为了揭示微生物诱导CaCO₃沉积（MICP）技术改良膨胀土强度特性的作用机制，试验选用菌株CGMCC1.3687，采用拌和工艺，系统开展膨胀土强度特性研究。通过固结快剪试验，重点探究了钙离子（Ca²⁺）浓度对膨胀土强度特性的影响机制。结果表明：MICP处理可显著提升膨胀土的抗剪强度；膨胀土经改良后的黏聚力与内摩擦角随Ca²⁺浓度增加均呈现先上升后下降的非单调趋势，并在Ca²⁺浓度为1.5 mol/L时达到峰值（黏聚力42.5 kPa，内摩擦角18.4°），相较于未处理土样，黏聚力增幅高达269.6%，内摩擦角增幅10.2%；CaCO₃生成量同样在1.5 mol/L时达到最大值；相关性分析进一步证实，CaCO₃含量与抗剪强度指标之间存在显著正相关关系。研究成果验证了MICP技术可以显著增强膨胀土强度，其机制在于CaCO₃含量与黏聚力及内摩擦角呈显著正相关。

为探究玄武岩纤维对花岗岩-混凝土组合体高温损伤的改善作用，以花岗岩、混凝土和4种纤维掺量（0%、0.1%、0.2%、0.3%）的花岗岩-玄武岩纤维混凝土组合体为研究对象，对其在常温和高温（200、400、600 ℃）后的抗压强度、抗拉强度、破坏形态、损伤因子和微观结构进行研究。结果表明：组合体表现出连续介质的力学特性，抗压和抗拉强度均介于花岗岩和混凝土之间；掺入玄武岩纤维可以提高组合体的抗压和抗拉强度，改善破坏形态，0.2%为较优掺量；在600 ℃高温处理后花岗岩-混凝土组合体（G-PC）的损伤因子为0.702 7，600 ℃的高温对组合体造成了严重的损伤；组合体在压缩破坏时以混凝土破坏为主，交界面和花岗岩的破坏相对较小；玄武岩纤维在混凝土内部起到了连接和阻裂作用，能够有效减少裂纹的产生和扩展。

针对五强溪水电站扩机工程进水口大型围堰爆破拆除过程中的岩坎稳定性问题，为避免裂隙渗流影响下顺层岩坎分层爆破后剩余薄层岩坎产生滑移失稳，考虑渗流-应力耦合作用下围堰岩坎的损伤特征，提出了“主围堰内侧削薄瘦身，择机削顶，外侧逐步爆除”的爆破方案。采用离散裂隙渗流-应力耦合模型，对岩坎背水坡的开挖顺序、坡高比及渗透稳定性进行计算论证，分析了裂隙渗流影响下不同爆除方案及不同坡高比的岩坎稳定性；考虑安全系数与破坏滑移模式的双重因素，给出了最佳爆破顺序及1∶0.7的背水坡开挖坡高比。该方案能够有效控制预留薄壁岩坎的变形及失稳风险，研究成果可为裂隙渗流影响下大型围堰拆除过程提供参考以及岩坎稳定性评价提供借鉴。

准确方便地预测压缩变形影响下压实黄土的土水特征曲线和渗透系数，对于黄土填方工程的渗流分析具有重要实际意义。针对延安压实黄土试样，开展了吸力控制的等向压缩试验，分析了其力学增湿效应。在此基础上，将孔隙比相关的幂次方程引入Fredlund-Xing模型，并充分考虑吸附水对高吸力段渗透系数的贡献，以及孔隙比对饱和渗透系数的影响，构建了考虑压缩变形的土水特征曲线和渗透系数预测模型。模型共含7个参数，可通过吸力控制的压缩试验和饱和渗透试验获得。预测结果表明：采用的模型可较准确地预测广吸力范围内任意孔隙比下压实黄土的土水特征曲线和渗透系数曲线；随着压缩变形过程中孔隙比的减小，压实黄土土水特征曲线的进气值增大，曲线整体向右上方移动，其渗透系数在低吸力段呈现减小趋势，在中高吸力段则为增大的态势。研究成果可用于黄土填方工程的渗流分析。

