强震区挡土墙结构的稳定问题备受关注,从重力式挡土墙抗倾覆和抗滑移可靠性分析角度出发,将地震作用视为计算墙后主动土压力时对土体重度和内摩擦角进行修正的参数——地震修正角θ.将θ与墙后土体的黏聚力c和内摩擦角φ作为随机变量,以此建立了考虑地震作用的挡土墙抗倾覆和抗滑移功能函数.通过蒙特卡罗法分别计算了考虑变量呈不同统计特性的挡土墙失效概率,研究变量统计特性对挡土墙抗倾覆和抗滑移可靠性的影响.结果表明:墙后土体c与φ的相关系数ρcφ逐渐增大时,挡土墙抗倾覆和抗滑移的失效概率相应增加,尤其是c与φ负相关时,挡土墙失效概率对ρcφ的变化更为敏感;将θ视为常数或忽略θ与c和φ的相关性时得出的失效概率偏小,会导致对挡土墙稳定性做出偏安全的估计;θ与c、φ的相关系数ρθc和ρθφ增大时,挡土墙的抗倾覆及抗滑移失效概率整体呈减小趋势;变量参数间相关性对挡土墙可靠性均有影响,其中ρcφ影响最敏感,ρθc次之,ρθφ影响最小.

随着国民经济建设的高速发展,我国修建了许多各种大型的隧道、公路、大坝等,这些工程的安全逐渐成为人们关注点。岩石的损伤是指岩石在外界荷载的作用下其内部产生裂纹并且裂纹不断发育,从而造成岩石各项力学参数下降的一个过程。自然界中的岩石几乎都是具有不同程度的损伤,而这些损伤岩石的力学性质又是决定工程安全与否的关键所在,基于上述问题本文结合国家自然科学基金重点项目“复杂条件下库岸边坡变形破坏机理及防护（51439003）”采用室内加载-卸荷-再加载试验,以此探究应力和水压损伤过后砂岩的各项力学参数,并从能量角度出发,分析损伤岩石破坏过程的能量转化关系,采用能量耗散原理建立损伤岩石的本构演化模型。经过研究分析,得出以下几点结论:1)有水压下的损伤砂岩比饱水状态的损伤砂岩峰值强度低,这表明水压力的存在会弱化损伤砂岩的破坏强度,其它试验条件相同的情况下,水压存在的岩样小于饱和的岩样破坏时峰值应变,且水压越大,峰值应变越小,峰值应变与加载速率和水压大小符合指数函数的变化趋势。同等试验条件下,水压值越大,弹性模量则越小,加载速率越大,弹性模量也逐渐变大,而且弹性模量与水压和加载速率之间符合指数函数关系。泊松比的与水压呈正相关的关系变化,与加载速率呈负相关的变化趋势。相比同等条件无水压状态下泊松比的数值均小于有水压状态下泊松比的大小。2)饱和砂岩试样破坏时的总能量和弹性能在有无水压的条件下均随着加载速率的增加而增大,耗散能则减小。无水压条件下整个试验过程中的能量数据要大于同等条件下有水压状态的试验数据,且水压越大,这种能量差也就越大,这就说明水压对砂岩试样有一定的弱化能力。能量的产生是受外部试验条件的影响的,不同应力状态和加载速率下的岩样吸收总能量可能一样。试样在加载-卸荷过程后产生不同程度的应力损伤,损伤程度越高,总能量、弹性能、耗散能均越大,在再加载阶段试样破坏时,相应的能量均越小,这就说明能量的变化与砂岩的结构损伤保持一致。3)根据岩石内部微元体损伤强度服从Weibull统计分布理论,结合连续损伤理论和H-B强度准则,合广义胡克定律,选取岩石再加载过程中的耗散能占比为损伤变量,并依据等效原理建立水压作用下砂岩加载破坏过程中的综合损伤变量,从而推导出水压作用下饱水砂岩加载本构模型。经过验证发现该本构模型能够与试验数据组成的曲线基本吻合,可以较好地反应砂岩在水压作用下的损伤演变关系,表明了模型具有一定的合理性和可行性。

