在假定未来50 a气温升高2.6 ℃和初始年平均气温为-4.0 ℃的前提下,应用有限体积法(FVM)对青藏高等级公路试验示范工程段普通路基、普通通风管路基和通风管XPS复合路基温度场进行三维非线性分析.结果表明,普通路基下部冻土退化严重,第50年的最大融化深度为10.98 m,冬季土体中有融化核存在.普通通风管路基和通风管XPS复合路基在一定时期内可以降低下部多年冻土的温度,提高0 ℃等温线,且通风管XPS复合路基的降温效果略优于普通通风管路基,但在气温不断升高和沥青路面吸热的双重影响下,这2种路基的坡脚处会出现融化核,且0 ℃等温线已经延伸到路基中心处,这将直接影响路基的稳定性.

通过模型试验与数值分析方法将隧洞破裂面与稳定性引入到定量分析,采用有限元强度折减法,求得围岩破裂面的位置及围岩的稳定安全系数.研究表明,浅埋拱形隧洞破坏来自拱顶,深埋隧洞来自侧壁.通过从浅埋到深埋的数值分析,研究隧洞从浅埋到深埋的破坏过程.结果表明：对于矩形隧洞,当埋深小时逐渐形成浅埋压力拱,当到达某一埋深时,浅埋压力拱消失,同时深埋压力拱（普氏压力拱）出现,可以确定深、浅埋的分界线,当埋深增大至某一深度时,破坏从拱顶转向侧壁；对于拱形隧洞,当埋深小时出现浅埋压力拱,但不出现深埋压力拱,当达到一定埋深后,破坏从拱顶转向侧壁,可以确定深、浅埋的分界线.深、浅埋的分界线主要取决于洞跨与洞形,与围岩强度关系不大,浅埋时围岩可以是稳定的.

为了研究循环荷载下水泥土的动静力特性,通过GDS振动三轴仪进行应变控制下的静力和逐级循环加载试验.静力试验表明：应变速率越大,水泥土强度越大,应变速率为5%时的峰值应力相对于 being 0.05%时提高了47.57%；掺入比决定水泥土应力应变关系曲线的软化或硬化型式.通过逐级循环加载试验,进一步分析水泥土的应力应变关系和动模量的发展规律,通过对双曲线模型的修正,建立描述水泥土应力应变关系的经验模型.该模型共有3个参数,论述了各个参数的物理意义和确定方法,结果表明,本文模型简单实用,能够较好地反映水泥土的应力应变关系.

以深层混凝土过渡板处治的路桥过渡段为主要研究对象,评估2种不同路桥过渡段处治方式的动力冲击作用,建立桥头搭板在不同置深情况下的路桥过渡段有限元数值分析模型,研究在车辆冲击荷载作用下路桥过渡段的动力响应及搭板的隔振效果.结果表明,传统的桥头搭板在车辆冲击荷载的作用下,受到的冲击作用明显,深置的混凝土过渡板由于板上土体分散部分的冲击荷载,受到的冲击作用较小,且深置的混凝土过渡板对桥台的影响较小,因此采用深层混凝土搭板处治路桥过渡段时能够提高混凝土搭板的耐久性.

利用基于溶质运移思想建立的渗流侵蚀耦合管涌模型,探讨不同贯入比的悬挂式防渗墙的管涌控制效果,通过跟踪堤基孔隙率及液化细颗粒体积分数的演变过程,反映管涌通道的发展过程.研究表明,悬挂式防渗墙对管涌通道的扩展具有非常明显的控制效果,防渗墙的贯入比是决定控制效果的关键因素.当贯入比小于0.7时,防渗墙对孔隙率及液化细颗粒体积分数影响巨大；贯入比越小,孔隙率及液化细颗粒体积分数的增大速度及影响范围越大,即悬挂式防渗墙的贯入比越小,管涌通道扩展速度越快,规模越大.当贯入比大于0.7时,悬挂式防渗墙对孔隙率及液化细颗粒体积分数影响较小,增大贯入比对改善管涌控制效果不明显.

采用大型有限元分析软件ANSYS,对深圳福田大型地下车站主体结构标准段的钢管混凝土柱顶横纵梁、柱脚底纵梁以及柱地下1层梁等节点在梁端及柱端的弯矩、剪力和轴力等荷载作用下的力学性能进行模拟和分析.从钢管混凝土梁柱节点的受力状态出发,分析在梁端及柱端的弯矩、轴力和剪力等荷载作用下节点模型各组成构件（包括柱钢管、梁、加强环梁、承台、抗拔桩等部位）的主应力及切应力分布情况、变形情况和各个截面的内力分布情况等,与各个构件所对应的设计强度值进行对比分析,根据分析结果建议了更合理的节点结构设计与加固方案.