长江三角洲前缘的典型平原感潮河网地区，河道水系密布、通航频繁，堤防工程的安全受航道运行、泥面冲刷影响较大。为研究通航感潮河道堤防结构抗冲敏感性及其变化规律，选取黄浦江上游某通航支流堤防实际运行条件计算出理论冲刷深度，并以该值为参考，通过有限元模型分析重力式堤防、桩基式堤防在不同结构尺度与冲刷深度耦合下的位移响应，得到不同堤防结构型式的抗冲敏感性及变化趋势。研究结果表明：重力式堤防的抗冲敏感性主要受底板宽度和埋置深度影响，当底板宽度<4.0 m或埋置深度<2.0 m时，墙前冲刷0.5~1.0 m即出现墙顶位移速率陡增；当底板宽度>5.0 m或埋置深度>2.0 m后，继续增大尺度对抗冲性能的增益显著降低。桩基式堤防的抗冲敏感性主要受桩基长度控制，当桩基长度<15.0 m时，冲刷1.0~1.5 m后位移增长速率明显加快；桩基长度>15.0 m后，增加桩基长度对提高抗冲性能的效果减弱。根据研究结果提出堤防结构抗冲经济尺度，并确定不同冲刷条件下的结构适应性，为通航感潮河道堤防结构设计和管理提供科学依据。

平板载荷试验作为常用的原位测试方法，其技术要求和成果应用在不同国家标准体系下存在差异。为服务国际工程实践领域的标准应用，从标准体系、试验方法及资料整理3个方面，对现行国内外平板载荷试验标准的差别进行了对比分析。结果表明：在标准体系方面，国外标准多围绕特定领域集中提出强制性条文及技术要求，结构相对简明；在试验方法方面，国外标准以原则性和指导性要求为主，对结合实际条件开展试验提出了更高要求；在资料整理方面，国内标准通常基于荷载-沉降曲线直接确定容许承载力，而国外标准则在特定条件下通过反演强度参数并结合极限承载力理论计算获得容许承载力。研究方法可为采用国外标准条件下开展平板载荷试验及成果分析提供参考。

重庆市郊璧山至铜梁线铁路的控制性工程云雾山隧道斜井施工中遇突涌水状况。为准确识别涌水原因、制定有效的堵排水防治措施，在充分研究区域工程地质、水文地质特征和斜井隧道涌水特征的基础上，查明了区域地下水类型主要包括红层裂隙水、碎屑岩孔隙裂隙水和碳酸盐岩岩溶水，分析了斜井涌水可能的来源为地表水渗漏及基岩裂隙水、煤矿采空区积水、导水断层突水和岩溶水涌出。结合现场调查、物理监测法、化学示踪法进行多因素多方法综合分析，识别出此次斜井涌水源于隔水页岩层间砂岩地层中的承压裂隙水及库水经断层导水补给。研究成果可为类似隧道工程涌突水预测和水源识别提供参考。

密度计法试验精度及效率较低,无法满足对细粒土颗粒级配曲线的精准测定需求,以尼龙布为筛网的湿筛析法为解决这一问题提供了科学合理的技术手段。通过改造标准检验筛,提出一种全新的湿筛析试验方法,并以甘肃兰州细粒黄土为研究对象,对该试验方法中涉及的关键试验指标进行了探索,初步得到了关键试验指标建议值;针对所得到不同粒组的黄土颗粒,开展扫描电镜试验的颗粒微观形貌研究及粒度分布对比分析,证明了所提出湿筛析方法的适宜性。在此基础上,开展全级配条件和不同粒组条件下的密度计法和湿筛析法试验的对比研究。结果表明:所提出的湿筛析法可以实现对不同粒组黄土颗粒的物理分离,其在测定细粒黄土颗粒级配方面是合理的;通过该方法测得的细粒黄土中的黏粒含量远高于密度计法测试的结果,以往传统密度计法得到的黏粒含量结果偏低。研究成果可为土工精确测试提供有益的参考。

为了探究能兼顾计算效率与力学合理性的爆破块度的精细化数值仿真方法,首先比较了不同类型方法在爆破块度预测方面的优劣与工程适应性,并通过开展现场试验揭示爆破块度的形成特性,并阐明不同级配范围内的爆破块度数值模拟方法选择必要性,进而提出一种基于LS-DYNA+DDA耦合的连续-非连续爆破块度数值模拟方法。在炮孔近区采用基于LS-DYNA的连续介质数值模拟,提高粉碎区计算效率,中远区采用基于DDA的非连续方法进行模拟,实现爆破块度的非连续表征,并比选了将应力和速度分量作为耦合参量的准确性。最后基于舟山绿色石化矿山的开采爆破实践,对耦合方法进行了验证,结果表明:小粒径块度主要集中于炮孔附近很小的范围内,使用连续方法可以高效地模拟小粒径块度的分布;采用DDA方法模拟中大粒径块度的破碎更加合理,采用峰值速度作为不同方法之间的耦合分量可以减少计算传递时的压力亏损;所提的新方法预测爆破块度的准确性有所提高,在兼顾爆破块度力学机理的合理性和计算效率方面有其优越性。研究成果对于工程技术人员在爆破块度的精细化数值仿真方面有一定参考价值。

