白云石是通过白云石化作用形成，该过程使岩石孔隙率增加，以白云石为特征矿物，研究其对粉砂岩物理力学性能劣化的影响，对深部地下工程设计和稳定性预测具有重要意义。基于X射线荧光光谱仪（X-ray fluorescence spectrometer，简称XRF）、X射线衍射仪（X-ray diffractometer，简称XRD）、镜下鉴定、超声波波速、核磁共振测试，定量分析了白云石对粉砂岩物理参数的影响；通过巴西劈裂、单调加载、循环加卸载试验，获得了抗拉强度、抗压强度等力学参数的演化规律；建立了表观弹−黏−塑损伤模型，结合计算机断层扫描（computerized tomography，简称CT）和扫描电子显微镜（scanning electron microscope，简称SEM）扫描探究了白云石诱发粉砂岩劣化的机制。结果表明：（1）白云石的存在使颗粒磨圆度优，晶间咬合程度弱，与方解石交代边界孔隙明显，使孔隙连通性提升，孔隙率增大了2.77倍。（2）白云石的存在使抗拉最大应变减小，使抗压强度折减了14.5%，压密阶段延长了9%，裂纹稳定扩展阶段缩短了12%。（3）循环加卸载应力差值越大损伤值越高，不含白云石的岩石损伤变化较大，呈前期快速增加，后期缓慢增加的趋势，而含白云石的岩石损伤变化较为平稳，白云石使表观弹−黏−塑性损伤积累更剧烈。（4）不含白云石岩样裂纹弯折，耗散能较高，蓄能值低，含白云石岩样裂纹平直，耗散能较低，蓄能值高。白云石的存在使孔隙连通性增强，裂纹更易扩展，张拉裂纹占比升高。

为进一步弄清巷道（隧道）围岩的卸荷力学响应与屈服破坏机制，基于Mohr-Coulomb屈服准则分析了厚壁圆筒的强度规律及破坏机制，采用天然砂岩材料与水泥砂浆材料制作的厚壁圆筒围岩试件进行了模拟开挖卸荷变形及破坏试验，探索了巷道（隧道）围岩的卸荷变形规律及破坏机制。结果表明：（1）与岩芯试件加荷及卸荷相比，使用厚壁圆筒围岩试件进行卸荷试验，巷道周边最危险点处的围岩达到材料弹性极限的速度会比较快，即更容易达到其弹性极限状态，发生屈服或破坏。（2）水泥砂浆材料厚壁圆筒围岩试件呈现出的卸荷变形规律与天然砂岩材料基本一致，当卸荷比达到95%左右时，卸荷变形基本完成。（3）初始应力较高的情况下，在卸荷过程中围岩试件就会产生破坏，且试件内壁处围岩最先达到不利的应力状态并产生破坏。（4）卸荷导致围岩朝向圆孔内自由面挤压膨胀，内壁上产生大量“鱼鳞状”或边缘薄而中间厚的岩片及岩块剥落，形成区域性破坏。试验结果可为深部地下工程围岩的稳定控制及支护设计提供理论支撑。

全长锚固锚杆在巷道围岩支护过程中存在杆体屈服和锚固界面滑移失效问题。为探究这两种失效模式下杆体应力传递机制，基于实际围岩变形和锚杆受力边界条件，建立了锚杆−围岩相互作用模型，推导出锚杆在支护平衡状态下杆体轴力和锚固界面剪应力沿杆长分布的解析表达式。在此基础上，引入杆体拉伸应力−应变本构模型和三（二）折线黏结滑移模型，解析了全长锚固锚杆在围岩变形作用下杆体屈服和锚固界面滑移的受力分布计算方法，并通过将理论计算结果与典型隧道工程锚杆实测数据进行对比，验证了其合理性。基于该方法探讨了围岩变形、锚杆长度、界面剪切峰值强度和托盘反力对杆体轴力和界面剪应力分布的影响。研究结果表明：（1）锚杆最易在中性点处发生塑性屈服，且屈服后杆体轴力和界面剪应力不再增长，轴力分布呈现屈服平台，中性点逐渐演变为“中性段”；杆体的屈服变形量随着围岩变形、锚杆长度和托盘反力的增加而增大。（2）锚固界面滑移从孔口位置开始，并逐步向锚固远端呈现软化脱黏特征；围岩变形和锚杆长度增加使界面滑移范围明显增大，从而削弱了对围岩变形的抑制作用；提高界面剪切峰值强度和安装托盘能有效抑制锚固界面的软化脱黏行为。该研究成果对认识全长锚固锚杆支护力学特性与参数设计具有一定指导意义。