2008年1月,我国南方地区遭遇了极端冰雪灾害,尤其以湖北、湖南、广东等中南部大多数省份受灾最为严重,导致很多市政基础设施、电力设施发生损坏以及岸坡边坡次生地质灾害发生。在全球气候异常变化的大背景下,极端冰雪气候出现愈发频繁,影响范围也愈为广泛。三峡库区是我国中南部受雨雪地质灾害影响较显著的区域,也是地质灾害频发的地区。针对库区滑坡等地质灾害的研究,以往工作主要集中在库水位升降及降雨作用下的地质灾害变形破坏机理、预测预报及防护等方面,而对于考虑极端冰雪条件下的库岸边坡变形失稳机制研究较少,同时,极端冰雪气候的出现加剧了库区地质灾害的失事后果,增加了认识与处置难度。因此,开展三峡库区极端冰雪条件下库岸边坡的变形破坏机制研究,有利于深化对库岸边坡地质的认识,支撑三峡工程长久持续发挥综合效益,服务库区经济可持续发展和国家长江大保护战略的实际需求。鉴于此,本文以国家自然科学基金重点项目《复杂条件下库岸边坡变形破坏机理及防护》（项目批准号:51439003）为依托,以三峡库区蓄水以后出现明显变形迹象的藕塘滑坡为研究对象,综合采用地质分析、室内试验（包括力学试验及物理模型试验）、数值模拟及理论分析等方法,开展了库水-冰雪融水联合作用对堆积体岸坡的影响效应与入渗机制、岸坡变形破坏地质力学机制及变形稳定计算分析等研究。主要工作及结论如下:（1）三峡工程蓄水运行以来,藕塘滑坡浅表层堆积体在库水和大气降水联合作用下,发生了较为严重的浅表层局部变形破坏;其中滑坡前缘东、西部强烈变形区域的稳定性受库水作用影响显著,后缘西侧局部浅表层堆积体的稳定性受大气降水入渗作用影响显著;滑坡体变形区域存在继续扩大的可能性,特别在极端降水条件下,会进一步加剧坡体变形破坏程度。（2）通过开展堆积体冰雪融水入渗物理模型试验及试样直剪试验,探讨了冰雪融水入渗影响深度、含水率及抗剪强度参数的变化规律,结果表明,堆积体变形与含水率增加速率有明显的相关性,岸坡变形破坏时累计冰雪融水量大小,决定滑移发生的规模;在冰雪融水入渗过程中,堆积体中矿物颗粒的软化和土体结构的损伤劣化,导致其抗剪强度呈先陡后缓的劣化趋势,建立了冰雪融水入渗堆积体抗剪强度参数劣化方程,从融雪入渗深度、含水率及力学参数角度揭示了堆积体冰雪融水入渗对物理力学参数的影响效应。（3）通过对度-日模型经验公式改进,建立了雪水当量B与堆积体表层温度T之间的定量关系,建立了堆积体在冰雪融水入渗作用下渐变渗流路径的多层水箱模型,阐明了堆积体在冰雪融水作用下的动态入渗特征,刻画了冰雪融水周期内冰雪融化量和冰雪融水入渗量之间的定量关系,揭示了堆积体冰雪融水入渗机制。（4）基于大型三维物理模型试验平台,开展库水-冰雪融水联合作用下的藕塘滑坡物理模型试验,结果表明,库水-冰雪融水联合作用下藕塘滑坡的变形破坏主要集中在滑坡前缘西侧和后缘西侧局部浅表层区域,其中滑坡前缘区域受库水作用影响更为显著,呈现出由前至后的牵引式变形破坏特点;滑坡后缘区域主要受降水作用（含冰雪融水）的影响,由后至前呈现出推移式变形破坏特点;岸坡变形整体表现为局部牵引和推移,先“牵引”后“推移”的时空演化过程。（5）针对藕塘滑坡,分别建立了局部浅表层牵引式和推移式变形破坏模式;其中牵引式破坏模式表现为岸坡前缘软化、塌陷→裂缝发育且出现塌岸→雪水沿着裂隙快速入渗→上部岸坡土体被“牵引”,变形加剧→多级弧形裂缝次序张开→滑面逐渐贯通;推移式破坏模式表现为岸坡后缘陡峭,在冰雪融水作用下,岸坡土体易于拉裂→冰雪融水入渗→土体软化→后缘沉降下挫向前推移→侧翼剪张雁列状裂缝形成→冰雪融水持续入渗→变形体前部出现鼓丘并挤压坡体向两侧扩散→整体形成后小前大的扇形变形破坏体。