土拱效应广泛存在于岩土工程中，通常采用活动门试验进行研究。传统的活动门试验较少关注隧道抗浮、锚板拉拔等被动活动门的工况。有鉴于此，研发了伺服升降的阵列式活动门试验装置，采用密实砂土作为填料开展了平面应变被动活动门试验，采集了活动门上升过程中的全阵列竖向荷载变化以及断面位移，得到了被动土拱效应演化的荷载−位移反应曲线。试验结果表明：随着填料高度增加，荷载重分布更加明显，最大土拱率、极限土拱率及对应的归一化位移量均增大。断面位移与滑移面呈喇叭口形向填料表面发展，剪应变集中分布在活动门两侧形成显著的弧形滑移面，滑移面底部与竖直方向夹角接近于0º，并随路堤高程增加而增大。当填土高度较高时，随着活动门上升量的增加，外侧滑移面的内部发展出新的滑移面。依据实测得到的剪切带与垂直方向的夹角，得到了修正的极限平衡法计算公式，计算出的最大土拱率与试验结果较为相符。

淤泥颗粒细腻、含水率高，固化强度主要由胶结强度提供，摩擦强度不高。以磷石膏、矿渣和生石灰为原料，制备磷石膏基团粒，再协同水泥固化淤泥，评价了固化淤泥的物理力学性能。结果表明，磷石膏基团粒的吸水率为13.4%，可以局部分离淤泥中的自由水，提升水泥的固化效果；压实成团后，磷石膏中的可溶磷（氟）浸出浓度均显著低于原状磷石膏的对应浸出浓度，且均低于地表III类水的排放标准（P浸出浓度≤0.2 mg/L，F浸出浓度≤1.0 mg/L），满足环保要求；磷石膏基团粒（粒径d≤5 mm）均匀分布于淤泥中，发挥骨架效应，明显提升固化淤泥强度，提升率达到22.3%，强度超过1 MPa。究其原因，团粒中的磷石膏−矿渣粉−石灰反应生成水化硅酸钙（C-S-H）凝胶和针状钙矾石，C-S-H凝胶和针状钙矾石相互交织形成空间网状结构，填补了磷石膏基团粒内部孔隙和团粒−淤泥交界过渡区的孔隙，既固定了可溶磷和氟，又提升了团粒−淤泥界面过渡区的搭接能力。研究结论既为磷石膏综合利用提供参考依据，也为淤泥固化提供新方法。

由于页岩取心成本高，导致基于岩心的史氏硬度方法受到限制。为此，通过岩屑筛分、样品制备、点载试验，揭示了不同形状和尺寸下的岩屑极限压强变化规律，建立了岩屑−岩心史氏硬度转换模型。试验结果表明：（1）页岩岩屑形状分为块状、宽片状、长条状及窄片状4种类型。（2）块状和宽片状岩屑的极限压强随着长轴、中轴和短轴尺寸的增大而减小，然后趋于稳定；窄片状和长条状岩屑无显著规律。（3）极限压强平稳段的初始尺寸长轴为8.2 mm、中轴为5.9 mm、短轴为3.2 mm，大于初始尺寸时结果有较强的稳定性。（4）岩屑的史氏硬度低于岩心的测试结果，二者具有较好的相关性，相关性系数达到0.9以上。该研究成果提供了一套低成本、实时的页岩史氏硬度评价方法和标准，能够为钻井优化提供依据。

为分析岩石节理在动力扰动下的端部应力集中效应，基于岩石节理受压闭合的特点，视节理符合椭圆形态特征，引入修正的节理法向刚度非均匀分布双曲线模型，综合考虑地应力、节理倾角以及节理长度等因素，对P波与SV波入射扰动下的节理表面应力与端部应力集中效应特征进行对比分析。结果表明：考虑节理形态特征条件下，越靠近节理端部，应力波对节理面正应力的扰动幅值逐渐增加，节理对应力波的削减作用逐渐降低，更接近于应力波在完整岩石中的传播效果；节理端部的应力集中效应与节理表面的压应力和剪应力呈正相关，但压应力引起的节理端部应力集中效应更为显著；与忽略节理形态特征条件相比，考虑节理形态特征条件下端部的应力集中效应随应力波入射的波动更为明显，更易发生破坏，更有利于工程安全的分析；在相同条件下，P波主要引起节理面上的正应力变化，而SV波则主要引起剪应力变化；在节理端部的延长点上，随着应力波入射角度增加，SV波对剪应力的影响效果减弱，而对正应力的影响效果加强，这与P波的影响效果表现相反，并且水平位移与正应力值呈正相关性，竖向位移随剪应力的增大而增大；当节理处于拉剪状态下，端部绝大部分区域的正应力表现为拉应力，而当节理处于压剪状态时以压应力为主。

