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国家自然科学奖(直报)推荐书(2018年度)
上传时间:2018年07月13日      浏览次数:

一、项目基本情况

学科评审组:

土建水

国家奖学科评审组:

工程技术组

项目名称

中文名

土的统一硬化本构理论

英文名

Unified Hardening Constitutive Theory for Soils

主要完成人

姚仰平,孙德安,赵吉东,周安楠,郭宁

主要完成单位

北京航空航天大学、上海大学、香港科技大学

推荐单位(盖章)

北京航空航天大学

主题词

本构理论;统一硬化;变换应力;非饱和土

学科分类

名称

1

土力学

代码

3102010

2

代码

所属科学技术领域

任务来源

D1-国家自然科学基金;

具体计划、基金的名称和编号:(不超过300字)

1、国家自然科学基金,砂土峰值强度后应力应变性状的下加载面临界状态模拟,编号:10272010

2、国家自然科学基金,非饱和土的水分与力学特性和其耦合弹塑性模拟,编号:10572081

3、国家自然科学基金,结构性土的实用临界状态模型,编号:10672010

4、国家自然科学基金,岩土的材料各向异性与K0固结特性的耦合及其本构描述,编号:10872016

5、国家自然科学基金,高膨胀性非饱和土的水力和力学特性耦合及其弹塑性模型,编号:10972130

项目起止时间

起始:

2004年01月01日

完成:2013年 12月31日

2013年 12月31日

教育部科技发展中心制

二、项目简介

高填方机场、高速铁道、核废料处置和高土石坝等重大工程中的变形控制和稳定问题,都与存在多孔、不均匀、不同含水率、各向异性的复杂岩土材料的变形和强度息息相关,需要精准的本构模型进行分析计算。

土的本构模型的核心是硬化规律,即土在外部环境影响下力学特性演化的基本规律。自1963年密度硬化型剑桥(Cam-clay)模型提出以来,国际岩土界对硬化规律的认识和对硬化方程的处理都是对经典Cam-clay模型的修修补补,没有实质性发展。项目组在经历了二十余年的探索后发现:各种土材料统一的硬化规律是“土的硬化由密度和硬化极限两因素联合控制”。这一发现超越了对于土的硬化规律的已有认识。基于新发现的统一硬化规律,提出了可全面合理地描述土的二维硬化、三维硬化和四维硬化(含非饱和土吸力硬化)的统一硬化方程,创建了新一代土的本构模型体系。具体的重要科学发现包括:

(1)二维统一硬化方程。在平均应力与偏应力平面,提出了统一硬化方程,简便而统一地描述了土的剪缩硬化、剪胀硬化和剪胀软化,在此基础上,建立了既能揭示砂土和粘土的共性、又能描述其差异性的统一硬化本构模型,解决了工程中土石混合料的本构计算难题。

(2)三维统一硬化方程。在三维应力空间,提出了广义非线性强度准则,提出了变换应力方法,发展统一硬化方程到三维应力状态。广义非线性强度准则可以统一地描述岩土类材料的摩擦效应、静水压力效应、中主应力效应和各向异性等,通过变换应力方法可以方便地将各种岩土本构模型从二维状态拓展到三维状态。

(3)四维统一硬化方程。在三维应力和吸力构成的四维应力空间,发现了土水特征曲线的密度硬化依存性,提出了新的与硬化相关的土水特征曲线方程,发展统一硬化方程到四维应力状态。建立了考虑水力-力学耦合硬化的非饱和土本构模型,解决了不同应力、吸力和排水边界条件下非饱和土的水力-力学耦合问题。

基于统一硬化方程,还发展了可以考虑土的速率效应、小应变、颗粒破碎、温度效应等内外部因素影响的本构模型,最终形成了新一代本构模型体系。

本项目发现的统一硬化规律具有牢靠的理论基础,开创的本构模型体系充分证明了统一硬化方程具有极强的扩展兼容性和可再发展性。英国皇家工程院院士、美国加州大学伯克利分校Kenichi Soga教授,英国皇家工程院Antoni Gens院士,中科院赖远明院士等做出了“在统一硬化法则研究方面取得了突出进步”等积极评价。该成果2016年获得教育部自然科学一等奖,并被编入郑颖人院士等所著《岩土塑性力学》(共含11页)及其它多本研究生教材。一篇论文获得百篇最具影响国内学术论文。以姚仰平为首席科学家的机场973团队,将统一硬化模型应用到机场高填方设计。该成果还应用于高铁道基、核废料处置和高土石坝等国家重大工程。所提出的蠕变计算方法被编入《湿陷性黄土地区建筑规范》。第一完成人被遴选为第18届黄文熙讲座主讲人。8篇代表性SCI论文均发表在本领域权威国际期刊上,SCI严格他引419次,Scopus严格他引544次。

五、代表性论文专著目录(不超过8篇)

序号

论文专著名称/

刊名/作者

影响因子

年卷页码

(xx年xx卷xx页)

