为应对全球月球基地建设中可持续永久性居所建造的关键战略需求，本研究基于月球原位资源利用理念，选用与嫦娥六号月壤成分相似的模拟物为原料，通过固体硅酸钠激发的“一步法”工艺制备月壤基地质聚合物（lunar regolith based geopolymer，简称LRG），系统探究其在月面极端温度环境（−178～113 ℃）下的力学性能演变规律。重点分析了月壤关键元素组成（Ca/Si及Al/Si）对LRG抗压强度的影响，并借助扫描电镜和能量色散X射线光谱（scanning electron microscopy- energy dispersive X-ray spectroscopy，简称SEM-EDS）、X射线衍射（X-ray Diffraction，简称XRD）、热重分析（thermogravimetric analysis，简称TGA）及氮气吸附脱附（nitrogen adsorption-desorption，简称NAD）测试等微观测试，揭示了月面温变与元素组分耦合作用下LRG的微观结构演化机制。研究结果表明：提高Ca/Si质量比（0.26～0.35，Al/Si=0.34）虽可增强LRG抗压强度，但加剧其超低温敏感性；而提高Al/Si（0.34～0.58，Ca/Si=0.26）则使LRG强度呈先升后降趋势，超低温敏感性呈先降后升特征。当Ca/Si=0.35、Al/Si=0.58时，LRG抗压强度达52.25 MPa，并在经超低温后仍保持较高强度。进一步分析表明，LRG在超低温下的强度劣化机制由内外因耦合所致：内因源于凝胶网络塌陷引起的孔结构劣化，外因则包括孔隙水冻结诱发的低温泵吸效应与凝胶不相容性共同导致孔隙扩张。其中高钙体系劣化由内外因共同作用，而低钙体系则以外因为主。此外，本研究提出月球建造的最佳施工窗口期为月昼高温阶段前约100 h内完成拌合与浇筑。本研究不仅阐明了Ca、Al和Si协同作用对LRG力学性能的调控机制，还揭示了不同元素组分下的超低温劣化规律，为月球原位资源的高效利用与经济可持续地外建造提供重要理论依据与技术支撑。

为探究全断面隧道掘进机（tunnel boring machine，简称TBM）双刃滚刀破岩特征与裂纹扩展机制，开展2种刃型和不同刀间距下的缩尺双刃滚刀贯入红砂岩试验与数值模拟研究，分析了双刃滚刀贯入破岩的力学响应、破坏特征及破碎效率，基于连续-非连续单元法（continuous-discontinuous element method，简称CDEM）揭示贯入破坏过程及裂纹扩展机制。结果表明：2种刃型双刃滚刀的破岩特征与力学响应显著不同，相较于双刃楔形滚刀，双刃常截面滚刀作用下的破碎坑轮廓规整，破碎坑底部起伏度小，岩石剖面少有宏观裂纹；双刃滚刀协同作用时受叠加应力场的相互影响，峰值荷载随刀间距增大呈先降后增的趋势，破碎比能耗也随刀间距增大呈先降后增的趋势，均在刀间距s =16 mm时达到最小值；在较低贯入深度下，楔形滚刀优先产生拉伸裂纹并造成局部破坏，拉伸裂纹占比显著高于常截面滚刀，常截面滚刀刀间的拉伸裂纹可更快交汇贯通，随着贯入深度增大，密实核区域的剪切裂纹持续扩展，2种滚刀的拉伸裂纹占比趋近；双刃常截面滚刀始终产生更大的损伤区及强损伤区，表明其能量集中耗散于损伤区扩大及剪切裂纹扩展。本研究可为TBM双刃滚刀刀间距与刃型的设计及选型提供参考。

高温与雨热交替作用显著加剧了红层软岩的崩解损伤及强度劣化过程，进而频繁诱发边坡开裂变形、崩塌滑坡及突水突泥等地质灾害，对红层地区灾害防控体系构成严重挑战。研究水-热循环作用下岩石裂隙演化规律对红层灾变防控具有重要作用。为定量分析红层软岩裂隙在水-热循环作用下的扩展特征，采用数字图像处理技术，结合基于中轴变换的裂隙张开度计算方法，系统分析了常温至100 ℃温度区间内红层软岩裂隙的张开度演化规律及轮廓线形态变化特征。研究结果表明：（1）水-热循环作用下红层软岩裂隙呈现显著的扩展演化特征，且温度升高明显加剧裂隙扩张效应，其中100 ℃条件下裂隙张开度增至初始值的1.96～10.54倍，显著高于常温组的2.25～7.93倍；研究进一步发现张开度越小的裂隙对水-热作用越敏感，且此特征随温度升高而愈发显著。（2）裂隙张开度的时空演化特征分析表明，随循环次数的增加，邻近测点间的张开度差异呈显著增大趋势，反映出裂隙的非均匀性扩展规律，温度升高对软岩裂隙的扩展发育具有明显的促进作用。（3）裂隙边缘的砂砾碎屑因其较强的抗水热侵蚀能力，在周边黏土矿物持续侵蚀流失过程中形成显著的抗蚀差异性，导致邻近测点张开度差异持续增大；当黏土基质侵蚀达到临界阈值时，砂砾碎屑发生结构性脱落。同步观测发现，裂隙轮廓线粗糙度虽然存在局部波动，但在循环过程中整体呈现明显的下降趋势，反映了水热耦合作用对裂隙壁面的持续磨蚀效应。（4）水-热循环作用通过热胀冷缩应力和孔隙水相变协同加剧软岩损伤，温度变化既促进微裂隙扩展增大渗流通道，又通过蒸发-冷凝作用产生毛细张力；而黏土矿物的反复水化膨胀-失水收缩进一步诱发拉伸裂隙，导致损伤累积效应显著增强。