大量废弃疏浚淤泥的处理和利用是当前重要的环境岩土工程问题。以淤泥为土料、水泥为固化材料，辅以可发性聚苯乙烯（expandable polystyrene，简称EPS）颗粒和萘系减水剂制备可控性能流态固化回填料（performance-controlled fluidized solidified backfill，简称PCFS），通过系列试验研究了PCFS的密度、流动度和强度变化规律及其调控方法。PCFS的密度随初始含水比的增加而降低，随水泥掺量的增加而增大，但变化幅度较小，随EPS颗粒掺量 φ 的变化最为明显，最低可降至 0.74 g/cm³；PCFS流动度随EPS颗粒掺量的增加而降低，EPS颗粒体积与PCFS体积之比每增加0.3，PCFS流动度将下降15%～20%；掺入萘系减水剂可大幅提升PCFS流动性能，提升幅度接近130%；PCFS强度随龄期的增加以对数函数形式增大，随水泥掺量的增加以幂函数形式增大，随初始含水比的增大呈线性降低；在0.3≤φ ≤1.2范围内，PCFS的强度与EPS掺量存在幂函数关系，并且高水泥掺量下对EPS颗粒掺量变化更为敏感。

为了研究花岗岩在不同加载速率下的多期应力记忆方向独立性，对花岗岩进行了5个不同加载速率下的偏转角度单轴循环加卸载试验。结合声发射技术，分析不同加载速率对岩石在偏转不同角度后的多期应力记忆能力的影响，包括Kaiser效应（Kaiser effect，简称KE）以及抹录不净现象（incomplete erasion phenomenon，简称IEP）。结果表明：不同加载速率下花岗岩存在多期应力记忆方向独立性，且各加载速率下KE的方向独立性临界角度都比IEP要高；随着加载速率增大，花岗岩的KE临界角度逐渐增大；当加载速率小于10 kN/min时，IEP临界角度也基本呈逐渐增大趋势，但当加载速率超过10 kN/min时，IEP临界角度降至0º～5º。该研究结果为进一步系统和深入地认识岩石多期应力记忆方向独立性提供了试验基础。

煤层倾角突变区是深部煤炭采掘过程中极易发生煤与瓦斯突出的复杂地质条件之一。以河南平顶山某矿为研究对象，开展不同倾角突变条件下突出模拟试验研究，设置倾角突变界面，界面上侧为原煤，下侧为型煤，分别用于模拟原生煤层与构造煤层。定义煤层倾角突变初始角度θ_I 、突变角度θ_M 、突变角临界值θ_T 、瓦斯在倾角突变区集中系数I_θ，用以分析煤层倾角突变对突出强度造成的影响。引入单位突出强度I_U 表征试验过程中的突出强弱，期间利用声发射技术对突出过程中能量演化规律进行监测，并通过内置于试样中的温度传感器记录各区域温度的变化情况。研究结果表明：（1）煤层倾角突变区对突出时临界瓦斯压力及单位突出强度具有显著影响，在10º<θ_I ≤20º、10º≤ θ_M ≤20º范围内存在煤层倾角突变临界值 ，当 θ_I 与θ_M  均大于等于θ_T 时，易发生低指标突出；当θ_I 或 θ_M 一定时，单位突出强度随瓦斯在倾角突变区集中系数增大而增大。（2）煤层倾角突变初始角度 θ_I 及突变角度 θ_M 与声发射能量峰值及累计声发射能量间呈负相关关系，随着θ_I 与θ_M 的增大，煤体达到破裂失稳所需能量逐渐降低，当所处地应力环境相同时，其在低瓦斯压力条件下即可发生突出。（3）突出孕育与激发阶段，煤体内部温度变化存在显著差异，煤层倾角突变区附近温度变化明显高于其余各区域，突出口近端区域煤体温度波动较其他区域表现出了更强的不稳定性。