（6）开展了藕塘滑坡在库水、冰雪融水、库水-冰雪融水联合作用、地震等工况下稳定性计算,结果显示,除了在6级地震作用下,岸坡存在潜在不稳定滑面外,其余工况下,岸坡稳定系数在1.20以上,滑坡整体稳定性较好,但易于出现局部变形破坏,尤其在前缘西侧和后缘西侧区域,最大变形可达到24cm以上。藕塘滑坡稳定性计算分析与物理模型试验结果较为一致,进一步验证了分析结果的合理性。研究成果可为藕塘滑坡长期稳定评价与治理提供了的技术支撑,也为复杂条件下特大型滑坡的变形破坏机理分析提供了参考。

在我国建设行业飞速发展的今天,深埋高应力作用下的工程问题越来越不容忽视。深埋地下隧洞、深部地下的开采与掘进以及高边坡开挖等工程均受到高地应力影响,此类工程中岩体的卸荷稳定性已经成为我国在涉及高地应力工程建设领域中急需解决的核心问题。因此,深入开展高应力高水压对砂岩卸荷蠕变力学特性方面的研究具有重要意义。本文受到国家自然科学基金重点项目“复杂条件下库岸边坡变形破坏机理及防护”（51439003）的资助,以三峡库区砂岩为试验对象通过室内力学试验,对其力学特性进行相关是研究,得出相关结论,主要的研究内容如下:1)对砂岩进行常规的单轴实验、高应力下三轴压缩和高应力高水压耦合作用下的三轴瞬时力学试验,对岩样的变形特点、强度特征、脆延转换规律及破坏模式进行了分析,探讨了高应力、高水压与砂岩变形特征参数（弹性模量、峰值应变等）,强度特征（粘聚力、内摩擦角等）的关系。为后续进行岩石卸荷蠕变试验及理论研究提供了基础依据。2)开展不同围压和水压（孔隙水压）下的三轴卸荷蠕变试验,采用定轴压卸围压的卸荷载方式对砂岩进行室内三轴蠕变试验。通过对三轴蠕变试验曲线进行分析,发现砂岩的蠕变曲线出现了裂隙压密阶段、减速蠕变阶段、稳态蠕变阶段、加速蠕变破坏阶段4个典型阶段;基于试验结果,研究了高应力和高孔隙水压对岩石蠕变变形特性的影响;对砂岩轴向蠕变应变的粘弹塑性特征进行分析,表明砂岩的蠕变变形具有复杂的粘、弹、塑性共存特性。3)参考蠕变本构模型的选取及参数辨识流程以线性Burgers流变模型为基础,基于高围压的条件采用改进后的非线性Mohr-Coulomb,准则,提出了一种新的塑性I-MC元件,将该元件与典型的Burgers模型串联起来,用以描述蠕变全过程曲线中的非线性加速流变变形阶段,并鉴于孔隙水压的劣化损伤作用,在上述非线性本构模型的基础上,引入描述弹性模量损伤和黏滞系数损伤的损伤变量dE、dη,建立了考虑高孔隙水压损伤和高围压影响的非线性蠕变本构模型。通过LM非线性优化最小二乘法对砂岩试样流变模型参数进行了辨识,采用轴向蠕变曲线对该非线性损伤流变模型进行验证,结果表明该模型能与蠕变试样结果较好的吻合,反映了该模型对的正确性与合理性。