随着我国中西部地区重点工程逐渐开工建设，深埋隧道围岩大变形控制已经成为我国亟待解决的工程技术难题。缩管式让压吸能锚索具有阻力稳定、可控性高、吸能效果好等特点，有望解决深部工程建设中的围岩大变形问题。针对节理岩体中支护结构常呈现剪切破坏特征，开展全尺寸锚索双剪切试验，研究缩管式让压吸能锚索在岩体剪切作用下的让压变形特性。试验结果表明：让压吸能锚索的承载曲线中存在让压阶段，通过恒阻器的让压变形抵抗岩体剪切变形，降低了剪切过程中的剪切刚度，能够有效防止锚索断裂。同时，让压吸能锚索所受轴向荷载在达到让压阻力设计值后保持恒定，能够在提供恒定让压阻力前提下，产生与围岩变形相适应的恒阻让压变形。与普通锚索相比，160、350 kN让压吸能锚索的最大剪切位移分别提升了89%和76%，吸能量分别提升了29%和108%。在岩体剪切变形过程中，让压吸能锚索能够有效适应围岩大变形并显著提升能量吸收能力，可为地下工程建设中围岩大变形灾害防治提供有力的技术支撑。

为抵御我国南海频发的风暴潮灾害，提出就地取材海域内丰富的珊瑚砂构筑格宾护面加筋珊瑚砂海堤，具有绿色低碳、施工方便、稳定性高和经济效益好的优点，应用前景广阔。采用大型波流水槽试验研究格宾护面加筋珊瑚砂海堤在南海 50年一遇波浪作用下的动力响应特征和稳定性。结果表明，海堤在试验所设波浪条件下具有很好的稳定性，其坡顶面最大竖向变形量仅为规范规定可容许值的23.2%；海堤坡面受到的波浪正压力沿堤脚向堤顶递减，受到的负压力沿堤脚向堤顶先减小后增大，格宾对波浪的破碎作用导致了海堤上部坡面处波浪正、负压力的减小；海堤内近海侧出现正负交替的振荡孔压，远海侧孔压振荡幅度减小但存在少量累积孔压，其最大孔压相较对应深度有效应力小很多，故海堤没有液化风险；土工格栅呈现受拉和受压周期性变化，其平均周期约为24 s，为波浪周期的7.6倍；土工格栅最大拉应变为0.21%，小于工作应力下陆地加筋土结构筋材应变范围。

膨胀土固化处治与工业固废资源化利用是岩土工程领域两大研究热点。利用工业固废固化膨胀土兼具经济效益与环境效益。本研究采用粒化高炉矿渣、粉煤灰及废旧轮胎纺织纤维协同固化膨胀土。通过膨胀变形试验、无侧限抗压强度试验、加州承载比试验、X射线衍射分析及扫描电子显微镜分析，系统研究了胶凝材料掺量、粒化高炉矿渣/粉煤灰配比及废旧轮胎纺织纤维掺量对膨胀土性能的影响规律。结果表明：当胶凝材料掺量为15%、粒化高炉矿渣/粉煤灰质量比为8:2、废旧轮胎纺织纤维掺量为0.7%时，所提出的固化膨胀土可获得最优力学性能。与未固化膨胀土相比，养护龄期为7、14 d及28 d时的无侧限抗压强度均提高5倍以上。固化土加州承载比最大可达25.22%，较未固化膨胀土的3.16%有显著提升。X射线衍射及扫描电子显微镜分析证实了胶凝材料与废旧轮胎纺织纤维在固化土中的增强效应。所提出的膨胀土固化方法不仅改善了其工程性能，同时实现了利用率极低的废旧轮胎纺织纤维的资源化利用，具有可观的推广应用潜力。

