3D打印已成为研究岩石模拟物在各种应力-应变状态下力学行为的重要工具，其优势在于能够高效、可重复地制备大量具有指定特性与均质结构的试样。在众多3D打印方法中，基于液晶显示（liquid crystal display，简称LCD）的打印技术为岩石试样的快速制作提供了一种经济高效且可靠的方法。为探讨采用3D LCD打印技术制备岩石模拟试样在岩土力学研究中的可行性，对3D LCD打印的圆柱形试样进行了弹性波传播测试和单轴压缩试验，以评估其微观结构及其对宏观力学行为的影响。试验结果表明，LCD打印试样表现出良好的弹性均质性，其层间与层内弹性波传播速度基本一致。同时，在单轴加载条件下获得的杨氏模量与无损试验结果高度一致，表明试样在高达20 MPa的加载范围内，弹性性能具有高度均质性。上述发现表明，3D LCD打印试样适用于研究岩石在纯弹性加载条件下的变形与演化过程。此外，借助3D LCD打印技术，可灵活制备具有不同结构特征的岩石试样，为研究特定岩性岩石的力学行为提供了可行路径。为展示该方法的实际应用潜力，进一步通过案例探讨了循环变形对多孔介质中微毛细管导流能力的影响。研究结果为利用3D LCD打印技术深入理解岩石力学行为的演化机制奠定了坚实的基础。

采用自制的循环加载系统，通过模型试验探究了水平循环荷载作用下螺旋锚桩基础的承载性能以及土体变形的各因素影响规律。结合粒子图像测速（particle image velocimetry，简称PIV）技术分析桩周土体的变形场，揭示了不同影响因素作用下桩周土体的变形机制。结果表明：（1）循环荷载幅值和频率对循环荷载作用下螺旋锚桩的承载特性有显著影响，且相比原始静荷载作用情况，密砂中循环后施加静载作用下锚桩的承载性能均呈现出降低趋势。（2）滞回曲线由初始阶段的未闭合状态逐渐转变为闭合状态，同时整体响应模式表现出明显的正向偏移趋势。在相同循环周期下，滞回曲线面积随幅值的增大而增大，随频率的增大而减小。（3）根据水平累积位移规律提出了锚桩水平循环累积位移预测模型，且预测效果较好。（4）埋深比、密实度、循环荷载幅值、频率和周期对桩周土体变形有重要影响，桩前被动区位移场受幅值影响最为明显，桩后主动区砂土位移受密实度影响较大。砂土内部剪切场通常关于锚桩轴线平行对称，且剪切强度与循环荷载幅值和次数呈正相关，与循环荷载频率呈负相关。

基于渣土挤压预制桩技术和活性MgO-CO2碳化固化法，研究采用MgO替代水泥做固化剂的可行性，探究了预碳化时长对压实土的颗粒级配、质量和含水率、无侧限抗压强度的影响，结合X射线衍射（X-ray diffraction，简称XRD）、热重分析（thermo-gravimetric analysis，简称TGA）、压汞（mercury intrusion porosimetry，简称MIP）和扫描电镜（scanning electron microscopy，简称SEM）试验，对碳化过程产物和微观结构演化特征开展分析，揭示了预碳化时长对MgO固化压实土强度的影响机制。结果表明：预碳化时长1～5 h内，压实土质量随碳化时间先快速增长后趋于平缓，含水率则呈相反趋势；土体不均匀系数Cu提高，可压实性增强，1～10 m范围的粒组颗粒显著增加；无侧限抗压强度提高先快后缓再趋于稳定，碳化过程生成较高硬度的碳化产物包裹在原始土颗粒表面，提高了颗粒自身的硬度，同时压实过程中碳化产物填充了土体中4～40 m的大孔隙和超大孔隙，此外养护阶段MgO继续水化碳化进一步填充孔隙，提高土体的密实程度，这三者共同作用促进了固化压实土宏观强度的提升；但随着碳化时长增加，碳化产物形成钝化层抑制CO2碳化反应的持续进行，同时土中水分不足也阻碍了MgO水化，从而影响碳化阶段的碳化反应，导致固化压实土的强度增长由快向缓转变。

