① 课题来源与背景:在岩土材料中，多孔介质随处可见，尤其以砂土、砂石、油气储层岩石为典型，由此而引发的如滑坡、液化等地质灾害现象也频频发生。边坡在外部极端荷载作用下，产生的固相应变有可能引起局部范围内的塑性响应，随着变形持续产生，形成变形带，从而引起边坡失稳、滑坡。在这里，变形带就是一种多尺度的现象，它最初以颗粒尺度出现，经过一系列衍变之后，逐渐达到宏观尺度规模，产生岩土或岩石工程中常见的剪切带，最终导致滑坡现象的产生。针对微观与宏观尺度数值模拟之间存在的断层，本项目基于多孔岩土材料建立一个用以模拟岩土体中固体变形和孔隙流体之间相互作用的多尺度自适应本构模型框架。
  ②技术原理及性能指标。

   技术原理：揭示固相变形和流体扩散耦合作用下，本构切线张量cep和渗透率系数 k 之间隐含的本质关系，建立控制岩土材料骨架有效响应和渗透率的重要本构关系。在颗粒尺度下，对大应变区域中重要的物理过程及参数进行识别和追踪，同时将它们有效地引入到宏观尺度模型，构建分级的基于岩土体本构特性的多尺度自适应模型。采用XR-CT 同步加速器及三维数字图像相关法（3D-DIC 法），根据三轴压缩试验拍摄的图像，得到三维局部宏观度量指标，从而实现对所建立模型的校准与验证。
   性能指标：1）揭示多孔岩土材料的连续性与颗粒化过程之间的直接联系，尤其是在唯象法失效的高度变形区，建立一个分级的能够反映多孔岩土体特性的多尺度自适应本构模型，并通过XR-CT 同步加速器获取的实时数据进行模型的校准和验证；2）开发基于FORTRAN 语言的大型有限元计算程序，包括有限元计算子程序、分级的多尺度自适应算法子程序、临界判据子程序，以及与其他算法的接口程序。
   ③技术的创造性与先进性：1）首次以唯象法失效的高度变形区为切入点，将微观尺度下得到的新的塑性参数代入到应变集中区，通过分级算法进行应变集中区的计算单元分析，获取连续尺度下的本构关系，从而构建分级的基于多孔介质岩土材料本构特性的多尺度自适应模型。2）首次利用XR-CT 同步加速器，结合三维数字图像相关法，自主设计三轴压缩试验，对构建的多尺度模型框架进行微尺度和宏观尺度的校准与验证。3）独立编写基于FORTRAN 语言的大型有限元计算程序，开发能反映孔隙水压力特性的9位移节点-4孔隙水压力节点单元、FEM/DEM/LBM 耦合算法程序以及与MATLAB 的接口程序。该大型计算程序具有多尺度自适应数值算法体系，能够模拟多孔岩土材料变形过程中的多相耦合及分级计算。
   ④技术的成熟程度，适用范围和安全性：本项目申请者在在多孔介质固相骨架的变形失稳、流体扩散、数值计算、多项耦合等方面已经展开了较为深入的研究，先后主持多项相关研究项目，有足够的技术储备。本项目技术适用范围主要为：涉及多孔岩土体材料固相变形与流体扩散耦合的数值建模研究，特别适用于解释工程现场中常见的地质灾害如：边坡滑坡、砂土液化、隧道围岩塌陷、地表沉陷等。本项目技术不存在安全性问题。
   ⑤应用情况及存在的问题。

    应用情况：本项目技术主要应用于莞惠城际轨道交通项目工程GZH-8标樟木头隧道，莞惠城际轨道交通项目工程GZH-9标古庄山隧道、广东省增从高速公路高边坡（全线5 座30 米以上的高边坡）等工程的安全施工，研究中的变形失稳判据将为本项目所构建的本构模型提供有力的参考。
   存在的问题：在项目的开展过程中，发现当前诸多的岩土材料数值计算研究中尚未考虑岩土材料不同尺度上的不均质性、局部变形引起的材料性质变化及其对岩土工程的影响；另外，岩土材料随机场与有限元数值模拟的耦合研究基本局限于单一尺度内，特别是随机场与离散元尚未进行有效的结合。