以沅麻盆地红层软岩为研究对象，开展不同饱水时长下的岩石单轴压缩试验、电镜扫描试验、弹性纵波波速测试，研究饱水红层软岩力学性质、微观结构、弹性纵波波速随时间的变化规律；采用数字图像处理技术对岩石微观结构特征进行量化处理，定量分析岩石微结构变化特征；基于损伤力学理论，构建水化作用下红层软岩损伤模型。研究结果表明，红层软岩饱水1、2、3、5 d后强度分别下降了14%、27%、39%、80%。随着饱水时间的增加，红层软岩单轴抗压强度单调递减，其破坏模式从脆性破坏模式逐渐往延性破坏模式发展，破坏时岩石破裂面与水平面夹角逐渐变小，主贯穿剪切裂缝周围的次生裂纹数量呈先增大后减小的趋势。红层软岩岩样缺陷面积占比随着饱水时间的增长逐渐增加，孔隙数量与孔隙平均尺寸呈负相关，孔隙数量表现为先升高再降低的趋势，红层软岩缺陷面积占比增量与饱水时间呈线性递增关系；同时，随着饱水时间的增长，红层软岩纵波波速降低，expdecl函数适用于拟合红层软岩纵波波速与饱水时间的关系。建立了红层软岩饱水损伤模型，并将模型计算值与试验值进行对比，验证了模型的准确性。该模型能以无损检测的方式准确预测不同饱水时长下岩石的单轴抗压强度，能较好地描述红层软岩饱水后的损伤特性。

静力膨胀裂岩技术中，尖角钻孔因应力集中效应显著，可大幅提升断裂效果。研究尖角较多的四边形孔静力裂岩的定向致裂机制并提出评判标准定量分析裂岩效果具有显著意义。为此，通过改变致裂岩石面积、钻孔数量与形状设计软岩相似试样开展静力膨胀试验，并利用粒子图像测试技术（particle image velocimetry，简称PIV）技术监测试样断裂过程及应变花记录并分析动态断裂力学行为；其次，引入平均能量利用率、断裂时效比、应力比及断裂面积比系数来量化试样断裂效果，提出断裂系数作为综合评判标准。结果表明：各试样均沿着四边形尖角角平分线发育两条主裂纹，随裂纹发展，应力峰值及总能量递减，断裂时间滞后。单孔作用下致裂岩石，梯形孔应力集中效应较菱形孔高13.75%，断裂效果更好；双孔相互作用下致裂岩石，菱形孔应力集中效应比梯形孔高16.67%，且应力衰减较缓。其中，方形−菱形孔的平均能量利用率最高，为62.66%；菱形−梯形孔组合断裂效果提升不大，断裂系数仅比单梯形孔高6.67%；方形−梯形孔组合断裂效果最好，断裂系数为1.15。

库岸岩质边坡因受库水位波动影响，节理面受到干湿循环的作用，干湿循环后的节理面剪切强度成为控制岩质边坡稳定性的关键因素之一。目前针对干湿循环后岩体节理面剪切损伤本构等方面研究不充分。以三峡库区红砂岩为例，通过开展不同干湿循环次数下红砂岩的节理直剪试验，获得干湿循环作用下红砂岩的强度变形特征，建立了考虑干湿循环效应的修正Iwan节理面剪切损伤本构模型。结果表明：节理试样的剪切应力−位移曲线形态表现为初始压密、线弹性变形、峰前软化、峰后破坏和残余变形5个阶段；通过引入Logistic模型，节理面剪切损伤本构模型能够反映实际的节理面损伤过程，较好地描述规则锯齿状节理面压密阶段剪切变形行为；干湿循环次数与修正后节理面Iwan剪切损伤本构模型参数存在对数关系；通过室内试验，验证了考虑干湿循环效应的修正Iwan节理面剪切损伤本构模型的准确性，该模型能有效预测干湿循环后节理面剪切应力−剪切位移的关系。研究成果可为三峡库区岩质边坡剪切滑移破坏机制研究和灾害防治提供一定参考。

