土木基礎(chǔ)設(shè)施減災(zāi)基礎(chǔ)研究進(jìn)展與趨勢(shì)

呂 喆

（鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院）

土木基礎(chǔ)設(shè)施減災(zāi)基礎(chǔ)研究進(jìn)展與趨勢(shì)

呂 喆

（鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院）

在當(dāng)今的土木工程基礎(chǔ)研究中，基礎(chǔ)設(shè)施的減災(zāi)研究是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文從這個(gè)角度出發(fā)，結(jié)合當(dāng)下減災(zāi)基礎(chǔ)研究的理論成果，著重分析其研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)，以期對(duì)這一問題作出有益思考。

土木基礎(chǔ)設(shè)施 減災(zāi)設(shè)施 研究進(jìn)展 趨勢(shì)

當(dāng)前，人類社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來越迅速，經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的災(zāi)害也就越來越受到人們的重視，特別是在大規(guī)模的土木基礎(chǔ)設(shè)施迅猛發(fā)展，使得工程災(zāi)害所帶來的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于以往任何時(shí)候。這里我們所提到的災(zāi)害主要包括兩個(gè)方面：自然災(zāi)害和工程災(zāi)害。自然災(zāi)害主要有：地震、咫風(fēng)、洪水、滑坡、泥石流、燃爆、火災(zāi)等等；工程災(zāi)害主要有：工程在建過程中，工程系統(tǒng)自身會(huì)受到一定的損傷，這些損傷很有可能帶來設(shè)備的失效從而帶來突變的災(zāi)害。另外，越是大型的謳歌釀成活動(dòng)，就越有可能帶來一系列的災(zāi)害隱患，例如邊坡失穩(wěn)、地表塌陷、地基失效等。

針對(duì)這些情況所做的研究不在少數(shù)，國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)研究的資金投入是其中的主要方面，國(guó)家啟動(dòng)相應(yīng)的自然科學(xué)基金，專門設(shè)置相應(yīng)的研究課題，讓基礎(chǔ)研究可以有充分的研究保障。在實(shí)際研究中，需要注意基礎(chǔ)設(shè)施減災(zāi)的研究需要與國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)整體目標(biāo)的緊密結(jié)合，同時(shí)要走出去，不能固步自封，要加強(qiáng)與國(guó)際的合作與學(xué)術(shù)交流。合作中不但可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，還能夠得到國(guó)家資助以外的國(guó)際援助，更加有利于取得積極的進(jìn)展和成果?？梢哉f，對(duì)于土木基礎(chǔ)設(shè)施的減災(zāi)研究是符合當(dāng)下的國(guó)際局勢(shì)，同時(shí)又是緊密跟隨國(guó)家“科教興國(guó)”重大戰(zhàn)略實(shí)施的。

一、土木基礎(chǔ)設(shè)施減災(zāi)研究的進(jìn)展

近年來，土木基礎(chǔ)設(shè)施減災(zāi)研究的進(jìn)展主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（一）工程減災(zāi)基礎(chǔ)理論與城市建設(shè)問題的研究

上面我們提到了國(guó)家自然科學(xué)基金對(duì)于相關(guān)課題的研究，特別是在城市與工程減災(zāi)領(lǐng)域，資助了大量的基礎(chǔ)研究課題。其中最為重點(diǎn)的項(xiàng)目就是城市與工程減災(zāi)基礎(chǔ)研究，這項(xiàng)研究持續(xù)了較長(zhǎng)的時(shí)間，研究結(jié)果頁(yè)比較成熟，可以說比較全面地體現(xiàn)了我國(guó)國(guó)這一領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的進(jìn)展。其研究范圍抓喲包括了全國(guó)二十多所相關(guān)高等院校和科研院所，并在多所城市設(shè)置典型示范研究點(diǎn)，有上百名專家投入其中，是大規(guī)模的課題研究之一。