当前水平锚板上拔承载力计算方法的理论研究仅限于砂土地基和饱和软黏土地基，且存在需要人为区分浅埋、深埋类型的问题，尚无既适用于不同埋深，又适用于黏性土地基的承载力计算方法研究成果。基于数值模拟和理论分析方法对黏性土地基中水平条形锚板上拔极限承载时滑动面的刻画表征、力学模型和承载力计算方法等问题进行了研究，得出主要结论如下：（1）埋深比一定时，随着黏聚力的增大，滑动面趋于外扩；黏聚力一定时，随着埋深比的增大，滑动面则趋于内收；对于每一个埋深比（黏聚力），都存在一个相应的黏聚力（埋深比），滑动面在其两侧发生形态上的转化。（2）滑动面的演化可用一长短轴比随埋深比、土体力学参数变化的椭圆圆弧来刻画。长短轴比k随埋深比的增大而减小，随黏聚力的增大而增大，但几乎不受内摩擦角的影响，内摩擦角只决定滑动面起始处的初始角度，据此规律提出了长短轴比k和初始角度的计算公式。（3）结合滑动面形态倾向，根据埋深、椭圆顶点（或椭圆位置最高点）与锚板的位置关系分5种工况构建了黏性土地基中水平锚板的上拔极限承载力学模型，基于极限平衡分析推导建立了极限承载力计算方法。该方法无需人为引入临界埋深比区分浅埋与深埋，同时可考虑土体内摩擦角和黏聚力两个指标的变化。（4）在与其他4种方法对3个试验案例的计算对比中，所提出的承载力计算方法均取得了最好的计算效果，表现出良好的适用性。

针对边坡稳定性分析问题，提出了一种创新的线性规划模型，将安全系数求解转化为确定水平地震力影响系数的线性规划问题。除正应力凸性特征、摩尔−库仑准则等约束外，该模型还将推力线位置约束纳入线性规划模型中，进一步缩减了边坡极限平衡求解的上下限范围，提高了计算准确性。该研究通过设定合理的条间力分布假设，对推力作用点的范围进行有效地约束，实现了推力线位置的快速求解，指导了边坡加固措施。算例计算结果表明，所得安全系数上下限解范围较小，虽然安全系数与改进的Morgenstern-Price法的结果接近，但推力线位置更加合理。该方法可以避免局部破坏，排除应力突变，保证推力线位置在合理的范围内。

细颗粒运移广泛存在于自然界与工程领域的两相流动过程中，如污染物运移与修复、油气开采等。然而，颗粒引起的孔隙堵塞对两相渗流特性的影响尚不清楚。基于自主研发的多相渗流三维可视化试验平台，在多孔介质模型中开展了不同流量和孔隙尺寸条件下的两相驱替试验，深入探讨了细颗粒在多孔介质中的运移和堵塞行为及其对两相流动过程的影响。试验结果表明：细颗粒诱导的多孔介质堵塞过程受流量和孔隙尺寸的协同控制，低流量条件下，孔隙尺寸对堵塞的影响可以忽略，而高流量条件下，孔隙尺寸是决定堵塞的主导因素。通过空间团簇体分析，阐明了孔隙堵塞现象与流体连通特性之间的关系，即堵塞越显著，残余湿润相分布越离散，流体连通性越差。此外，试验还揭示了两相流动过程中堵塞对驱替压力以及驱替效率的调控机制，研究成果有望为优化两相流动过程、提高能源开采效率提供重要的理论依据与实践指导。

为了研究结构面对深埋隧道硬质围岩岩爆特征的影响，对有无结构面的两种圆形隧道立方体砂岩试样进行了真三轴条件下岩爆模型试验，试验中采用声发射系统监测了岩爆演化过程。研究发现：结构面对岩爆发生的位置、洞壁破坏模式、岩爆剧烈程度具有较大的影响。无结构面试样两侧破坏位置对称，围岩边壁有较多岩片剥落，形成较浅的V型凹槽；有结构面试样洞壁两侧破坏位置不对称，远离结构面一侧有大量岩片剥落，形成较深的V型凹槽，结构面附近则产生多条裂纹，导致隧道与结构面之间岩体有向隧道空间垮塌的趋势；有结构面试样声发射事件活跃度更高，单个撞击的平均能量约为无结构面试样的2.2倍；根据累计撞击数的演化规律，将岩爆分为3个阶段，阶段Ⅰ为微裂纹闭合及线弹性阶段，阶段II为裂纹萌生及稳定扩展阶段，阶段III为微裂纹非稳定发育直至发生岩爆阶段。有结构面的试样进入阶段II的时间比不含结构面试样早；两种试样在破坏过程中产生的裂纹均为张拉剪切混合裂纹，其中有结构面试样的剪切裂纹占比更大。结构面的存在改变了试样初始损伤的位置，声发射定位与隧道破裂形态基本一致。

