让构造与土体的接触面不再神秘 - 清华大学消息网

　　项目名称：大型结构与土体接触面力学试验系统研制及应用

　　一日千里的中国工程建设范畴，有太多要害性的技术问题正等候着不断加以探索和解决。在各种工程建设中，我们可以看到无论结构在地面、地下或海上，都依然会波及到结构与土体独特工作问题，接触面的熟习“身影”会显现在各种工程结构与土体制统之中。对张建民和他的团队来说，路还很长，还需要不断探索、探索，再探索。

　　在研制设备的基础上，他们首次准确测定了接触面内土颗粒平移与滚动及接触面特点厚度，并通过大批实验,清华工商培训班，再现了地震等实际加载运行条件下不同土体资料与结构接触面的力学行为。恰是通过这样大量的试验积累和深刻探究，他们揭示了结构与土体接触面的物态演变律、强度律、剪切律、剪胀律和紧缩律等五项基本的本构规律。这还远远不够。为什么会存在这样的规律？张建民和团队持续投入到说明物理机制和建构数学模型的工作中，他们构筑了接触面本构建模型理论框架和三维弹塑性本构模型以及可满意不同精度要求的系列本构模式，在此基础上发明了系列化的接触面数值模拟技术。

　　在张建民看来，这个历时十多年的项目之所以可以持续推动并获得一系列创新成果，主要得益于清华很好的科学研究平台和气氛、无比优秀的研究生群体以及中国工程建设高速发展所提供的难得机会和挑衅。

　　张建民在国内学习时重要的研究方向是岩土工程，而在东京产业大学则倾向于结构工程的研究，这样的复合型常识系统为他着手研究结构与土体接触面力学问题打下了良好的基本。在净水建设工作5年后，张建民回到清华水利系任教，开始了对结构与土体接触面力学问题连续十多年的探索。

　　这个项目培育的5名博士毕业生中，既有目前清华水利系最年青的传授，也有当年的清华优良博士论文失掉者，还有在建设部和中建总公司工作、直接为中国工程建设事业作着贡献的清华学子。从他们读博士的第一天起，就紧紧记住了老师对自己“六个字、一句话”的要求——“六个字”就是襟怀、目光、境界，做学问首先要学会做人，科学工作者应有的襟怀胸襟、眼力、境界甚至比学识和创新能力更重要；“一句话”就是“进门我教你，出门你教我”，以此鼓励学生在本人研究的领域成为走在学科前沿的专家。

　　获奖团队的6位成员中5位都曾是清华水利系本科毕业的直博生，十多年间他们先后一棒接一棒的接力长跑，他们的设备逐渐改造完善。从原始设备的改革，再到二维的，最后到三维的，从枯燥加载到复杂轮回加载，从细粒土到粗粒土、从钢材结构面到混凝土和岩石结构面，从硬性接触面到柔性接触面，从小变形到大变形，不断完善设备的更新进级和完成不同系列的试验成果。他们发明研制的这套以大型为主、大中小型配套的高精度接触面静能源学试验设备弥补了国内外在大型接触面实验技术领域的空缺。国际土力学及岩土工程学会前主席Pinto评价说，他们“成功地完成了一个有原创性的各种结构与土体接触面力学性态测试技术平台。”

　　上世纪90年代，张建民从日本东京工业大学建筑系取得博士学位，进入日本最大的土木建筑团体公司之一——清水建设株式会社的技术研究所担负研究工程师，主要工作任务之一是为解决公司设计部分遇到的各种工程问题提供技术支持，在此过程中他逐步意识到，接触面力学问题是各种结构、特殊是大型结构的变形控制、安全评价和优化设计中急需解决的基础性科学难题和技术挑战。

对于2013年度国家技术发现奖一等奖的话题

科学研究是一种境界

从工程实践中萌发的研究目标

　　“咱们团队研究的问题根本上都来自于工程实践，最后又全体‘返回’到工程实际中去。从实践中来，再到实践中去，是研究工程科知识题的必由之路。对发展中国度从事工程科学研究的人来说，十分主要的是要保持‘需要导向，重点冲破，逾越发展’，才干有所作为，为解决工程实践问题做出力不胜任的奉献。” 张建民说。