湿化变形是心墙坝主要后期变形之一，对坝体的应力−变形性状及初次蓄水坝体安全具有重要影响。研究堆石料湿化变形的塑性模型对完善湿化塑性理论是非常必要的。基于修正剑桥模型和利用湿化应变规律修正后的湿化剪胀方程，提出了新的湿化变形塑性模型；结合试验数据，进行了参数确定和模型的验证，发现模型计算结果与试验数据吻合良好，论证了堆石料湿化变形修正剑桥模型的准确性和合理性；同时，讨论了不同围压和不同孔隙率条件下模型参数的变化规律，给出了各模型参数在不同条件下的计算方法。研究成果完善了堆石料湿化变形的塑性理论，为后续相应研究提供重要参考和支撑。

为探究有纺土工袋在涉水防护工程中受压缩变形影响下袋体织物材料的渗透特性演化规律，通过自主研发的垂直渗透试验装置，结合图像分析技术，研究了0%～10%单向拉伸应变下袋体织物的孔隙结构与渗流行为演化过程。结果表明：拉伸应变显著改变袋体织物孔隙分布，孔隙率与孔隙比表面积随拉伸应变增加分别近似呈弱指数型与对数型增长趋势，基于有纺织物单孔模型可分别建立二者与拉伸应变之间的定量关系；渗流过程中水力梯度−流速关系符合Forchheimer方程，临界雷诺数随拉伸应变增大呈现先减后增的变化规律，叠丝间隙对低拉伸应变下袋体织物的流态转变影响显著；基于流态划分结果获取袋体织物达西渗流阶段的渗透系数，并通过孔隙率与孔隙比表面积构建拉伸状态下袋体织物渗透系数预测模型，模型预测结果与实测值吻合较好，揭示了拉伸应变通过改变孔隙率与孔隙比表面积来调控袋体织物渗透性能的内在机制。

在自然环境和工程实践中，广泛存在多层非饱和土中水的渗流现象。为准确描述时变降雨场景下双层非饱和土中水分一维瞬态渗流行为，基于指数型的土−水特征曲线及渗透系数函数，首先，利用变量代换、分离变量和Fourier级数变换法推导得到了相应解析解，该解析解还考虑了任意初始含水率分布和两类底部边界；在此基础上，通过与现有两个解析解和相应数值解比较，充分验证了所提解析解正确性；最后，以简化双层土质盖层为例，分析了水分在双层非饱和土中一维瞬态渗流规律。结果表明：在总降雨量相同情况下，“前峰型”降雨模式下盖层中的储水量较小，累计渗漏量CQ_b较大，“后峰型”降雨模式则与之相反；相比于饱和渗透系数较小的土质盖层位于双层盖层上方的情况，其位于下方时对应的储水量较大，CQ_b值较小；当初始总储水量相同时，底部体积含水率越大，降雨一段时间后盖层中的储水量越小，CQ_b值越大；盖层的初始有效饱和度S_ini越大，降雨过程中CQ_b值也越大，且在同一时刻，CQ_b值随S_ini增大呈线性增大趋势。

陕西黄土受到不同程度的重金属污染，污染区主要位于陕西关中地带。此外，黄土中主要的重金属离子为铅离子、铜离子、镍离子、镉离子及砷离子，其中铅离子浓度最高，最高浓度达545.6 mg/kg。为防止已污场地污染扩散，拟采用黄土/膨润土隔离墙对场地进行隔离，为此通过试验研究了隔离墙的渗透与防污阻滞性。结果表明，随着隔离墙中膨润土掺量的增加，墙体渗透系数k和防污阻滞系数C_ad均大幅降低。为便于隔离墙后续工程设计，提出了定量表征公式，用于预测k与C_ad。基于表征公式计算了为达到墙体渗透要求时的最低膨润土掺量，数值为28.52%，超过了工程规定值，因此需对膨润土进行改性处理。与此同时，隔离墙在污染液渗流过程中存在胶体迁移，诱发污染离子扩散与墙体防污阻滞系数降低。后续研究中应针对隔离墙中的胶体，研发一种廉价改性材料，主要用于提高其细度和降低其迁移性，这样才能在降低隔离墙渗透系数和提高防污阻滞系数的同时，还能避免胶体迁移诱发的污染扩散问题。