废旧轮胎橡胶颗粒（tire-derived aggregate，简称TDA）混合道砟的改良方法，不仅具有减少道砟破碎和降低振动等的优点，而且可缓解日益增长的废旧轮胎处置压力。由于兼具节能、绿色等特点，越来越受到研究人员的关注。然而，目前的研究主要是围绕TDA掺量影响开展室内试验，对其他配置参数影响规律的研究还比较少见。颗粒形状是散粒体岩土材料力学性能的重要影响因素，研究不同形状TDA改良道砟的动力性能和作用规律，是提高认识和促进改良方法应用的必要基础工作。基于相同TDA掺量和孔隙比，在道砟中分别混合块状、针状和片状TDA，开展了室内动三轴试验和离散元模拟，对比分析了改良道砟的宏观试验结果和细观作用规律。结果表明：针、片状TDA改良道砟的轴向累积应变小于纯道砟试样，块状TDA改良道砟的轴向应变大于纯道砟；添加针、片状TDA对改良道砟动弹性模量的降低作用小于块状TDA。针状TDA改良道砟的耗散能和阻尼均较大，并呈稳定发展状态；片状TDA改良道砟的阻尼比较小，并随加载次数增加而逐渐减小；由于形状的长细和扁平特征，针、片状TDA主要通过增加橡胶颗粒间的接触提高了配位数，使集料更趋于密实状态；针、片状TDA能够显著抑制颗粒的转动速度和累积转角，并使得试样的累积动变形减小。

通过物理试验研究了节理影响下的滚石碰撞破碎规律，并在室内碰撞试验的基础上，采用非连续变形分析（discontinuous deformation analysis，简称DDA）并行计算方法对滚石冲击―碰撞―破碎过程进行数值模拟。主要探讨节理和坡面的夹角β 、节理的连通率 k和滚石的冲击速度 V 对滚石破碎特征的影响。采用滚石表面积与初始滚石表面积之比η ，作为定量描述滚石破碎程度的量值，η 值越大，破碎程度越高。通过研究发现：（1）η 随k 的增大而增大；在较大速度冲击条件下时，k = 0.75时的η 值是k = 0.25时的1.2倍；（2）k = 0.25时，η 随β 的变化不大，当k = 0.50和0.75时，η 随 β 的增加而减小；（3）高速冲击下（6.8～7.4 m/s）的η 相对于低速条件（3.5～4.5 m/s）的η 提升了1.5倍；（4）随着滚石单节理连通率k从0增大到0.75，能量恢复系数呈现逐渐减小的趋势，其数值降低了1.6～1.9倍；（5）随着撞击速度的增加，滚石的能量恢复系数随节理夹角β 的增加而逐渐增大，最大可达1.6倍。（6）数值模拟与室内碰撞试验得到的破裂特征和破碎程度基本相同，单节理连通率和节理与坡面夹角的扩大影响了应力的传播，改变了试件破裂特征。（7）多节理滚石撞击破碎时，裂缝不沿节理设置轮廓延伸，不与远离岩石中心的节理相交。撞击后的碎片速度略低于撞击前的速度。本研究对揭示滚石原生节理影响下的碰撞破碎具有一定的参考意义。

大量研究表明，粗粒材料的强度和变形特性受初始颗粒级配（grain size distribution，简称GSD）影响显著。然而，当前关于考虑颗粒初始GSD影响的粗粒材料本构模型的研究尚不多见。通过引入能够反映颗粒破碎难易程度的初始级配指标ϑ，将材料初始GSD和终极GSD相联系，系统地探究并阐明了ϑ对粗粒材料峰值抗剪强度q_p和峰值应变ε_ap以及e-p平面临界状态线（critical state line，简称CSL）位置的影响机制。针对ϑ对q_p和ε_ap影响的研究表明，随着ϑ增加，q_p降低；而ε_ap 则随着ϑ的增加而增加。结合上述结论，以沈珠江提出的驼峰型二次曲线模型为基础，建立了考虑初始级配和围压影响的切线杨氏模量；针对ϑ 对CSL位置影响的研究显示，随着ϑ减小，CSL向下移动的同时还会沿逆时针方向旋转。基于此结论，以临界状态土力学为框架，通过引入状态参数，建立了考虑初始级配和围压影响与状态相关的切线泊松比。对一种粗粒材料而言，该模型只用一套模型参数，且模型预测结果与试验结果较为吻合。