活性生物泥是基于微生物诱导碳酸钙沉淀（microbial-induced calcium carbonate precipitation，简称MICP）技术生成，由碳酸钙和嵌入其中的脲酶菌组成的具备脲酶活性的泥状混合物。提出了活性生物泥修复破损文物砖的方法，开展了仿真文物砖缺口修复的室内试验和PFC^2D数值模拟，研究了修复砖块的力学响应和微观结构，评估了该方法的可行性，并对修复机制和受荷破裂机制进行了分析。结果表明：活性生物泥能够对缺口仿真文物砖进行有效修复，其修复效果受养护时间和缺口深度影响。养护时间越长，缺口深度越浅，修复后试样的抗弯强度越高。修复后缺口处碳酸钙的结构分析表明：浸泡养护后的活性生物泥可形成外层和内层碳酸钙，外层碳酸钙以大小10～25 μm菱形颗粒为主，而内层以5 μm左右的球型颗粒为主，形成两层碳酸钙结构的原因可能由于扩散至活性生物泥内外层的钙离子和尿素浓度差异引起的。养护1、3、5 d后外层碳酸钙厚度分别为2～2.5、3～4、4～5 mm。PFC^2D数值试验显示内层碳酸钙的细观力学参数约为外层的0.1倍。试验和数值模拟均表明修复后仿真砖的抗弯强度增长主要由外层碳酸钙贡献。PFC^2D数值模拟进一步显示，修复仿真砖受弯折荷载时，裂缝从内层碳酸钙开始并逐渐扩展至整个碳酸钙层和未损伤砖体。研究不仅拓展了微生物加固技术的应用范围，也为文物砖修复提供了新的思路。

基于次加载面的砂黏统一本构模型（clay and sand model with subloading surface，简称CASM-S）适用于描述砂土和超固结黏土的力学行为，然而该模型仍沿用线性临界状态描述砂土的应力−孔隙比关系。考虑高应力状态下砂土的压缩特性及其临界状态线在e-lnp 平面内的非线性，在CASM-S中引入了描述砂土非线性临界状态线和参考固结线（reference compression curve，简称RCC）的幂函数形式；通过引入参数ξ 和λ_r，修正了CASM-S的屈服面与次加载面函数以描述砂土剪切特性，并利用参考固结线在e-(p/p)^ξ（其中e为临界状态下的孔隙比，p为正应力，p_a为标准大气压）平面内的线性关系给出了先期固结压力p_c0的求解方法。新建本构模型的11个参数均可通过常规土工试验或经验方法确定。基于修正CASM-S的预测结果，对比分析了4种砂土的三轴排水和不排水剪切试验结果，证实了该模型能够有效考虑非线性临界状态线的影响，并能够精确描述饱和砂土在不同孔隙比和围压下的三轴剪切特性。

为探究不同含水状态灰岩节理面在法向动载下的剪切特性，采用自制KYZW-50D型岩石动剪耦合试验系统，开展不同含水率和法向加载频率的动态剪切试验，并对剪切后的节理面进行三维形貌扫描测试，研究了含水状态和法向动载频率对节理面抗剪强度和形貌参数的影响。结果表明：（1）灰岩节理面的抗剪强度随着法向加载频率的增大呈对数函数的减小趋势，当法向加载频率大于2 Hz后，抗剪强度的劣化逐渐减小并趋于稳定。（2）初始法向应力一定时，随含水率的增大，节理面抗剪强度和节理形貌参数逐渐减小，总劣化度不断增大，恒定法向应力和动法向应力条件下劣化度的差值逐渐减小。（3）基于Barton抗剪强度公式，建立了考虑法向加载频率和含水率影响的抗剪强度公式，验证分析表明，该方程可较好地反映法向动载条件下不同含水状态节理面的抗剪强度劣化规律。相关方法和结论可为节理岩体在动态扰动条件下的稳定性分析提供理论依据。

