实现特性，提出了一套适用于该算法的前处理方法，并通过两个含预制裂纹的受拉方板算例验证了该前处理方法的可行性。在此基础上，进一步提出了随机裂纹扩展预测的建模方法，为岩土体随机裂纹扩展的预测研究提供了一个新的可行的思路。

针对刚性挡墙绕基底转动与平动耦合（rotation around the base and translation coupling，简称RBT）模式下砂土非极限主动土压力的分布问题，选取转动中心位置参数n=0.5、1.0、5.0共3组转动中心对其进行离散元模拟研究。结果表明，RBT模式下主动土压力兼具绕基底转动（rotation around base，简称RB）模式下凹型分布和平动（translational，简称T）模式直线分布的特点。在破坏过程中，墙土摩擦角往往先于内摩擦角达到极限值，墙后滑裂面为一曲面，且土体滑裂面处有明显的主应力偏转现象。基于数值模拟结果，根据中间对称圆弧拱得到了层间等效内摩擦角与n的函数关系式，利用水平层分析法，建立了曲边梯形微分单元的受力平衡方程，采用有限差分法求解得到了RBT模式非极限主动土压力数值解。参数分析表明，墙体位移、内摩擦角及转动中心位置参数n对主动土压力具有显著的影响。通过与数值模拟和模型试验的对比，验证了所提理论的合理性和可靠性，研究成果可为刚性挡土墙土压力计算提供参考。

土体含水率时空分布的精准监测对于岩土工程监测、地质灾害防治具有重要意义。针对被动分布式温度传感（passive distributed temperature sensing，简称PDTS）技术在监测土体含水率方面存在的局限性，引入斯皮尔曼相关性分析法，定量分析辐射、气温、升温速率、土体温度、含盐量与含水率之间的相关性，并结合误差反向传播网络（back propagation network，简称BP神经网络），建立了一个考虑水-热-盐综合作用的土体含水率被动感测模型，用以替代传统PDTS技术中复杂的数值迭代算法。此模型不仅扩展了PDTS技术的应用范围，还大幅提高了含水率预测的精度。在黄土高原开展了长期观测，利用原位观测数据验证了所提模型的有效性。分析结果表明：黄土含水率与其含盐量、温度之间的极强正相关关系可以实现深度上的互补，输入变量与含水率在2 m深度内存在显著的相关关系；模型可对黄土含水率进行精确预测，其均方根误差低于0.006 8 m³·m⁻³；模型误差主要来源于降雨及土体冻融效应，且整体上呈现出冬季小、夏季大的特征。研究内容为将PDTS技术应用于土体含水率监测提供了理论支持和实践参考，并揭示了黄土水盐运移机制。

将数字图像测量技术应用于常规土工三轴试验，成功解决了传统变形测量中的诸多难题，显著提升了测量精度与效率。但高像素图像中灰度阶层的多样性和渐变性使得梯度迭代计算变得复杂，角点附近存在多个潜在的角点候选位置，直接影响了亚像素角点定位精度。为了解决亚像素角点检测算法的定位偏差问题，针对已研发的土工三轴试验试样全表面变形数字图像测量系统，提出了基于角点相关匹配识别的亚像素角点检测方法。该方法首先运用Harris检测算法从原始图像中提取整像素角点坐标，随后以这些角点为中心构建固定尺寸的灰度子区。通过子区间的相关匹配迭代处理，获取了初始整像素角点在变形后的亚像素级位移。在模拟试样仿射变形试验中，改进后的算法在继承角点特征稳健识别的基础上，具有良好的仿射不变性，平均绝对误差降低了80.5%，大幅度提高了三轴试验试样全表面变形测量精度。

为研究钻机钻进参数与围岩参数定量关系，实现冲击地压卸压钻进与预警评价同步，自主研发一套防冲钻机钻测智能化试验平台。该平台由智能钻测试验钻机、大尺度真三轴应力加载系统、计算机控制系统和其他辅助装置等组成。平台能够较好地还原现场环境下的岩体力学参数与结构特征，实现随钻参数的实时测量与收集；利用该平台初步开展验证性试验。结果表明：真三轴应力加载系统通过电液伺服系统控制横向与竖向加载液压缸，实现大尺度试件的精确均匀真三轴加载，最大压力达6 000 kN，可真实再现千米深井围岩应力状态；智能钻测试验钻机在导轨式液压钻机基础上，设计新型高精度传感装置及信号传输模块，实现复杂工况下钻杆钻进过程中近钻头处随钻参数的实时测量与传输；计算机控制系统具有真三轴加载、钻机钻进控制、钻进参数收集等功能，实现钻进与参数采集同步；平台整体结构设计合理，操作简单。研发的试验平台可开展真三轴应力状态下大尺度试件钻进试验，对于研究建立钻机钻进参数与围岩参数定量关系，研发钻进过程中冲击危险性同步智能预警技术，实现围岩稳定性评估并进行同步预警等具有重要意义。