横截面异形桩是一种截面非圆的桩型，因其复杂的边界条件，使得受力特性不同于圆桩，目前关于异形桩横向动力响应的理论分析方法较为缺乏。为了研究异形桩在均质黏弹性土中的横向动力响应，将土体视为近似连续介质，基于变分原理和哈密顿原理导出直角坐标系下的桩−土体系控制方程。运用COMSOL物理场中的偏微分方程接口求解含复杂边界条件的土体位移函数，用Matlab中的BVP4c函数求解桩身位移函数，在Matlab中编写迭代程序可得桩身位移函数和土体位移函数的半解析解。将结果与现有圆桩理论解进行对比，结果吻合效果较好。对异形桩进行分析发现，横截面积相等时，形状对桩顶动力响应影响明显，H形桩的桩顶阻抗最大；横截面惯性矩相等时，X形桩的桩顶阻抗最大。以X形桩为例，桩顶阻抗随桩−土模量比的增大而增大；共振频率及桩顶阻尼随长径比的增大而减小，桩顶刚度随长径比增大而增大。

研究岩石强度行为的岩层倾角−围压组合效应是揭示充填体约束缓倾斜矿柱强度行为的基础。采用数值模拟代替围压下的岩石倾斜加载试验，研究倾角−围压下岩石剪切破坏规律和强度特征。以红砂岩为研究对象，开展红砂岩单轴和剪切试验，获得红砂岩的基本力学参数。以校核过的红砂岩基本力学参数为基础，开展7种倾角6种围压组合的岩石倾斜加载数值模拟，获取倾角−围压下岩石剪切破坏规律和强度特征。结果显示，随着倾角的增大，剪切带与水平面的倾角越大，且围压越大，剪切带变厚；增大围压能有效降低倾角对岩石强度的影响。然后利用非常规应力圆表征极限状态下岩石应力状态的围压−倾角效应，随着倾角的增大非常规应力圆圆心偏离正应力轴的程度越大，揭示了应力路径的变化规律。基于Mohr-Coulomb强度理论，采用梯度下降算法，将7种倾角6个围压下应力圆上表示极限应力状态的“点”联系起来，求得7种倾角对应的7组强度包络线方程。采用多项式逼近方法，引入倾角维度，将7组“强度包络线”向“强度曲面”拓展，实现从“点”到“线”扩展到“面”的转变，构建包含倾角因素的岩石强度模型。研究结果对揭示矿柱等岩体工程强度的倾角−围压耦合效应具有重要科学意义。

针对目前废弃纤维资源化利用和真空预压加固吹填软土地基效果欠佳等问题，在废弃纤维改性处理的基础上，研制出改性纤维塑料排水板，利用梯度比试验和室内真空预压模型试验，对比分析了不同改性纤维滤膜淤堵特性和不同类型排水板真空预压加固吹填软土效果及规律。试验结果表明：改性纤维滤膜孔径超过119 μm防淤堵效果更好；改性纤维排水板在沉降量、出水量、真空度、孔隙水压力、土样含水率和十字板剪切强度等指标上都优于普通塑料排水板，且滤膜孔径为119 μm的排水板加固效果最佳，相较于普通塑料排水板（分体式），其成本较低的同时，含水率平均降低6.4%，十字板剪切强度平均提高了7.8 kPa，充分体现了改性纤维排水板在工程应用中不仅具有良好的加固效果，还能降低成本，符合国家基础设施建设和经济绿色可持续发展理念。

压驱技术被用于解决低渗透油藏能量补充困难的工程问题，其中压驱施工压力是影响储层注水能力的关键参数。为确定合适的压驱施工压力，开展了基于过程区的压驱水力裂缝扩展临界压力研究。首先，结合弹性力学和弹塑性断裂力学，建立水力裂缝扩展稳定性判定模型，该模型考虑了过程区和井筒应力集中对裂缝尖端应力强度因子的影响。其次，设计可视化压驱试验研究压驱裂缝演化规律并验证模型的可靠性。最后，基于理论模型和试验压力曲线，确定压驱施工压力的上下限。结果表明，裂缝扩展有稳态扩展和非稳态扩展两种模式，受裂缝扩展的动力和阻力控制。破裂点前，压驱裂缝经历多个稳态和非稳态扩展阶段。压驱施工压力的下限为注入压力曲线斜率变小的拐点，该点是裂缝第1个稳态扩展阶段的起点，也是注入能力由降转升的起点；压驱施工压力上限对应的裂缝尖端应力强度因子等于0.05 MPa•m^0.5，该点略高于破裂前最后一个裂缝稳定扩展阶段的终点，是注入能力的极大值点。该研究可为压驱施工参数优化提供理论支持。