黄土地区的地层结构大多具有上部黄土、下部泥岩的二元结构特点。隧道穿越泥岩和黄土−泥岩复合地层时，地下水重分布并易于富集于仰拱底部，泥岩遇水膨胀则会产生仰拱底鼓，而不同的地层组合及其差异性对衬砌变形及受力特性影响显著。尝试采用在仰拱底部施加位移的方式模拟泥岩膨胀作用，依托甘肃天水某隧道，开展了纯泥岩地层与交界面位于拱腰处的黄土−泥岩复合地层隧道基底均匀膨胀作用下的底鼓模型试验。分析了两种工况下衬砌内力、变形及破坏特征的差异性，并将模型试验与数值模拟结果进行了对比。结果表明：（1）模型底部加载强制位移引起的膨胀变形可分为基底土体压密阶段和基底位移等效传递阶段两个阶段。（2）由于泥岩与黄土弹性模量比值约为2:1，相较之下，交界地层中上覆黄土刚度较小，对衬砌变形约束效果弱，仰拱隆起位移更大；交界面处拱腰更易向外扩张，扩张变形达9.2 mm，约为纯泥岩地层的3倍；交界面附近衬砌截面处易产生应力集中现象。（3）在两种地层中，仰拱及拱脚位置均表现出易于产生裂缝和损坏的特性。此外，在交界地层中，衬砌拱肩部位同样显示出较高的开裂风险，并且拱脚处的裂缝有向拱腰部位扩展的趋势。（4）相较于纯泥岩地层，交界地层中交界面附近黄土对仰拱底鼓作用具有荷载释放效应，交界面处黄土压缩吸收部分底鼓作用力，因此，上覆黄土地层可延后填充层发生受拉临界破坏的时间。其研究结果可为类似交界地层隧道的理论分析、设计与施工提供参考。

针对钙质砂后压浆桩施工中使用的水泥注浆材料存在高碳排、高能耗和污染环境等问题，采用地聚物和高聚物两种绿色低碳注浆材料固化钙质砂，并将试验结果与水泥进行对比。通过无侧限抗压强度试验研究了不同注浆材料、养护时间和材料掺量对钙质砂加固体强度的影响，并结合X射线衍射、扫描电镜、能谱测试和核磁共振等手段，分析了不同注浆材料加固体的微观结构和矿物成分，揭示了其微观固化机制。结果表明：养护时间和掺量的增加有利于加固体强度的提高，其中高聚物加固体的强度最高，且早期强度增长速度较快，7 d的抗压强度约为28 d的90%；地聚物加固体抗压强度略低于水泥加固体，但其强度提升速度随着养护时间的增加逐渐超过水泥加固体，表现出长期稳定性的潜在优势。此外，地聚物和水泥加固体通过水化产物填充砂粒间隙、胶结砂土颗粒，显著提升抗压强度，而高聚物加固体强度的提升则在于其自身的性能。养护7 d的地聚物与高聚物加固体孔隙主要为小孔隙，占比超过95%，并随养护时间的推移逐渐增加，显著高于水泥加固体，对其强度的提升具有积极作用。研究结果可为绿色低碳注浆材料在钙质砂后压浆桩实际工程中的应用提供参考。

对于下伏溶洞的基桩，工程中有时存在其嵌入溶洞顶板深度与顶板厚度之比（嵌岩比）较高的情况。为研究在高嵌岩比条件下溶洞顶板厚度对基桩竖向承载特性的影响，开展了嵌岩比为0.5时溶洞顶板厚度由1倍桩径逐步增加至5倍桩径情况下基桩模型载荷试验。基于试验结果提出了基桩极限承载力分析模型，根据极限平衡原理推导了基桩极限承载力计算公式。结果表明：（1）溶洞顶板破坏模式呈喇叭形冲切破坏，无量纲化后的破裂面拟合函数表达式能较合理地预测顶板破裂范围。（2）桩顶荷载–位移曲线呈陡变型，陡变点出现前荷载–位移关系呈近似线性特征。（3）随着顶板厚度逐步增加，基桩极限承载力逐渐呈非线性增大，桩端阻力承担上部荷载比例从35.4%增大至72.4%。（4）所提出的方法计算得到的基桩极限承载力与试验值的相对误差为−12.8%～12.1%，该计算方法具有较好的合理性。

