主要研究方向包括：岩土介质多尺度力学、岩土工程多相多场耦合理论与应用、岩土工程安全评估及智能控制技术。

1、岩土介质多尺度力学

基于岩土材料微观结构及其演化规律，探寻岩土颗粒间的微观力学特性，并结合宏观本构关系，从物理结构特征和不同材料尺度上深入探索岩土体力学响应的微观机理及多尺度模拟方法，为岩土工程安全分析提供理论基础。

该方向主要研究内容包括：

（1）宏微观岩土力学与本构理论

①岩土弹粘塑性本构关系与数值计算。发展能同时描述岩土材料率敏性、结构性以及各向异性的弹粘塑性本构关系，用于岩土工程中复杂边值问题的数值计算。

②岩土体宏观流变试验与微观机理多尺度模拟。开展岩土材料蠕变、松弛、率敏性等室内宏观流变试验以及室内单元试验、模型试验、土工离心机和原位测试等大尺度土工试验，并结合CT、电镜、X衍射等微观试验，分析岩土材料原生及诱发各向异性、宏观屈服面旋转硬化的微观机理、临界状态线的非统一性以及结构性土的附加强度与损伤机理，探讨岩土体的稳定、渗流和变形及其与结构的相互作用。

③岩土本构关系的循环载荷效应及多尺度模拟。研究循环载荷作用下岩土体累积塑性变形特征以及沉降开裂破坏过程，并结合微观尺度分析试验和微观力学模型，建立岩土循环动力本构模型和动强度准则。

（2）岩土体力学多尺度建模与计算

①岩土体宏细观尺度空间分布建模。细观尺度上基于Monte-Carlo方法描述岩土体内部的随机微缺陷，进而生成细观尺度数字随机模型；宏观层次上从结构面几何学的角度研究二维和三维空间中复杂结构面的分组、尺寸大小、空间密度分布规律，利用现场地质调查与计算机编程技术相结合的方法，构建数字裂隙岩土体模型。

②岩土体多尺度力学反演与计算。探讨多参数位移反分析的优化模型与约束反演，提出一般地应力场的优化模型表达式，建立以有限元和约束变尺度法为基础的约束优化反演算法。提出反演数据多尺度处理的小波阈值优化方法和量化单调消噪方法。按照逆定式化和正定式化两种反分析方法展开隧道和边坡等的宏观尺度多参数位移反演分析。

③沥青混合料宏细观多尺度力学分析分析。研究沥青混合料的细观结构建模，对多相细观结构采用不同的本构描述，通过均匀化方法获得其宏观等效力学性能。研究其动态力学性能和流变学本构模型，最终分析沥青路面的动载疲劳特性、流变损伤和永久变形机制，为减少道路病害提供理论指导。

（3）工程灾害成灾过程的跨尺度计算

①岩土工程灾害演化的跨尺度力学行为研究。研究岩土体在灾害演化过程中由连续体向离散体、局部破坏向整体破坏逐步转化的跨尺度计算方法，建立细观尺度下考虑岩土物理力学特性的非规则、分级破碎、含液的粘-弹-塑性颗粒模型。

②煤岩体力学参数时效演化模型研究。通过含瓦斯煤岩体三轴蠕变力学试验，获得含瓦斯煤岩体的基本力学特性和变形破坏规律，建立并验证含瓦斯煤岩体的蠕变强度时效模型；探讨含瓦斯煤岩体的等时应力-应变曲线特征和变形速率特征，分析含瓦斯煤岩体的蠕变损伤阀值，建立岩体力学参数与应力状态和蠕变试验时长之间的时效演化模型。

2、岩土工程多相多场耦合理论与应用

探讨复杂环境（温度、压力、降水、地震、化学腐蚀等）条件下岩土体的力学特性、演化机理和时间效应，分析其结构性、水敏性、热敏性、动荷载的力学响应,研究岩土体多场多相耦合条件下岩土介质的本构关系及其分析理论。

该方向主要研究内容包括：

（1）岩土孔（裂）隙介质渗流研究

①颗粒岩土材料水力耦合研究。以岩土体内部水力冲刷引起细颗粒含量变化作为中间变量，分析细颗粒含量与临界状态线之间的关系，建立基于细颗粒含量的等效粒径计算方法。通过开展试验与理论研究工作，建立反映细颗粒含量变化的粗细颗粒混合材料统一力学模型。