富水砂层中地下结构渗漏易引发砂水突涌灾害，其破坏行为与孔隙水压力密切相关，而现有研究多聚焦单一砂层，对复合砂层突涌全过程及孔隙水压力响应规律揭示不足。基于地铁施工事故背景，设计10组砂水突涌模型试验，采用实时孔隙水压力监测系统，探究“上细下粗”复合砂层侵蚀启动、发展及稳定过程，重点揭示突涌破坏中的孔压响应特征。结果表明：复合砂层突涌启动后孔隙水压力呈现骤降、持续低压及回升三阶段，孔压下降速率与幅度与破坏剧烈程度正相关；空腔拓展时，砂水流失速度大于上游水流补给，导致空腔内部出现负压，局部水头差大于总体水头差；在垂直于空腔表面方向上形成较大渗透力，诱发空腔表面发生砂沸现象，加剧空腔渗透破坏。试验揭示复合砂层中，下层粗砂与上层细砂构成串联结构，粗砂层作为强供水通道，使渗透力主要集中于上层细砂，导致复合砂层砂水流失持续时间更长、程度更剧烈、范围更大，其破坏风险明显高于单一砂层，建议工程中加强识别与监测。

酸化压裂技术是刺激碳酸盐岩储层并提高产量的重要手段，裂缝酸蚀可有效改善井筒与储层之间的导流能力。然而碳酸盐岩储层粗糙裂缝发育且形貌复杂，现有研究多未充分考虑裂缝粗糙度对溶蚀形貌演化的影响，并且酸蚀裂缝内非线性流动行为对导流能力的作用特性、溶蚀模式与导流能力难以准确评价。因此，开展了裂缝粗糙度、注酸速率以及裂缝酸浓度等因素影响下的粗糙裂缝酸蚀与导流特性研究，建立了粗糙裂缝溶蚀模式转变模型，量化了溶蚀模式对裂缝非线性流动系数的影响，提出了考虑非线性流动特征的酸蚀裂缝导流能力计算方法。试验与理论分析结果表明，由酸蚀形貌特征与酸突破时间可确定3种溶蚀模式，分别为均匀溶蚀模式、通道溶蚀模式以及面溶蚀模式，通过定义通道溶蚀系数可定量表征溶蚀模式类型。随着通道溶蚀系数增大，溶蚀程度提升，溶蚀模式由均匀溶蚀模式转变为通道溶蚀模式，进而转变为面溶蚀模式。当酸浓度增大时，控制溶蚀模式转变的边界溶蚀系数随之增大。通过对比不同溶蚀模式下的酸蚀裂缝非线性流动特性以及导流性能，发现通道溶蚀模式与面溶蚀模式具有相对较高的导流能力，考虑总注酸量以及储层应力环境等因素影响，通道溶蚀模式可产生较为理想的酸化效果。

注浆充填法作为采空区岩体裂隙治理的重要手段，现场仍难以准确获得浆液扩散规律，注浆过程难以控制，优化其技术以提高注浆效率并提升其效果是关键。以山西晋城市某下伏采空区的实勘岩体裂隙为研究对象，构建了粗糙度可控的裂隙模型，3D打印了环氧树脂透明粗糙裂隙，自主搭建了粗糙裂隙注浆可视化试验平台，分析不同浆液浓度、裂隙粗糙度、注浆压力与速率的浆液扩散特征、扩散范围及扩散速率，揭示了浆液浓度、裂隙粗糙度与注浆输入条件协同的浆液扩散机制；并应用相界面理论表征浆液扩散形式，基于分形维数描述不同因素影响的浆液扩散形式，探讨了浆液实际填充率与填充能力的关联性，提出了实际充填率作为粗糙裂隙内浆液填充能力的评价指标。研究结果表明：浆液扩散形式受注浆压力、裂隙粗糙度、浆液流变性能等显著影响，阐明其主控因素为注浆速率与注浆压力，但仍受浆液流变性能与裂隙形貌的调控；浆液扩散速度越快，其扩散轮廓越不规则，不利于完全填充复杂的裂隙网络；实际填充率的效果评价表明，高浓度浆液与高注浆压力的组合可有效填充裂隙。进一步建立了岩体裂隙注浆数值模型，验证了试验结果的可靠性。其研究成果可为岩体裂隙注浆中的浆液配置、注浆孔间距、注浆压力等优化提供科学依据，突破了传统注浆法的参数选择难题。

