在自然环境和工程场景中，不仅存在裸露非饱和土，也存在被植被覆盖的非饱和土（即非饱和植被土）。针对根系为均匀形的非饱和植被土，在考虑根系对水文特性影响的基础上，通过一些简化假定和变量代换得到了线性化的水分一维瞬态渗流控制方程。采用分离变量和级数变换等方法，求得了非饱和植被土中水分一维瞬态渗流解析解。随后，将该解析解计算结果与现有解析解和相应有限差分解的计算结果比较，验证了其合理性。最后，以一个简单的植被盖层为例，分析了根系相关参数对其阻隔雨水入渗效果的影响。结果表明，与无植被的单一盖层相比，相同降雨场景下植被盖层底部的累计渗漏量CQ_b较小，且根系土层厚度l_g越大，这种阻隔雨水渗漏的效果越为显著。蒸腾速率T_p的增大可明显降低降雨场景下植被盖层底部的渗漏速率，且随着T_p增大，累计渗漏量CQ_b呈线性减小趋势。与根系体积占比R_v为0且忽略根系对土体水文特性影响的极端情况相比，当R_v值使得根系土的饱和渗透系数减小时，植被盖层阻隔雨水渗漏的效果会增强，反之则会减弱。总的来说，本研究可为非饱和植被土中水分渗流相关工程实践提供科学指导。

如何对填石路基的压实质量进行快速、准确的评价，是公路工程中一项亟待解决的难题。为此，建立了模拟填石路基在冲击载荷下响应的离散元-有限差分耦合模型，采用室内大型三轴试验标定了模型主要参数，通过计算数据与现场试验的对比验证了模型的正确性。进一步深入分析了5种常见级配填石路基在不同压实状态下的动力响应结果，讨论了级配分维度、孔隙率等对路基响应特征的影响。研究结果表明：（1）填石路基孔隙率与回弹模量之间具备良好的指数关系，在此基础上提出了沉降比的概念，并且发现了沉降比与路基孔隙率之间的线性关系，建议评价路基压实质量时同时将沉降比与回弹模量作为控制指标。（2）建立了考虑填料级配与孔隙率的填石路基回弹模量预测模型，发现填料级配对回弹模量影响显著，且级配分维度越接近2.31，回弹模量随孔隙率的降低速度越快。（3）沉降比为0时对应路基理想压实状态，在此基础上建立了考虑填料级配的路基理想状态临界回弹模量预测模型，发现临界模量随着填料分维度D的增加先增大后减小，在D=2.34时出现极大值。上述研究可为公路填石路基压实质量控制和评价提供科学依据。

为探究岩石界面粗糙度对断层滑移过程电荷感应信号特征的影响，研究了不同粗糙度岩石组合结构在不同竖向荷载下双面剪切试验滑移全过程多通道电荷感应信号波形、电荷累计速度、分形维数和主频区-次主频区指标的时频特征。研究结果表明：（1）弹性变形阶段断层面出现的局部微破裂成核导致电荷感应信号波形表现为多次电荷感应簇并出现最大值，这种电荷感应簇随着界面粗糙度和竖向荷载的提高而增多，进入启滑阶段则变为密集的小幅信号。（2）随断层界面粗糙度和竖向荷载增加，电荷累计速度和分形维数波动更为明显，且与电荷感应信号波形变化高度关联。弹性变形阶段电荷累计速度表现为“主体慢增，多点突增”，每次电荷感应簇都伴随着分形维数的“先升维，后降维”现象，主频区位于低频域，次主频区位于高频域；启滑阶段电荷累计速度转变为全面快速增加，分形维数整体不断降维，主频区和次主频区表现出“平移互换”现象，主频区右移至高频域，次主频区则左移至低频域，且各滑移阶段电荷信号主频均落于滑移全过程共有频率混叠域内。（3）对比小波变换、短时傅里叶变换和S变换3种时频变换方法在滑移失稳前的时频分辨率与时频聚焦性发现，在低频域，小波变换表现最好，短时傅里叶变换次之，S变换最差，而在高频域，S变换表现最好，小波变换次之，短时傅里叶变换最差。（4）断层滑移失稳过程中不同位置传感器电荷信号的差异在启滑阶段前主要与局部集中微破裂引起的电荷特定区域聚集有关，在启滑阶段后则主要由滑移面与传感器之间相对位置的错动变化引起。