结构面迹线是岩体表面与岩体结构面相交产生的线性构造，它是表征岩体强度的一个基本而重要的参数。快速、准确识别岩体结构面迹线，对岩体稳定性评价具有重要意义。提出了一种从三维点云数据中自动识别结构面迹线的新方法。首先依据点云粗糙度特征差异识别迹线潜在特征点；采用L1中值算法对潜在特征点进行精细化处理，提取迹线骨架点，该过程无需点云三角剖分，可直接处理原始数据；最后，利用一种改进的骨架线生长算法将离散骨架点连接生成连续迹线。通过4个点云数据集验证了新方法的有效性，并将识别结果与CloudCompare及现有方法进行对比。结果表明，新方法在迹线提取方面表现优异，具有较高的自动化程度，可为岩体质量评价与稳定性分析提供有效数据支持。

实际岛礁地基中存在大量珊瑚砂和细粒土以不同比例混合并存的情况，在地震等动荷载下呈现出复杂的动力响应。通过开展一系列不同细粒含量（fines content，简称FC）、围压和循环动应力比（cyclic loading stress ratio，简称CLSR）条件下的不排水循环三轴剪切试验，系统研究了珊瑚砂混合料的液化特性和超孔隙水压力（excess pore water pressure，简称EPWP）增长规律。类粗粒珊瑚砂混合料和类细粒珊瑚砂混合料呈现出不同的破坏模式，类细粒珊瑚砂混合料更易发生液化。珊瑚砂混合料的抗液化强度CRR₂₀随着FC的增大呈现出先降低后增大的趋势，并在临界细粒含量FC_th附近达到最小值；轴向变形随着FC和围压的增大，从逐渐累积的发展模式转变为缓慢-急剧的发展模式；颗粒破碎与FC呈负相关，与围压和循环应力比呈正相关；塑性功随着FC的增加呈现先减少再增加的趋势，在FC_th处达到最小值。孔压增长曲线随着FC的增加由A型向B型转变；在孔压增长第3阶段，当FC较小时（类粗粒珊瑚砂混合料），孔压增长速率减缓，当FC较大时（类细粒珊瑚砂混合料）孔压增长速率增加；珊瑚砂混合料的孔压的发展模式与石英砂有较大区别，提出了适用于珊瑚砂混合料孔压增长模型。研究结果可为南海岛礁基础设施的安全设计提供参考。

针对传统真空预压处理污染淤泥存在脱水效果差、重金属剔除不达标等问题，提出兼具脱水和重金属剔除功能的真空预压-辐射式电渗技术。通过对辐射式电极加固机制与重金属离子剔除机制的理论推导，发现与传统竖向电极相比，辐射式电极通过叠加横向电场增强总电场强度、扩展有效作用面积两个机制，显著提升单位时间排水量，缩短固结时间，其固结排水效果优于传统竖向电极，并且传统竖向电极电渗法重金属离子迁移时间大于辐射式电极电渗重金属离子迁移时间，证明了相同位置的重金属离子，受到辐射式电极电场强度更强，离子迁移速度更快。为验证真空预压-辐射式电渗技术处理污染淤泥脱水与重金属剔除效果，设计6组室内模型试验，即常规真空预压、真空预压-电渗、真空预压-阴阳极辐射式电渗、真空预压-持续通电电渗、真空预压-间歇通电电渗、真空预压-逐级通电电渗，分析排水量、沉降量、十字板剪切强度、含水率、固结度及Cu²⁺含量等指标。结果显示：逐级通电脱水效果最优，与传统真空预压相比，排水量增加38.19%，沉降量提高26.63%，十字板剪切强度提升39.51%～73.4%，含水率降低3.41%～5.36%；重金属剔除效果持续通电最佳（Cu²⁺剔除量为224.04 mg/kg），逐级通电略低（Cu²⁺剔除量为220.1 mg/kg），为真空预压法技术的改良提供了理论依据。

黄土具有显著的大孔隙、水敏性和结构性等特殊性质，其力学行为受饱和度影响显著。围绕结构性黄土水-力耦合弹塑性行为的本构表征，以Bishop有效应力和饱和度为模型直接驱动变量，与之对应的土骨架应变和吸力作为共轭变量，考虑结构性随饱和度的变化，引入饱和度相关的屈服应力结构性参数与摩擦强度结构性参数，建立了结构性参数随塑性应变与饱和度的演化方程。以重塑饱和黄土屈服方程为基准，根据饱和度与屈服应力的关系在有效应力-饱和度空间构建了非饱和结构性黄土的LC（loading-collapse）屈服方程，采用体应变相关的土-水特征曲线描述黄土的水力行为，通过体应变与其力学行为相耦合，建立了非饱和黄土的水-力耦合弹塑性本构模型。模型共有14个参数，可通过常规非饱和三轴试验与等向固结试验标定。通过预测常吸力和常含水率条件下黄土压缩试验和剪切试验结果，与既有试验结果对比验证了模型的有效性。结果表明，模型可以较好地反映不同饱和度黄土的屈服强度，能够预测低围压条件下非饱和黄土的应变软化行为，合理描述了非饱和结构性黄土的水-力耦合行为，为黄土工程的变形与稳定性分析提供了基础理论支撑。