岩溶区天然的地形条件有利于抽蓄工程建设，但岩溶发育使得工程地质岩组具有非均质性，不利于工程稳定，合理地估计岩溶区此非均质岩组岩体力学特性参数十分关键。目前用于估计岩体力学参数的方法，未明确量化溶蚀作用，即溶蚀引起的岩体非均质特征（简称溶蚀特征）。通过分析溶蚀对岩体的作用，拟定溶蚀率、不均匀系数、变异程度描述岩体溶蚀特征；提出溶蚀岩体试样制作方法，制备具特定溶蚀特征的岩体试样进行单轴压缩试验。试验结果表明：岩体力学参数与溶蚀率呈负指数关系，不均匀系数、变异程度通过改变溶蚀影响系数来影响岩体力学参数，据此确定了岩体力学参数与溶蚀特征指标的关系表达式。随后，提出野外快速确定溶蚀特征指标的方法，结合Hoek-Brown准则和所确定的关系表达式，建立了岩溶区非均质岩组岩体力学参数快速估计方法。将该方法应用于湖北岩溶区某拟建抽蓄电站上水库场地，验证了岩体力学参数估计结果的有效性和所建立方法良好的工程适用性。

浮泥−流泥的物理力学特性与常规软土存在较大差异，以致大面积浮泥−流泥地基的沉降计算仅采用“在经典公式基础上通过沉降计算经验系数进行修正”的方法是欠科学的。鉴于此，通过理论推导建立了间歇沉降阶段及其后续低压（0～100 kPa）排水固结阶段的总沉降计算方法，并通过开展室内静态间歇沉降模型试验和低压固结试验，分别验证了间歇沉降计算方法和低压固结沉降计算方法的科学合理性。研究结果表明：（1）平均孔隙比累计变化率r_e和低压固结压缩指数C_C-low是两个关键技术参数，前者可通过理论公式推导和开展长期静态间歇沉降模型试验综合确定，后者则通过开展低压固结试验确定。（2）对于黏粒含量为40%～60%的浮泥−流泥，在无法开展静态间歇沉降模型试验的情况下，可将“平均孔隙比累计变化率为60%～75%”作为静态间歇沉降稳定状态的判定标准，即当黏粒含量为40%时，r_e 取为75%；当黏粒含量为60%时，r_e 取为60%。该标准同样适用于无初始结构的宾汉体。（3）基于e-lgP（e 为孔隙比，P 为竖向压应力）曲线采用斜率平均法确定低压固结压缩指数的取值，更为合理。（4）总沉降计算公式综合考虑了静态间歇沉降行为与低压（0～100 kPa）排水固结行为，能满足工程精度要求，弥补了现行相关研究的不足，可为浮泥−流泥地基处理的设计与施工提供科学支撑。

岩体损伤破坏是其内部裂隙萌生、扩展、归合的必然结果，此过程中可由声发射和红外辐射信号变化表征，因此研究裂隙岩体损伤破坏过程的声−热响应特征具有重要意义。为探究循环加卸载下裂隙砂岩破坏过程中裂纹扩展的声−热响应特征及其前兆规律，开展了含不同倾角预制裂隙砂岩的循环加卸载试验，分析了裂纹扩展过程的声−热响应特征，揭示了声、热各类信号的前兆规律，提出了声−热裂纹演化变异系数指标。主要结论如下：（1）随裂隙倾角增大，剪切作用对试样的破坏效果越来越显著，红外和声发射信号在加卸载过程中皆表现出明显的阶段性特征。（2）随循环加卸载次数的增加，各类声、热信号前兆规律随之出现，具体表现为：预制裂隙周边均出现较大能量声发射定位点，红外热像则出现温度异常带；平均红外温度出现突变，声发射计数突增，声发射上升时间与振幅之比RA、振铃计数与持续时间之比AF值在卸载阶段仍有较大值及较密集分布。（3）红外温度与声发射RA、AF异常出现最早，声发射定位次之，声发射计数再次之，红外热像最晚，声发射定位和热像异常还可以从空间上预警裂纹产生。（4）提出了裂纹演化的声−热变异系数指标，该指标综合了裂纹演化特征并优化了权重比率，可反映区段时间内声、热参数波动的大小，进一步表征裂纹演化的剧烈程度，该指标避免了单一声信号的滞后性和单一红外信号的空间局限性。相关研究可为岩体灾变机制、岩层控制、地质灾害防治等提供重要参考。