当浸水面积较小或饱和自重压力小于其湿陷起始压力时，黄土自重湿陷变形无法发生，其大孔隙结构得以保留，在长期的水力共同作用下，强度发生显著衰减，对地下工程的长期稳定性造成影响。为深入研究原位地层应力、实际水分渗流补给状态及不同浸水持续时间下原状饱和黄土试样的真实力学行为，开展了1组约415 d的现场试坑浸水试验，综合采用室内试验和原位旁压试验手段，讨论了长期浸水期间地层原位水平应力的改变，从剪切特性、压缩特征和原位强度和变形指标等角度研究了黄土的软化力学行为及其与浸水持续时间的对应关系。研究表明：（1）在长期浸水期间，黄土逐步由可塑状态向软塑甚至流塑状态演化，形成了具有大孔隙比、高含水率、中或高压缩性和低强度的欠压密饱和黄土。（2）在持续浸水期间，Q^eol₃黄土和Q^el₃古土壤的原位水平应力明显增加，深层Q^eol₂黄土的原位水平应力受到地层拱效应的影响，未发生明显改变。（3）黄土浸水软化存在时效特征，室内短期增湿试样无法反映土体结构强度缓慢弱化过程；当持续浸水约120 d后，各类强度和变形指标基本稳定。（4）随着浸水持续时间的延长，试样应力−应变曲线中弹性段逐步缩短，各类强度指标（无侧限抗压强度、三轴剪切峰值强度和原位旁压承载特征值）均发生明显降低；压缩系数随荷载增加呈现指数形态，即压缩系数峰值区间提前，数值大幅度增加；原位旁压模量和基床系数均发生大幅度降低。（5）在衰减稳定阶段，地层不均匀性始终存在，饱和Q^eol₃黄土和饱和Q^eol₂黄土的无侧限抗压强度为Q^el₃古土壤的21%～32%，地基承载力约为Q^el₃古土壤的47%；饱和Q^eol₂黄土和饱和Q^eol₃黄土的水平基床系数K_x分别约为古土壤的67%和28%。

砂岩作为一种广泛分布的沉积岩，工程应用广泛，从微观尺度出发研究砂岩的宏观物理力学性质具有重要意义。从矿物晶体尺度出发，提出了通过建立数值模型来预测砂岩单轴抗压强度及纵波波速的方法。首先，搭建由光学显微镜、全自动矿物分析仪及纳米压痕仪组成的微观岩石力学试验系统，来获取砂岩的矿物组成、微观结构及主要成岩矿物和胶结矿物的力学参数。然后，基于微观试验结果，建立砂岩的精确矿物晶体模型，通过单轴压缩模拟可以直观地显示矿物中的应力演变过程以及从微裂纹在胶结矿物高岭石和白云母中产生到扩展再到模型整体剪切破坏的全过程；通过波速模拟可以直观地显示纵波在砂岩中的传播特征主要受到微孔隙的影响。研究结果表明：模拟获得的砂岩单轴抗压强度及纵波波速与室内单轴压缩试验及超声波试验的结果相近似，验证了从矿物晶体尺度出发，利用微观岩石力学试验结果建立精确矿物晶体模型来预测砂岩单轴抗压强度及纵波波速的可行性。该方法为砂岩研究提供了从矿物晶体尺度到宏观力学特性的跨尺度分析新视角，为砂岩工程应用及解释地质演化历史提供了理论依据。