土体渗透系数是量化流体在土壤中渗透能力的关键参数,能直接影响边坡稳定性分析、地基处理及防渗工程设计。当前,粗粒土渗透系数能基于一些常规参数准确估算,而黏性土在这方面的研究相对缺乏。传统的柯森-卡门方程为粗粒土渗透系数估算提供了有效途径,但在黏性土渗透系数预测上表现不佳。基于此,利用统计方法,结合土体液限构建土体总孔隙比与有效孔隙比的关系,进而对柯森-卡门方程进行改进,得到了适用于黏性土的渗透系数计算方法。选用大量黏性土的相关参数,分别利用原方程及改进方程对黏性土渗透系数进行计算,并与实测值进行对比。研究结果表明,传统的柯森-卡门方程的预测可靠度为56.2%,柯森-卡门改进方程的预测可靠度高达81.9%,相比于原方程精度提高了25.7%。孔隙比和液限是影响黏性土渗透系数预测结果的关键参数。黏土矿物类型对建立的计算模型性能影响不大,建立的计算模型对渗透系数实测值在10^-9、10^-10 m/s数量级的预测效果具有更好的适用性。提出的柯森-卡门改进方程能为岩土工程实践中黏性土渗透系数的估算提供可靠的理论参考。

探究地应力环境下碎裂花岗岩的软化特征对地下软岩工程的建设和服役具有重要的意义。通过自主研发的TAXW-5000多场耦合真三轴模拟系统开展了不同最小主应力条件下碎裂花岗岩的真三轴压缩试验,分析了不同最小主应力对碎裂花岗岩的力学特性和软化扩容特征的影响。研究结果表明:最小主应力从1 MPa增大至10 MPa,碎裂花岗岩的峰值应力从48.98 MPa增加至80.42 MPa,残余应力从27.17 MPa增加至75.67 MPa,且峰值应力和残余应力均与最小主应力满足线性相关关系;碎裂花岗岩的软化模量与最小主应力之间满足负相关关系。随着最小主应力的增大,碎裂花岗岩软化阶段的剪胀扩容系数减小,碎裂花岗岩的变形特征由脆性破坏向延性破坏转变。而残余阶段剪胀扩容系数整体较大,且随着最小主应力的增大,表现出先增大后减小的变化趋势。研究结果将为地下软岩工程的建设和服役安全提供重要的试验和理论支撑。

在真空预压处理疏浚淤泥时,免滤膜秸秆排水体(NSD)具有无需滤膜和防淤堵的优势,应用前景良好。然而,目前秸秆滤层的渗透特性及其孔隙特征尚不清楚,影响了其推广运用。通过室内渗透试验,探究了免滤膜秸秆排水体滤层的渗透系数随真空预压时间、滤层厚度及疏浚淤泥初始含水率变化的规律,并结合CT扫描进一步探讨了不同处理条件下,免滤膜秸秆排水体孔隙结构演化对其渗透特性的影响。结果表明:①初始NSD内部存在纵横连通的缝隙排水通道,这些通道通过连接孔隙构成连续的渗流网络,使NSD具有优越的渗透性能。其中空隙占NSD总体积的31.42%,缝隙结构体积是孔隙结构体积的14倍。②秸秆滤层在渗透性能上优于传统土工织物滤膜。自反滤层-免滤膜秸秆排水体(NSD-Reverse,NSD-R)反滤体系的渗透系数随真空预压时间增长先快速下降后趋于稳定,在30 min后稳定在10^-5 cm/s这一数量级,相较于滤膜过滤黏土的反滤体系渗透系数10^-6 cm/s高一个数量级。滤层厚度的增加会导致反滤体系渗透系数减小,疏浚淤泥初始含水率较高的NSD-R反滤体系渗透系数较大。③真空预压时间增长使NSD-R反滤体系中的秸秆滤层空隙结构发生变化。随着真空预压时间的增长,NSD滤层空隙率迅速下降,厘米级缝隙结构占比明显减少,有效阻断细颗粒连续迁移,随后毫米级孔隙结构增多,既提升了保土性能,又确保了透水效率,从而实现了“保土-透水”功能的平衡。