为促进模块式废旧轮胎挡土墙在高烈度地震区域推广应用，提出返包胎面加筋挡土墙结构。基于土与结构动力相似比关系，设计返包胎面加筋挡土墙结构振动台试验模型。考虑不同返包方式、轮胎间绑扎模式、基础埋深和加筋长度等多种因素的影响，研究强震下的返包胎面加筋挡土墙结构的抗震性能，分析墙体加速度、侧向位移与墙背动土压力等动力响应特征，并与格栅条带式加筋胎面挡土墙以及传统挡土墙的抗震性能进行对比。揭示了影响返包墙体抗震性能的关键控制因素，得出返包无回折−全绑扎模式下的胎面挡土墙抗震性能最优。相较于基础埋深，加筋长度提升墙体抗震性能更显著。建立了格栅动应变与墙体局部变形的关系，形成了基于侧向位移的墙体设计参考值。

为有效解决传统疏浚淤泥堆场脱水效率低、占地周期长等问题，提出一种新型环式管袋堆场蓄淤脱水技术。通过持续长时间的室内物理试验，研究环式管袋堆场蓄淤脱水特性以及导水土工膜、堆场尺寸对淤泥脱水过程的影响规律，明晰环式管袋堆场淤泥脱水过程各阶段的数学表达及物理机制。研究结果表明：当双层环式管袋堆场不内设导水土工膜时，淤泥脱水过程可分为泥水分离、渗流、蒸发3个阶段，分别呈线性、指数、线性变化；当双层环式管袋堆场内设导水土工膜时，淤泥脱水过程变为4个阶段，其中泥水分离阶段和渗流阶段淤泥脱水速率显著加速，整体脱水效率显著提升，这是由于导水土工膜能够有效避免淤泥固体颗粒堵塞环式管袋经纬丝之间的缝隙。8层环式管袋堆场的淤泥脱水过程分为5个阶段，比双层堆场增加了沉降突变线性变化阶段，其他阶段的数学描述形式与双层堆场相似。随着堆场高度与内径之比的增大，淤泥沉降分布逐渐变为“倒圆锥形”形态，且堆场中心处沉降最大，淤泥整体脱水效率提升。研究成果对于疏浚淤泥有限堆放场地的高效利用具有一定意义。

黄土由于特殊的成分和组构具有结构性和水敏性，其屈服应力、强度及变形等力学特性与饱和度和结构性紧密相关。考虑饱和度对黄土结构性强度的影响，引入与屈服应力、摩擦强度和黏聚力强度的结构性参数，建立了结构性参数与初始饱和度的函数关系，并根据剪切变形过程中黄土结构性退化特征，建立了结构性参数随塑性变形的演化方程。在此基础上，参考剑桥模型建立了结构性黄土的屈服函数，以屈服应力和结构性参数为硬化参数，采用相关联流动法则提出了考虑饱和度和结构性演化的黄土弹塑性本构模型，推导了模型的弹塑性本构矩阵。通过既有陕西省铜川市董家河镇Q₃原状黄土的三轴固结排水试验数据，对不同围压以及不同饱和度下的应力−应变曲线进行了预测，验证了模型的合理性。结果表明，在低饱和度状态下，黄土具有较高的结构性强度，土体屈服后其强度衰减明显，表现出明显的应变软化特性。随着土体饱和度的增加，土体的结构性强度降低，对应屈服应力减小，土体的应力−应变曲线趋于平缓，表现出更多的塑性变形，软化特征逐渐不明显。模型合理考虑了黄土结构性与初始饱和度的关系，能够较好描述黄土在不同饱和度条件下的力学行为，并且能够反映黄土应变软化特征随饱和度的变化规律。