②裂隙岩体水岩耦合理论研究。实验研究沉积岩孔隙中饱和流体的各项模量变化，讨论水饱和度对各项模量的影响，分析裂隙岩体系统中的统计特性及其物理参数；建立结构面网络几何特性概率模型，采用应变迭加原理，引入裂隙张量来描述裂隙岩体的各种特性(如渗流张量、弹性参数)，探讨弹性模量与裂隙密度的变化关系以及渗透率随有效应力及裂隙自封闭变化规律。

③岩土水力耦合数值实验与机理分析。使用离散单元法(DEM)和计算流体力学方法(CFD)耦合的流固耦合模拟分析，涉及土体渗流、边坡稳定、河（海）沙输送以及泥石流自然灾害的研究。

（2）岩石（体）热-力耦合力学分析

①裂隙岩体物理参数温度敏感性分析。引入裂隙密度来描述热开裂引起的岩石损伤程度，应用渗透理论，导出裂隙受热后裂隙密度数发生变化的计算公式。

②裂隙岩体渗流-传热的理论模型。对节理岩体中的裂隙和水热循环进行探讨，着重研究单个裂隙水流运动的规律、渗流与孔隙比之间的函数关系，及以对流和传导为主要因素的裂隙岩体传热理论。

③岩石时间-温度-应力等效原理。利用岩石在长时间低温与在短时间高温下表现出来的流变力学特性一致的现象，研究岩石非线性黏弹性蠕变力学特性的时间-温度-应力等效效应的一般数学表示形式，以此分析预测长时间尺度下岩石力学性质和力学行为的演化规律。

3、岩土工程安全评估及智能控制技术

引入分布式光纤传感、压电陶瓷传感器、GPS、TDR等新型测试与监测手段，多层次、多方位的监测岩土体内外部行为特征，以统计分析法、确定函数法、混合模型法以及基于任意照片的地貌展开图生成方法等将获取的各类型数据进行集成、融合，进行岩土工程灾害的风险评估与灾害控制。

该方向主要研究内容包括：

（1）岩土灾害体的时空尺度与非线性动力学研究

①灾害体的时空尺度特征。探讨与灾害类型或灾害链相关的空间尺度和时间尺度，分析其时空分布特征及规律。探讨岩土体灾害的时空动力学机制与边界平衡条件。研究灾变不同演化阶段的综合预测预报模型与判据，建立基于FCJ-GIS的内外动力区划模型；

②非线性动力系统的相空间重构技术。通过计算嵌入空间的分维数，得到描述未知灾变系统所需的最少方程数，以低维坐标空间变换和高维相空间重构的数据表示方法，对变形数据序列的表示形式进行重构，获得改写数据的规律性，从而探讨岩土体系统的内在复杂本质特征。

（2）岩土工程定量精细化风险评估技术

①逆可靠度风险评估岩土体状态。提出具有可靠度和安全系数双重控制指标的逆可靠度分析方法框架。探讨响应面建模方法处理隐式极限状态功能函数在逆可靠度分析中的适应性。通过响应面模型与抽样方式的融合拓展逆可靠度响应面技术，增强复杂隐式功能函数失效风险评估方法的鲁棒性。

②基于信息熵的灾害风险评估。从统计原理、模糊熵、熵权提出权值分配原则，发现系统灾变特征信息熵的表达形式，如地貌信息熵、水文信息熵等。结合最大熵原理，从多源信息的无纲量数据融合与可靠性评估角度，建立岩土灾害评价的灾害熵，定量评估岩土工程灾害状态。

（3）岩土工程灾变过程与控制

①岩土工程的失效模式及其高效分析方法。研究失效模式优化与抗灾（风险）能力提高的理论与方法，如动力灾变过程的损伤推断、岩土体外部宏观非稳态变形行为的趋势预测及基于数字图像处理技术的裂缝发展分析方法等。针对大型岩土工程中由多介质构成的大系统，获取岩土灾变破坏临界判据的定量表达关系式。

②灾变人工智能专家控制系统。探讨面向对象范例表示检索方式，建立范例推理的表达式。基于灾变机理模型、灾变信息熵、灾变特征的模糊识别、突变动力学模型等理论与体系，以CLIPS建立专家控制系统。