基于弹性介质动力学理论，采用解析的方法研究了横观各向同性土体中端承桩的水平振动响应问题。通过引入位移势函数，对土体控制方程进行解耦，并运用分离变量法推导出桩周土体位移与应力的通解。结合桩-土界面的连续条件，将桩周土对桩身的水平复阻抗代入桩的运动方程，进而获得桩身位移、转角、弯矩和剪力的解析解，同时推导了桩顶水平、摇摆和水平-摇摆动力复阻抗的表达式。通过与已有理论解的对比，验证了提出解的可靠性与准确性。在此基础上，系统分析了土体各向异性力学参数对桩水平振动特性的影响。结果表明，各向异性模量比对桩顶动力复阻抗以及桩身水平位移、转角、弯矩和剪力沿深度分布均具有显著影响。

中国西北地区广泛分布的一种盐渍化粉土兼具低液限粉土与盐渍土的物理特征，其长期变形特性不够明朗。针对该土开展了一系列单轴蠕变试验，分析了不同含盐量、干密度、含水率和上覆应力下的蠕变特性。试验结果显示，相较于非含盐土，随着含盐量的增加，该土蠕变速率显著加快，表现出更强的非线性蠕变特性。洗盐土的最终应变为10%，当含盐量达到6.4%时，应变最终达到14%。为了更准确地描述土体蠕变行为，对经典蠕变模型进行改进，分别提出整数阶与分数阶两种盐渍化粉土蠕变模型。将改进的两种理论模型与试验数据进行对比分析，分析结果显示，所提改进理论模型均比经典蠕变模型更准确地描述土体实际变形特性，但整数阶盐渍化粉土蠕变模型对于衰减蠕变阶段的描述不够细致，而分数阶盐渍化粉土蠕变模型对于蠕变各阶段的细节描述均更为准确，可以有效地预测盐渍化粉土的蠕变行为。

中国西部地区的能源开发项目，需要在稳定性较差的弱胶结砾石层中建设大量竖井。锚杆支护是控制围岩变形的重要手段。然而，目前的锚杆加固理论大都忽略了锚杆的滞后支护。为此，基于工作面的空间约束效应、弹塑性理论和锚杆应力均布法，提出了考虑锚杆滞后支护的竖井锚杆围岩变形和应力半解析计算方法，而后通过有限单元法验证了其正确性。基于所提出的半解析解，进一步探讨了锚杆参数的影响性。研究结果表明：锚杆滞后距离越大，围岩变形越大，锚杆等支护结构所承受的围岩压力越小，当锚杆滞后支护距离x_gs＜1.5r_A（r_A为竖井开挖半径）时，围岩变形u_r（r=r_A，r为围岩中任何一点的半径）及安全系数s变化较大，当锚杆滞后支护距离x_gs＞3.0r_A时，围岩变形u_r(r=r_A)及安全系数s基本不变；增大锚杆直径可提高抗剪强度但影响逐渐减小；当锚杆长度L＜1.0r_A时，围岩变形u_r(r=r_A)及安全系数s变化较大，当锚杆长度L＞1.0r_A时，则变化缓慢，因此不建议过度使用长锚杆。研究指出，在选择支护参数时，需考虑支护滞后距离以确保围岩稳定。本研究将该理论成功应用于压力管道竖井工程中，研究成果为竖井围岩的锚杆支护设计提供了坚实的理论依据。