为了论证在防治浅层气地质工程灾害中预先采取的有控制性排气措施的合理性和必要性,借助非饱和水气两相渗流原理,研究浅层气藏在气体释放路径下的气水运移规律.采用数值方法描述排气井不同释放速率对地下浅层气藏中气水运移的影响.结果表明：气体释放速率对气藏中的气水运移和分布形态有显著影响,释放速率越快,“水锥”效应越明显；实际工程中需结合详勘数据,选取适宜的排气速率,实施控制性放气措施,避免过早发生淹井,导致气井快速失效；在气藏中的浅层气体释放完毕后,砂土中会残留部分以气泡形式存在的气体,施工过程中需引起重视.

基于Abaqus软件提出反分析法,利用实测的沉降数据和准确的加载信息反分析得出土体参数,用于指导人工岛的建设.在取得试验土性指标的基础上,用Abaqus计算曲线与实测沉降曲线进行比较.在施工前采用实验室测得的土体参数,利用Abaqus预测土体的沉降和孔隙水压力.根据实测数据来修正计算的土体参数的准确性.采用反分析后的土体参数预测下一个施工阶段土体的位移和孔隙水压力,重复进行此过程,直至施工完成.结合模拟计算结果与监测数据分析,进行反分析和动态设计,有效指导了该人工岛的顺利建成.

针对黏土微观结构复杂、构造困难的问题,采用随机生长四参数生成法构造黏土微观结构.介绍随机生长四参数生成法,构造黏土微观结构的基本原理和详细的生成步骤,联合应用Matlab和AutoCAD VBA编制相应的程序,讨论构造的黏土微观结构对地下水渗流的影响.程序生成的微观结构可以直接导入有限元程序,便于采用数值分析软件研究微观结构相关问题.构造的黏土颗粒大小分布、形状各异,孔隙结构微小,迂回曲折,与真实的黏土微观结构相似.

针对地下构筑物改变了地下水渗流条件这一问题,建立三维有限元模型.该模型是地下水渗流与地面沉降计算的一体化模型,采用该模型分析地下构筑物对地下水渗流的阻挡效应.该方法在地下水渗流计算中考虑三维地下水渗流,在土体固结计算中采用基于Terzaghi固结理论的一维固结方法.结果表明,地下构筑物对地下水及地面沉降的影响程度与构筑物在含水层中的埋置深度及挡水宽度有关.地下构筑物的埋置深度越深,抽水侧水位降深及沉降量越大.构筑物对水流的阻挡宽度越大,对地表沉降的影响越大.

为了识别复杂的探地雷达图像,建立铁路路基病害图像数据库,针对各种常见的路基病害,结合实地检测情况,研究铁路路基病害的探地雷达(GPR)图像特征,进行探地雷达二维正演模拟分析.基于有限差分原理,在时间域上推导横电磁波的差分方程；运用GprMax软件,对路基下道碴陷槽病害进行正演模拟分析；对路基下存在的圆形空洞,模拟不同半径和埋深的空洞,分析径深比对雷达模拟图像的影响.开挖一个人工道碴陷槽,用探地雷达实测,并进行正演模拟.实测结果和模拟结果一致,表明了该模拟方法用于实际复杂路基检测的可行性.

结合路基粉土在循环荷载下的动力特性试验,提出动回弹模量与累积变形的预估模型.通过动力有限元分析并与现场实测相比较,研究在列车荷载作用下铁路粉土路基的动应力响应.建立列车在运行条件下铁路粉土路基长期沉降的计算方法,探讨列车速度、轴重、轴载次数以及道床、路基参数等对路基长期沉降的影响.研究表明：当线路平顺性较差且路基压实系数不高时,铁路粉土路基的长期沉降随列车速度提高线性增大,随轴载次数增加先快后慢增长,且列车轴重越大或路基压实系数越低,沉降速率越快；当粉土路基压实系数较低时,适当增加道床厚度或提高路基压实系数均能显著减小路基长期沉降；在列车动载下铁路粉土路基的长期沉降存在一个“临界影响深度”,路基压实系数越低,影响深度越大.