（二）結(jié)構(gòu)抗展抗風(fēng)振動(dòng)控制問題的研究

相比較于上一個(gè)研究方向的基礎(chǔ)性，結(jié)構(gòu)抗展和抗風(fēng)振動(dòng)研究更加傾向于前沿性和先進(jìn)性，是最近十多年才有的研究成果。當(dāng)然，其成果的取得也離不國(guó)家的相關(guān)資助，具體來講，先后有近四十個(gè)個(gè)面上項(xiàng)目和若干重點(diǎn)項(xiàng)目或重大項(xiàng)目的子課題與此研究密切相關(guān)。研究的內(nèi)容主要涉及到主動(dòng)控制與被動(dòng)控制，混合控制欲半自動(dòng)控制，以及相關(guān)的智能控制等多個(gè)方面的研究。經(jīng)過多年的發(fā)展，這些研究已經(jīng)形成了相當(dāng)大的理論成果，在國(guó)際上也處于領(lǐng)先的地位，表現(xiàn)出對(duì)結(jié)構(gòu)控制有著深人和廣泛的研究。

（三）大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的抗展抗風(fēng)及設(shè)計(jì)理論問題的研究

目前的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越來越向著更高的水平和更加柔性的方向發(fā)展，其中主要包括了超高層建筑、超大跨度橋梁和大跨空間結(jié)構(gòu)等大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與建設(shè)，在其設(shè)計(jì)和建設(shè)之初，就需要將風(fēng)載荷以及地震作用作為重要的控制因素考慮在內(nèi)。因此，針對(duì)這一問題的相關(guān)科學(xué)問題及新的設(shè)計(jì)理論等研究，比以往任何時(shí)候都受到行業(yè)內(nèi)和學(xué)者的關(guān)注。研究的典型代表主要有：國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的關(guān)鍵科學(xué)問題及設(shè)計(jì)理論研究”，這項(xiàng)重大項(xiàng)目的研究主持人來自于同濟(jì)大學(xué)項(xiàng)海帆院士和哈爾濱建筑大學(xué)王光遠(yuǎn)院士。

除此之外，有關(guān)這個(gè)領(lǐng)域的研究還主要有：復(fù)雜環(huán)境下海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容的研究，海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)可靠度與壽命評(píng)估的研究等。

二、土木基礎(chǔ)設(shè)施減災(zāi)研究的趨勢(shì)

國(guó)家自然科學(xué)基金在進(jìn)行“十五”優(yōu)先資助領(lǐng)域的遴選時(shí)，特別為了推動(dòng)學(xué)科交叉和，召開了關(guān)于“重大工程災(zāi)害與防治”前沿主體科學(xué)研討會(huì)。多名來自各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域的專家參與了這次的研討會(huì)，學(xué)科包括了土木、水利、礦業(yè)、材料、力學(xué)、地球科學(xué)、信息等方方面面。經(jīng)過研討會(huì)的討論，基本上確立了“重大工程災(zāi)害與防治”這個(gè)主要選題。在國(guó)家自然科學(xué)基金在進(jìn)行項(xiàng)目投資時(shí)，會(huì)優(yōu)先對(duì)這一領(lǐng)域下的項(xiàng)目投資。這個(gè)成果一方面確定了對(duì)工程減災(zāi)與防治的這個(gè)領(lǐng)域的重視程度，另一方面也體現(xiàn)出土木基礎(chǔ)設(shè)施減災(zāi)基礎(chǔ)研究的發(fā)展前沿和發(fā)展趨勢(shì)。

（一）大型結(jié)構(gòu)工程防災(zāi)設(shè)施的控制與研究

大型結(jié)構(gòu)工程防災(zāi)設(shè)施的控制欲研究是首要的發(fā)展趨勢(shì)，關(guān)于這個(gè)方面的性態(tài)設(shè)計(jì)、控制和優(yōu)化的理論和方法主要有以下幾個(gè)方面：

1、工程的災(zāi)害場(chǎng)，以及其形成動(dòng)力，并針對(duì)具體的災(zāi)害，例如地震和風(fēng)災(zāi)德國(guó)，著重分析其危險(xiǎn)性、空間分布場(chǎng)，以及這些問題對(duì)工程系統(tǒng)的動(dòng)力作用。通過對(duì)這些基本的災(zāi)害的分析，為其他的復(fù)雜的、綜合性的災(zāi)害提供一定程度的研究模型。