微生物诱导碳酸钙沉淀（microbially induced calcite precipitation，简称MICP）技术能够有效改善珊瑚砂的力学性能。为研究微生物加固珊瑚砂的小应变动力特性，对不同加固次数 N_b 和有效围压σ₀的 微生物加固珊瑚砂试样开展共振柱试验，对比分析其动剪切模量G 和阻尼比l的发展规律。试验结果表明：在小应变范围内，微生物加固珊瑚砂的动剪切模量G随 N_b 和σ₀增加而显著增长；最大动剪切模量 G_max 随 N_b 和 σ₀ 的增加分别表现出线性和幂律形式的增长趋势，且G_max和无侧限抗压强度q_ucs存在显著的幂律相关性；随着N_b增加，微生物加固珊瑚砂的参考剪应变γ₀逐渐减小，动剪切模量比衰减曲线（即G/G_max-γ_d 曲线，γ_d 为剪应变）向下方移动，非线性特征愈发显著；同时，微生物加固珊瑚砂的最小阻尼比和最大阻尼比均有所增长，阻尼比曲线（即γ_-γ_d 曲线）向上方移动，滞后性特征显著增强；然而，有效围压的增长对G/G_max-γ_d 和γ-γ_d 曲线表现出相反影响趋势，非线性和滞后性特征均逐渐减弱；给出了用于描述微生物加固珊瑚砂动剪切模量和阻尼比非线性和滞后性特征的经验公式及相关参数。扫描电子显微镜试验（scanning electron microscope，简称SEM）结果表明，珊瑚砂经微生物加固后，其刚度增强主要来源于碳酸钙沉淀的胶结，裹覆和填充作用。

目前研究岩石冻融损伤主要基于各向均匀冻融试验，但寒区工程中单向冻融作用的情况广泛存在。目前，对单向冻融作用下岩石力学特性演化及其损伤模型认识不足。因此，选取砂岩为研究对象，进行单向冻融循环试验及单轴压缩试验，对比分析冻融后砂岩平行和垂直冻融方向的弹性模量、抗压强度、应力-应变曲线、压缩破坏模式，以研究单向冻融作用下岩石力学特性演化。试验发现，单向冻融作用后，砂岩平行冻融方向抗压强度大于垂直冻融方向，平行冻融方向弹性模量小于垂直冻融方向，平行冻融方向的峰值应力和峰值应变均大于垂直冻融方向；砂岩平行冻融方向的单轴压缩破坏模式与未冻融时相同，表现为“X”型压剪破坏，而垂直冻融方向的破坏模式为破坏面沿加载方向的劈裂破坏模式。单向冻融作用下，砂岩力学性质从初始状态的各向同性向各向异性演化。基于上述试验现象，引入单向冻融各向异性系数，建立单向冻融作用下砂岩损伤模型并利用试验数据对模型进行了验证。

在压气储能岩石内衬洞室中，岩石的环向抗拉强度是计算洞室极限承载能力和长期稳定性的重要参数。而现有的岩石抗拉强度测量方法，是通过直接拉伸试验或间接拉伸试验，如巴西劈裂、点载荷弯曲法等，不能真实反映岩石在高内气压作用下环向受力的情况。基于此，提出了一种新的测量方法：通过向打孔岩样中注入高压空气，得到岩石破裂压力，考虑岩石孔隙应力，提出了岩石抗拉强度的计算公式。在试验中，改变充气速率和岩石温度，得到了岩石破裂压力与充气速率是负相关关系，与温度是正相关关系。通过循环充放气试验，得到了在循环次数n较小时（n≤100），岩石破裂压力与循环次数是正相关关系。这些试验结果可以指导压气储能岩石内衬洞室的设计计算，有利于压气储能技术的推广应用，具有重要的工程应用价值。

循环荷载作用下超静孔压的累积可能导致饱和珊瑚砂的局部或完全液化，显著影响建（构）筑物的安全性。在数值模拟与分析中，准确预估超静孔压的增长尤为重要，而阈值应变的确定则是关键环节。通过循环应力主轴90°跳转和连续旋转的均等固结、不排水的单级和分级循环剪切试验，提出了确定复杂应力路径下饱和珊瑚砂超静孔压增长和刚度退化的阈值应变（孔压阈值应变γ_tp、刚度退化阈值应变γ_td和流动阈值应变γ_tf）的新方法。结果表明，γ_tp、γ_td和γ_tf均受循环应力路径的影响较小，但受初始相对密实度D_r的影响显著。此外，随着D_r的增加，γ_tp和γ_td之间的差距逐渐扩大。在不同循环加载条件和初始物理状态下，γ_tf对应的孔压比约为0.9，而其对应的刚度指数约为0.10。确定γ_tp、γ_tp和γ_tf的新方法的提出可以有效减少室内循环试验的数量，以便于作为数值计算或分析方法的输入值，或用于表征土体在应力和应变条件下的行为特性。