结构性黏土由于特殊的胶结结构与颗粒空间排列形态，表现出与重塑土截然不同的工程特性。通过分析结构性黏土等向压缩过程中的结构演化特点，提出了一种基于屈服应力的结构演化规律数学模型。模型将屈服应力直接作为表征初始结构性的参数，避免引入额外初始结构性参数。通过分析结构性黏土压缩曲线建立了结构演化指标与屈服应力之间的关系，并引入了受塑性体应变和塑性偏应变共同影响的结构演化机制。在此基础上，将该结构演化模型引入统一硬化模型框架，建立了综合考虑初始状态与结构演化的弹塑性本构模型。除修正剑桥模型的参数外，该结构性模型仅需4个额外参数，且均可通过常规物理力学试验获得。通过模拟某假设土的压缩及剪切过程，对模型的预测能力进行验证。结果显示模型能够准确描述压实结构性黏土的非线性体积压缩，剪切导致的偏应力峰值及应变软化，以及结构随塑性体应变及塑性偏应变的演化等力学特性。通过与泾阳黄土等多种结构性土在不同应力路径下的试验数据对比，验证了模型的适用性与合理性。研究结果为理解压实结构性土体的力学行为提供了新的理论视角，对结构性黏土地区的工程实践具有指导意义。

干砂场地地震响应试验是检验柔性叠层剪切箱边界效应的有效手段。为此，设计完成50g离心加速度的干砂场地的离心振动台模型试验，采用典型的近场脉冲和非脉冲地震动作为振动台面输入，对比分析埋设在场地中心和边界区的不同深度的加速度传感器的真实记录，评价箱体的边界效应。模型试验结果表明：边界效应随土体埋深的增大而减小，随箱壁距离的增大而减小；脉冲地震动的边界效应更加显著。试验若仅考虑地震动幅值，长边和短边方向离箱壁的距离分别不小于3/20L（L为模型箱长度）和1/5W（W为模型箱宽度）的范围可认为不受边界效应的影响，为自由场范围；若同时考虑地震动频谱特性和相位延滞，则自由场范围则应进一步根据试验研究确定。所得结论为提升离心振动台模型试验精度提供重要的参考。

采用分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，简称SHPB）试验系统，对煤样进行三轴冲击压缩试验，基于力学试验结果研究了煤样的动态本构关系。研究结果表明：（1）煤样的动态抗压强度和耗散能，与围压和冲击速度（应变率）的变化成正相关，与轴压的变化成负相关，三向载荷作用下煤样破坏模式为剪切破坏，煤样破碎块度随力学性质变化一致。（2）基于统计损伤理论，通过引入动态Mohr-Coulomb强度准则表示试验过程中煤样内部微元的应力变化来描述损伤，建立了煤样的动态损伤本构关系。通过遗传算法对试验曲线进行拟合，曲线的理论拟合度高，能够反映出煤样的弹性、塑性流动、应变软化及应变回弹等力学特性，本构关系适用于描述煤样在三向载荷下的动态应力-应变关系。（3）在动态加载条件下，煤样的黏聚力和内摩擦角均值较静态加载条件下分别提升了140.2%和28.0%。Weibull分布参数m、F0分别与动态黏聚力和动态内摩擦角之间有强正相关性。表明脆硬岩体具有较高的动态弹性模量，煤样强度越高则动态黏聚力越大。（4）对比分析了统计损伤本构模型和组合元件本构模型的适用性，理论上组合元件本构模型虽也能较为准确地反映煤样在承载过程中的各种力学特性，但其拟合参数过多，模型颇为复杂。而统计损伤本构模型拟合参量少，且能够反映出在围压作用下煤样的复杂动态力学性质。

针对两种类型的疏浚泥，配置不同初始含水率和初始含砂率，开展不同尺寸规格的室内自重沉积试验，研究自重沉积过程含粗颗粒疏浚泥颗粒分选性状。探讨了初始颗粒分布、初始含砂率、初始含水率对自重沉积过程中疏浚泥发生颗粒分选阈值的影响，发现发生颗粒分选阈值的关键控制参数。研究了自重沉积完成后粗颗粒沿着试样高度的分布规律，给出粗颗粒分选界面高度的确定方法。导入自重沉积稳定后泥水分界面高度与粗颗粒分选界面高度之比进行归一化分析，发现具有不同初始颗粒分布、不同初始含砂率和初始含水率的含粗颗粒疏浚泥，发生颗粒分选后的归一化粗颗粒分选界面高度比与初始含砂率存在唯一线性关系。此外，分析了粗颗粒分选界面以下疏浚泥中细颗粒分布性状，探讨了相关关键影响因素。研究成果可为考虑颗粒分选效应的疏浚泥堆场设计提供理论依据。