高放废物安全处置是核电可持续发展的前提，由于前期开挖支护等施工干扰以及后期核素衰变持续放热，高放废物处置库围岩经历“开挖―支护―升温―降温”，使围岩内裂隙经历温度条件下循环剪切过程，对处置库密闭性能存在潜在影响。为查明处置温度下岩石裂隙剪切变形-渗流特性，以中国高放废物地质处置库主岩——甘肃北山花岗岩裂隙为研究对象，采用新型热-水-力耦合试验系统，开展控制温度条件下恒法向刚度循环剪切-渗流试验，揭示了考虑温度影响的恒法向边界刚度下花岗岩裂隙剪切变形-渗流演化机制。结果表明：（1）初次正向剪切过程，裂隙变形-渗流演化受主级粗糙结构控制，水力隙宽随剪切变形先急剧增大后逐渐稳定于较高水平；后续剪切循环过程水力隙宽变化不明显，法向变形持续表现为正向剪缩、反向剪胀。（2）低法向边界刚度下（k_n=0.8、2 GPa/m）花岗岩裂隙水力隙宽响应敏感，剪缩转为剪胀时水力隙宽突增高达6.5倍；较高法向边界刚度下（k_n=4 GPa/m）各回次剪切循环后产生剪缩残余量达4.12%，水力隙宽较上一加载过程降低9.84%。（3）升温对花岗岩裂隙剪切过程变形和渗流特征影响显著。初次剪切循环过程，随着温度的升高，水力隙宽波动减缓；后续剪切循环中，90 ℃下各剪切循环后产生剪缩残余量高达26.31%；升温引起花岗岩裂隙渗透性显著降低，60 ℃和90 ℃下水力隙宽分别减小至25 ℃下水力隙宽的0.386和0.081。（4）相较低粗糙度裂隙（裂隙面粗糙度系数JRC=10.31），较高粗糙度裂隙（JRC=15.53）剪切循环过程中渗透性能显著降低，水力隙宽降低高达40.10%。研究成果可为高放废物地质处置工程长期安全性评价提供重要参考，升温和循环剪切花岗岩裂隙渗透性降低的发现为高放废物处置和压缩空气储能等工程密闭性提供了有利条件。

能源桩是一种兼具建筑承载和地热开发双重功能的建筑节能新技术。不同运行模式与长周期服役对桩体的换热性能与桩周土体热响应有着不可忽视的影响，但现有研究针对不同运行模式下长周期服役能源桩桩土热响应演变规律的系统揭示仍相对较少。基于此问题开展了不同运行模式下饱和软土条件能源桩模型试验，建立了能源桩热水力数值模型，并结合试验结果进行了模型验证，着重分析了不同运行模式下长周期服役与大气温度对能源桩热响应与土体热影响范围的作用。研究结果表明：在短周期试验中，热恢复期越长同一热循环结束后其换热功率相对越高，桩温呈现中部升温剧烈两端升温柔和的现象，大气温度对于土体上层温度有着显著影响，桩基热影响范围逐渐呈纺锤形外扩。在长周期模拟中，不同运行模式间换热功率差异比例随时间增大，最高可达60%。最大桩基温差始终维持在3 ℃左右，桩周土温波动相对较为柔和。循环初期热影响半径随深度线性增加到一定值后趋于稳定，后期随深度线性不断扩大。循环中热恢复期越长，热影响半径相对越小，但长期运行后各模式间热影响半径差异逐渐缩小。

在极软煤巷掘进过程中，常采用超前支护确保施工安全。为了探究超前支护下开挖面的稳定性，基于Hoek-Brown准则，在考虑超前支护影响的基础上，构建了斜柱体-对数螺旋开挖面共同破坏模型。利用极限分析上限法、强度折减法以及几何等代法，推导出适用于非圆形巷道开挖面的稳定安全系数目标函数，并进行稳定安全系数计算，将计算结果与现有研究成果进行对比分析，验证了本文计算方法的合理性与适用性，同时分析了影响开挖面稳定安全系数的各个因素。研究结果表明：本文计算方法在各应力区间均能更合理地反映实际围岩的非线性破坏特性；围岩内摩擦角的增大对巷道开挖面稳定性提升最为显著；超前小导管的截面积增大和环间距减小均有助于增强开挖面稳定性；开挖面设置锚杆是维持巷道开挖面稳定性的关键支护手段；不同几何等代法对非圆形巷道开挖面稳定安全系数的计算结果差异明显。