针对循环动载作用下交通基础设施长期沉降,研究解决在移动条形荷载作用下层状介质动应力和循环加卸载条件下层状介质残余应力、永久应变与残余沉降计算2个基本问题.采用Fourier积分变换与递推矩阵方法,依据平面问题动力微分方程、边界条件与层间连续条件,推导得到移动条形荷载作用下的层状介质动应力解析解.考虑应力水平和应力路径的影响,提出新的永久应变经验公式,通过卸载条件下附加永久应变的弹性边值问题求解,获得循环动载作用下层状介质残余应力与长期沉降的表达式.针对3种不同路基半刚性基层沥青路面环道试验,研究路表残余长期沉降变化规律；通过实测值和预测值对比分析验证了本文方法的合理性和可靠性.

基于Biot饱和多孔介质的波动方程,通过对时间的Fourier变换得出频域内的波动方程,结合边界条件利用Galerkin法推导出频域波数域内的uw格式的2.5维有限元方程,通过快速Fourier逆变换求得三维时域空间域内的动力响应.通过计算实例验证了计算模型.建立地铁隧道饱和地基动力相互作用模型,分析地铁移动荷载引起的饱和地基动力响应.研究表明,地铁荷载加振频率对振动幅值及衰减规律的影响很大,控制荷载自振频率是减小环境振动的最佳措施.

为了研究颗粒体材料的受力和变形性能,建立以力链稳定及其运动学为核心的细观本构模型.选择由3个不同半径颗粒组成的力链单元作为分析对象,通过定义颗粒间的位移模式,由运动位移协调和弯矩平衡条件得出颗粒间的相对切向位移以及各颗粒旋转角之间的关系.根据热力学理论建立力链压曲变形的能量方程,得到力链受力和位移表达式.在力链组构颗粒半径相等的情况下,通过对比分析验证模型的合理性,表明模型能够较合理地拟合离散元模拟实验结果.通过分析2种不同组构颗粒半径情况下力链各物理量的变化趋势,表明力链的受力和变形性能受组构颗粒半径变化的影响较大.

基于Hvorslev面超固结黏土三维弹塑性本构模型,导出在不排水和排水固结条件下饱和黏土的应变局部化分叉条件,分析不同渗透系数、排水路径长度和应变速率对分叉的影响.理论分析表明,在平面应变条件下,土体应变局部化分叉随着孔隙水的流动程度发生显著变化.利用嵌入上述本构模型的有限元软件ABAQUS,在平面应变应力路径下对加载面排水的多单元立方体应变局部化分叉现象进行数值分析.结果表明：当排水路径长度和应变速率一定时,渗透系数越大,应变局部化分叉出现得越早；当渗透系数一定时,排水路径长度和应变速率越大,应变局部化分叉出现得越晚；当时间因数一定时,应变局部化分叉出现时对应的剪应变一定.

以砂岩为研究对象,根据砂岩的颗粒分析试验、抗压强度、抗拉强度和强度试验结果,在颗粒流程序下,通过fish语言编程,虚拟实现了砂岩数值试件和单轴压缩试验,设计10-3、5×10-3、10-2、2×10-2、5×10-2、10-1、2×10-1 s-1这7个应变率下的单轴压缩试验.分析应变率对砂岩破裂形态、裂纹数量和扩展、应力应变曲线和能量转换的影响.结果发现：应变率的增加破坏了优势剪切带的发展,使得剪切带等速发展,材料由剪切破坏向锥形破坏发展；材料的力学性能表现出极大的伪增强,应力应变曲线上扬、斜率提高、峰值提高,峰后曲线震荡剧烈；裂缝数量增多,其中拉裂缝减少,剪切裂缝增多；边界输入能量增加,造成加载过程中材料的摩擦能、动能和应变能单调增大,摩擦能增大说明剪切裂缝增多,动能增大说明破坏剧烈,应变能增大说明更容易产生岩爆现象.

针对桩承式加筋路堤作用机理复杂的问题,分析路堤填土筋材桩桩间土在路堤荷载作用下的荷载传递机理.根据位移、应力连续条件,将路堤填土和加固区作为统一的整体考虑.将一定厚度水平向的加筋垫层视为具有刚度的薄板,考虑土工格栅的加筋作用,采用大挠度薄板理论计算筋材的挠曲变形.考虑路堤填土的土拱效应和路基桩土相互作用,推导在桩体打穿和未打穿软土层2种情况下桩承式加筋路堤荷载分担比的求解方法.采用相关文献中的模型试验结果对提出的计算方法进行验证.结果表明,采用该方法计算出的桩土应力比与实测结果比较接近,可为工程实践提供设计理论参考.