竖向隔离墙是限制污染物迁移最有效的技术之一，已被广泛用于污染土壤和地下水的现场管控。在干湿循环作用下，传统隔离墙材料极易发生性能劣化，导致其服役寿命显著缩短。通过一系列宏微观试验，研究了干湿循环作用下钠基膨润土、氧化镁、微胶囊3种改性材料对粉煤灰基地聚物隔离墙材料渗透特性演化和微观结构的影响。研究表明：不同地聚物隔离墙材料养护28 d后无侧限抗压强度和渗透系数均满足水泥基隔离墙的防渗设计要求，分别可以达到6.62 MPa和4.73×10⁻¹¹ m/s；不含改性材料的试样在1次干湿循环后渗透系数超过1×10⁻⁸ m/s，而含有改性材料的渗透系数在5次循环后仍能达到设计要求；3种改性材料通过影响小孔（<0.05 μm）、中孔[0.05 μm，0.10 μm]和大孔（>0.10 μm）所占的比例，可以有效提高地聚物隔离墙材料在干湿循环条件下的防渗性能。研究成果对隔离墙的服役性能评价和科学设计都有重要意义。

海上抗拔基础等工程可以利用蛇皮仿生界面正反摩擦异性提升承载性能，此类界面实际可能承受波浪、地震等循环荷载。为了解循环荷载作用下土−结构物仿生界面的正反摩擦异性特征，基于界面循环剪切仪，开展系列砂土−结构物仿生界面循环直剪试验，研究循环初始位置、法向应力、仿生界面表观形态、砂土相对密实度对循环剪切各向异性的影响规律，初步探讨循环后的抗剪强度演化特性。研究结果表明，循环初始位置和法向应力增大均导致界面颅向→尾向循环路径下剪切各向异性增大，尾向→颅向路径下剪切各向异性减小；界面鳞片长度与高度的比值对中等密实下的仿生界面剪切各向异性影响不明显；但是砂土相对密实度增大，此比值对颅向→尾向循环剪切路径下的剪切各向异性影响显著增大，对尾向→颅向循环路径下剪切各向异性影响略微增加。恒定应力条件下，经过两种循环路径后的仿生界面单向剪切峰值强度均大于未经历循环的单向剪切峰值强度，界面峰值摩擦角也明显增加。研究成果将为相关工程的优化应用提供重要参考。

地层软岩在劈裂注浆加固过程中裂隙扩展特征不明，经验化注浆参数设计不能有效加固围岩。为研究原位软岩劈裂注浆裂隙扩展特征，通过类软岩真三轴劈裂注浆试验，结合声发射参数特征，获得了不同主应力差与不同预制裂隙角度对裂隙扩展的影响规律，并采用理论分析与数值模拟方法对在三向应力下软岩试件劈裂压力差异及劈裂裂隙扩展转向机制进行讨论。结果表明：劈裂裂隙面与水平方向的夹角与其起伏程度随主应力差的增大而减小，劈裂过程中试件剪切裂纹占比随垂直压力增大而先减少后稳定；随着预制裂隙与垂直主应力夹角不断增大，初次劈裂压力先增大后减小，预制裂隙角度为0º与90º时，预制裂隙对劈裂裂隙扩展方向影响较小，预制裂隙为60º时，劈裂裂隙与预制裂隙发生贯通，预制裂隙角度为30º时，劈裂裂隙在浆液高压力的作用下转向交错；结合裸孔劈裂理论，对三向应力下劈裂压力差异与转向机制进行分析，软岩试件所受最大主应力与最小主应力的比值越大，其三向应力裸孔内劈裂的抗拉强度与巴西法测得抗拉强度的比值越小，劈裂裂隙初次劈裂扩展方向为裸孔环向压应力最小方向，扩展过程中会向预制裂隙两端应力集中处偏转，岩体应力分布变化是导致劈裂裂隙扩展转向主要原因。