土体水分特征曲线(SWCC)有效反映了土中水吸力与水分含量的关系,但传统测试方法难以适用原位水动力参数的标定。为探寻更便捷、经济和可靠的原位测试手段,推导提出了土体等效介电常数-基质吸力特征曲线评价模型。采用重塑云南省6个地区红黏土的平均干密度进行模型验证,系统分析了红黏土等效介电常数-基质吸力特征曲线的预测精度,并深入探讨了电磁波介电理论参数间接评价红黏土水分特征曲线的可行性。结果表明:不同地区红黏土水分特征曲线满足Fredlund模型关系,拟合精度具有地区性差异;不同地区红黏土等效介电常数与基质吸力的拟合精度均≥95%,且基质吸力理论反演曲线与介电理论预测曲线之间有较好的对称性;对比分析红黏土水分特征曲线计算值与实测值,发现两者变化趋势较为接近,平均相对误差为6.42%。因此,该模型应用于红黏土水分特征曲线评价具有较大潜力,可为拓展电磁波技术和快速评价土体水力学特性研究提供理论模型参考。

为量化分析预制桩帷幕一体化支护齿墙减载作用特性,基于预制桩帷幕一体化支护齿墙减载机理,假定滑裂面为旋轮线型,采用水平薄层微分理论,提出墙后土体滑动条件下齿墙减载作用计算方法,在算例验证的基础上,进一步分析齿墙结构参数、土体强度参数、墙土界面强度参数的变化对土压力减载作用的影响。结果表明:提出的计算方法能有效解决预制桩帷幕一体化支护齿墙减载作用量化分析问题。齿墙在减小墙后滑动土体土压力方面效果显著,其减载比例可达50%;增大齿墙宽度可显著提升减载作用,减小齿墙间距亦有助于减载作用的发挥,而增加齿墙厚度的改善效果有限;土体强度较高时,增设齿墙对支护性能的提升更有利;墙土间作用强度增加也有助于增大齿墙的减载比例,但墙土间黏聚力的增大影响更为显著。研究成果可为该类新型复合支护技术的设计提供理论参考。

泥石流是山区常见的地质灾害,通常以连续阵次的形式发生,其运动过程中会在坡底形成残留层。针对阵性泥石流残留层减阻现象,开展水槽模型试验,模拟不同固相含量(40%、50%、60%)泥石流的连续释放过程,探讨阵性流物理过程,定量揭示残留层对后续阵次冲击效应的放大规律,提出以冲击力比F^*(后续阵次相对首阵的冲击力放大)与动量比 R(总动量通量相对龙头动量通量的放大)为核心的评价指标,用于解释残留层放大后续阵次泥石流破坏性的动力学机制。结果表明:①残留层厚度的增长是渐进的过程,残留层的存在使阵性泥石流流态由惯性力主导逐渐转向重力作用主导;②后续阵次泥石流的冲击力较首阵明显增大,且随残留层厚度增加而放大,并最终趋于稳定;③残留层的存在提升了总动量通量,进一步放大了后续阵次的破坏性。研究结果揭示了残留层与阵性泥石流的相互作用机制,并基于冲击力和动量通量量化了破坏性放大效应,为工程防治提供了科学依据。

常规灌浆工艺在对抽水蓄能电站上水库全强风化花岗岩地层进行防渗处理时易出现塌孔、漏浆、不起压等问题,处理难度极大。相较常规灌浆工艺,频压灌浆工艺能够根据被灌地层特性和灌浆反馈情况无级调整灌浆压力与进浆流量,可避免低强度地层在浆液作用下发生过度劈裂而出现漏浆、浆液扩散距离不可控、耗浆量大等问题。为了探究频压灌浆技术在全强风化地层的防渗处理效果,以某在建抽水蓄能电站上水库全强风化花岗岩地层为研究对象,对比分析了灌浆工艺(恒压灌浆法和频压灌浆法)、灌浆孔距(60、120、180 cm)、灌浆材料(纯水泥浆液和水泥膨润土混和浆液)对此类地层灌浆防渗效果的影响。现场试验结果显示,频压灌浆处理后的全强风化地层渗透系数数量级从10^-3降低到10^-5,防渗能力极大提高,表明该工艺对全强风化地层进行防渗处理具有可行性,可望部分或全部替代传统的防渗墙方案,从而简化防渗处理,节省工程造价,减少地层开挖量。研究成果可供全强风化地层进行灌浆加固时参考。