以南京某地铁车站为研究背景,考虑近、远场地震动作用,研究可液化场地上三跨三层地铁车站结构大型振动台模型试验中存在的问题和解决方法,包括柔性模型箱、动态数据采集系统的研制和结构模型、地基土相似准则的确定.测试地铁车站结构的加速度、水平位移、应变反应和地基土孔隙水压力、加速度、震陷及作用于侧墙的动土压力反应.结果表明：在近、远场地震动作用下地基土呈现低频放大现象,由于近、远场地震动的频谱特性不同,放大效应的程度和频率范围差异较大；在远场强地震动作用下地表浅层土的基频与远场地震动的主频接近,地表浅层土的地震动放大效应显著；地下结构的存在显著影响周边土体的地震动特性.

在上海地铁13号线上穿地铁4号线施工期隧道变形实测数据分析的基础上,探讨在施工扰动影响下的隧道变形机理,得出穿越扰动导致隧道隆起变形,隧道隆起变形存在滞后,盾构穿越完成后第51天隧道隆起变形趋于收敛等规律.盾构穿越后隧道隆起变形量占隧道累计隆起变形量的40%～65%.二次穿越施工扰动延长了隧道隆起变形的稳定时间,增加了隧道累计隆起变形量.盾构穿越施工的影响范围为4倍的施工盾构直径（4D）,隧道纵向变形曲线近似成正态分布,反弯点位置在2D左右,最大累计隆起变形出现在沿4号线隧道方向的投影相交点位置.

为了分析柱状节理洞室的变形和破裂区分布特征,研究岩体开挖扰动后的卸荷效应.在构建的复合型多弱面本构模型的基础上,建立柱状节理岩体开挖卸荷过程中弹性模量随应力水平的变化机制,提出适用于柱状节理岩体的理论公式,并成功嵌入本构模型,实现了柱状节理岩体的卸荷效应.结合取得的研究成果,进行柱状节理洞室开挖的计算分析,获取了围岩的变形特征及塑性区分布规律,发现节理面的屈服破坏与节理的倾向关系密切.研究各组节理面在塑性区开展过程中的影响,结果表明，垂直于开挖面的主节理面影响最大.揭示了柱状节理洞室围岩破裂区的开展过程及分布规律,即主节理面破裂贯通的过程并伴随次节理面的破裂扩展及岩体的开裂.

利用生石灰和工业废料磷石膏组成复合材料化剂,对不同初始含水率的疏浚淤泥进行材料化处理,使其成为工程填土材料,研究磷石膏作为材料化剂辅助添加剂的效果及磷石膏部分替代生石灰的可行性.试验结果表明：磷石膏的加入,短期内相当于增加干料,可以提高材料化土的早期强度；随着龄期的增加,添加磷石膏的材料化土无侧限抗压强度增加率较单掺生石灰的材料化土有大幅提高；短期之内,生石灰磷石膏材料化土的渗透性与单掺生石灰的淤泥材料化土的渗透性相比变化不大,随着龄期增大,生石灰磷石膏复合材料化土的渗透性较单掺生石灰材料化土有所下降.

为了有效解决张拉整体结构在各种动态激励下的振动控制问题,保证结构的功能与安全性,研究张拉整体结构的主动控制问题.根据结构的机电耦合作动方程,推导结构的状态空间描述.基于瞬时最优控制算法和Newmark关系,推导张拉整体结构机电耦合最优控制方程.在Newmark算法的基础上引入NewtonRaphson迭代过程,考虑结构的几何非线性效应,实现了张拉整体结构的机电耦合非线性主动控制.以双层柱状张拉整体结构在随机激励下的振动控制为例,验证了算法的正确性与可行性.

为了提高我国城市通风道建设的有效性,从气候生态补偿空间、作用空间、空气引导通道3个方面总结基于局地环流的当代德国城市通风系统规划方法.通过斯图加特山地区域案例研究,分析德国城市通风道规划的工作程序,即信息采集、气候功能评估、指导方针与规划目标制定、措施概念明晰.研究结果表明,基于翔实的地理与气候数据信息,通过综合运用地理信息系统与数值模拟技术,可以准确模拟静风条件下城市内部及周边的局地环流运行状况,实现城市通风道的定位、定量规划.