为解决水泥固化软土抗酸性能差及制备水泥时高污染、高能耗及高成本等问题，拟采用低成本的工业固体废弃物（不同矿渣（ground granulated blast furnace slag，简称GGBFS）与粉煤灰（fly ash，简称FA）比例）为前驱剂，固体氢氧化钠为激发剂，以“一步法”制备地质聚合物浆料用以固化软土。继而将地质聚合物固化软土试样分别浸润在不同pH值（2、4、6）的HNO3和H₂SO₄溶液中，以质量损失、无侧限抗压强度（unconfined compression strength，简称UCS）、中性化深度（neutralization depth，简称ND）和pH值等4个指标对固化软土在不同侵蚀龄期（30、60、120、240 d）下的抗酸性能进行评估。并通过扫描电子显微镜−能谱仪（scanning electron microscope-energy dispersive spectrometer，简称SEM-EDS）研究试样在不同酸性环境侵蚀下的微观结构和水化产物组成的变化，揭示其劣化机制。试验结果表明：相较于H₂SO₄溶液，HNO₃溶液对固化软土的酸侵蚀较为缓和，其主要是由于固化软土中Ca²⁺、K⁺和Na⁺离子在水中形成硝酸盐，可中和 NO₃^-离子的侵蚀，从而缓解固化软土性能的劣化；当GGBFS与FA质量比为80:20时，地质聚合物固化软土的抗酸侵蚀性能达到最优，表明适量掺入FA可使试样形成致密的微观结构，有效阻碍H⁺、NO₃^- 和 SO₄^2-离子侵入。研究结果可拓展低成本工业固体废弃物的应用范围，为一步法地质聚合物固化软土的耐久性评估奠定理论基础。

随着工业的迅速发展，对传统混凝土原料的需求不断增加，促使研究者探索新的替代材料。赤泥等工业副产品被认为在节约资源、降低成本和减少环境影响方面具有一定潜力。然而这些固废材料在胶凝材料中的水化机制仍不明确。利用低场核磁共振和等温量热法对含赤泥、钢渣、粉煤灰和磷石膏的胶凝材料水化动力学进行了综合分析。研究表明，赤泥基胶凝材料的水化过程可分为结晶成核、相边界反应和扩散3个阶段，其中结晶成核阶段的反应速率最高。钢渣和磷石膏能加速水化反应，改善材料的孔隙结构，而粉煤灰虽反应较慢，但同样有助于最终促进孔隙结构的改善。统计结果显示，早期水化放热量与7 d抗压强度具有较强的相关性，可有效预测材料初期强度。

为探明工作面注水防冲解危后，回采速率对含水煤体裂隙结构发育的影响，对不同含水率煤样（Dr、Se、Sa）开展不同加载速率单轴压缩试验研究，分析加载速率效应影响下含水煤样力学特性及声发射特征，通过分形维数及扫描电子显微镜（scanning electron microscope，简称SEM），揭示不同加载速率含水煤样微观结构破断机制。研究结果表明：含水率的增加弱化煤样峰值强度，诱导声发射振铃计数和能量信号滞后出现，水的润滑作用降低煤样张拉裂纹占比，颗粒发生水化作用的同时是降低其脆性属性和改变断口特征的主要原因，断口由脆性断裂向塑性断裂、穿晶断裂向沿晶断裂方向转变；加载速率的增加抑制煤样内部裂纹充分扩张，增强煤样峰值强度和弹性模量，减弱加载初期的累计损伤，导致声发射振铃计数和能量信号逐渐靠近峰值处显现，声发射累计能量从长时缓增−短时突增向短时缓增−短时突增转变；加载速率越快，lg(M_Leq/M)-lgL_eq（M为碎块总质量，M_Leq为小于等效边长L_eq的碎屑质量，L_eq为等效边长）曲线k值斜率越小，分形维数越大，煤样破碎程度越小，增强煤样脆性属性改变煤样断口形貌。研究成果可为工作面快速安全高效生产提供一定试验基础。

针对隧道开挖引起地下管线变形和局部脱空，基于分布式光纤的感知应变，提出了一种非连续管线的变形反演方法。采用双层Winkler地基梁模型模拟管−土相互作用，考虑接头处弯矩−转角关系，基于差分法和共轭梁法，分别推导了应变已知条件下管线位移、转角和土体沉降的反演表达式，对管−土脱空进行了识别。通过与有限元结果的对比，验证了反演理论的合理性和精度。结果表明，接头转动刚度的影响区间基本不受管线弯曲刚度的影响；脱空范围随着管线刚度和土体沉降的增大而增加，当上部土体地基系数较大时，管线主要发生上部脱空，反之，则易发生下部脱空；利用端点和最大应变处双重转角的边界条件，能显著提高反演的抗噪性能。

