通过采矿工程、地质动力区划理论和基础数学的交叉融合，介绍报告人提出的矿井复 杂地质动力系统及其结构稳定性研究成果。聚焦矿井动力灾害这一世界性难题，报告人首 次提出了隧道静力学中著名的 Kastner 方程的反问题，研究位移变换的复动力系统，有效 刻画了矿井周期来压的动力学现象；针对采矿工程一线的客观急需，首次提出花瓣定理的 逆问题，通过攻克这一基础数学难题，获得矿井巷道围岩稳定性的花瓣预警判据；研究矿 井采场压力重分布这一世界性难题，通过攻克基础数学难题，证明了矿压峰值点极限定理； 以上述定理为理论依据，报告人揭示了采矿工程中“切顶”、“控高”、“调速”等工程 技术方法的数学原理；自主研发了矿井动力灾害的预警、治理和预防技术，以及“两无一 快”的工作面末采技术，获得一系列国家技术发明专利；

在极端气候和人类工程活动双重压力下，我国岩土与地质工程灾害导致了重大人员伤 亡和财产损失。作为自然承灾体，岩土体存在大量随机的物质、状态和运动界面，它们是 岩土体灾变的锁钥，而现有技术难以捕捉它们的分布和变化。为了提高防灾减灾水平，必 须精准获取岩土体及其界面演化的时空连续信息。本报告基于光纤感测原理，提出了岩土 体灾变感知新理念，介绍了相关的理论、技术及其应用。针对传感光纤难以精准感知岩土 界面变形问题，提出了岩土体应变光纤感知耦合理论，包括传感光纤应变传递性评价、纤 -土界面黏结性判据和锚固点光纤失效准则等；针对岩土状态界面渗流与水分迁移感知难 题，发明了热脉冲光纤法，提出了冻结与非冻结统一的水分计算模型，实现了全天候水分 感知；针对岩土工程灾变信号，提出了智能分类器，解决了灾变事件自适应识别难题。通 过系列发明，研发了岩土体多参量感知神经系列和性能测试装备。成果攻克了岩土体灾变 光纤感知测不准、感不全、判不对和用不好的理论与技术挑战。

高速铁路软土路基的小变形控制是高铁网络化建设和运营的重大技术瓶颈。要使软土 路基的沉降从分米级缩减至毫米级，需要从理论与技术二个方面取得突破，并建立系统性 的思想，才能使技术、环境、投资与效益等处于最佳的平衡点。报告将从科学原理、技术 思想、计算理论到技术方案这一脉络出发，介绍如何实现高铁软土路基的长期沉降可控、 服役变形可防、偶发变位可修三大目标： 1、针对长期沉降控制问题，利用小应变对应于低应力水平加卸载这一原理，采用刚 性桩在路基中形成的骨架效应进行应力转移，使软土处于小变形状态，研发了系列实验仪 器，揭示了路基土拱演化规律和桩-土界面动强度降特性，建立了设计计算方法，为软土 路基的沉降可控提供了科学依据。 2、针对高铁沿线开发所诱发的路基变位，建立地基、围护、支撑协同作用的设计计 算方法，为伺服支撑的限位和轴力调控提供了理论依据，实现了路基服役变形可防。

发动机广泛应用交通运输，非道路机械，发电基组和国防装备，在经济社会和国防建设 中起支撑作用。发动机能效提升是实现双碳国家战略目标和国防武器装备性能提升的重要途 径。发动机燃烧释能最大化利用的关键科学问题是系统热力过程与微观化学反应时空协同机 制。如何实现燃料化学结构与多相燃烧过程的能流匹配以最大程度地减少发动机输入端和释 放端的能量损失（高效）以及如何实现能质转化反应中间体在多相化学反应流中的定向迁移 以形成多维度污染物协同消除（清洁）是发动机高效清洁利用的技术挑战。目前国际上多采 用物理方法的发动机燃烧过程宏观调控，对发动机燃烧基本过程的认识程度仍不足以指导能 流微观调控，阻碍了发动机燃烧能效的进一步提升。针对上述挑战，报告人在系统深入研究 发动机燃料燃烧理论基础上，建立了发动机燃烧定向调控学术思想，先后提出了燃烧速度定 向调控的掺氢发动机技术、反应路径定向调控的富氧燃烧发动机技术，着火延迟定向调控的 活性组分介入发动机技术，着火延迟和火焰速度的协同调控实现了发动机热效率最大化。

开展力-材料-细胞组织相互作用的跨学科（力学、材料、生物学）多层次（细胞、组 织器官及个体）生物力学与力学生物学研究，并应用于植介入医疗器械（特别是可降解内植 物）优化设计与评价、新型活性智能生物材料及内植物、人体损伤防护及康复研究。(1)通 过发明了人体动脉系统近生理脉动流模拟理论和实验技术，探索应力对血管内皮细胞、平滑 肌细胞、骨细胞等细胞及组织改重建，力学环境影响干细胞分化、胚胎发育等影响及定量化 力学生物学研究，提出了心血管与骨植介入器械优化设计和评价新方法；进而在宏观尺度提 出了新型心血管无损伤康复系统。(2)提出并揭示了应力影响生物材料降解动力学规律，突 破了可降解植介入医疗器械优化设计、制造及评测关键技术，研发了新型可降解聚乳酸基骨 植入体及全降解血管支架。在智能、活性、仿生生物材料方面取得突破，研发了一种新型智 能微创式髓核内植物、小口径人造血管等。(3)在过载性人体冲击伤机制及仿生学防护机制 （啄木鸟仿生防护机制、核桃轻质高强仿生防护机制等）方面取得突破，已用于舰载机飞行 员、伞兵防护等装备设计