发表时间

年月日

通讯

作者

第一作者

国内作者

SCI他引次数

他引总次数

是否国内完成

1

UH model: three-dimensional unified hardening model for overconsolidated clays/

Geotechnique/Yao YP, Hou W, Zhou AN

2.982

2009年59卷451-469页

2009-06-01

姚仰平

姚仰平

姚仰平、

侯伟、

周安楠

70

94

2

A unified constitutive model for both clay and sand with hardening parameter independent on stress path/

Computers and Geotechnics/Yao YP, Sun DA, Matsuoka H

3.138

2008年35卷210-222页

2008-04-01

姚仰平

姚仰平

姚仰平、

孙德安

48

63

3

Non-isothermal unified hardening model: A thermo-elasto-plastic model for clays/

Geotechnique/Yao YP, Zhou AN

2.982

2013年63卷

1328-1345页

2013-07-18

姚仰平

姚仰平

姚仰平、周安楠

36

41

4

Generalized non-linear strength theory and transformed stress space/

Science in China Series E: Technological Sciences/Yao YP, Lu DC, Zhou AN, Zou B

1.938

2004年47卷691-709页

2004-06-01

姚仰平

姚仰平

姚仰平、路德春、周安楠、邹博

36

49

5

A generalized anisotropic failure criterion for geomaterials/

International Journal of Solids and Structures/Gao Z, Zhao JD, Yao YP

2.566

2010年47卷3166-3185页

2010-08-03

赵吉东

高智伟

高智伟、赵吉东、姚仰平

39

65

6

The signature of shear-induced anisotropy in granular media/

Computers and Geotechnics/Guo N, Zhao JD

3.138

2013年47卷1-15页

2012-08-02

赵吉东

郭宁

郭宁

赵吉东

82

90

7

Collapse behaviour of unsaturated compacted soil with different initial densities/

Canadian Geotechnical Journal/Sun DA, Sheng DC, Xu YF

2.565

2007年44卷673-686页

2007-06-18

孙德安

孙德安

孙德安、徐永福

59

77

8

Elastoplastic modelling of hydraulic and stress-strain behaviour of unsaturated soils/

Mechanics of Materials/Sun DA, Sheng DC, Sloan S

2.697

2007年39卷212-221页

2007-03-01

孙德安

孙德安

孙德安

49

65

合 计

419

544

七、主要完成人情况表

姓 名

姚仰平

性 别

排 名

1

出生年月

1960-05-04

出生地

陕西

民 族

汉族

身份证号

610103196005042839

党 派

中国共产党

国 籍

中国

行政职务

院长

归国人员

归国时间

1999-08-27

工作单位

北京航空航天大学

所在地

北京

办公电话

010-82339071

家庭住址

北京市海淀区逸城东苑13号楼4单元801

住宅电话

通讯地址

北京市海淀区学院路37号北京航空航天大学

邮政编码

100191

电子信箱

ypyao@buaa.edu.cn

移动电话

13641044721

毕业学校

西安理工大学

文化程度

研究生

毕业时间

1995-08-01

技术职称

教授

专业、专长

本构关系研究

最高学位

博士

完成单位

北京航空航天大学

所在地

北京市

单位性质

大专院校

曾获科技奖励情况

2016年教育部自然科学一等奖

参加本项目起止时间

自 2004-01-01 至 2013-12-31

本人对本项目主要学术贡献:(限300字)

作为主要完成人对科学发现(1)、(2)、(3)都有重要贡献。发现了土的统一硬化规律,提出了土的统一硬化方程、广义非线性强度准则作为硬化极限、变换应力方法作为偏平面硬化准则。建立了统一硬化系列本构模型;主要参与引入统一硬化方程来考虑复杂应力条件下的水力-力学耦合硬化特性。

声明

本人严格按照要求,如实提供了本推荐书及相关材料,且不存在任何违反《中华人民共和国保守国家秘密法》和《科学技术保密规定》等有关法律法规的情形,如有不符,本人愿意承担相关后果并接受相应的处理。

本人签名:

年 月 日

姓 名

孙德安

性 别

排 名

2

出生年月

1962-11-02

出生地

浙江

民 族

汉族

身份证号

320106196211020876

党 派

群众

国 籍

中国

行政职务

归国人员

归国时间

2005-12-08

工作单位

上海大学

所在地

上海

办公电话

021-66133698

家庭住址

上海市平型关路1083弄18号801

住宅电话

021-36332284

通讯地址

上海市上大路99号上海大学土木工程系

邮政编码

200444

电子信箱

sundean@shu.edu.cn

移动电话

13671861914

毕业学校

日本名古屋工业大学

文化程度

研究生

毕业时间

1994-03-22

技术职称

教授

专业、专长

本构关系研究

最高学位

博士

完成单位

上海大学

所在地

上海市

单位性质

大专院校

曾获科技奖励情况

2016年教育部自然科学一等奖

参加本项目起止时间

自 2004-01-01 至 2013-12-31

本人对本项目主要学术贡献:(限300字)