为了探究径向冻融条件下软黏土水热力过程，开展了不同温度下软黏土冻融试验，对比分析了各冻融过程中土样温度、含水率、土压力、排水量和耗电量的变化规律。试验结果表明：冻融过程中土样实际温度下降速率均与冻结锋面的移动速率呈正相关关系，温度的传递效率主要与传热距离、传热介质和能量损失率有关；在土样冻结过程中，水分的迁移与冷端对水分的吸力作用和冻胀过程中冻胀对水分的相对作用密切相关；冻结过程中产生的环向和径向冷生构造会加速软黏土中水分的排出，冻胀力会对未冻区土体产生固结作用；通过对试验过程中冻结范围、排水量和耗电量的对比，发现试验温度为−15 ℃时在冻结过程中产生的融沉圈直径最大，此时的能耗比也最大，因此，将−15 ℃作为本系列试验的最佳冻结温度。

为预防空场法空区顶板垮塌诱发其结构灾变响应问题，在现场调研的基础上，综合采空区顶板垮塌对底板的冲击扰动行为，构建采空区冒落冲击底板结构响应模型，建立动力响应控制方程，研究采空区群底板结构响应特征及衰减规律，分析节理密度、厚跨比等因素对底板位移、应力响应的作用，揭示其结构响应特征。结果表明：在冲击荷载作用下，底板位移、应力均随距离的增加而衰减，衰减速率递减，响应大小受冒落位置、距离及围岩的共同影响，冒落空区越靠近中心，底板位移、应力衰减速率越小，对周边空区的影响及破坏范围越广；随节理密度的增加，底板刚度、振动频率、能量耗散速度均减小，位移及拉应力峰值呈递增趋势，抗冲击变形能力降低，稳定性下降；底板位移、拉应力峰值随厚跨比的增加均呈指数型递减，当厚跨比为0.6时出现明显的拐点，递减速率相差10倍以上，增加底板厚跨比，可缩短响应时间，减小位移、拉应力，提高底板稳定性。利用数值方法对比验证理论方法的可靠性。研究成果可为空场法矿山安全生产及灾害防控提供一定的理论支撑。

施加较大的附加荷载会引起桩周土体变形，从而产生一种向下的拖曳力，通常称为负摩阻力。这种现象显著降低了桩的极限轴向承载力。因此，精确计算负摩阻力对桩基设计至关重要。为准确计算作用于桩上的负摩阻力，确定桩−土界面在不同土体变形条件下的应力状态是至关重要的。然而，许多现有方法仅考虑剪切面上的峰值或残余应力，而忽略了土体变形的全过程应力状态。这种方法往往会高估负摩阻力。提出了一种新的负摩阻力计算方法，该方法考虑了土体变形过程中完整的应力状态变化（包括破坏前区及峰值应力、破坏后区及残余应力状态），利用双曲力学模型描述土体变形与应力之间的关系。在此基础上，将土体变形行为划分为3种不同的形式，并分别针对每种形式探讨了负摩阻力的空间分布特性。此外，还研究了不同土体参数对负摩阻力空间分布的影响。最后，通过与现场实测数据对比，验证了新负摩阻力计算方法的准确性和适用性，可为实际工程提供参考。

根据国务院办公厅关于加强饮用水安全保障工作的通知要求，西南山地大城市为实现备用水库−供水组团和供水组团间互联互通时需建设大量的输水隧洞。由于顶管法具有优越的技术和环保优势，在输水隧洞建设时得到广泛的应用。针对岩石顶管穿越断层破碎带时摩阻力计算方法缺乏的问题，依托国务院确定的172项节水供水重大水利工程—重庆观景口水利枢纽工程，通过穿越深大断层破碎带段现场顶力监测与管节周边沉渣调查，揭示了断层破碎带加固前后管节间隙中沉渣填充范围，提出了2种管节−围岩接触力学模型，并基于筒仓理论、围岩弹塑性理论以及多层圆筒模型，推导了2种力学模型对应的顶管摩阻力计算方法。通过现场摩阻力监测与理论计算值对比，验证了岩石顶管穿越断层破碎带摩阻力计算方法的适用性。