岩石残余强度是隧道开挖、矿山开采、边坡支护等工程的重要参数之一，准确计算岩石残余强度对工程开挖和设计具有重要意义。目前，主要根据强度准则计算岩石残余强度，计算结果误差较大、部分参数获取较难。因此，提出根据岩石应力−应变曲线特征，采用能量降比参数来定量表征强度跌落，考虑岩石破坏全过程的能量演化规律提出残余强度确定方法。为了验证该方法的合理性，开展了某地区砂岩的三轴压缩试验，表明能量降比和围压二者之间存在明显负相关性，相关性高达0.943。收集了20种不同岩石类型的试验数据进行计算，并将结果与两种已有方法进行对比，表明提出的方法能够较准确计算岩石残余强度。以能量降比拟合线斜率变化特征为依据可将能量降比曲线分为两类：向下凹型曲线和向上凸型曲线，并揭示了2类曲线与岩石的脆延转换特性及岩石破坏模式之间的关联性。研究成果对岩体工程稳定性评价具有重要的参考价值。

为探明盾构隧道同步注浆对砂土地层竖向位移与土压力的影响机制，通过模型试验对同步注浆过程中隧道上部地层竖向位移与土压力进行了研究，试验结果表明：在相同的同步注浆材料填充系数条件下，注入低含水率浆液后上部地层隆起且土压力增大，而注入高含水率浆液后上部地层发生沉降且土压力减小；在同步注浆材料含水率相同的条件下，减小填充系数后隧道上部地层隆起量明显减小，隧道上部地层受到的挤压力也更小；隧道上部地层隆起时其竖向土压力增大，发生被动土拱现象，地层沉降时其竖向土压力减小，发生主动土拱现象；现场同步注浆过程中，应根据浆液的固结收缩性、地层的渗透性等合理确定填充系数，并结合现场监测结果进行注浆参数调整。

超临界地热系统是增强型地热系统开发的前沿，研究在超临界环境中裂隙渗流的演变规律是地热系统长期高效开采的关键。为了揭示超临界水作用下干热岩裂隙渗流特性演化规律，利用自主研制的600 ℃高温高压岩体三轴力学试验系统，对不同温度（25～500 ℃）下细粒、粗粒裂隙花岗岩渗流特性进行研究。结果表明：（1）在温度作用下，裂隙渗透率随温度升高分为2个阶段，250 ℃时渗透率到达最高值。（2）在超临界水岩作用下，裂隙渗透率随温度升高分为4个阶段。温度在250 ℃和400 ℃时出现两个峰值。在接近超临界状态时，水对岩石性质的削弱及自由面溶解使裂隙渗透率上升，350 ℃是超临界水岩作用下花岗岩裂隙渗透率演化的阈值温度。在超临界水作用后，其表面形貌由于矿物溶解―沉淀―再结晶而发生重新分布，水岩作用后裂隙的充填率为14%，充填引起裂隙渗流通道改变使渗透率发生改变。（3）中低温下粗粒花岗岩裂隙渗透率受热膨胀量大与低弹性模量的影响而下降，在高温下粗粒花岗岩水岩反应面积大，导致其渗透率减少率比细粒花岗岩高32.67%。本研究对超临界状态下的增强型地热高效开发具有一定的指导意义与价值。

为研究云南典型冰碛土力学特性及损伤机制，利用TSZ-2型全自动应变控制三轴仪对云南典型冰碛土进行不同影响因素下的三轴剪切试验，讨论了不同温度、围压、含水率下冰碛土的力学特性，并引入考虑冻融与荷载耦合损伤变量 D 统计损伤本构模型对冰碛土的偏应力-应变关系进行分析。研究结果表明：低围压条件下，初始含水率差异导致偏应力-应变曲线与破坏强度差异显著，随着围压增加，这种差异逐渐减小；在高围压条件下，冻融循环对最优含水率 w_opt  = 19%的土体影响小，土体表现出高黏聚力和低破坏强度损伤，土体强度降低但整体偏应力强度保持不变。围压能减弱劣化效应，且首次冻融损伤最大，破坏强度总衰减率随温度升高而增加，其中最优含水率试样的破坏强度总衰减率最小。冻融次数增加会导致偏应力强度降低，且首次降幅最大，其变化与含水率相关。此外，内摩擦角和黏聚力随冻融次数增加而明显衰减，其中最优含水率试样受劣化作用影响较小。基于三轴试验推导的引入耦合损伤变量 D 的统计损伤本构模型，能够有效表征偏应力-应变关系。研究表明，冻融次数对损伤的影响大于冻结温度。