作为主要完成人对科学发现(1)、(3)有重要贡献。主要参与提出了土的统一硬化方程和变换应力方法作为偏平面硬化准则。揭示土的硬化对土水特性的影响规律、提出了硬化相关的土水特征曲线方程和复杂应力条件下水力-力学特性耦合的硬化本构模型,以描述吸力和饱和度对于非饱和土水力-力学耦合特性的影响。

声明

本人严格按照要求,如实提供了本推荐书及相关材料,且不存在任何违反《中华人民共和国保守国家秘密法》和《科学技术保密规定》等有关法律法规的情形,如有不符,本人愿意承担相关后果并接受相应的处理。

本人签名:

年 月 日

姓 名

赵吉东

性 别

排 名

3

出生年月

1975-02-17

出生地

河南

民 族

汉族

身份证号

110108197502178911

党 派

中国共产党

国 籍

中国

行政职务

归国人员

归国时间

2008-09-01

工作单位

香港科技大学

所在地

香港

办公电话

852-23588481

家庭住址

香港九龙清水湾香港科技大学高级职员宿舍6座2B单元

住宅电话

通讯地址

香港九龙清水湾香港科技大学土木与环境工程系

邮政编码

电子信箱

jzhao@ust.hk

移动电话

852-66909236

毕业学校

清华大学

文化程度

研究生

毕业时间

2002-07-01

技术职称

副教授

专业、专长

本构关系研究

最高学位

博士

完成单位

香港科技大学

所在地

香港

单位性质

大专院校

曾获科技奖励情况

参加本项目起止时间

自 2008-09-01 至 2013-12-31

本人对本项目主要学术贡献:(限300字)

作为主要完成人对科学发现(2)有重要贡献。提出了考虑岩土材料各向异性的广义非线性强度准则,并研究揭示了岩土材料各向异性的细观演化规律。

声明

本人严格按照要求,如实提供了本推荐书及相关材料,且不存在任何违反《中华人民共和国保守国家秘密法》和《科学技术保密规定》等有关法律法规的情形,如有不符,本人愿意承担相关后果并接受相应的处理。

本人签名:

年 月 日

姓 名

周安楠

性 别

排 名

4

出生年月

1982-12-09

出生地

安徽

民 族

汉族

身份证号

342601198212090219

党 派

群众

国 籍

中国

行政职务

归国人员

归国时间

2015-11-01

工作单位

北京航空航天大学

所在地

北京

办公电话

010-82339071

家庭住址

北京市海淀区学院路37号北京航空航天大学

住宅电话

通讯地址

北京市海淀区学院路37号北京航空航天大学交通科学与工程学院

邮政编码

100191

电子信箱

annan.zhou@buaa.edu.cn

移动电话

15901473013

毕业学校

澳大利亚纽卡斯尔大学

文化程度

研究生

毕业时间

2011-08-19

技术职称

教授

专业、专长

本构关系研究

最高学位

博士

完成单位

北京航空航天大学

所在地

北京

单位性质

大专院校

曾获科技奖励情况

2016年教育部自然科学一等奖

参加本项目起止时间

自 2004-01-01 至 2013-12-31

本人对本项目主要学术贡献:(限300字)

作为主要完成人对科学发现(1)、(2)有重要贡献。主要参与提出了广义非线性强度准则作为硬化极限,并主要参与建立了统一硬化系列模型。

声明

本人严格按照要求,如实提供了本推荐书及相关材料,且不存在任何违反《中华人民共和国保守国家秘密法》和《科学技术保密规定》等有关法律法规的情形,如有不符,本人愿意承担相关后果并接受相应的处理。

本人签名:

年 月 日

姓 名

郭宁

性 别

排 名

5

出生年月

1987-04-06

出生地

江苏

民 族

汉族

身份证号

320682198704064079

党 派

群众

国 籍

中国

行政职务

归国人员

归国时间

2018年5月23日

工作单位

浙江大学

所在地

中国

办公电话

0571-88208775

家庭住址

浙江省杭州市西湖区三墩镇耀江文鼎苑12幢1203室

住宅电话

通讯地址

浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号浙江大学紫金港校区安中大楼B316

邮政编码

310058

电子信箱

nguo@zju.edu.cn

移动电话

17857996022

毕业学校

香港科技大学

文化程度

研究生

毕业时间

2014-08-01

技术职称

研究员

专业、专长

本构关系研究

最高学位

博士

完成单位

香港科技大学

所在地

香港

单位性质

大专院校

曾获科技奖励情况

参加本项目起止时间

自 2010-01-01 至 2013-12-31

本人对本项目主要学术贡献:(限300字)

作为主要完成人对科学发现(2)有重要贡献。参与提出了考虑岩土材料各向异性的广义非线性强度准则,并研究揭示了岩土材料各向异性的细观演化规律。

声明

本人严格按照要求,如实提供了本推荐书及相关材料,且不存在任何违反《中华人民共和国保守国家秘密法》和《科学技术保密规定》等有关法律法规的情形,如有不符,本人愿意承担相关后果并接受相应的处理。

本人签名:

年 月 日

 

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