1、主要研究内容:
土体基本性质、土的本构关系、非饱和土理论、固结理论、流变理论及土与结构的共同作用机理和数值模拟。所进行的学科前沿研究:
(1)土体本构关系:提出椭圆--抛物双屈服面弹塑性模型,在反映土体剪胀性,复杂加荷路径对变形的影响等方面有显著的优越性,被广泛采用。通过真三轴仪试验揭示土体显著的各向异性,研究土体应力应变关系矩阵应具有的性质,为发展土体本构模型理论提出新路子,并进一步改进模型。研制和添置的新的真三轴仪、多功能三轴仪、大型应力路径三轴仪等一批国内领先水平的设备,也为土体变形规律的研究提供了良好的硬件。
(2)土石坝应力变形分析:在中国最早将非线性有限元法应用于土石坝的应力变形分析,开拓了这一研究领域。此后又提出土石坝浸水变形计算新方法、非线性有效应力计算方法、模拟土与结构接触面相互作用的有厚度接触面单元等,系统地发展了土工数值分析理论,正进一步结合二百米以上高土石坝,研究堆石体流变和各向异性对面板堆石坝的影响。
(3)非饱和土理论:从虚位移原理和流量平衡关系推导了比奥固结理论的有限元方程,具有明确的物理意义;正进一步研究非饱和土固结三维计算方法和简化的计算方法。同时采用微观与宏观相结合的方法研究非饱和膨胀土,揭示膨胀土的粒度分布的微观特征与其力学性质之间的关系;研究非饱和膨胀土强度、膨胀力和膨胀变形随含水量及干密度而变化的规律。
2、主要特色:
研究土的基本力学规律,尤其是本构关系,土工数值分析理论,着重于解决重大水利水电工程中的土工问题,包括二、三百米级高土石坝应力变形分析,南水北调工程膨胀土的变形与稳定等。已为许多大型和特大型土石坝作应力变形计算分析,如三峡围堰、小浪底、水布垭、锦屏等土石坝等。为工程决策提供依据,发挥了效益。获国家和部省级奖共9项。在这些领域已在国内形成优势,并有一定的国际影响。
3、可能取得的突破:
揭示土体各向异性特性,提出相应本构模型,用于高面板堆石坝,改进其应力变形计算;提出膨胀土强度和变形水分迁移而变化的计算方法,并应用于南水北调工程;揭示土的微观结构与宏观特性间关系,研究其规律。 土动力学与工程抗震研究室
1、主要研究内容:
主要研究土体动力特性与土的动本构关系、砂土液化理论,地震永久变形理论、抗震减灾措施等,并与实际工程相结合。所进行的学科前沿研究:
(1)地基及土石坝地震永久变形研究。从确定性和随机性两个方面对地震永久变形机理以及在地基、土石坝工程中的应用进行了系统且深入研究,提出一种新的地震永久变形计算方法;引用随机振动理论的虚拟激励法,建立一种土石坝非线性随机反应和动力可靠性分析方法;在随机振动理论基础上,提出地基及土石坝随机地震永久变形方法和危险性分析方法。将以上方法应用于小浪底、瀑布沟等大型水利水电工程抗震分析,成果曾获得过国家科技进步三等奖。
(2)土工结构物动力反应分析及抗震减灾。提出土体二维及三维总应力和有效应力动力反应计算方法,并应用于土坝等构造物的抗震稳定分析。与日本港湾所联合研制了用于地震作用下构造物及地基液化稳定和残余变形解析的大型有限元分析程序。通过1995年日本神户大地震遭受破坏的码头、海堤等构造物进行的有效应力数值模拟,对地震破坏的机理、液化程度的影响、地震残余变形、结构的抗震加固等方面进行了深入的研究。研究成果成功地应用于神户大地震后港工构造物的复旧,发挥了重大的经济效益和社会效益,并获得了日本岩土学术最高奖-地盘工学最佳研究论文奖。
(3)砂土、黄土液化和液化后大变形特性试验研究与分析。对砂土、黄土等材料进行振动三轴和单剪试验,结合现场剪切波速和标贯击数测试结果,建立动剪切模量、液化剪应力、液化势的经验模型。模拟震动液化后引起的地面大变形特性,建立考虑液化后大变形特性的本构模型;结合液化后大变形震害现场调查资料,对所提模型进行验证、修正和完善,并提出用于实际工程的地基液化后大变形数值计算方法。
2、主要特色:
(1)本校是国内最早建成土体动力试验设备并发表研究成果的少数单位之一,拥有目前国际上最先进的进口全自动多功能振动扭剪三轴仪和共振柱三轴仪等设备;
(2)在动力分析理论与动力计算方面具有较强的研究基础;
(3)在地震危险性分析和动力加固地基方面,已形成自己的理论,并有丰富的工程实践经验。科研成果多次应用于小浪底、瀑布沟大坝等重大工程的抗震设计与加固。
3、可能取得的突破:
(1)砂土、黄土液化及液化后大变形机理与地震液化后地面大位移数值分析方法;
(2)考虑随机地震波影响的地震永久变形分析新方法建立;
(3)地震灾害重现、数字减灾技术研究。