通过室内土柱的单向梯度降温试验，分析土柱中存在两种土体情况下，不同填料的中值粒径与温度场、补水量、水分重分布及冻胀变形的变化情况，分析中值粒径对铁路路基粗颗粒填料层间水分迁移特征的影响。研究结果表明：在单向冻结时，改变下层土体而其他试验条件不变的情况下，相同温度边界下土体的温度变化过程基本一致，冻结深度无显著差别；重点考虑上下层土的中值粒径d₅₀，提出上下层中值粒径比F₅₀，用于评价上下层土粒径差距程度对层间水分迁移的影响。在上下层中值粒径比为1.40～3.24时补水相对较小，层间位置会发生水分集聚，随比值的增大，补水量越少，层间集聚效果越好，水分越难由下层进入上层，土柱冻胀变形越小。上下层的流速及水分迁移通道疏密程度有明显差别，上层较为稀疏，下层较为密集，以下层水分迁移速度较慢，上层水分迁移较快为主，层间水分集聚受水分迁移通道疏密程度影响较大；当上下层中值粒径比值过高或者过低时，水分在自下而上迁移过程中，均会于土柱层间突破。

为了考虑非饱和土抗剪强度在净法向应力和基质吸力2个维度的非线性变化对被动土压力的影响，基于非线性抗剪强度包络壳和经典朗肯土压力理论，提出了土体处于非饱和状态时的挡土墙墙背被动土压力计算方法。首先，根据广义Mohr-Coulomb破坏准则，采用变切线法获取包络壳上任意一点对应的等效黏聚力与等效内摩擦角的相互关系；然后，结合莫尔圆应力分析，利用迭代法解得被动极限平衡条件下的等效黏聚力和等效内摩擦角；最后，推导出与经典土力学具有相同形式的非饱和土朗肯被动土压力表达式。在此基础上，通过算例对本法的可靠性进行了对比验证。参数分析表明：随着基质吸力和上覆荷载的增加，等效黏聚力和被动土压力增大，而等效内摩擦角呈减小趋势。就算例而言，相较于包络面模型，低基质吸力水平下由包络壳得到的被动土压力较小，而高基质吸力水平下其被动土压力则较大。

土遗址根部的掏蚀程度往往随高度不同而变化，这与遗址土含水率随高度不同而变化有关。研究了冻融循环对不同含水率（0～3%、0～6%、0～9%、0～12%）范围下石灰−偏高岭土（lime-metakaolin，简称L-MK）改良遗址土表观形貌、质量损失、无侧限抗压强度、色差、物相成分与微观结构的影响，所有试验均以天然水硬性石灰（natural hydraulic lime，简称NHL）改良遗址土作为对照。结果表明，L-MK及NHL改良土试样表面劣化程度和质量损失均与冻融循环次数和含水率梯度呈正比。含水率梯度对L-MK改良土试样抗压强度的影响存在阈值：含水率变化范围为0～3%的试样抗压强度与冻融循环次数成正比，但随含水率梯度增加，试样抗压强度与冻融循环次数成反比，且在首次冻融循环时强度下降最为显著。在土遗址修复工程中，尤其应注意冻融循环初期、高含水率位置土体的加固与监测；微观试验结果表明：随着含水率梯度增加，改良土微观结构在冻融侵蚀后具有明显的孔隙发育特征，水化硅酸钙（calcium silicate hydrate，简称CSH）及水化铝酸钙（calcium aluminate hydrate，简称CAH）等水化产物含量明显减少。NHL改良土颜色差异在可识别阶段，L-MK改良土颜色差异在轻微或可察觉阶段，L-MK改良土满足土遗址修复要求。