为研究真三轴力-水路径下原状黄土增湿变形特性，采用刚-柔-柔型加载边界的真三轴仪，对西安原状黄土开展了不同球应力、中主应力参数和应力比条件下的真三轴单线法增湿试验，全面分析了真三轴力-水路径对原状黄土增湿变形特性的影响。试验结果表明：增湿体（偏）应变与球应力的关系曲线呈现缓－陡－缓3个阶段，球应力在第2阶段时土体的增湿湿陷性最大，可发生较大的增湿变形；一定应力比时，增湿体应变随着球应力逐渐增大，当球应力超过200 kPa后增湿体应变的增大幅度减小；分析了试验因素与各增湿应变量之间的变化规律，并依据试验结果给出了考虑中主应力的黄土湿陷变形计算表达式。

堆石料的强度变形特性与其级配密切相关。为了预测不同初始级配堆石料的力学特性规律，首先在临界状态本构理论框架下讨论了级配对堆石料力学性能的影响规律，随后提出了能够快速预测给定级配堆石料的初始和临界状态孔隙比的方法，最后结合状态相关的弹塑性本构模型，建立了堆石料级配相关力学特性规律预测方法。研究结果表明，堆石料最小孔隙比e_min 与低应力条件下临界状态孔隙比 e_cs 之间存在较好的线性关系；结合颗粒堆积算法，可以实现给定级配堆石料e-p （e 为堆石料当前状态孔隙比，p 为平均应力）空间内临界状态位置的预测；所提出的预测方法可以根据已知级配的堆石料试验结果标定本构模型参数，从而较有效地预测其他给定级配堆石料的力学规律。

颗粒间液桥引起的毛细黏聚作用广泛存在于自然界和工程应用中，其具有胶结作用，使颗粒聚集。研究毛细黏聚颗粒在裂隙介质中的运移-堵塞过程，对于理解颗粒传输过程具有重要意义。通过可视化试验，探讨了粗糙裂隙中毛细黏聚颗粒的运移-堵塞过程，提出了堵塞模式试验相图。结果表明，毛细黏聚作用使颗粒聚集成团，粒径增大，从而显著促进裂隙堵塞，并且运移-堵塞过程在高流速下为条纹堵塞模式，低流速下为完全堵塞模式或入口密封模式。水动力学分析显示，流速分布控制着堵塞条纹的生长及主要渗流通道的改变。此外，Smoluchowski理论能够较好地描述堵塞条纹随时间的线性增长规律。研究成果为评价和控制裂隙中颗粒运移-堵塞过程提供了理论依据和技术思路。

开采扰动极易加剧巷道围岩蠕变失稳，其在围岩中的传播方式为衰减振荡扰动。为探究衰减振荡扰动下岩石蠕变特性，以砂岩为研究对象，开展了X射线衍射、核磁共振试验和假三轴蠕变试验。基于试验结果，建立了砂岩离散元数值模型。参数标定结果表明，线性平行黏结模型与Burgers模型相结合的方法，可以模拟岩石的蠕变行为。将正弦扰动函数和指数函数相结合，提出了模拟衰减振荡扰动的函数表达式。通过Fish语言实现了衰减振荡扰动在数值模拟中的施加，模拟了砂岩在衰减振荡扰动下的蠕变过程。模拟结果表明，与无扰动岩样相比，衰减振荡扰动作用下岩样发生加速蠕变的时间更早，蠕变变形量更大。扰动施加前后，裂纹倾角分布由集中转为分散，破坏模式为张拉-剪切复合破坏模式。衰减振荡扰动施加时，岩石蠕变变形呈现类似的衰减振荡趋势，偏应力越大，衰减振荡扰动对岩石变形影响越大。衰减振荡扰动的施加，更容易导致颗粒之间接触键的断裂，加速了能量耗散。将衰减振荡扰动元件和非线性黏塑性体引入到Burgers模型中，建立了改进的Burgers模型，理论曲线与试验数据吻合度较高，该模型能较好地表征衰减振荡扰动下砂岩蠕变过程。

