通过岩土工程勘察获取一定量的钻孔数据继而确定地层剖面信息，这对于岩土工程精细化设计、施工至关重要。然而，部分工程场地因所处区域的特殊性（既有老城区、文保建筑区等）往往存在钻孔数据难以获取的问题，使得相应的地层信息确定存在挑战。为此，基于全卷积网络（FCN）开发了用于地层信息重构的人工智能（AI）方法，该方法的核心思路是将区域既有钻孔数据作为学习样本，分析并提取样本的多维信息特征（竖向成层、水平延展），继而将该信息特征作为模板针对仅有少量钻孔数据的工程场地进行基于概率的地层剖面信息插值重构。通过对苏州古城区某隧道工程与基坑工程的地勘数据进行学习与重构，发现地层预测的准确度在模拟次数增加至30次以上后逐渐趋于稳定，并可达90%左右。这验证了所开发的地层信息AI重构方法的适用性，将能为相关工程的复杂地层信息预测提供有效选择。

泥水盾构中泥浆性质的稳定是在开挖面形成微透水泥膜，有效平衡地层水土压力的关键。海水侵入对泥浆性质的劣化主要是海水的高盐浓度，特别是其中的Ca²⁺、Mg²⁺等二价阳离子浓度。为解决海水泥浆性能劣化的问题，研究了膨水比为3∶50的泥浆在分散剂纯碱、螯合剂乙二胺四乙酸（EDTA）、增稠剂黄原胶作用下，泥浆密度、马歇尔漏斗粘度、2 h泌水率的变化规律。结果表明：纯碱的加入可明显提高泥浆密度，EDTA与黄原胶单独加入对泥浆性质的影响不大；当EDTA与黄原胶以10∶1比例复合加入时，泥浆2 h泌水率降幅达50%；泥浆颗粒的特征粒径d₈₅与表面Zeta电位值的测试结果表明，泥浆的稳定性与其胶体性质关联程度较低；EDTA与黄原胶复合添加时，泥浆稳定性的提升与EDTA螯合二价阳离子后黄原胶增稠能力的恢复有关。研究结果对于开发抗阳离子型增稠剂以提升海水泥浆稳定性具有重要的指导作用。

由于老井经历长期注采，区域地层压力分布在空间上呈现非均匀变化，在后续的重复压裂过程中亟需耦合考虑这种非均匀应力演化。为此，以长庆油田W区块长6储层为例，基于快速拉格朗日差分法建立了垂直井丛长期注采下的地应力演化模型，并将模拟得到的地应力场导入基于离散格子方法的水力压裂数值模型中，预测了重复压裂裂缝扩展，实现了地应力场演化—水力裂缝扩展的一体化模拟。结果表明：（1）WJ井生产后，井周围孔隙压力下降约4 MPa，并且两个水平主应力发生类似的同步降低，但变化幅度更小（约2.5 MPa），这表明生产将导致井周围地层的总应力降低但有效应力增加；（2）水力裂缝倾向于朝地层压力衰竭区优势扩展，在现场建议采取工程措施如重复压裂前缓慢注液或关井以使衰竭区的地层压力上升，避免或减少重复压裂裂缝扩展至压力衰竭区；（3）随着注入时间增加，重复压裂裂缝由以面积增长为主转为以宽度增长为主，说明重复压裂应该选取短时间、大排量的策略，一方面可在短时间内实现最大化的储层改造，另一方面增大排量也可促进多簇裂缝均衡扩展。

针对高地应力碳质板岩隧道围岩变形时间周期长、变形量大、设计支护强度不足等问题。采用室内试验、数值计算及现场测试对碳质板岩粘弹性本构模型及大变形控制技术进行了研究。结果表明：（1）炭质板岩峰值强度受层理倾角影响较大，随着倾角的增加其强度呈现U型的趋势，层理倾角为45°的岩石强度最弱；（2）构建了非定常Burgers蠕变本构模型，并根据三轴蠕变试验确定了该本构的蠕变参数；（3）应用构建的蠕变本构模型建立6种支护工况，综合考虑安全与经济，明确了工况三（HW175钢架，0.6 m/榀，拱部设置4 m长锚杆，边墙设置6 m长锚杆，间距1.2 m×0.8（环×纵））为大变形控制试验段的支护参数；（4）通过施作试验段，采用HW175钢架和拱顶4 m+边墙6 m长锚杆组合，其平均拱顶沉降和边墙收敛分别为18.1 mm和79.72 mm，达到了控制大变形的目的。研究成果可为类似工程提供参考。

高含水率吹填土具有强度低、含水率高、结构不稳定等不良工程特性，采用自行研究的新型固化剂对天津滨海地区吹填土进行固化处理，以期达到轻质高强的性能。为探究吹填固化土强度影响因素，对吹填固化土进行无侧限抗压试验、三轴剪切试验和微观结构测试。结果表明：吹填固化轻质土的无侧限抗压强度与其密度成正相关；碱性环境和含盐量在pH值小于11.4、含盐量低于1%时有利于吹填固化轻质土强度的提高，超过此界限会分别抑制固化土的强度增长；当含盐量和pH值较低时，土体出现应变软化现象，随着含盐量、pH值增大，吹填固化轻质土的黏聚力和内摩擦角逐渐增大；通过氮气吸附试验、SEM扫描电镜试验从微观层面上解释了吹填固化轻质土强度随密度、含盐量、pH的变化机理。研究成果可为工程实际提供理论依据和借鉴参考。