水封洞库裂隙围岩结构复杂，存在无法准确探明的地下水不饱和区，是引起库中油品泄漏，造成地下水污染的主要原因。为确定岩体中石油的泄漏运移范围，以辽宁某地下水封石油洞库为背景，基于孔隙−裂隙双重介质模型，以数值模拟方法分析了水幕系统对油品运移范围的影响，并通过裂隙倾角、开度、裂隙渗透率等因素评估了裂隙的几何效应对油品运移范围的影响。研究表明：水幕系统的加设无法完全杜绝库内油品的泄漏，但相比无水幕时，加设完整水幕系统后的50 a内油品泄漏距离被稳定控制在2.20 m左右，泄漏面积、最大泄漏距离和扩散速度也分别降低了69.11%、80.40%、81.05%。各水幕工况中仅加设水平水幕时泄漏面积最大，各工况中最大距离泄漏点均位于洞间岩柱区域（左右相邻洞室中间相夹的区域）。近场裂隙的存在会影响油品运移的空间分布，可减小其与洞库相交区域的泄漏面积。油品竖向最大运移距离与近场裂隙的倾角成正相关，油品泄漏范围随裂隙渗透率的增加呈先增加后下降的趋势，裂隙开度对油品运移范围的影响可忽略不计。研究结果可为水封石油洞库的设计和运营提供理论参考。

岩石高边坡开挖保留岩体损伤演化是多台阶频繁爆破累积作用的结果，明确在频繁爆破荷载扰动下岩石高边坡岩体损伤形成机制对边坡稳定有重要意义。以白鹤滩水电站岩石高边坡开挖为工程背景，首先对拱肩槽边坡开挖爆破开展单孔和跨孔声波测试，通过连续测试多次爆破对保留岩体的累积损伤影响，揭示了均质岩石高边坡累积损伤主要由本层台阶爆破引起，下层台阶次之，随着爆心距的增加，3～5个台阶爆破以后几乎不造成累积损伤影响；进而以白鹤滩水电站左岸高程700～650 m的岩石高边坡开挖为对象，采用LS-DYNA软件完全重启动技术，模拟了5层台阶循环爆破荷载作用下岩石高边坡保留岩体累积损伤演化规律，结果表明均质岩石高边坡累积损伤具有局部特征，本层台阶占比70%～82%，相邻台阶占比10%～20%，从定量描述岩体累积损伤范围的角度，数值模拟与现场数据吻合较好；基于应力判别对爆破损伤形成机制进行了分析，岩石高边坡累积损伤是本级台阶近区压损伤，中远区张拉损伤和下级各台阶爆破应力波反射拉应力联合作用的结果；最后，基于回归分析方法建立了爆破频次与损伤程度、损伤深度的损伤预测模型，结果表明均质岩石高边坡梯段开挖引起保留岩体的累积损伤仅与当前爆破梯段及邻近的2个梯段开挖关系密切，损伤区的损伤程度随爆破荷载扰动次数增加而呈现指数型衰减的累积特征。在此基础上，提出了考虑累计损伤效应的爆破振动安全控制标准。相比于单次爆破，频繁爆破荷载扰动下安全控制标准更为严格，当前采用的控制标准不利于安全控制。

在地下工程中，数值模拟技术对岩体流变长期变形量的预测具有重要作用。为提出基于广义应力松弛特性的岩石时效性数值模拟分析方法，在分数阶元件的基础上，提出了广义分数阶元件，利用其中的参数来表述岩石应力的动态变化过程。将广义分数阶元件与改进后的Burgers模型串联进行应变修正，使模型能够描述应力发生变化时岩石不同的流变方向。将构建的模型进一步推导至关于一个计算时间步的三维中心差分格式后，利用C++语言与FISH语言进行编译，嵌入到数值模拟软件FLAC3D中，并将模拟结果与凝灰岩广义应力松弛试验进行对比。结果表明：二次开发的广义应力松弛流变模型能够很好地模拟岩石不同流变方向下的应变变化规律，反映岩石的广义应力松弛特性，为岩石的流变变形确定出一个参考范围，有助于更精确地预测因开挖等扰动导致应力场环境发生变化的工程岩体的长期变形量。