在结构充填开采中，“充填体-直接顶”复合承载结构会因采充速度等条件的不同，承受不同加载速率的载荷。按0.15～2.40 mm/min的加载速率分别对5组“粉砂岩-充填体”岩充组合体进行单轴压缩试验，进行数字图像相关技术与声发射监测，并分析其能量损耗演变特征。由试验可知，粉砂岩的强度显著大于组合体与充填体的强度，组合体的强度相较于粉砂岩更接近充填体的强度。加载速率为0.60 mm/min时，试件强度达到最高，为该组试验的临界加载速率。在组合体加载速率为0.15～0.60 mm/min时实现了试件的协同变形破坏，而加载速率为1.20～2.40 mm/min时未能实现协同变形破坏，组合体试件最终破坏模式为拉剪混合破坏模式。当加载速率低于0.60 mm/min时，岩充组合体试样中由于粉砂岩与充填体的强度差异以及两者接触界面非均匀变形共同作用下，出现贯穿试件整体大裂纹。当加载速率小于0.60 mm/min时，组合体的峰前耗散比大于充填单体。通过计算岩充组合体在不同加载速率下的储能系数与储能极限发现，当加载速率小于0.60 mm/min时，加载速率越大，组合体试件的储能极限越高，而吸收弹性能的速度也在同步上升，最后充填体部分率先发生破坏，其瞬间破坏释放的能量被传递到组合体的砂岩部分中，使粉砂岩部分所吸收的弹性能可达到储能极限，充填体部分中裂纹扩展贯通至砂岩内部，实现协同破坏；研究结果以期为保障煤矿结构充填开采的开采率与安全性提供指导性意见。

构造断层核主要由黏土矿物构成，黏土矿物成分或含水饱和度的轻微变化将会导致断层滑动状态发生显著改变。利用滑块模型装置对填充有断层泥的模型断层进行试验，以研究其滑动规律。断层泥由石英砂和不同类型黏土（膨润土、伊利石和高岭石）组成。断层滑动行为主要取决于断层泥的矿物学特性。累积应力可通过快速滑动和缓慢滑动2种方式释放，快速滑动的比例动能介于10⁻⁵～10⁻³之间，而缓慢滑动的比例动能为10⁻⁹～10⁻⁷。在干燥和湿润条件下，填充有石英砂的模型断层具有快速黏滑特征。当黏土含量接近20%时，石英砂/黏土断层泥从黏滑逐渐转变为稳定滑动。在黏土湿润的情况下，矿物学特性起到了关键作用。当伊利石含量为5%时，湿润会导致峰值速度增加一个数量级以上；当膨润土含量为5%时，则会使滑动稳定。虽然湿润后摩擦系数的变化相对较小，但比例动能的变化可达几个数量级。