为探究层理效应对煤岩力学性能的影响，基于纳米压痕试验对煤岩不同层理方向的微观力学性能展开研究。通过绘制各组试样的荷载-位移曲线，获取不同层理方位煤岩的微观力学参数并分析煤岩破坏模式，进一步探讨煤岩水力压裂裂缝延展规律。研究表明：煤岩的微观结构致密，层理结构清晰，层理间填充有石英等坚硬矿物，伴随一定量的天然微裂缝和自生孔隙发育；通过纳米压痕试验，发现煤岩试样具有明显的各向异性，垂直层理、平行层理、斜交层理煤岩的弹性模量依次为5.02 GPa、4.58 GPa、4.92 GPa，硬度分别为0.38 GPa、0.35 GPa、0.37 GPa；煤岩的弹性模量和硬度大小符合其宏观力学规律；在不同方向上的破坏能量耗散特征方面，垂直层理煤岩所需的断裂能量最大，平行层理煤岩断裂能量耗散最小，断裂韧度依次为0.25、0.22、0.23 MPa·m^0.5；煤岩的脆性系数随着不同方向破坏形式的差异而变化；基于纳米压痕试验数据，揭示了不同层理方向下裂缝的扩展特征，垂直层理方向裂缝沿天然缝隙扩展，平行层理裂缝主要沿层理弱面发展，而斜交层理则表现出裂缝在向深部延伸过程中更易产生分支。研究结果可为煤岩的工程应用提供数据支持。

人工冻结法因其环保、安全可靠的特点，在地下工程建设中被广泛应用。本研究以福州地铁某区间联络通道为工程依托，采用现场实测以及数值模拟等研究方法对冻结-开挖全过程冻结帷幕温度场与位移场耦合的演化规律进行研究。结果表明：为减小大体积冻结带来强冻胀影响，选用双侧错开冻结方式进行冻结，冻结完成时左、右侧地表位移分别为64.51 mm、76.72 mm；在联络通道开挖过程中，冻结帷幕的最大位移收敛为1.52 mm，最大位移收敛速率为0.082 mm/d，均远小于控制值；在不同支护时机下，冻结帷幕的变形与位移变化均随支护时机的延长而增大，但各监测点的平均竖向位移变化均小于0.03 mm/d；开挖步距从1.5 m增大到2.5 m，冻结帷幕的底部隆起和顶部沉降分别增大了1.16倍、5.56倍；开挖步距在1.5 m~2.0 m时产生的竖向位移变化均大于开挖步距在2.0 m~2.5 m时的竖向位移变化。研究成果可为今后超长地铁联络通道冻结-开挖工程提供参考。

砂质黏性紫色土极易在降雨、库水涨落等水力侵蚀作用下出现颗粒级配变化，致使其强度改变。为揭示砂质黏性紫色土在不同粒组缺失效应下的强度特性规律，开展5种不同粒组的饱和砂质黏性紫色土固结排水三轴剪切试验，并引入分形维数量化不同粒径物性，得到不同粒组紫色土的强度特性与分形维数的联系。结果表明：（1）不同粒组缺失效应下土抗剪强度指标中的内摩擦角无明显变化，但黏聚力与分形维数呈双曲线关系；（2）不同粒组初始切线模量受围压和分形维数共同影响，其中参数n与分形维数存在二次函数关系；（3）低围压下，不同粒组的应力-应变关系差异较为明显，随着围压的增加，其应力-应变特征趋于一致；（4）拟合黏聚力-分形维数双曲线方程，基于邓肯-张E-ν模型建立不同粒组缺失效应下的饱和砂质黏性紫色土非线性弹性双曲线本构模型，并对模型的有效性进行了验证。

基于实际工程，构建三维仿真模型，研究了土岩地层吊脚桩异形基坑开挖变形与受力特征，并基于拆除杆件法，提出基于支撑极限承载力的强度冗余度表达方式，并建立了关联杆件与关联系数两种杆件重要程度评价指标。结果表明：（1）异形土岩地层吊脚桩基坑变形主要集中于上部土层段、阳角点与基坑长边中段，最大值为17.02 mm，且与支护体系自身几何构成、刚度分布相关，土岩地层基坑阳角位置支护结构上部变形更大，影响范围约为阴角处的2倍；（2）基于极限承载力的强度冗余度指标可以全面与量化地评价基坑冗余度，关联杆件能明确构件受损后影响最大支撑杆件，关联系数可以一定程度反映支护结构关键杆件；（3）基于极限承载力的支撑杆件冗余度大小与自身承担荷载、相邻支撑杆件布置存在关系，最小为4.18，联杆件主要集中在相邻杆件，关联系数设计中应优化设计降低杆件关联系数，提高支护结构整体可靠度。

再生岩体受扰动后易松散、破碎，但在支护作用下再生岩体仍具有一定的承载能力，尤其是峰后承载能力有明显的改善。为研究再生岩体承载特性及巷道支护对再生岩体承载能力的影响，设计了再生岩体单轴加载的四因素混水平正交试验，分析再生岩体承载机理，并基于正交方差分析，检验了锚杆间距、杆径、锚固长度及金属网对再生岩体峰后弱化趋势及承载能力的显著性。结果表明：无支护和部分锚杆支护条件下再生岩体在单轴加载出现压剪破坏，部分锚杆支护再生岩体呈劈裂破坏，金属网约束再生岩体试件呈塑形滑移破坏；再生岩体破裂后的峰后残余强度具有波动性特征，峰后承载阶段稳定性取决于多裂隙面的摩擦效应，支护强化摩擦效应抵抗破碎块体在外载荷作用下的滑移、错动；金属网对再生岩体峰后承载能力影响显著，锚杆参数的变化仅对再生岩体的强度弱化趋势产生影响。