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--12018年度广东省科学技术奖公示表(自然科学奖)项目名称非饱和土状态相关本构关系及应用主要完成单位广州市香港科大霍英东研究院哈尔滨工业大学(深圳)主要完成人(职称、完成单位、工作单位)吴宏伟(教授、广州市香港科大霍英东研究院、广州市香港科大霍英东研究院;他是总体学术思想和研究方案的提出者,也是支持本项目所有科研资金的主要负责人,领导研究人员开展实验和理论研究。他是本项目10篇代表性论文的作者,并是其中8篇的第一作者)陈锐(副教授、哈尔滨工业大学(深圳)、哈尔滨工业大学(深圳);陈锐博士和吴洪伟教授共同研发了一系列非饱和土吸力测量仪器,包括新型土体吸力传感器和现场土壤水势测量仪等,也提出了全天候毛细阻滞覆盖系统,获得美国发明专利,他是其中1篇的通讯作者)周超(讲师、广州市香港科大霍英东研究院、广州市香港科大霍英东研究院;周超博士和吴宏伟教授建立了应力状态土水特征曲线理论模型。本项目的10篇代表性论文里,他是其中2篇的第一作者/通讯作者)项目简介本项目属土木工程的环境岩土工程领域。非饱和土是固、液、气三相介质组成的多孔碎散材料,广泛存在于地表土层中,是所有自然边坡和人工构筑物的承载体。加深对非饱和土认知,是人类生存发展的永恒课题。非饱和土状态及力学行为随自然大气环境和地下水位的变化而变化,特别是21世纪以来极端气候条件频发和人类活动导致地下水位变幅大,非饱和土相关的灾害时有发生。Fredlund教授于1993年基于土壤学和弹性力学相关理论建立了经典非饱和土力学理论体系,其中持水本构关系忽略了土体应力状态的影响,应力-应变本构关系难以描述土体水分和应变状态相关的弹塑性力学行为,难以满足21世纪对垃圾填埋场覆盖系统、自然边坡、高铁路基等重大基础设施服役性能精准控制的要求。建立状态相关的非饱和土弹塑性本构理论是本学科国际前沿的科学难题。本项目经十几年探索与研究,取得如下原创性科学成果:(1)发现了应力增加的最重要影响是改变土体孔隙分布,对持水性质起主导作用,建立了应力状态相关的持水本构关系,通过自主研发的应力控制压力板仪在国际上率先验证了应力提高土体持水能力,突破了基于土壤学的持水曲线忽略应力状态效应的局限性。(2)建立了吸力路径相关的各向异性小应变模量计算公式,通过弯曲元系统在国际上首次验证了干湿循环作用下土体孔隙水重分布,导致小应变模量的各向异性和吸力路径相关性,为干湿循环条件下非饱和的变形计算提供精确的方法。(3)发现了吸力影响土体结构和大应变剪胀(缩)的规律,推导了吸力状态相关的大应变剪胀(缩)本构关系,利用自主研发的双室高精度体变测量系统在国际上率先验证了吸力增加土体剪胀势,突破了经典非饱和土应力-应变本构关系忽略吸力状态效应的局限性。基于以上三点重要科学发现,建立了状态相关非饱和土弹塑性本构模型,并基于本项目发明的一系列非饱和土测试仪器提出了简单可靠的本构模型参数标定方法,形成了状态相关的非饱和土力学理论体系,出版了《AdvancedUnsaturatedSoilMechanicsandEngineering》英文专著。本项目在国际权威期刊上共发表SCI论文100余篇,他引5000多次。10篇代表性论文均发表在本学科公认顶级国际期刊,SCI他引300多次。研究成果获加拿大岩土工程协会颁发的大中华地区首个优秀论文奖等国内外科研奖励。中/美/加/英等国科学院--2/工程院院士及著名学者评价本项目成果“提出了应力状态相关持水曲线”、“发现了小应变模量受吸力路径显著影响”、“阐明了非饱和土剪胀(缩)状态相关性”、“最引人注目”、“唯一例外”。自主研发的垃圾填埋场覆盖系统获美国专利,被国家标准《生活垃圾卫生填埋处理岩土工程技术标准》采用;由于本项目建立的本构理论体系被广泛认可,新仪器被国内外200多家科研单位采用。项目组成员受邀作非饱和土国际学术会议主题/特邀报告10次以上。第一完成人近20年在土力学最权威四大国际期刊发表SCI论文数量居世界第一,担任第7届国际非饱和土学术大会主席,主讲了第20届黄文熙讲座,当选为国际土力学及岩土工程学会80年来首位华人主席。代表性论文专著目录论文1:Influenceofstressstateonsoil-watercharacteristicsandslopestability论文2:Anewandsimplestress-dependentwaterretentionmodelforunsaturatedsoil论文3:Determinationoftheanisotropicshearstiffnessofanunsaturateddecomposedsoil论文4:Effectsofwetting-dryingandstressratioonanisotropicverysmallstrainstiffnessofanunsaturatedsoil论文5:Astate-dependentelasto-plasticmodelforsaturatedandunsaturatedsoils论文6:Performanceofanunsaturatedexpansivesoilslopesubjectedtoartificialrainfallinfiltration论文7:Anewsimplesystemformeasuringvolumechangesinunsaturatedsoils论文8:Anumericalinvestigationofthestabilityofunsaturatedsoilslopessubjectedtotransientseepage论文9:PhysicalandNumericalModelingofanInclinedThree-layer(silt/gravellysand/clay)CapillaryBarrierCoverSystemunderExtremeRainfall论文10:Resilientmodulusofunsaturatedsubgradesoil:experimentalandtheoreticalinvestigations知识产权名称专利1:All-weatherlandfillsoilcoversystemforpreventingwaterinfiltrationandlandfillgasemission(US9101968B2)专利2:用于土工离心机中模拟植物蒸腾作用的试验装置及方法(CN103424535B)专利3:增/脱湿路径下非饱和土体水力特性参数测量装置及方法(CN103837662B)专利4:一种非饱和土体水力特性的各向异性测量装置及测量方法(CN103822845B)软件著作权1:考虑植物与甲烷氧化作用的水-气-热耦合运移分析软件V1.0(2016SR179816)推广应用情况自然科学奖不适用
本文标题:非饱和土状态相关本构关系及应用-哈尔滨工业大学深圳
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