真空预压作为一种常见的处理高含水率饱和软土的地基加固方式，在大面积围海造陆工程中应用广泛。但是在许多真空预压加固饱和软土的工程案例中存在加固后地基承载力偏低，尤其是深层土体强度提高幅度有限的情况。大量研究表明，真空预压的加固效果受限于两个核心因素：真空度随深度的衰减效应以及细颗粒在排水板附近的富集对水流路径的阻塞作用。针对上述问题，依托乐清湾北港区吹填工程，提出在真空预压加固后期，采用电渗联合真空预压（electro-osmosis with vacuum preloading，简称EVP）进行短期加固以研究土体强度增长规律。试验通过采用大尺寸模型试验池的方式，先按正常的真空预压步骤抽气108 d，待沉降曲线稳定后，开启电渗联合真空预压加固。该阶段分为两个小的阶段，第1阶段持续11 d，然后对阴阳极进行互换开启第2阶段电渗联合真空预压试验，第2阶段持续6.5 d，共进行17.5 d电渗联合真空预压加固。经电渗联合真空预压加固后，20、60、100 cm 3个深度的土体含水率分别降低4.2%、4.84%、2.34%，十字板强度分别提高32%、75%、61.1%。试验结果表明：真空预压后期通过叠加电渗法，可在含水率降幅小于5%的情况下，实现十字板强度较大幅度的提升，特别是对于原先强度较低，单纯真空预压法加固困难的深层土体，强度提升了61%～75%，具有较好的加固效果。

以澜沧江上游班达水电站坝址区右岸边坡为研究对象，开展了含双层韧性剪切带的高陡岩质边坡振动台模型试验。通过引入无量纲边坡峰值加速度放大系数，输入不同类型、激振方向、频率和振幅的地震波，研究地震作用下含韧性剪切带高陡岩质边坡动力响应规律。试验结果表明：①随着频率、幅值的增加，边坡模型动力响应增强，频率对边坡的动力响应影响程度大于幅值。②边坡模型动力响应具有明显的坡内高程放大效应和坡面的非线性趋表效应。③加载水平向地震波时，韧性剪切带具有吸能效应，韧性剪切带越厚吸能效应越明显。④加载竖直向地震波时，较厚的韧性剪切带对地震波仍具有吸能效应，较薄且靠近坡表的韧性剪切带对地震波表现出放大效应。

岩石节理粗糙度各向异性的定量表征对其力学特性的评估具有重要意义，然而，节理面形貌结构的复杂性以及现有分析方法的局限性给粗糙度计算及各向异性评估带来诸多挑战。以重庆彭水地区的页岩为研究对象，结合分形拓扑理论与节理粗糙度系数JRC（joint roughness coefficient）定量表征节理面形貌各向异性。首先，利用三维激光扫描仪获取了不同劈裂方向的页岩样品表面粗糙形貌；随后，在各个方向上计算了节理剖面线的JRC及分形维数D以比较节理面的各向异性特征。研究结果表明：（1）JRC综合考虑了节理剖面的分形特征与振幅特征，较分形维数D而言，与劈裂方向表现出更强的相关性，以页岩纹理面为参考面，该面与劈裂方向之间的夹角越大，节理面的JRC值越高。（2）单个节理面的JRC值分布可采用椭圆近似拟合，且该椭圆的面积随着纹理面与劈裂方向夹角的增大而增大，这表明当劈裂方向垂直于纹理面时，裂隙面更加粗糙。为岩石节理面各向异性特征的定量表征提供了方法参考，也为劈裂方向对节理面粗糙度控制机制的挖掘提供了新思路。

滑面应力分析是评估滑坡稳定性、预测滑坡风险的关键环节。现有的滑面应力求解方法众多，但尚未有合理的方法可对这些求解方法进行评价。为解决这一难题，提出了一种在滑坡模型试验中使用的滑面应力测试装置，详细介绍了装置的结构特点、设计原理，设计了3个案例，开展了模型试验测试滑面应力，并基于成对样本t检测统计分析结果中的相关性和概率P值，对Morgenstern-Price（M-P）法、基于坡面卸荷的滑面应力弹性理论解、数值分析法在求解滑面应力方面的适用性进行了评价。主要得到了以下结论：（1）斜面测试结果显示，9个滑面测试单元的测试结果与理论值的误差绝对值均在2.5%内，统计学分析结果表明，滑面应力测试装置具有较高的准确性且测试稳定性较好。（2）基于模型试验对3种滑面应力理论计算方法的评价结果显示，弹性理论解和数值分析法可以较准确地计算滑面的应力状态，但M-P法的计算结果与实际偏差较大，不适用于非极限状态下滑面应力的计算。（3）拓展了基于坡面卸荷的滑面应力弹性理论解在路堤边坡中的应用，但该方法仍然存在较大的局限性。提出的滑面应力测试装置拓展了滑面应力测试的新方法，为滑面应力计算和稳定性分析理论准确性验证提供了试验基础。