服务于各种工程结构设计论证

　　十多年中遇到的艰巨困苦、付出的血汗汗水，张建民视之漠然。他说：“对每位从事科学研究的人，都已经习惯了不断碰到问题、不断解决问题、进而不断探索的过程。我们也并不认为这些问题是如许难以超越的艰苦，遇到问题不断摸索、努力解决就是了。在科研中不断积聚经验和加深认知可以帮我们构成大抵的方向感，一步一步一直有所提高和发明。”

　　作为一个运用实例，在黄河上游两座高面板堆石坝的挤压式边墙技术的论证和优化过程中，张建民团队的研究结果施展了重要作用。挤压式边墙技术有助于进步面板堆石坝的施工进度和施工品质，但也使得大坝的结构更为庞杂，发生了边墙与面板、边墙与垫层料等接触面。张建民团队采取名目研发的测试技术针对这些接触面进行了系统的试验，在此基础上提出了有效的挤压式边墙等效数值模型及算法，一方面，较好地解决了百米量级的堆石坝体和数十厘米量级的挤压式边墙引起的不同标准数值模仿的计算技术困难，显著地提高了盘算精度和效力；另一方面，为合理评估挤压式边墙的平安性供给了科学根据，通过系统的试验及数值模拟剖析，他们还得出了“挤压边墙与混凝土面板之间的接触面内不涂抹乳化沥青前提下面板应力也在工程保险请求范畴之内”的论断并被实际施工采用，明显节俭了工程用度，得到了建设单位的高度评价。

　　无论在城市还是城市，无论你走进地铁、走上堤坝仍是大桥，简直所有的修筑结构都会涉及到土体与结构的“接触面”问题。各类结构材料与其四周土体变形能力的显著差别，会导致结构与土体在其接触面处产生应力集中甚至非持续剪切大变形，所以结构与土体接触面成为控制结构系统安全最关键的部位之一。假如不能明白懂得接触面的特征规律，会直接影响到结构应用的安全性和结构设计的合感性。遗憾的是，因为接触面问题处于结构力学与土力学的接壤地带，多年来国内外鲜少有人对这个问题进行深入的研究，尚缺少对各种接触面力学规律的系统认知和理论描写，而且已有的测试设备往往小而简略，无奈为工程实践提供科学的测试和评价手腕。

历经十余载的探索之路

　　要找到暗藏的迷信法则，需从研制精细有效的测试设备开始。十多年前，张建民跟他的团队开始着手进行接触面力学识题研究时，海内外还没有一台大型接触口试验设备，不现成的试验技巧及研讨教训可以鉴戒。在张建民的领导下，博士生张嘎承担起研制大型二维接触面实验设备的义务。刚开端的时候，师生俩每隔多少天就要探讨一次，对手里仅有的一张概念图纸进行重复修正、斟酌，力争每个部件都最公道、有所翻新。而当概念图基础完美、进入详细设计环节时，他们须要找机械厂进行机械设计和加工。然而找了几个厂家，都感到技术难、危险大而不愿承当。张建民没有废弃，在他的激励下，张嘎手捧一本北京电话黄页，逐个给北京的机械厂打电话讯问。一旦对方表示出必定的才能和动向，他就立刻赶从前探讨配合的可能性。辗转历时一个多月，才终于找到了一家机械厂，进入设备制作的轨道。之后，他又发展了设备的液压体系和把持电路研发等工作。能够说，这台大型二维接触面设备是师生俩一点一点“攒”起来的，固然进程很艰难，但正由于他们主导并参加了设备的每个细节，因而可能联合接触面研究的特色，以较小的本钱研制胜利一台有特点的试验装备。