含水率对湛江组结构性黏土触变强度恢复有显著影响,为探讨其影响规律及作用机制,以重塑湛江组结构性黏土为研究对象,开展为期150 d的触变试验,对不同初始含水率(30%、33%、36%、39%)和不同触变时间(0、1、10、30、60、100、150 d)的试样,分别进行无侧限抗压强度试验、直接剪切试验及扫描电镜试验(SEM)。结果表明:试样强度随触变时间的延长逐渐恢复,其中无侧限抗压强度和黏聚力的恢复过程均呈现快速明显(0~30 d)和缓慢平稳(30~150 d)两阶段。含水率越高,触变强度恢复速率越快。对比基于无侧限抗压强度和黏聚力的触变强度比率,由于剪切作用使土体颗粒沿特定方向排列,使黏聚力表现出更高的触变强度比率。触变过程中,孔隙参数(孔隙度、丰度)和颗粒参数(概率熵、分布分形维数)随触变时间增加而减小。土体颗粒通过自适应调整,定向性有序性增强,在范德华力作用下团聚程度提高,团聚体间和团聚体内孔隙减少。水分通过改变颗粒相对位置、扩宽迁移通道等方式增强了颗粒活动能力,加速了触变强度恢复速率。研究成果可为具有触变性的黏土地基稳定性评价提供参考依据。

管幕法是超浅埋隧道施工过程中常用的一种超前预支护方法,准确确定管幕变形是安全施工的重要保障,但已有计算方法大多忽略了荷载传递机理及开挖引起的应力释放与扰动效应。鉴于此,首先考虑了隧道拱顶土拱效应及管间环向微拱效应,提出了耦合管幕法隧道荷载传递机理的拱顶竖向荷载计算方程;引入Pasternak弹性地基梁理论,采用荷载释放系数,考虑掌子面后方应力释放效应;通过改变扰动段与支护未封闭段基床系数,表征开挖扰动效应与初期支护延滞特性,进而提出了一套耦合“多效应”的超浅埋隧道管幕变形计算方法。将所提计算方法应用至某管幕法隧道工程,对比了管幕变形现场监测数据与既有理论计算结果,验证了所提计算方法的合理性与准确性。最后,应用所提计算方法,分析了掌子面前方土体基床系数、开挖进尺、支护未封闭段长度等敏感性参数对管幕变形影响规律。结果表明:适当提高掌子面前方土体基床系数和降低开挖进尺,可有效控制管幕变形;改变支护未封闭段长度对管幕变形影响甚微。所提计算方法可为准确预测超浅埋隧道管幕变形提供理论指导。

为探究饱和红黏土剪切波速特性,制备不同干密度的三轴饱和试样,采用改装三轴弯曲元系统进行红黏土固结不排水三轴试验,分析红黏土试样的剪切波速变化规律,最终建立饱和红黏土的剪切波速评价模型。结果表明:饱和红黏土剪切波速总体上随围压、干密度、有效应力的增大呈增大趋势,随孔隙比的增大呈减小趋势,其中剪切波速与围压、有效应力之间呈幂函数关系;采用4种不同拟合方式(线性、二次多项式、幂函数和指数函数)分析不同干密度饱和红黏土剪切模量与有效应力的相关性,拟合精度依次为幂函数拟合>指数拟合>二项式拟合>线性拟合,从而获得剪切模量与有效应力的量化关系;根据土体剪切波速与剪切模量相关性,以相对密度、孔隙比和有效应力为变量,建立了饱和红黏土剪切波速模型,经检验该模型实测值与计算值较为吻合,可为饱和红黏土有效应力的评价提供评价指标。该模型通过剪切波速能有效反映固结不排水条件下饱和红黏土的应力状态变化,可为红黏土滑坡的监测预警深入研究提供参考。

高压旋喷桩在处理黄土地区帮宽段地基时会产生挤土效应,为满足线路几何形位控制的严格性,需明确高压旋喷桩施工对既有线路的影响。基于某黄土地区实际工程的监测数据,结合圆柱孔扩张理论,研究高压旋喷桩单桩及群桩施工下土体侧向位移变化,分析高压旋喷桩施工阶段既有线沉降变化规律,探究高压旋喷桩施工对既有线服役状态的影响。结果表明:高压旋喷桩施工引起的土体侧向位移沿桩深方向整体呈减小趋势且与周围土体距桩心距离呈负相关;在0~4d₀(d₀为成桩直径)范围内,土体侧向位移随归一化径向距离增加呈明显减小趋势,而后逐渐变化缓慢;高压旋喷桩施工影响范围约为11d₀;隆起量随群桩施工呈现“双峰”型分布,且影响幅值与施工距既有路基的距离呈反比,采用跳桩法施工可减弱对既有线路的影响。研究成果可为类似工程提供思路及建议。