滑坡-碎屑流具有高速、远程和高能量特征，致灾性强，其运动过程与堆积形态受地形起伏影响显著，但现有研究对其如何调控动力学机制仍显不足。通过滑槽物理模型，设置8、15、25 cm三类地形障碍高度，系统开展28组不同体积（6.76×10³～2.50×10⁴ cm3）与粒径（0.4～3.0 cm）的碎屑流试验，为复杂地形下碎屑流成灾机制分析提供了理论依据。试验表明，8 cm低地形起伏可引发颗粒抛射与二次加速，但波动剧烈，25 cm高地形起伏滞留颗粒，使能量耗散率提升至91%～96%，显著抑制运动。碎屑流颗粒体积增大，虽增强初始动能，但内部摩擦加剧导致颗粒运动能力下降，粒径增大则通过降低摩擦耗能提升流动性，使其扩散范围扩展，大粒径对地形起伏因流态特殊受地形起伏影响较大。弗劳德数（F_r<0.8）与质心位移分析表明，碎屑流处于缓流状态，地形起伏通过惯性力与阻力相互作用主导能量分配。本研究定量揭示了地形-颗粒-体积的协同调控机制，为高山峡谷区碎屑流灾害的风险预测提供了理论依据。

降雨入渗是我国西南地区卵漂石混合土边坡失稳关键诱因之一，为揭示其在降雨作用下的入渗特性及湿润锋迁移规律，依托西藏扎拉水电站库区边坡开展原位人工降雨试验，分析不同降雨强度与历时条件下体积含水率和孔隙气压的动态响应特征，结合水气二相流数值模拟开展非饱和参数反演与验证，进一步探明降雨-停雨双阶段条件下湿润锋的时空演化过程，并建立湿润锋迁移预测公式。结果表明：（1）卵漂石混合土含水率变化主要受降雨强度、历时及埋深控制，表现为浅层响应敏感、深层滞后衰减，含水率变化曲线斜率表征降雨强度及埋深的相对大小；表层不易形成饱和带，孔隙气压对入渗阻滞作用不显著。（2）湿润锋运移过程可划分为降雨阶段的快速推进和停雨阶段的缓慢下移并趋于稳定，其入渗速率与深度受降雨强度与历时显著影响。（3）提出的预测公式在多种降雨模式下均具有较高精度。该研究成果可为卵漂石混合土边坡的降雨渗流分析与工程设计提供理论支持与参数基础。

我国西南山区是滑坡灾害较为严重的地区，近些年来大规模交通基础设施建设加剧了滑坡灾害发生风险，其中开挖堆载与降雨作用是该地区滑坡产生的主要诱因之一，但降雨与堆载共同作用下堆积体滑坡失稳机制尚不清楚。以贵阳乌长高速卫城大型堆积体滑坡为原型，采用几何比尺1:150的物理模型试验，分析了降雨与分级堆载作用下堆积体滑坡内部含水率、土压力、孔隙水压力及坡体位移变化规律，揭示了滑坡变形失稳的物理机制。结果表明：分级堆载诱发堆载区滑体应力集中，土压力峰值较堆载前增长55.9%，沉降量呈阶梯状增长；堆载后降雨阶段土压力先短暂缓升后显著降低，最大降幅约93.7%，位移呈现先缓后急的增长趋势，浅层土体含水率及孔隙水压力随降雨呈现周期性波动。分级堆载与降雨作用下堆积体滑坡破坏模式为后部推移-前缘牵引，失稳过程大致分为初始稳定、坡脚冲蚀、逐级破坏3个阶段，其失稳机制为堆载引起滑坡后缘应力集中→降雨入渗导致孔隙水压力上升，有效应力降低→坡脚抗剪强度衰减，引发局部滑塌→应力重分布驱动裂缝逐步扩展并贯通，最终形成多级滑动面，引发滑坡逐级破坏。研究结果可为降雨堆载型松散堆积体滑坡灾害评价、工程设计与风险防控提供科学依据。

我国西南地区地质条件复杂气象环境特殊，在基础建设过程中无法避免红层堆积体稳定性问题。因此，以雅安地区为研究对象，通过设计红层堆积体斜坡的双模型并行振动台试验，系统揭示地震单独作用与降雨-地震共同作用下红层堆积体的动力响应规律与变形破坏模式。试验综合宏观变形特征、含水率与孔隙水压力监测以及动力响应等多维度展开研究。研究结果表明：地震单独作用与降雨-地震共同作用下的斜坡变形破坏特征存在显著差异。地震单独作用时，变形主要集中于坡顶位置，表现为“强震启动-推移式”破坏特征；而在降雨-地震共同作用下，破坏区域扩展至坡顶与坡脚，呈现“渐进式滑移破坏”特征。从动力响应来看，地震单独作用时响应主要集中于坡顶区域，形成纵向响应区；而降雨-地震共同作用下，动力响应范围扩展至坡体顶部及中上部，从坡肩及坡面向内部扩展。分析认为降雨入渗导致土体含水率升高，有效应力降低与阻尼比提高是产生这一差异的主要原因。随着振动次数的增加，两种工况均表现出高程放大效应增强的趋势，其中降雨-地震共同作用下坡顶区域的累积效应尤为显著，揭示了降雨与高程协同作用是加剧斜坡动力响应的核心机制。