2、大型工程結(jié)構(gòu)中，關(guān)于非線性災(zāi)害的研究，著重于采用模擬試驗(yàn)的方法，研究非線性災(zāi)害對(duì)于建筑、橋梁、水工、海工等方面的影響。一般情況下的非線性災(zāi)害與極端條件下的動(dòng)力動(dòng)力失效、破壞和倒塌機(jī)理是不同的。因而對(duì)其研究也就需要從多方面入手，包括有對(duì)于大型結(jié)構(gòu)及與周邊介質(zhì)相互作用的材料，并結(jié)合這些方面分析其計(jì)算理論，研究出新型的、高效的抗災(zāi)體系。

（二）環(huán)境損傷的防治與巖土環(huán)境的控制與研究

土木工程的設(shè)計(jì)與施工中，針對(duì)巖土環(huán)境的研究不可避免，尤其是對(duì)于巖土體介質(zhì)的多相、非均質(zhì)、各向異性研究至關(guān)重要。這些研究關(guān)系到具體的工程施工以及大規(guī)模地下開挖工程，這些施工所帶來的可能性環(huán)境損傷和誘變?yōu)暮?duì)于防災(zāi)減災(zāi)方法和新技術(shù)研究起到基礎(chǔ)性的作用。

1、固體、氣體、液體多相介質(zhì)藕合作用與災(zāi)變動(dòng)力學(xué)研究、天然條件下巖體孔隙裂隙介質(zhì)中液氣多相流的禍合作用下等。

2、對(duì)于大型大采深挖條件下形成的巖體動(dòng)力學(xué)特征，以及這些特征與圍巖變形破壞、頂板災(zāi)害、瓦斯突出、巖爆的關(guān)系。

（三）重大工程的災(zāi)害診斷

面對(duì)可能存在的災(zāi)害進(jìn)行相應(yīng)的診斷，從而總結(jié)出其演化規(guī)律，并針對(duì)這些規(guī)律研究相應(yīng)的檢測(cè)與防治技術(shù)。

1、對(duì)于大型工程來講，其工程損傷的積累不可避免，受損結(jié)構(gòu)隨機(jī)建模與分析對(duì)于災(zāi)變的檢測(cè)和防治技術(shù)來講是前提條件。

2、大型工程的家尼康診斷研究需要與受損結(jié)構(gòu)的健康診斷與性態(tài)分析結(jié)合起來。

（四）數(shù)字化的防災(zāi)減災(zāi)體系

土木工程的防災(zāi)減災(zāi)系統(tǒng)需要適應(yīng)現(xiàn)代化的工程設(shè)計(jì)理念，需要利用現(xiàn)代化的手段，采用數(shù)字模擬和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合的方式，形成數(shù)字化的防災(zāi)減災(zāi)體系。

1、劃分不同的災(zāi)害種類和災(zāi)害級(jí)別，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，運(yùn)用先進(jìn)的多媒體數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。

2、采用災(zāi)害試驗(yàn)過程模擬、仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的集成技術(shù)等多種方式進(jìn)行研究。

結(jié)語(yǔ)：

土木基礎(chǔ)設(shè)施的減災(zāi)工作是涉及到多種學(xué)科、多個(gè)領(lǐng)域的跨學(xué)科的、綜合性的研究領(lǐng)域，主要有土木與防災(zāi)等工程學(xué)科，以及材料、信息、地學(xué)等自然科學(xué)，

其中基礎(chǔ)設(shè)施的減災(zāi)研究是至關(guān)重要的。本文從這個(gè)角度出發(fā)，結(jié)合當(dāng)下減災(zāi)基礎(chǔ)研究的理論成果，著重分析了其研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)，關(guān)于這個(gè)領(lǐng)域的分析還有很多內(nèi)容需要相關(guān)人員共同努力。

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1007-6344（2015）04-0340-01