高聚物作为一种新型胶凝材料，具有胶凝速度快、强度高、质量轻和柔韧性高等特点，在水利和岩土工程中得到广泛应用。高聚物堆石料作为一种由其构成的复合材料，其本构模型的研究尚未深入。为更全面地表征高聚物堆石料的力学特性，基于分数阶微积分理论，建立了一种适用于非关联塑性流动法则的塑性本构模型。模型中引入了考虑高聚物胶凝效果影响的修正平均应力，统一了不同高聚物含量下的临界状态参数；采用双参数屈服面方程，将基于修正平均应力的状态参数嵌入剪胀方程和塑性模量中，进而建立起考虑状态相关的高聚物堆石料的应力分数阶塑性本构模型。模型预测结果与试验结果对比分析表明，所建立的应力分数阶塑性本构模型能够有效地反映高聚物堆石料在排水剪切条件下的应变硬化和剪缩特性。

水下真空预压技术长期以来因海洋环境中真空压力难以稳定施加，被限制了其在深水环境中的应用。为解决这一瓶颈问题，提出了一种新水下真空预压方法，通过在海洋软黏土中锚固大直径套筒，作为真空泵的无水作业系统，从而有效克服了真空泵在海洋环境中压力损失的问题，实现了深水环境下的高效应用。通过4个模型试验，对比研究了不同覆水深度下新水下真空预压方法和传统无上覆水真空预压法在加固水下软黏土时的固结效果。结果显示，新水下真空预压法固结效果显著，且随上覆水深的增大加固效果显著提升。上覆水深度为7.2、4.6、1.4 m的试验T1、T2、T3相较上覆水深为0 m的对照组试验T4的土体平均含水率减少量分别提高了43.8%、31.3%和12.5%，土体平均不排水抗剪强度分别提高了39.5%、25.7%和8.7%。根据改进Asaoka法，T1、T2、T3、T4试验在40 d后的固结度分别为90.2%、90.2%、92.7%和95.3%。该研究为水下真空预压技术在深水区域的应用提供了有效途径，具有重要的工程应用前景。

为改善致密软弱地层中主干劈裂浆脉数量单一且加固效果有限的难题，基于劈裂注浆技术提出重复劈裂注浆控制方法。该方法通过控制多次序劈裂注浆时机，提升目标加固范围内主干浆脉数量，形成劈裂浆脉网络骨架，提升致密软弱地层加固效果。为明确重复劈裂注浆间隔时间对不同次序劈裂扩散特性影响规律，以滇中引水工程香炉山隧洞为工程背景，开展了典型致密软弱被注介质重复劈裂注浆物理试验，建立了重复劈裂浆液扩散力学模型。总结了不同劈裂次序及间隔时间条件下劈裂浆脉扩散模式与形态特征，基于圆孔扩张理论，建立了考虑中间主应力影响的重复劈裂浆液扩散力学模型与起劈压力计算公式，阐明了多序劈裂扩散的方向转向机制。研究结果表明：在致密软弱地层中，先产生挤密扩散O型浆包；随浆液内部压力逐渐增大，沿垂直小主应力的优势破裂面产生I型劈裂浆脉；待前序浆液趋于初凝时，劈裂尖端的已凝固体浆脉改变了局部应力状态，迫使后序劈裂发展在非均质状态下转向，重新寻找新的弱势面形成Y型劈裂通道。通过分析每序劈裂注浆量与起劈压力提升的比值，提出“量压比”无量纲参数，总结了当重复劈裂注浆次序为2～3次、注浆间隔时间为浆液初凝时间的50%～75%条件下，有利于形成数量多、树枝状劈裂浆脉骨架，改善了致密软弱地层劈裂注浆效果。

针对现有黏土和砂土的统一状态参数模型（unified state parameter model for clay and sand，简称CASM）在模拟超固结土力学特性方面存在的局限性，通过引入下负荷面剑桥模型（subloading surface Cambridge model，简称SSC模型）的理论框架，构建了基于下负荷面剑桥与统一状态参数模型的超固结土模型（CASM-o）。该模型既保留了CASM在屈服面与塑性势面方面的优势，又结合了SSC模型针对超固结土的硬化法则，从而能够较好地描述超固结土的力学行为。基于CASM-o，系统分析了4种典型黏土在常规三轴排水、不排水以及平均主应力恒定3种应力路径下的超固结特性。结果表明，CASM-o能够有效捕捉超固结土在三轴排水试验中呈现的应变软化与体积膨胀现象，以及在不排水试验中表现出的应变硬化及负超静孔隙水压力特征。由此验证了CASM-o在不同应力路径下对超固结土力学响应进行模拟的有效性与可靠性。