忽略液相惯性可能是造成一维固结理论计算值与孔隙水压观测值出现偏差的重要原因之一。为探究这一偏差的成因，引入动力固结系数以反映液相惯性力的影响，将Biot动力固结方程退化为一维情况以应用于地基沉降分析，并采用有限体积法对其进行数值求解。通过与文献中有限差分法算例的对比，验证了本文数值解法的有效性。然后，探讨了孔隙率、动力固结系数及不同边界条件对固结过程的影响。数值结果表明：孔隙率和动力固结系数均显著影响孔隙水压的滞后现象，其中孔隙率越大，孔隙水压达到峰值的时间就越短，且存在一个临界孔隙率，此时，液相惯性力的影响可忽略不计；孔隙率在固结初期对以孔压定义的平均固结度有一定影响，但在中后期会逐渐减弱；动力固结系数越大，固结前期的孔压滞后效应就越明显。此外，当考虑动力效应时，双面排水条件下孔隙水压沿深度的分布会从初始的不对称形式逐渐趋于对称，且可能导致孔隙水压峰值超过上覆荷载值。

软黏土的卸荷回弹再压缩变形特性，深刻影响深基础、预压反开挖软基路堤涵洞通道的设计与结构安全。为研究其内在机制，以洞庭湖安乡软土为对象，开展系统的卸荷回弹再压缩试验，并将理论成果应用于工程实践。研究结果表明，洞庭湖安乡软土的回弹变形随卸荷比R增大呈现清晰的三阶段特征：当R≤0.2时，回弹率δ 极低，土体处于回弹潜伏期；当0.2<R≤0.8时，δ 随R非线性增长，进入稳定回弹阶段；当R>0.8后，δ 急剧上升，变形进入加速发展阶段。土体的临界卸荷比R_cr为0.2，极限卸荷比R_u为0.8。回弹率δ 受预压历史影响显著，在相同卸荷比下，预压荷载越大则δ 越高，且卸荷后的回弹率最大值δ_max与预压荷载p_max呈良好的线性递增关系。回弹模量E_c与卸荷比R的关系曲线（E_c-R及lgE_c-R）均表现出两段线性特征。其拐点横坐标分别略大于R_cr与接近R_u，可有效用于界定稳定变形区和回弹显著发展区。再压缩比率r 与再加荷比R′ 的呈非线性递增关系，其过程同样可分为3个阶段，并可用无常数项的三次多项式良好拟合。建立了基于r-R′ 关系的深基坑回弹再压缩变形计算公式；以R_u和R_cr为界，将基坑坑底土体划分为强烈、一般与非回弹区，确定了回弹区的临界深度（即桩中性点深度），并提出了坑底基桩极限上拔荷载的计算公式，为软黏土基坑回弹再压缩变形的精准计算与风险控制提供了理论依据，并在洞庭湖区公路涵洞通道等工程中得到应用。

针对深部高地应力区金属矿山采场顶板稳定性问题，以我国某矿区为工程背景，基于弹性力学理论，建立考虑侧向围压（围岩压力）的顶板挠曲耦合模型，推导了顶板挠曲方程及最大挠度解析解。通过开展系统的正交试验与参数敏感性分析，揭示了采场顶板跨度、厚度、弹性模量及侧向压力系数等多因素耦合作用下的采场顶板变形规律。结果表明：侧向围压通过P-δ 效应（P为顶板轴向压力，δ 为顶板横向挠度）对顶板挠度的附加增大效应相对有限（工程实例中挠度仅增加0.74%），但其影响程度随顶板刚度退化而显著增强；极差分析显示，顶板跨度（极差146.6～294.8 mm）和厚度（极差129.0～260.1 mm）是控制变形的关键因素，其敏感性显著高于弹性模量和侧向压力系数；基于参数敏感性提出了工程优化设计准则，即当埋深为1 000～2 000 m时，应优先控制采场跨度B≤32 m与顶板厚度a≥5 m，并对低弹性模量岩层（E<100 GPa）采取强化支护措施。研究成果为深部金属矿山采场设计安全性提供理论依据和方法支撑。

为研究砾岩在爆破作用下的力学响应与损伤机制，基于多重介质波动力学，针对砾岩的结构特征提出了砾岩爆破分区的理论计算模型。建立了包含基质、砾石及其胶结界面的介观尺度砾岩爆破数值模型。采用电磁分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，简称SHPB）系统对砾岩进行了动态冲击试验，以验证数值模型材料参数的准确性。随后，针对不同炸药类型和炮孔直径开展了砾岩单孔爆破模拟，对粉碎区面积及裂纹分布进行了定量表征。结果表明：爆破作用下砾石内部的有效应力大于基质内部，但砾石周围的基质更易发生损伤。随着炮孔直径和炸药性能的增加，粉碎区面积和裂纹分形维数均随之增大。然而，当使用低性能炸药时，随着炮孔直径的增加，粉碎区面积的增长率减缓，而裂纹分形维数的增长率加快。这些发现可为砾岩爆破工程提供参考。