为了适应黄土地区大荷载输电线路基础的建设需求，提出一种上部为短柱、下部为若干斜桩组成的新型复合基础。通过试验结果验证的数值模拟方法，能对不同组合形式的复合基础进行结构优化，并对其承载机制进行分析。通过正交试验设计，厘清了斜桩部分数量、长度以及倾斜角度对承载力大小影响的排序。在总体积相同的条件下，适当增大短柱部分的埋深，缩短斜桩部分的桩长，可以提高短柱斜桩复合基础的上拔承载力，同时对下压承载力影响不大。基于大量的数值模拟结果分析，初步建议了复合基础结构设计尺寸的选取范围。上拔过程中，短柱先达到承载力极限状态；下压过程中，斜桩先达到极限状态，短柱与斜桩在各工况下的承载力发挥不同步。提出基于承载力发挥系数的新型短柱斜桩复合基础承载力计算方法，可为相关基础设计提供参考。

为探究卵石土混合体宏细观力学特性演化规律，利用Python语言在ABAQUS二次开发基础上研发了切近天然卵石样貌的卵石土混合体随机生成程序，通过三轴压缩数值模拟试验，分析了卵石含量、分布倾角及磨圆度等特性参数对卵石土混合体宏细观变形破坏形式的影响，揭示了其关键力学参数的变化规律。结合三维数字图像相关（three dimensional-digital image correlation，简称3D-DIC）技术监测试样在室内试验中表面及内部动态演化过程，验证了数值模拟结果的合理性。研究结果表明：低含石量试样裂隙扩展以“单侧绕流+穿石”“包石+穿石”等运动模式为主，高含石量试样以“单石转动”“走滑运动”等运动模式为主；随着含石量增大，试样剪切带由光滑平直状演化至X状，最终呈圆弧网状结构，试样的力链传递由X交叉型的模糊轮廓趋近于清晰垂直，且定向性明显；随着卵石含量增加、磨圆度增大，试件抗压强度、内摩擦角和黏聚力呈现增加趋势；卵石倾角增加，抗压强度、内摩擦角和黏聚力呈递减趋势。依据数字图像相关技术记录的单轴压缩试验中不同含石量试样的表现情况，证明了其表面裂隙的产生、扩展及内部破坏形态与数值模拟结果呈现一致性。研究结果加深了对卵石土混合体复杂力学特性的认识和理解，为今后卵石土混合体相关科学研究和工程应用提供理论依据。

随着城市化进程中地下空间开发及抗浮问题的凸显，抗拔桩在东南沿海等高水位黏性土地区的应用日益广泛，然而常规钻孔施工工艺面临诸多挑战，如泥皮效应导致桩侧阻力难以达标、扩底成孔困难等。为此，提出考虑扰动效应的束浆挤扩桩抗拔承载力计算方法。以上海第⑤1层灰色黏土为对象，建立黏土和砂的弹塑性扰动状态（clay and sand elastic-plastic-disturbed state concept，简称CASM-DSC）模型，精确模拟桩周地基土力学特性。通过用户自定义材料本构（user-defined material mechanical behavior，简称UMAT）子程序，开展数值模拟，分析桩周地基土及挤扩尺寸的扰动效应。修正前期研究的束浆挤扩钢管桩抗拔简化计算方法。结果表明，钻孔开挖显著削弱黏性土的侧阻力，影响桩−土界面的力学性能，扰动系数和范围对地基土应力状态呈二次曲线和线性折减关系。在不同的挤扩长度下，模型桩的极限抗拔承载力随长度增加呈“V”字型特点，且挤扩工艺可改变桩侧受力面积与轴力分布。通过上海徐汇滨江地块的现场试验，验证了简化计算方法的有效性与适用性，其计算误差控制在15%以内，为桩基础工程设计提供了可靠的理论支持与实用计算方法。

提高滚刀破岩效率和减轻磨损始终是硬岩掘进中一项具有挑战性的任务，因此在实际工程之前关键是确定最佳掘进参数。模型试验对于分析滚刀荷载性能至关重要，采用了新型全尺寸旋转破岩平台以研究滚刀受力特征并获得最佳掘进参数。此外，采用了有限元法来深化试验分析并提出新见解。基于模型试验初步揭示了滚刀破岩受力和效率随切削深度和切削半径的变化：确定了100 mm刀间距的最佳切削深度为6 mm；随着切削深度增加，岩渣累计百分比先减小后增大；根据滚刀侵入过程的裂纹扩展特征证明了有限元数值模型的准确性，法向滚刀破岩性能数值结果与模型试验结果一致。试验结果为优化刀盘布局和减少滚刀磨损提供了数据支撑。