三峡库区“消落带”处的岩石长期遭受库水位往复升降的循环作用,其力学特性逐渐劣化,对库区岩质边坡的稳定性产生了重大的安全隐患。根据库区水位变动,开展边坡岩体的蠕变力学试验具有十分必要的实际意义。本文受国家自然科学基金重点项目“复杂条件下库岸边坡变形破坏机理及防护”（51439003）资助,以三峡库区边坡砂岩为试验对象,开展饱和、孔隙水压、循环孔隙水压条件下的砂岩分级加载蠕变试验,对不同条件下的边坡砂岩蠕变力学特性变化规律进行研究,结论如下:1)在瞬时力学试验的基础上进行了饱和砂岩蠕变试验,探究了不同围压条件下饱和砂岩蠕变过程中变形曲线、变形特征、蠕变速率、长期强度等力学参数的变化规律。结果表明:瞬时应变、蠕变应变和蠕变速率随着应力水平的增加而增大,瞬时应变增量随着应力水平的增加逐渐减小;围压对砂岩应变的抑制效果随着围压的增大逐渐减弱,但长期强度却随着围压的增加逐步变大;环向蠕变比轴向蠕变提前进入加速蠕变阶段,在实际的工程应用中,应更重视环向蠕变变形的扩张。2)开展孔隙水压条件下的饱和砂岩蠕变试验,分析了不同围压下孔隙水压对饱和砂岩变形特征、蠕变速率等力学参数的影响程度。结果表明:孔隙水压的存在不会改变蠕变的变形规律,反而使初始蠕变应变、长期强度、粘聚力和内摩擦角均有所下降,其中粘聚力和内摩擦角的降幅分别为9.1%和5.6%;从有效应力变化的角度出发,采用端部效应理论对初始蠕变应变降低的现象做出了解释。3)通过循环孔隙水压作用下的饱和砂岩蠕变试验,获得了 5MPa围压下饱和砂岩的变形特征、蠕变速率和长期强度等力学参数。结果表明:第一次水压循环后,蠕变应变由于应力瞬时加载而达到该阶段最大值;随着水压循环次数的增加,蠕变应变、弹性模量和应变单次劣化度不断减小;弹性模量单次劣化度和蠕变速率随着应力水平的增加逐渐变大。将饱和状态、孔隙水压和循环孔隙水压条件下的变形特征和蠕变速率进行对比,发现:在循环孔隙水压作用下,饱和砂岩虽然最迟进入稳态蠕变阶段,却最早发生非线性加速蠕变破坏。4)根据饱和砂岩蠕变变形规律分析,以西原模型为基础,引进Weibull分布函数对黏滞系数η进行优化,构建新的非线性本构模型;在此基础上,考虑不同次数的循环孔隙水压对弹性模量和黏滞系数造成的损伤,引入损伤变量dEn、dηn,建立起考虑循环孔隙水压作用和力学累积损伤的饱和砂岩蠕变本构模型。采用L-M迭代算法对模型参数进行辨识和曲线拟合,拟合相关度较高,表明模型的合理性和准确性。

为了了解土石混合体的破坏机理及其力学性能,借助于PFC数值模拟试验,研究了土石混合体的剪切特性,包括不同颗粒级配组粒径质量分数、颗粒的缺失、模型尺寸3个因素对剪切强度的影响。研究结果表明:(1)细颗粒含量对模型剪切强度的大小起

常规砂浆无法满足反倾斜裂隙和缺陷的工程填充要求，在注浆压力驱使下会引入大量气泡，浆液密实度得不到保障。针对此，研发了一种新型磁性环氧树脂水泥浆液（MEC），可实现反重力式注浆锚固、导向式流动、增大浆体密实度、浆液粘度实时调控。采用XRD、SEM、N 2 吸附测试方法，对MEC浆液在不同磁场作用下的微观形貌、水化产物和孔径进行了分析。结果表明：MEC浆液主要分为环氧树脂固化、水泥水化2个硬化过程。固化产物对水化产物进行包裹，与AFt和Ca（OH） 2 中的Ca^2+ 发生离子作用，形成络合物包裹磁粉，对浆液中存在的微小孔隙进行填充；磁场强度由400GS增大到6000GS时，孔隙面积减小率达77.6%，孔隙数量减小率达76.8%。N 2 吸附试验表明，附加磁场会降低介孔和大孔的数量，显著减小比表面积，磁性浆液符合H 4 型滞回线，主要表现为墨水瓶孔；基于磁偶极子理论，数值模拟了磁颗粒受力，分析结果表明在磁场强度为2000～6000GS可高效减小孔隙面积。