为深入研究温度效应对岩体裂纹演化机制及破坏模式的影响，基于常规态型近场动力学方法，引入最大主应力与Mohr-Coulomb强度准则判别裂纹扩展类型，建立了考虑热-力耦合效应模拟岩石裂纹演化过程的数值计算模型。通过与热-力耦合有限元数值解、孔口应力集中解析解及岩石单轴压裂试验对比，验证了模型在处理热-力耦合作用下材料断裂行为的可靠性，并探讨了温度效应、环境温度及加载速率等因素对岩石裂纹萌生及扩展行为的作用机制。研究结果表明：预冷处理后岩石裂纹萌生提前、扩展速率加快，峰值强度降低幅度为13.1%～17.2%，呈现拉伸主控破坏特征。随着环境温度的升高，裂纹扩展路径集中，峰值强度提升了3.2%～18.6%，破坏过程延迟，拉伸裂纹发育受到抑制，破坏模式逐渐向剪切裂纹主控转变。当加载速率升高时，裂纹演化时间压缩。相对于常温条件，预冷处理贯穿时刻裂纹占比的提升差异从22.8%降至2.95%，表明高加载速率会显著降低温度效应对裂纹扩展影响的敏感性。

岩石破裂过程中裂纹类型的精准识别，对揭示岩体破坏机制、防控工程灾害具有重要意义。开展砂岩剪切试验与巴西劈裂声发射试验，采用Pearson与随机森林方法优选声发射参数，运用合成少数类过采样技术（synthetic minority over- sampling technique，简称SMOTE）平衡拉剪裂纹数据，构建融合拉剪裂纹特征的声发射数据集。结合多种机器学习模型性能评估指标，确定卷积神经网络（convolutional neural network，简称CNN）的基础识别模型架构，进而构建卷积神经网络-长短期记忆网络-多头注意力机制（CNN-long short term memory-multi head attention，简称CNN-LSTM-multi head attention）模型、卷积神经网络-门控循环单元（CNN-gated recurrent unit，简称CNN-GRU）模型、贝叶斯优化-卷积神经网络-长短期记忆网络（Bayesian optimization-CNN-LSTM，简称BO-CNN-LSTM）模型3种深度学习模型，发现BO-CNN-LSTM模型最适用于岩石裂纹类型的实时识别，8个最优识别参数为平均频率、持续时间、初始频率、上升时间、峰频、中心频率、幅值和均方根（root mean square，简称RMS）电压，综合准确率达97.89%。基于砂岩单轴压缩试验，对比3种深度学习模型的泛化性能，最优实时识别模型BO-CNN-LSTM与传统高斯混合模型（Gaussian mixture model，简称GMM）-支持向量机（support vector machine，简称SVM）模型的裂纹分类结果差异小于5%。新构建的裂纹类型实时识别模型具备较高的识别精度与泛化能力，可为岩石裂纹类型的实时识别提供可靠依据。

为提升微震监测中P波到时拾取的精度与鲁棒性，提出一种基于双分支融合与轻量深度回归网络的自动拾取方法。方法采用并行的时域与频域分支，分别提取波形的时序依赖与频谱特征。时域分支基于卷积神经网络-双向长短期记忆网络（convolutional neural network–bidirectional long short-term memory network，简称CNN-BiLSTM）建模信号动态特性，频域分支利用梅尔频率倒谱系数（Mel-frequency cepstral coefficients，简称MFCC）构建时频特征，并结合二维卷积神经网络（two- dimensional convolutional neural network，简称2D CNN）提取稳健谱域模式。两分支均引入压缩-激励（squeeze-and-excitation，简称SE）通道注意力机制，并通过门控融合实现时频特征的自适应整合。融合特征经轻量化多层感知机（multilayer perceptron，简称MLP）回归层输出概率曲线，实现P波主峰的精准定位。试验表明，该方法在1 028条真实记录中5 ms容限准确率达79.9%，显著优于赤池信息准则（Akaike information criterion，简称AIC）与短时平均/长时平均（short-term average/long-term average，简称STA/LTA）算法，并在低信噪比环境下保持稳定性能。所提方法兼具轻量化与高精度，可为微震事件定位与震源分析提供可靠技术支撑。