沿空切顶巷道所处应力环境复杂、留巷服务期长，一次采动及留巷期间底鼓问题突出。以淮南丁集煤矿1462（1）轨顺切顶留巷条件为工程研究背景，建立离散元数值计算模型，分析得到一次采动至留巷稳定阶段底板非对称变形特征及其受力状态。构建一次采动至留巷稳定阶段两端固支二次超静定底板梁力学模型，并引入等效载荷概念求解得到了各分布力作用下底板挠度数学表达式，运用叠加原理推导出切顶留巷底板变形表达式。结合留巷条件，求得该巷道平均底鼓量为0.74 m，最大底鼓量为0.77 m，最大鼓起位置偏向采空区侧，距巷中1.15 m，计算结果与现场实测和数值计算结果较为吻合。依据所求得的底板变形表达式，分析了留巷底鼓影响因素，底鼓量与底板刚度的增加呈负指数减小，底板刚度在5～13 MN•m²之间内变化时，巷道底鼓对其变化较为敏感；与底板载荷、支架载荷、煤帮载荷及应力集中系数λ 均呈线性正相关，增长率分别为0.082 6、0.034 9、0.027 2 m/MPa和0.007 m。基于对留巷底板受力变形及其影响因素的分析，提出了“顶底互控、帮角加固、底板强化”的防控对策。工程实践表明，相较于留巷初期底板变形得以有效控制，底鼓降幅明显，所留巷道能够满足复用要求。

降雨诱发强渗透性土质边坡失稳破坏通常始发于坡脚部位，但其触发机制一直尚未明晰。通过开展降雨边坡模型试验，并结合计算流体力学−离散元（computational fluid dynamics-discrete element method，简称CFD-DEM）流固耦合数值模拟，捕捉引发边坡的初始微小变形和整体宏观渐进性损伤变化，提取降雨前后坡脚敏感部位的应力路径和土颗粒接触力链，从细观角度揭示了降雨诱发土质边坡失稳破坏的触发机制。结果表明：降雨前，坡脚是整个边坡的敏感部位，呈现出应力集中状态。降雨后，雨水入渗并在坡脚处产生最大渗流速度，坡脚处大颗粒间通过骨架作用形成的力链拱形态逐渐被减弱。降雨触发土质边坡失稳破坏的本质在于较大的渗流力不断冲蚀坡脚处土颗粒间原本稳固的接触力链，使其以群体运动的方式发生由外向内渐进性减弱―断裂―消失。坡脚破坏触发后，颗粒间接触力链损伤区域明显大于位移塑性区（或剪切带），靠近坡面的土体应力迅速从高应力转变为低应力，后期因土体颗粒继续滑移滚动，土体应力状态又呈波动性逐渐增加，整个过程中坡脚处应力路径最长。边坡滑移后易在滑移面后边缘形成应力集中的力链拱形态，突显出边坡破坏后具有一定的自稳能力。

三轴试验离散元模拟是探究砂土等岩土材料变形破坏机制的一种重要手段，合理地模拟侧向边界是三轴试验离散元模拟的一个重要环节。基于有限差分法（finite difference method，简称FDM）−离散元法（discrete element method，简称DEM）FDM-DEM耦合开展了柔性侧向边界条件下砂土三轴固结排水和不排水试验的数值模拟，并与相应的刚性侧向边界三轴数值试验进行了对比分析。结果表明：相比刚性侧向边界，基于FDM-DEM耦合的柔性侧向边界三轴试验能更好地再现室内砂土三轴试样的宏观力学响应和微观颗粒运动学特征；对于所模拟的砂土三轴固结排水试验，柔性侧向边界试样峰值强度后的应变软化和剪胀性明显弱于刚性侧向边界试样；对于所模拟的砂土三轴固结不排水试验，当轴向应变较大时，柔性侧向边界试样的偏应力小于刚性侧向边界试样，且产生绝对值较小的负孔压；三轴固结不排水试验中，当轴向应变较大时，柔性侧向边界对试样的约束和支撑作用弱于刚性侧向边界，其力链的稳定性较低，力链屈曲数较多，剪切带形成较早，故其各向异性和偏应力均较低。