潜蚀作为引起内部不稳定砂土中可动细颗粒沿孔隙通道迁移并流失的现象，是不良级配地质体或堤坝等岩土结构渗透破坏的主要诱因之一。然而，现有描述潜蚀发展过程的速率模型仍普遍存在经验依赖性强、模型参数可测性差以及参数物理意义不明确等局限性。基于此，首先从潜蚀的细观机制以及能量耗散视角出发，阐释了砂土中可流失细颗粒总量存在有限性的成因，并将潜蚀界定为细颗粒在土体中机械做功引发的能量耗散过程；随后通过分析潜蚀过程的内在机制和能量转换过程，提出了一个恒定水力梯度下的砂土潜蚀速率模型；同时引入最大累积流失率和侵蚀系数作为模型的关键参数，将其表示为试验条件、土性特征等关键因素的函数，并分别基于能量耗散原理和量纲分析进行确定和校准；最后采用已发表文献的试验数据集验证了模型的有效性。结果表明：所提出的砂土潜蚀速率模型可反映细颗粒流失总量的有限性和潜蚀速率的衰减特性，基于一套参数即可较好地描述同一类型土样在不同恒定水力梯度下的细颗粒流失过程。模型的构建深化了对砂土潜蚀内在机制的认识，为潜蚀过程的定量分析提供了理论基础。

松散堆积体在自然界中广泛存在，具有结构松散、孔隙大、透水性强等特点，在降雨作用下容易失稳破坏，诱发泥石流等灾害。雨水入渗后与堆积体中的细颗粒物质结合，形成不同含水率泥浆，而不仅仅是水这种液相介质。为了深入了解松散堆积体在不同含水率泥浆饱和下抗剪强度变化规律，以崩滑松散堆积体为研究对象，通过自主研发的可进行饱和条件下剪切的大型剪切试验仪，首次开展不同泥水介质饱和下松散堆积体的大型剪切试验，得出以下主要结论：（1）该试验研究松散堆积体在保证自身稳定存在前提下且能够体现其松散特性的相对密实度D_r区间为0.35～0.45。D_r＜0.35，则其在自重作用下重新固结产生较大沉降而导致相对密实度增加，不再是原来的相对密实度；D_r＞0.45，则无法体现其松散特性。（2）泥浆的性质与含水率密切相关，随着泥浆含水率的增加，泥浆胶结作用变弱，润滑作用变强。泥浆含水率小于66.6%，无法形成流动性泥浆，若泥浆含水率大于90.9%，其流动性接近于水。（3）泥浆对松散堆积的抗剪强度具有弱化作用，内摩擦角j 和黏聚力c随着泥浆含水率的增加都降低，越是松散的堆积体，泥浆的弱化作用越显著，越容易发生失稳破坏。泥浆的弱化作用可以初步揭示松散堆积体在短时强降雨后发生失稳破坏的机制。

运营期盾构隧道管片接缝橡胶防水密封垫的老化会导致应力松弛，并造成密封垫防水性能衰减。目前的橡胶老化模型无法评估防水密封垫在非均匀压缩条件下的长期应力松弛，通过理论方法建立了橡胶材料在不同温度和应变下长期应力松弛的超-黏弹性老化模型，并在有限元模型中进行了数值实现。进一步开展了密封垫老化试验和防水试验，试验结果显示，密封垫试样在接缝张开量6 mm、错台0 mm以及70 ℃条件下老化3 d后的防水性能相比未老化密封垫试样下降约73%。基于老化模型的数值仿真获得的结果与密封垫应力松弛试验结果和老化密封垫防水性能试验结果吻合较好，验证了超-黏弹性老化模型在盾构隧道管片接缝密封垫构件长期力学性能及防水性能评价中的适用性，数值实现后的老化模型评估结果显示密封垫在70 ℃、接缝张开量5 mm工况老化3 d对应25 ℃、接缝张开量5 mm工况服役91年。最后，通过建立的老化模型对武汉两湖隧道南湖段防水密封垫的长期防水性能进行了分析，设计密封垫在接缝张开量小于7 mm时，在25 ℃环境中服役100年后的防水性能可以达到0.8 MPa，满足长期防水要求。