盾构-地层相互作用一直是学界和业界关注的研究热点。对于主动铰接型盾构，主动铰接装置的存在对盾构-地层相互作用影响不容忽视。鉴于此，提出考虑主动铰接的盾构-地层相互作用模型，并基于时间增量过程实现模型求解。在此基础上，依托福州滨海快线滨中区间进行算例验证，并进一步探讨主动铰接对盾构栽头现象、盾壳土压力及油缸推进合力矩的影响规律。主要结论如下：（1）考虑主动铰接的计算模型及其求解方法，能更为准确地反映连续掘进过程中的盾构-地层相互作用；（2）俯仰铰接角的增大对于盾构栽头现象有明显改善作用；（3）地层基床系数较小时，铰接角同盾壳土压力合力矩近似线性相关，随着基床系数不断增大，两者逐渐向非线性转变；上软下硬地层中，不同俯仰铰接方向产生的土压力合力矩存在一定差异，且随铰接程度增大愈加明显；（4）小角度纠偏范围内，赋予盾构一定铰接角，可有效减少推进油缸所需力矩，从而实现姿态高效控制。以上研究成果可为后续盾构轴线偏差计算及姿态控制策略提供理论支撑。

层状岩质边坡在强震作用下极易发生破坏，导致崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害，其稳定性评价及支护结构优化是工程建设和学术研究关注的重点问题。基于强震区现场调查、理论分析、数值模拟和物理模型试验等技术手段，国内外学者针对强震区岩质边坡破坏机制及加固措施开展了大量卓有成效的研究工作。从层状岩质边坡失稳破坏特征、支护结构类型、支护结构加固机制、新型抗震支护结构等4个方面着手，系统梳理了强震作用下岩质边坡支护结构的研究现状，指明了目前支护结构基础研究与技术手段中存在的不足，展望了今后边坡抗震支护结构的研发方向。研究结果为深入揭示强震区层状岩质边坡失稳机制与加固机制提供了理论支撑，并为研发更可靠的支护结构奠定了科学基础。

已有盾构掘进地层识别机器学习模型高度依赖准确的地层信息作为模型标签输入，使其在复杂地层适用性较差。通过引入线性插值模型克服传统动态时间规整（dynamic time warping，简称DTW）的离散化问题，提出了基于连续动态时间规整（continuous dynamic time warping，简称CDTW）的凝聚型层次聚类模型（CDTW-Agglomerative），构建了能够动态识别地层的在线学习机制。基于厦门地铁3号线盾构掘进数据集验证了所提模型的准确性和可靠性，并通过厦门地铁6号线盾构掘进数据集对模型泛化性进行测试。结果表明，CDTW-Agglomerative在两个不同地质条件数据集下的预测准确率分别约为85%和73%，具有良好的泛化性。CDTW-Agglomerative性能优于基于DTW、软动态时间规整（soft dynamic time warping，简称SoftDTW）的凝聚型层次聚类模型和CDTW-K-means、CDTW-K-medoids、CDTW-Spectral等聚类模型。所提模型无需地层信息作为标签输入，即可有效识别盾构刀盘处地层信息，为盾构掘进参数智能决策提供参考。

土体切削问题在隧道掘进、港航疏浚、地质钻探和土木建筑等工程领域中广泛存在。准确表征土体切削过程中刀具前方的三维土体破坏面对于分析土体扰动状态、评估刀具切削性能以及理解土体-刀具相互作用机制具有重要意义。采用非线性弹塑性损伤本构模型描述土体变形破坏过程，基于土体介质单位面积损伤能量耗散特征，提出了一种新的能够直接表征三维土体切削破坏面的数值方法。通过对不同工况条件下平面刀具土体切削过程进行数值模拟，验证了提出的土体切削破坏面表征方法的有效性和稳健性，并结合理论计算讨论了切削角度和深度对破坏面宽度、破坏距离、土体扰动面积和剪切破坏角的影响。此外，基于该数值方法获取的复杂刀具土体切削破坏面形状与试验结果相符，进而验证了提出的土体破坏面表征方法对复杂刀具的适用性。