随着我国山区高速公路建设的不断推进，弃渣场地的稳定性及致灾机制成为工程建设评估的重要因素之一。为了实现弃渣场的稳定性、失稳灾害动力学全过程的分析，基于面向GPU并行高性能计算软件CoSim中的物质点法（material point method，简称MPM），引入强度折减法（strength reduction method，简称SRM）开展相关研究工作。为了验证算法的合理性，以典型均质边坡为例，采用基于MPM的强度折减法与极限平衡法（limit equilibrium method，简称LEM）进行了对比，表明两者无论在稳定系数F_s还是在潜在滑动面上均具有良好的一致性。在此基础上，以云南某高速公路弃渣场降雨诱发失稳灾害为例，对其在天然工况和暴雨工况下稳定性和失稳过程进行了分析。结果表明，该弃渣场边坡在天然状态下处于稳定状态，而在暴雨工况下会发生失稳和大变形滑动；数值模拟和现场调查结果吻合较好，表明了提出的方法在弃渣场边坡稳定性与大变形失稳动力学分析中有强大的优势，可以实现斜坡的“稳定性→大变形→流动→堆积”的全过程分析。

建立合理的降雨入渗分析模型是分析降雨诱发边坡失稳机制及防控滑坡灾害的重要前提。目前Richards方程数值解和Green-Ampt模型常用于边坡降雨入渗分析，然而Richards方程数值解易出现计算不收敛问题，Green-Ampt模型计算精度较低，不能考虑初始含水率非均匀分布和孔隙水重分布过程。在传统Green-Ampt模型基础上，将边坡地层沿深度方向离散为多个空间微元，将降雨事件离散为多个小时段，进而提出边坡降雨入渗分析的时空逼近法，阐明降雨入渗下非均质无限长边坡渗流、稳定及可靠度演化规律。结果表明：与Richards方程数值解相比，提出的时空逼近法是一种计算稳定且精度较高的降雨入渗分析方法，不存在计算不收敛问题。此外，如果不考虑孔隙水重分布过程会低估边坡失效概率和错误估计最危险滑面位置。研究结果可为复杂边坡降雨入渗分析及降雨型浅层滑坡灾害防控提供理论支撑。

隧道施工引发的周围土体变形和地表沉降会对邻近地下结构及地面建筑物产生不利影响。对隧道施工引发土体变形进行数值模拟时，土体本构模型的选择十分重要。基于统一硬化（unified hardening，简称UH）参数的UH模型具有概念清 晰、参数较少、实用性强等优势，已服务于多个重大工程。基于考虑小应变范围内弹性剪切模量非线性衰减的UH模型，对伦敦Crossrail隧道在海德公园开挖和衬砌建造施工全过程开展了流固耦合有限元模拟。有限元预测结果与现场实测数据具有较好的吻合，详细分析了隧道施工过程中地表沉降和土体变形规律。最后通过与考虑小应变特性的修正剑桥（modified Cam-clay，简称MCC）模型计算结果比较，进一步验证了UH模型在描述超固结土应力应变特性上的优势。

中国地下岩土工程开发常面临高地应力、地下岩溶和极软岩等复杂地质条件，造成岩体结构松散断裂，快速、准确且方便地获取岩体力学参数对于地下岩土工程建设至关重要。自主研制了一台自动和连续监测岩石钻进过程的XCY-2旋切触探系统，包括动力钻进控制系统、全伺服系统、智能监测系统等多个系统，安装流程简易且试验操作步骤简单。基于该系统开展了完整岩层、分层岩体等不同条件下的岩体旋切触探试验，探究旋切钻进过程中随钻参数与不同岩性的特征响应关系，研究结果表明：（1）智能监测系统能够有效地智能控制和实时监测钻进速度、动力头转速、钻进扭矩、水压力、钻进压力和钻进深度等钻进参数，实现了地下工程施工高精准的钻进操作和监测；（2）钻进不同岩层组合试块时钻进压力和钻进扭矩会产生波动，上下差距明显，而钻速和转速在整体试验过程中保持稳定输出，证明了钻进过程中钻进参数的监测结果可靠。 （3）钻进扭矩和钻进压力在不同岩层交界处有明显波动现象，对不同岩性的岩石实时感知明显，实现了岩层界面的准确定位。XCY-2旋切触探系统为地下岩体物理力学性质测试提供了新的途径。