在淤泥等超软土加固中，传统的单一加固方法往往无法达到满意的加固效果。基于自由应变假定，考虑涂抹效应、多级加载和具有时间效应的真空压力，利用贝塞尔函数和特征函数法推导出电渗-真空-堆载预压联合作用下土体径向固结解析解。所提出的解决方案通过模型退化与现有解和实验室试验数据对比，验证了该解决方案的正确性。随后，探讨了多级荷载、渗透系数和真空压力对土体固结特性的影响。结果表明：相较于单级加载，多级加载方式可有效降低堆载过程中产生的超静孔隙水压力，避免超静孔隙水压力的急剧上升。涂抹区电渗系数的降低会显著延缓孔压消散与土体固结速率，水力渗透系数对固结前期的孔压影响不大，主要影响固结后期，因此不能忽视涂抹效应对联合预压的影响。未扰动区的土体固结受电渗的影响更大，涂抹区的土体固结受真空压力的影响更大。

开展金属矿山压气储能硬岩内衬地下硐室上覆岩层隆起破坏研究，对促进压气储能技术规模化、商业化应用具有重要的理论与实践意义。基于建立的岩体声波与地震波速度表征地质强度指标（geological strength index，简称GSI）及扰动参数D的表达式，并应用Hoek-Brown非线性破坏准则，研究了压气储能高内压效应下金属矿山地下硐室上覆岩层隆起破坏机制，并探讨了相关因素对硐室隆起破坏及极限内压的影响规律。研究结果表明：提出的基于岩体波速Hoek-Brown准则构建的压气储能硐室隆起破坏分析方法，综合考虑了覆岩强度、岩体结构、开挖与爆破扰动效应及侧压力系数等关键因素，较传统方法更具全面性与合理性；随着岩石单轴抗压强度、未扰动岩体波速及扰动岩体波速的增加，硐室上覆岩层隆起破坏范围逐渐增大，所需的极限内压则是相应增大，压气储能地下硐室稳定性也相应增强；矿体开挖卸荷导致围岩侧压力系数k改变，这对压气储能硐室覆岩隆起破坏具有显著影响，随着侧压力系数k增大，覆岩破裂面角度a 逐渐减小，且减小过程的速率同样呈现递减趋势。研究成果可为压气储能矿山地下硐室围岩稳定性评价和隆起破坏设计准则提供依据。

以城市轨道交通为主导的大规模地下空间开发带来的岩土问题日益突出，地铁车站结构抗浮便是关键问题之一。现依托地铁车站项目制定监测方案，在场地周边设置水位监测点和气象监测点、在车站基底设置孔压计，进行为期两年的实时监测，得到了从车站施工到运营全过程的基底孔压、现场水位和降雨量数据，并对孔压变化规律及其影响因素展开分析。测试与分析结果表明，基底各点孔压动态变化，对降水和降雨响应及时，降水施工可有效消减基底孔压，部分区域停止降水后孔压会增长，最大增长值为76.8 kPa、最大增长率为213%，孔压增长值和增长率与停止降水区域的降深、到监测区的距离和停排水量密切相关，且距离的影响最大、停排水量次之；降雨会增大基底孔压大小，中雨以上降雨量引起的孔压增量大于0.04 kPa/mm，且降雨后水位和基底孔压增长会滞后4～5 h；运营期间的孔压比平均值在0.84～0.96之间变化，丰水期较大，孔压测试值与静水压值基本相等，抗浮设计有必要设置1.05的安全系数。研究成果可为地铁车站施工和抗浮设计提供参考。

为研究分布式后压浆工艺对桩基承载性能的影响，通过模型桩开挖试验直观分析了分布式后压浆工艺浆液扩散机制以及土体加固效果，并基于安罗高速原阳至郑州段项目3根大直径钻孔灌注桩的自平衡法静载试验结果，分析了分布式压浆前、后大直径后压浆桩承载性状的差异，同时深入探究了长径比以及桩端持力层对桩基承载能力和压浆效果的影响。研究结果表明：分布式后压浆工艺可实现小间距、高密次、多断面压浆，相较于组合式后压浆更能改善钻孔灌注桩施工的桩侧泥皮和土体扰动问题，并且不同土层中的浆液扩散机制和加固效果存在明显差异；分布式后压浆和组合式后压浆均可显著提升桩基承载性能，极限承载力分别提高了116%～121%和118%，而在加载后期分布式后压浆表现出更优的改善效果，同时长径比以及持力层均对试桩压浆前、后的承载力以及压浆效果有明显影响；分布式后压浆桩浆液利用效率相较于组合压浆桩更高，其轴力略大；而在分布式后压浆桩中，细砂持力层试桩的压浆效果优于粉质黏土持力层试桩；分布式后压浆和组合式后压浆对桩侧土体均有显著加固作用，但分布式后压浆工艺小间距、高密次的特点使其桩侧摩阻力增强系数分布更加集中；不同持力层试桩压浆后桩端阻力均有明显提高，且细砂持力层的分布式后压浆桩由于浆液渗透和胶结作用使其具有更大的桩端阻力增强系数。