分析梁单元修正拉格朗日法的刚体检验和增量节点力计算.根据欧拉伯努利假定,推导考虑2阶效应的截面转角表达式,得出转角不仅与横向位移导数有关,还与轴向位移导数有关.采用虚功原理,推导出符合刚体检验的几何刚度矩阵,指出几何刚度矩阵不满足刚体检验的原因是采用了转角与横向位移导数的线性假定.分析多种计算增量节点力的方法；利用同一刚度矩阵计算增量节点位移、增量节点力,得出欲求构形的节点力向量后,必须通过由已知构形到欲求构形的近似坐标变换得到欲求构形单元的轴力、剪力、弯矩和扭矩.数值计算结果表明,采用切线刚度矩阵计算增量节点力的方法是有效的,几何刚度矩阵通过刚体检验与否对计算结果无明显影响.

为了避免基坑工程设计和施工中因没有处理好承压水影响而产生的基坑工程事故,研究承压含水层特性.以调查研究杭州钱塘江承压含水层特性为主,参考上海、武汉、北京、天津4个城市有关水文地质方面的研究材料,研究这5个城市的承压含水层特性.比较分析这5个城市的承压含水层埋深、厚度、水位、顶板厚度等特性,介绍各城市典型的工程实例、承压水处理方法及抽降承压水对地面沉降的影响.研究表明：杭州、上海两地潜水与承压水的越流效果不明显,可视条件选择全降水或隔渗帷幕结合减压降水；武汉地区承压含水层埋藏浅,上层承压水可以采用疏干的方法；北京、天津两地单层含水层和隔水层厚度较小,可以尝试自渗降水.

为了准确地设计挡土墙,研究非极限位移时的土压力计算.将非极限状态下的被动土压力定义为中间被动土压力,分析土体的破坏机理,建立内外摩擦角与位移之间的关系公式.改进库仑土压力理论,根据静力平衡条件,推导出在刚性挡土墙平动模式下中间被动土压力强度、中间被动土压力合力和中间被动土压力系数的理论公式.分别计算分析填土为干砂及填土为饱和砂土的模型试验,与实测数据进行对比,发现两者结论比较吻合.在平动模式下,中间被动土压力与被动土压力系数均随着位移的发展而增大,且在任一位移时中间被动土压力沿墙高近似成线性分布.

针对混凝土湿度场对混凝土结构耐久性、混凝土表面干缩应力以及干缩裂缝等的影响,研究混凝土湿度场中水分扩散表面因子这一关键因素.引入混凝土表面孔隙面积和孔隙中的水分扩散系数2个参数,推导混凝土湿度场的第3类边界条件.将混凝土表面水分对流扩散简化为不可压缩流体一维平板壁面对流传质问题,根据质量守恒和平板壁面对流传质理论,建立混凝土干燥过程水分扩散表面因子的理论模型以及模型的近似解.结果表明,理论模型和试验检测结果之间具有良好的相关性.

通过大量滑坡案例的地质调查,发现隔水层在滑坡过程中产生重要的影响.为了揭示相对隔水层对边坡稳定性的影响机制,构建包含隔水层的边坡模型,模拟降雨和斜坡后缘地下水入渗的物理力学作用.模型试验结果表明,降雨入渗主要影响隔水层上部土体,使含水量快速升高、土体变形和坡体的下滑推力迅速增大,隔水层下部土体的含水量等参数基本不变.在模型试验中当使后缘地下水入渗到隔水层下部坡体时,虽然只影响隔水层下部坡体的含水量和孔隙水压力,但力学作用影响整个边坡,不仅引起隔水层下部土体的变形,使下滑推力增大,而且在更大程度上影响隔水层上部土体的变形,使隔水层上部土层的下滑推力大幅提高.

在考虑桩底有限土层影响的情况下,研究非均质土中桩在纵向振动荷载作用下的动力特性.在将桩截面积范围内有限层桩底土模拟为虚土桩的基础上,建立虚土桩土、桩土耦合振动模型,采用复刚度传递多圈层平面应变模型建立桩、虚土桩与桩侧土的纵向振动动力方程,利用桩土、虚土桩土以及虚土桩桩的耦合接触条件求解动力方程,得到桩顶频域响应解析解和时域响应半解析解.通过对虚土桩参数的研究检验桩底土对桩动力响应的影响,得到一系列桩顶速度导纳曲线、时域反射波曲线以及复刚度曲线表现规律图.