一、土力学基本理论

修正和完善了作为土力学奠基基础的有效应力原理，明确了有效应力的物理意义，确立了饱和与非饱和土统一的有效应力方程，将饱和土与非饱和土土力学理论统一起来。由孔隙水的平衡方程出发推导出达西定律的表达式，得到渗透系数的理论公式，特别是非饱和条件下导数系数的理论公式，并加以试验验证。基于土样表面变形场测量，根据土样局部应力应变试验结果构建新的本构模型，发展新的本构关系理论。

二、土工测试技术与试验装备研发

将数字图像技术应用于土工试验，开发了集成数字图像角点识别、像素当量在线转化、测量与控制相互配套、数据深化处理等功能的全国产、全自主产权的图像测量土工测试硬件和软件装备，解决了土样局部变形测量、非饱和土样变形测量、非接触三轴土样K₀固结等问题。实现了整体与局部变形的集成测试，打破了国内外的技术空白并实现了成果转化。突破了大小荷载传感器串联技术、双向振动控制技术、非线性摩擦力补偿技术、荷载波形同步输入技术，主持研发了双向振动土工动三轴仪、高压土工三轴仪、平面应变仪、非饱和土固结仪、冻土三轴仪、土样全表面变形测量三轴仪、非饱和土三轴仪、土水特性曲线和非饱和土导水系数联合测定仪等具有完全自主知识产权的系列土工试验仪器和设备。

三、土工结构稳定分析

将土的强度理论从一点扩展到曲面，提出土体沿着曲面（局部或者整体）达到极限平衡的充分必要条件，由此定义土工结构的稳定安全系数。发展了以曲面节点纵坐标为求解变量的确定最危险滑动面的优化求解方法。开发了土工结构整体稳定分析的二维和三维有限元极限平衡法的计算程序（AFESTAB），并应用于边坡、地基、挡土墙、桩基础等各种土工结构的静动力稳定分析。为辽宁、北京、上海、山西等地的卧龙沟、小庙儿沟、歪头山，花咀沟等全国重点尾矿库，以及辽化、珲春、抚顺等地发电厂贮灰坝等土石坝工程的渗流和静动力稳定性分析提供技术咨询。