由于沉桩过程中形成的土塞，与闭口预制混合配筋混凝土（precast hybrid reinforced concrete，简称PRC）桩相比，开口桩呈现不同竖向承载性能。为定量评估差异，制桩时嵌入光纤光栅传感器，并对P1～P6桩的两种桩端形式和桩长的进行竖向静载试验（static load tests，简称SLTs）。通过数值模拟验证P1～P3桩的试验结果，并进行桩长优化和关键几何参数对竖向承载力影响研究。结果表明：在相同桩长和地层条件下，开口桩的极限承载力（ultimate bearing capacity，简称UBC）、桩顶沉降和回弹率均低于闭口桩，较长的开口桩相比较短开口桩呈现更大沉降和回弹。优化分析表明：闭口桩可由40 m缩短至35 m。保持混凝土体积不变，D800t130型桩抗压系数最高（0.42），材料利用率最高（783.1 kN/m³），PRC桩极限承载力和端阻比随桩径增大而增大。闭口桩桩径对轴力和侧摩阻力影响显著，壁厚对桩端阻力影响较小，但对桩侧摩阻力影响较大。而开口桩轴力和侧摩阻力均对直径和壁厚均更加敏感，内侧摩阻力主要集中在土塞端以上2倍桩径范围内，但强度较小，土塞高径比（h/D）对竖向承载性能有显著影响。与闭口桩相比，开口桩侧摩阻力减小，折减系数在0.78～0.92之间。而当直径从600 mm增加到800 mm时，硬塑粉质黏土中开口桩桩端承载性能优于闭口桩。

液化场地的地震动具有特殊性，明晰其对上部结构破坏的影响，是工程合理抗震设防的基础。以实际震害资料为背景，通过典型建筑物易损性分析，揭示液化场地地震动对工程结构破坏的影响机制与实际作用。以2011年新西兰6.3 级地震震害调查为背景，提取液化场地和非液化场地地震动实测记录，并建立一层民居和六层结构两种典型建筑物易损性分析模型。基于国际上通用的OpenSees计算程序，采用地震动实测记录，分别计算结构在液化与非液化场地地震动作用下的结构易损性，以二者之差作为液化所引起的结构易损性增量，并与实际震害进行对比，提出液化场地地震动对两种典型建筑物震动响应的影响机制与影响程度。成果可深化液化场地对工程结构破坏影响的认识，同时可为推动液化场地工程结构抗震设计理论的发展提供指导。

准确描述降雨入渗过程是揭示降雨诱发边坡失稳机制及防控滑坡灾害的关键。目前Richards方程数值解和Green-Ampt模型被广泛应用于边坡降雨入渗分析，Richards方程数值解虽精度高，但存在计算效率低、容易不收敛等问题，而经典Green-Ampt模型忽略了土体分层特性与非饱和过渡层的影响，难以准确刻画非均质多层土坡降雨入渗过程。为此，通过引入等效渗透系数与椭圆形过渡层理论，动态模拟非均质多层土坡降雨入渗过程，提出改进的Green-Ampt模型。该模型创新性地解决以下两个难题：（1）通过修正等效渗透系数计算公式，准确描述湿润锋在穿越不同土层界面时的水分运移特征；（2）通过构建椭圆形过渡层参数解析方程，高效计算不同降雨历时边坡体积含水率空间分布。结果表明：均质与非均质工况下，提出模型均可获得与Richards方程数值解高度吻合的边坡渗流、稳定及可靠度分析结果，尤其是在降雨前期；提出模型具有较高的计算效率，不存在计算不收敛问题，可为降雨作用下复杂边坡可靠度分析及滑坡灾害防控提供重要理论支撑