起源：科技日报 2014-1-11 程曦 王冰冰 宋爽

　　项目先容：结构与土体接触面是各类工程结构设计中的症结基础性难题和安全掌握的单薄环节。该项目研发了大中小型成套接触面力学试验设备、精密测试技术、数值模拟技术和试验成果数据库等四方面的系统成果，提出了由整机真三维接触面加载技术、高精度接触面法向节制技术、接触面位移变形精密量测技术、柔性接触面及多功效测试技术和系列化接触面数值模拟技术等五项技术发明，已应用到高坝、建造、港航、高铁、地铁、海优势电等国内外大型工程及5部设计标准订正，为接触面力学行动的测评提供了基础性技术平台，使接触面力学行为的测评实现了从以往的半经验到科学、合理和精致化技术程度的跨越。

　　经由改造开放30多年的发展，中国的工程建设技术在相称多的领域已经处于国际当先水平，总体上已经到达国际进步水平。工程实践的技术“先行一步”和缺乏科学理论支撑带来的技术难题，为像张建民团队这样的科研工作者提供了发挥聪慧才智的良好机遇和舞台。

让构造与土体的接触面不再神秘

　　在“地质之角”西北侧的一处俭朴的办公室里，我们见到了这片石丛的主要筹建者张建民教学。“地质之角”的建设当然只是他的“副业”，然而正如多年如一日一块一块为这里“添砖加瓦”的过程，张建民和他的团队破费了十多年时光，从设备研制的基础工作做起，在各种结构与土体接触面的试验设备、测试技术、基础实践和工程利用诸方面实现了系列立异，并由此取得2013年度国家技术创造奖一等奖。

　　带着这样的目的，博士生们追随张建民投身高坝、地铁、高层修建基础、港航工程等大型项目标研究和实践，在试验设备研制、测试技术开发、基本规律发现、数学模型构建、试验数据库树立等各环节中切实领会到“求实、求真、求新”的乐趣，感悟科研工作自身的境界。

　　穿过清华大学水利系泥沙实验室的门廊，便步入了一片重叠着款式、材质、色彩各具特色的石块的园林，园中或卧或立的逾百块巨石讲述着地质历史的变迁和演进——这里被称为“地质之角”，也是对学生进行地质专业教导的特色园地，里面的石块是近10年间一一从祖国大江南北搜查搬运过来的。

　　完成人：张建民、张嘎、胡拂晓、侯文峻、冯大阔、张雷

　　以大量试验数据和数学模型为依据，张建民和他的团队清楚说明了土性、结构面板和加载方法等三类十多种主要因素对结构与土体接触面静动力学特性影响的基本规律和物理机制，建破了存在适用价值的接触面力学试验数据库。各种土与结构接触面的力学特性终于不再神秘，有了意识、掌握和评价其变更规律的有效工具和手段。

　　“大型结构与土体接触面力学测试系统研制及应用”项目经专家鉴定总体达到国际领先水平，针对接触面发表的论文总数和援用次数在国内外占显明上风，得到普遍引用和高度评价。除了学术上的创新成果，项目更直接推广应用到公伯峡和马来西亚巴贡等地的高坝、地铁、建筑、桥基、港航、海上风电等国内外大型工程结构设计论证中，其中巴贡水电站是中国在海外已承建的最大装机容量的水电站。它还支撑了五部设计规范尺度的修订，为各种结构与土体共同工作系统的研究和设计提供了基础性测评技术平台，使接触面力学行为的测试和评价实现了从以往的半经验到科学化、合理化、精细化水平的跨越，提高了结构系统静动力设计和变形控制水平，取得了显著的社会和经济效益。

• 蒋南翔留给清华的无尽财产 - 清华大学消息网
• 苹果CEO库克访问清华经济治理学院 - 清华大学消息网
• 清华等6所高校推“自强打算” 寒门学子最多优惠60分 - 清华大学
• 清华法律人论坛暨法学院校友年会召开 - 清华大学消息网
• 清华师生写《四个中国人》 关注非遗传承 - 清华大学消息网
• 治理会计 价值观 的翻新与发展
• 浅谈财务会计与治理会计的差别
• 浅谈古代企业轨制须要树立义务会计