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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。