受工程预算影响，特定场地的勘探数据一般十分有限，有限的勘测数据往往会导致估计的土体参数存在较大的统计不确定性。与此同时，随着岩土勘探设备与信息化技术的发展，岩土体参数数据库却日益庞大，如何有效地利用岩土体大数据去量化三维稀疏测量场地土体参数不确定性是一个富有挑战性的问题。为此，提出了基于大数据融合技术的三维稀疏测量场地概率化重构方法。首先，根据吉布斯抽样技术估计有限勘探数据条件下三维场地土体参数的概率分布模型，该模型同时考虑不同钻孔勘测数据在水平和垂直方向的空间自相关性。其次，同样采用吉布斯抽样构建基于数据库数据的土体参数概率分布模型。在此基础上，通过变种贝叶斯理论融合三维场地土体参数概率模型和基于数据库数据的土体参数概率模型，推导了融合数据库信息后的稀疏测量场地土体参数变种概率分布模型，通过变种概率分布模型模拟不完备钻孔数据，得到了具有格栅结构的完备钻孔数据，利用Kronecker内积分解大尺度自相关矩阵，实现高效的三维场地概率化重构方法。最后，以一个模拟虚拟场地和美国德克萨斯州某勘探场地为例，阐明了所提方法的有效性。结果表明：所提方法能有效地融合岩土体大数据，融合岩土体大数据能够显著地降低三维稀疏测量场地土体参数的不确定性，为稀疏测量场地的三维概率化重构提供一种有效分析工具。

与新桩共同承载，形成新旧混合群桩基础是处理场地旧桩的有效方法。基于黏弹塑性模型，分析了旧桩长期服役过程中桩周土体的力学性质演化，并引入拟似超固结比表征土体剪切模量随时间的变化规律。引入桩间相互作用系数，建立不等长新旧群桩基础相互作用模型，提出新旧桩变刚度调平设计方法，并通过与有限元分析结果对比，验证了该方法的有效性。结果表明：旧桩服役30 a后，土体流变使孔隙比减少了10.5%，剪切模量增大至原来的3.04倍；原位超固结比的增加、次固结指数的减小和流变时间的增加都会使调平所需桩长增加；新桩桩长从30 m增加至37.8 m的过程中，短桩对长桩的相互作用减小，沉降差由2.07 cm减小至0.09 cm。

针对具有较强破坏性的地震Rayleigh波，提出了双谐振腔周期表面波屏障。采用室内模拟模型试验对屏障结构的减隔振性能进行研究，并与有限元计算结果进行相互验证。进而利用有限元法分析能带结构和振动传输特性，通过模态振型和位移场分布阐释带隙形成机制，提出了Rayleigh波与屏障竖向共振和水平共振交互作用的频散曲线简化公式，研究了屏障在实际地震动作用下的动力响应。结果表明：所提屏障对地震Rayleigh波具有良好的抑制效果，水平方向上的地震加速度峰值降低了56.8%，其本质原因是Rayleigh波一部分被局限到共振单元中，另一部分转化成远离地表的体波。该研究结果为周期表面波屏障的超低频减隔震应用提供了新的设计思路。

深部岩石裂隙在剪切过程中形貌不断发生改变，导致裂隙渗流特性极其复杂，进而影响深部岩体工程的稳定性。为探明恒定法向刚度（constant normal stiffness，简称CNS）边界条件下岩石裂隙的剪切渗流特性，基于分形理论构建了不同粗糙度三维自仿射裂隙面，采用考虑裂隙粗糙度退化的剪切数值方法分析了不同CNS边界条件下裂隙岩石剪切过程中几何形貌参数的演变规律。随后利用COMSOL软件对受剪后的裂隙进行渗流计算，研究了法向刚度、剪切位移和分形维数对裂隙非线性渗流特性的影响。结果表明：（1）裂隙的力学开度随着分形维数的增大而增大，但法向刚度的增加会减缓其增长速度；接触率主要受法向刚度控制，并随其增大而增大。（2）裂隙渗流的压力梯度与流量关系能够用Forchheimer定律准确描述，拟合系数A和B随剪切位移的增大呈幂函数减小趋势，随法向刚度的增加而增加，随裂隙分形维数的增加而减小。（3）裂隙的水力开度随分形维数的增加而增加，随法向刚度的增加而减小，并建立了以力学开度和开度标准差为自变量的水力开度模型。（4）裂隙渗流的临界雷诺数随剪切位移的增加先减小后增大，并随分形维数和法向刚度的增加而减小，以裂隙的分形维数、接触率和水力开度模型为基础，建立了CNS条件下剪切裂隙的临界雷诺数计算拟合公式。