为研究隧道穿越上砂下黏复合地层时开挖面的稳定性，采用离心模型试验与数值模拟相结合的方法，得出了不同地层分界线与埋深比条件下的失稳区位移变化、最终失稳区轮廓特征、土压力变化规律以及开挖面极限支护力。试验结果表明：当地层分界线位于开挖面中心处时，开挖面前方土体随位移后撤发生失稳破坏；当分界线处于拱顶处时，开挖面前方土体始终保持稳定状态。失稳区位移都发生在上部砂土地层，黏土地层在后撤过程中几乎不发生变化，证明开挖面失稳初期土体受到的扰动会影响后续失稳区发展趋势。由归一化竖向土压力与开挖面后撤曲线分析可知，埋深比和下侧黏土地层厚度越大，地层抵抗扰动能力越强。对试验中发生失稳破坏的两组工况进行分析，发现开挖面支护应力比随归一化后撤位移的变化曲线存在3个阶段。两组工况均是开挖面上侧中心点支护力先达到极限值，且当埋深比由1.0增大到1.5时，极限支护力变化较小。通过对试验工况开挖过程进行三维有限元数值模拟，对开挖面极限支护力、失稳区破坏模式与土压力变化规律进行分析，数值分析结果与试验结果基本吻合。

将桥梁排桩与能量桩相结合构成桥梁能量排桩，可利用浅层地热能在冬夏季分别进行桥面除冰和桥面降温，同时还能支撑桥梁荷载。通过开展现场试验，研究了冷-热循环下桥梁能量排桩的热-力响应特性，揭示了桥梁能量排桩-承台-非加热桩的相互作用机制。将考虑桩-土界面循环剪切特性的界面模型在有限元软件中进行二次开发，建立了桥梁能量排桩热-力耦合数值模型，进一步探究了桩顶荷载和冷-热循环联合作用下桥梁能量排桩长期沉降特性及产生机制。研究表明，桥梁能量排桩-承台-非加热桩的相互作用会造成荷载重分布，导致桥梁能量排桩顶部受到较强约束作用而产生较大热应力，可达桩体最大热应力的80%（约为1.1 MPa）；承台的附加应力最大可达3.75 MPa，超过了C30混凝土抗拉强度。当桩顶荷载较大时，随着冷-热循环次数的增加，桥梁能量排桩逐渐产生长期沉降并呈负指数增长，这一现象可归因于施加桩顶荷载会导致桩-土界面的力学性能接近极限状态，极限状态下桩-土界面循环剪切容易产生塑性剪切位移，最终导致桥梁能量排桩长期沉降的产生。

应力波穿过材料前后的特征值变化是判断材料波衰减能力的重要依据，可通过霍普金森杆（split Hopkinson bar，简称SHPB）试验中透射波幅值与初始入射波幅值的比值（即透射系数）进行表征。然而，因透射系数与波形参数密切相关，目前还难以建立透射系数的定量表征方法。以多孔、不规则、易破碎的钙质砂为研究对象，通过物理试验和数值模拟相结合的方法，探究了脉宽、平台段时程、上升沿速率、下降沿速率、应力峰值以及中心对称轴对钙质砂透射系数的影响，发现透射系数随着应力波的脉宽和中心对称轴耦合作用、平台段时程和上升及下降沿速率耦合作用、脉宽和峰值应力耦合作用以及下降沿速率和脉宽耦合作用的响应明显，而随峰值应力、上升沿与下降沿速率三者耦合作用的响应不明显。针对波形参数难以完全解耦，提出了基于梯度提升算法的透射系数预测方法，可有效表征多因素耦合问题。当训练样本达到91个时，预测精度达到96%以上，可以很好地建立波形参数与透射系数的映射关系，为防护工程结构荷载设计计算提供参考依据。