甲烷水合物沉积物（能源土）在开采过程中力学特性弱化可能引发海底滑坡，然而其渐进破坏机制研究相对匮乏。采用离散单元法模拟胶结型能源砂土的直接剪切试验，探究不同竖向应力与饱和度条件下能源砂土试样的峰值强度、结构屈服强度和残余强度变化规律和不同水合物饱和度能源砂土的剪切带演化规律，并尝试建立试样剪切损伤过程中的宏微观参数关联。结果表明：（1）数值模拟方法能有效表征能源砂土的宏观力学响应特征，其峰值强度、残余强度和结构屈服强度均与水合物饱和度呈正相关，且水合物胶结的存在导致其峰值强度包线呈显著的非线性。（2）能源砂土力学性能与水合物胶结紧密相关，竖向应力 =1 MPa时，水合物胶结扮演着抵抗外部应力的主要角色，峰值应力后，水合物胶结大量破坏，颗粒间摩擦接触作用抵抗外部应力占比增加； =10 MPa时，砂土颗粒承担了主要荷载，水合物胶结影响降低，试样整体更加密实。（3）试样宏微观参量与剪切带形成和发展密切相关，竖向应力较低时，水合物饱和度越高，剪切带内胶结破坏越集中，其形成伴随着大量胶结破坏；带内颗粒纯转动率与孔隙比显著高于带外，而力学配位数与残余胶结率更低。而在高竖向应力条件下，水合物胶结严重破坏，试样表现出明显的减缩特征。

为探究不同冷却方式下的岩石强度特性及破裂机制，对高温后灰岩进行自然冷却和遇水冷却处理，开展高温后灰岩巴西劈裂和声发射试验，获得了不同冷却方式下的灰岩抗拉强度，采用K-Means算法分析了灰岩破坏过程张拉及剪切裂纹演化规律。利用PFC构建了灰岩数值模型，分析了温度和冷却方式对灰岩抗拉强度、裂纹演化过程、位移场和力链的影响规律。结果表明：（1）灰岩抗拉强度随着温度升高而降低，且遇水冷却下灰岩强度低于自然冷却条件，与未经高温处理的灰岩相比，200～600 ℃下自然冷却的灰岩抗拉强度降幅为21.8%、62.8%、77.3%，遇水冷却的抗拉强度降幅为54.5%、65.3%、79.2%；（2）随着温度升高，峰前声发射事件增多，灰岩内部损伤程度逐渐加剧，且张拉裂纹分布于整个加载过程，而剪切裂纹主要分布于峰值及峰后阶段；（3）随着温度升高，裂纹复杂程度增加，遇水冷却下主裂纹衍生出较多次生裂纹，震级事件频率上升，位移场分布不规则性增强，力链网络稳定性降低。

目前关于泥岩水侵失效特性数值模拟研究通常采用统一更新试样细观参数的校核方法，无法准确反映试样在不同条件下的力学响应差异，有必要根据泥岩的实际失效行为更新模拟方式，以获得更准确的模拟结果。引入相对含水率（relative moisture content，简称RMC）表征不同加湿/加热条件对泥岩力学特性的直接影响，分别构建一般模型与异变分层（variant stratification，简称VS）模型，基于宏观单轴抗压强度与表面微观力学强度之间的联系标定细观力学参数，进而分析各试样的胶结失效特性。结果表明：不同加湿/加热条件下试样宏微观强度差异明显，单轴抗压强度随RMC提升而减弱；试样强度与VS模型异变厚度呈现明显的线性相关性。相较于一般模型，VS模型张拉破坏裂隙与剪切破坏裂隙的数目与占比不同，但不同水侵状态下的破坏形态与实际试验结果更相符；对于不同条件下峰值应变能与胶结能，一般模型变化显著，而VS模型呈现缓和过渡。通过分析模拟试样强度变化、破坏形态及能量释放等特征，揭示了泥岩胶结失效特性，验证了VS模型试样结果的合理性。

微机电系统（micro-electro-mechanical system，简称MEMS）加速度传感器具有体积小、重量轻、测量精度高和实时监测的优点，能够在离心机模型试验中实现准确的角度测量。介绍了一种基于多轴MEMS传感器的离心机角度测量系统，包括传感器测量原理、系统构成和传感器特性。通过离心机振动监测获取吊篮典型频谱，并开展一组离心机静态角度稳定性试验和动态准确性试验，验证了该系统应用于土工离心机角度实时测量的可行性。结果表明：在离心机加速度10g以上的静态测试中无论是加速段还是稳定段，传感器测量误差始终低于1%，离心加速度稳定在40g时测量误差低于0.5%；离心加速度稳定在50g的动态测试中，传感器与机载角度编码器输出结果高度一致，平均误差为1.13%。试验初步证明了角度测量系统具有良好的响应精度和稳定的性能，为离心机试验中角度监测提供了一种新方法，具有广泛的应用前景和重要价值。