地震波在饱和流体的多孔岩石中传播时，会表现出强烈的衰减和速度频散。造成这种能量耗散的主要原因是孔隙中的流体流动，即喷射流。针对岩石中广泛存在的不同纵横比的微裂缝与微裂缝之间的喷射流，建立了简单而准确的双裂缝分析模型。利用微观力学方法构建干燥双裂缝模型的有效柔度矩阵。通过对双裂缝中流体压力分布的研究，使用一维流体压力扩散方程计算湿骨架双裂缝模型的裂缝刚度松弛性，并改用软裂缝的直径作为双裂缝模型的喷射特征长度。对比了双裂缝模型和环形硬孔模型的与频率相关的刚度分量的衰减和频散特征，并通过三维模拟验证了双裂缝模型的准确性。通过参数分析发现，当硬裂缝体积增加，双裂缝模型的刚度分量的衰减增加。介绍了双裂缝模型在速度预测方面的应用方法，并通过与试验数据和环形硬孔模型预测值的对比，验证了双裂缝喷射流模型的可靠性。

为了探究石英岩力学性能劣化规律和热损伤机制，使用基于颗粒流程序的颗粒簇模型（grain-based model in particle flow code，简称PFC-GBM）开展了实时高温及自然冷却条件下石英岩单轴压缩模拟，分析了石英岩在两种温度条件下的应力−应变曲线、峰值应力、弹性模量及破坏模式随温度的演化，并基于裂纹和位移变化探讨了其热损伤机制。主要得到如下结论：自然冷却过程中石英岩内部温度整体上遵循由中心向表面逐渐降低的规律，700 ℃石英岩在冷却过程中的裂纹扩展导致非稳定热传导过程，进而产生等温线错位现象。实时高温条件下石英岩脆性−延性转变临界温度在25～300 ℃之间，相较于自然冷却条件下石英岩300～500 ℃的临界温度更低。实时高温条件下石英岩的峰值强度和弹性模量相较于自然冷却后石英岩试样分别降低了约20 MPa及10 GPa，且二者差值不随温度发生显著变化；在25～300 ℃范围内，弹性模量相较于峰值强度对热损伤更加敏感。随着温度升高，单轴压缩下石英岩破碎程度明显增加，表现出更多的劈裂破坏特征，热致微裂纹对石英岩破坏模式的控制作用不断增强，两种温度条件下的宏观破裂面均倾向于沿已有热致微裂纹通道扩展，自然冷却条件下宏观贯穿破裂面更加明显。

目前针对含水砂层工矿企业大多采用注浆手段进行改造加固，而针对砂层层位准确注浆、固结改造松散含水层，是目前深井厚松散层注浆改造的关键难点。基于此，提出了浆−水置换概念，推导了考虑浆−水置换效应的幂律流体渗流扩散方程，结合试验建立并验证了浆水置换效应下的幂律流体球形渗透注浆扩散机制；通过COMSOL建立了浆−水置换效应下的幂律流体渗透注浆扩散三维数值模型，分析了幂律浆液在含水砂层中的渗流扩散特征，通过分析孔隙率、浆水孔间距、注浆压力对含水砂层体积的影响，得出了影响含水砂层体积的关键因素：注浆压力>浆水孔间距>砂层孔隙率。浆−水置换注浆可以解决高承压水下含水砂层中注浆扩散范围较小、注浆效果差等问题。

与其他传感器一样，环境温度改变会显著影响土压力盒测试数据的准确性，而现有测试方法较少考虑温度改变对电阻应变式土压力盒测试读数的影响。为提高测试读数的可靠性，对电阻应变式土压力盒开展了温度效应研究。将标定系数分别为0～100、100～200、200～300 kN/mV的土压力盒悬空于温控试验箱中，以吉林省气温变化范围为基准，系统研究了−30～40 ℃循环变化条件下土压力盒读数的变化规律，提出了电阻应变式土压力盒测试读数温度修正方法。在此基础上，给出了三维土压力盒测试读数误差修正方法，并对比分析了路基冻胀模型试验温度修正前后三维应力数值差别，进一步提高了测试数据的精确度。结果表明，当环境温度降低时，土压力盒测试读数近似呈线性增长；当环境温度升高时，测试读数呈非线性降低。此外，应力−温度曲线的滞回圈基本不随温度循环次数增加而改变，但不同土压力盒的变化规律存在个体差异。温度修正宜针对降温和升温过程分别建立相应的增量公式并形成分段函数。该方法同样适用于三维应力测试，且温度变化引起的正应力测试误差大于剪应力。该研究有助于提高土压力盒测试精度，为准确揭示温度变化条件下的应力演化规律提供了条件。