寒区裂隙岩体由于裂隙水的相变膨胀会受到冻胀力，造成裂隙扩展甚至岩体破坏。尽管已有研究开发了冻胀压力计算模型，但由水分迁移、相变传热及裂隙扩展构成的温度-渗流-应力多场耦合的裂隙岩石冻裂问题，仍是当前研究的难点。根据裂隙水冰相变的发展过程和机制，提出了等效水膨胀的方法模拟相变膨胀。利用COMSOL软件建立了多场耦合的有限元模型，对应力场、温度场和渗流场进行了耦合。基于冻结岩体冻胀力试验，建立了相应的多场耦合模型，从冻胀压力和裂隙扩展两个方面验证了所提出的多场耦合数值模拟方法。分析了冻结过程中，裂隙岩体的应力、损伤和变形。最后，在不同冻结方向下，分析了裂隙岩体的渗流和孔隙水压的演化规律。模拟结果表明，冻胀压力主要由裂隙水压构成，冻结区域的冻胀压力可以忽略；冻胀压力作用范围随冻结锋面推进而缩减；裂隙的扩展始于裂隙尖端的应力集中区，损伤向外围延伸；冻结方向显著影响渗流-水压响应：均匀冻结形成封闭冻结壳限制裂隙水渗流，而单向冻结使得裂隙水渗流出裂隙，使冻胀压力减小。所提出的方法可为揭示裂隙岩体冻融损伤机制以及寒区岩土工程的研究提供理论工具。

为了使冲击荷载作用下的路表振动响应准确反演出服役路基的动回弹模量，突破现有方法无法准确模拟测试中层状道路结构动力学特性的瓶颈，提出了基于动力学模型和人工智能的反演方法。首先，充分考虑道路的层状特性，以及路基的非饱和特性，建立了3层的道路动力学模型，利用Laplace-Hankel变换及其逆变换求得了模型动力响应的解，并通过大量计算构建了路表振动响应与层状道路动回弹模量的数据库。进一步基于数据库建立了人工神经网络（artificial neural network，简称ANN）模型，采用贝叶斯优化调整了其超参数组合，获得了路基动回弹模量的智能快速反演方法。为了验证反演方法的正确性，选取了美国长期路面性能研究项目（long-term pavement performance program，简称LTPP）数据库中19个典型路段的实测数据进行对比验证，发现使用智能快速反演方法获得的路基动回弹模量与室内实测值相关性较好（R²=0.815 0），相关系数远超基于静力学模型的传统反演方法。

软土地基固结度的快速推演是软基填筑稳定性判别和工后沉降预测的重要依据。现有数据驱动型推演模型高度依赖大规模样本且脱离物理机制，在排水边界与地层条件复杂时易出现精度不足和泛化性较差的问题。基于算子通用逼近定理，将软基固结的物理机制引入DeepONet算子模型，构建了软土地基固结度的物理信息深度算子推演模型TDC-PI-DeepONet （time-dependent consolidation-physics-informed DeepONet）。模型分支网络以固结系数场为输入，主干网络以时间-深度坐标为输入，二者输出的特征向量形成固结系数场到孔隙水压力时空演化的映射关系，并对映射结果进行物理机制约束，从而实现任意排水边界和地层条件下的固结过程的快速推演。考虑固结系数的空间变异性，根据对数正态高斯随机场生成固结系数场的数据集，并将固结方程及初始、边界条件以残差形式嵌入损失函数。通过对不同排水边界条件下单层与双层地基固结过程进行推演，并与解析解、PINNs以及DeepONet算子模型预测结果对比，验证了模型的可靠性和先进性。结果表明，相比于PINNs物理神经网络模型，TDC-PI-DeepONet在不同排水边界及土层条件下对孔隙水压力演化过程的推演更加准确，误差水平整体更低且分布更集中，基于测试集EL₂的统计结果，模型平均误差约降低26%，对新工况的推演时间由数百秒降至数十毫秒；相比DeepONet算子模型，TDC-PI-DeepONet在多层非均质及固结系数差异较大的工况下误差更小。TDC-PI- DeepONet模型为复杂软土地层固结过程的快速推演和软基信息化、智能化填筑提供了新的技术路径和理论支撑。

围岩内部变形数据是评价深部地下工程围岩稳定性的重要依据。基于超弱反射光纤布拉格光栅（ultra-weak fiber Bragg grating，简称UWFBG）和时分复用传感原理，研制了一种外锚点式UWFBG应变传感光缆。该应变光缆的测试点间距为1 m，实现了围岩变形准分布式测量。通过标定试验研究了应变光缆的传感特性、误差指标及长期稳定性。将应变光缆埋置于水泥砂浆体中开展了三点弯曲试验，研究了在不同强度水泥砂浆体中应变光缆的应变传递效应，并提出了考虑单轴抗压强度的应变传递效率修正系数。依托平煤四矿深部巷道工程，开展应变光缆的现场工业性试验，检验了应变光缆在复杂条件下的可靠性和测试精度。结果表明：应变光缆具有良好的线性度、重复性和长期稳定性，最大量程为30 000×10⁻⁶，引入修正系数后应变光缆的测试精度显著提高。