基于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的近20年國(guó)內(nèi)非飽和土研究綜合分析

汪 青,陳光富,張國(guó)棟,劉藝梁

(1.三峽大學(xué)情報(bào)科學(xué)技術(shù)研究所,湖北宜昌 443002； 2.三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(三峽大學(xué)),湖北宜昌 443002； 3.長(zhǎng)江三峽滑坡國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站,湖北宜昌 443002)

引言

包承綱等[1]指出： “世界上大部分國(guó)家(地區(qū))都曾經(jīng)或現(xiàn)正在遭遇非飽和特殊土帶來(lái)的工程危害”。非飽和土在自然界中廣泛存在,其特性研究在實(shí)際工程中的應(yīng)用前景廣闊。我國(guó)處于高速發(fā)展時(shí)期,建設(shè)工程中遇到的非飽和土問(wèn)題屢見(jiàn)不鮮,很多學(xué)者孜孜不倦地植根理論、實(shí)驗(yàn)或工程實(shí)際探索非飽和土的復(fù)雜特性。近20多年,計(jì)算機(jī)等技術(shù)的發(fā)展,土力學(xué)、熱力學(xué)及土壤物理學(xué)等學(xué)科的融合,促使科學(xué)研究手段不斷更新,越來(lái)越多的新技術(shù)和新方法引入到非飽和土研究領(lǐng)域,使得我國(guó)非飽和土領(lǐng)域研究異常活躍,科研成果顯著。然而研究成果數(shù)量的劇增,導(dǎo)致對(duì)信息的有效提取、組織等逐漸成為一道難題。通常,研究領(lǐng)域知識(shí)結(jié)構(gòu)梳理一般由該領(lǐng)域內(nèi)權(quán)威專家進(jìn)行,這種專家性梳理會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間精力且可能帶有較強(qiáng)主觀偏見(jiàn)性。本文嘗試結(jié)合文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)理論和借助知識(shí)可視化研究方法,開(kāi)展此梳理工作。

文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)以文獻(xiàn)集為研究對(duì)象,采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的計(jì)量方法,通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)知識(shí)單元的情報(bào)分析,來(lái)評(píng)價(jià)某學(xué)科領(lǐng)域研究發(fā)展現(xiàn)狀及水平[2]。知識(shí)可視化指對(duì)知識(shí)單元進(jìn)行圖像化描述,其中主要方式之一為知識(shí)圖譜,它具有清晰、直觀展示研究領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)該理論和方法被廣泛應(yīng)用于圖書(shū)情報(bào)與檔案管理、管理科學(xué)與工程等領(lǐng)域,并正在向工程技術(shù)領(lǐng)域擴(kuò)散[3]。如朱記偉等[4]利用可視化工具CiteSpace軟件,梳理2008年～2016年間發(fā)表的國(guó)內(nèi)外建筑信息模型文獻(xiàn)；陳薈竹等[5]、譚清月等[6]基于CiteSpace軟件分別對(duì)泥石流災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究領(lǐng)域、我國(guó)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)領(lǐng)域近30年來(lái)的研究動(dòng)態(tài)進(jìn)行了綜合分析。

本文試圖采用該方法和理論,結(jié)合CiteSpace信息可視化和知識(shí)圖譜等技術(shù),充分挖掘和描繪非飽和土研究領(lǐng)域的知識(shí)單元(期刊、作者、機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞)間相關(guān)關(guān)系,梳理、分析近20年國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)非飽和土研究現(xiàn)狀,為科研人員開(kāi)展相關(guān)研究工作提供參考。

1 數(shù)據(jù)和工具介紹

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究的數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)知網(wǎng)(CNKI)期刊庫(kù)和博碩士論文庫(kù),此兩類型數(shù)據(jù)可以較準(zhǔn)確地反映某一學(xué)科的研究成果和前沿。在高級(jí)檢索頁(yè)面,期刊來(lái)源類別選擇核心期刊,發(fā)表年限為1998年至今,檢索字段選擇“主題”,檢索詞為“非飽和土”,進(jìn)行精確檢索。對(duì)目錄、會(huì)議、訪談、征稿通知等無(wú)效數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選后,剩余期刊論文1 140條,博碩論文425條,共獲取1 565條有效數(shù)據(jù)。檢索時(shí)間為2018年7月25日。

1.2 分析工具

采用的軟件為信息計(jì)量及可視化工具CiteSpace和文獻(xiàn)管理軟件NoteExpress。NoteExpress具有統(tǒng)計(jì)功能,主要用于期刊頻次統(tǒng)計(jì)。CiteSpace為計(jì)量和分析科學(xué)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的信息可視化軟件,是美國(guó)Drexel大學(xué)陳超美教授基于知識(shí)單元離散與重組、社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析的結(jié)構(gòu)洞等理論開(kāi)發(fā)[7]。其易于捕獲文獻(xiàn)知識(shí)單元(如作者、機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞、引文等)間共現(xiàn)矩陣,并以可視化圖像直觀地展現(xiàn)出來(lái),增強(qiáng)人們對(duì)抽象信息的認(rèn)知,進(jìn)而了解研究領(lǐng)域在一定時(shí)期的研究主題與動(dòng)向。

1.3 數(shù)據(jù)處理

從CNKI導(dǎo)出refworks文獻(xiàn)格式,在軟件CiteSpace5.1. R8中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集格式轉(zhuǎn)化和導(dǎo)入分析。參數(shù)設(shè)置中,研究時(shí)長(zhǎng)跨度為20年即1998年～2018年,每2年為一時(shí)間分區(qū)；按分析需求,節(jié)點(diǎn)類型分別選擇Author(作者)、institution(機(jī)構(gòu))、keyword(關(guān)鍵詞),再調(diào)諧共現(xiàn)次數(shù)閥值、顯示頻次閥值等參數(shù),生成相應(yīng)的作者合作圖譜、機(jī)構(gòu)合作圖譜和關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜。先期試運(yùn)行,完成刪除無(wú)具體含義(如土力學(xué)等)的節(jié)點(diǎn)、合并含義相近(如飽和度與含水率等)節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵詞等進(jìn)一步數(shù)據(jù)清洗。

在最終生成的圖譜中,每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表相應(yīng)作者/機(jī)構(gòu)/關(guān)鍵詞,節(jié)點(diǎn)大小反映節(jié)點(diǎn)頻次多少,節(jié)點(diǎn)采用的是“引文年輪”的表現(xiàn)方式,時(shí)間結(jié)構(gòu)則通過(guò)節(jié)點(diǎn)年輪體現(xiàn),年代越近色調(diào)越暖,一個(gè)年輪厚度和相應(yīng)時(shí)間分區(qū)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)頻次成正比。高中介中心性節(jié)點(diǎn)為紫環(huán)外環(huán),且中介中心性越高,代表該節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中處于樞紐中心位置,影響其他節(jié)點(diǎn)信息傳遞。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的重要性由頻次大小、中介中心性高低等指標(biāo)綜合決定。

2 “非飽和土”領(lǐng)域文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析

2.1 文獻(xiàn)產(chǎn)出時(shí)間分布

研究領(lǐng)域的文獻(xiàn)數(shù)量變化情況是衡量研究進(jìn)展的重要指標(biāo)。以年份為橫坐標(biāo),發(fā)文量為縱坐標(biāo),基于搜集整理的知網(wǎng)數(shù)據(jù)集,直觀呈現(xiàn)國(guó)內(nèi)非飽和土研究發(fā)文量隨年代變化趨勢(shì)。由圖1文獻(xiàn)的年份分布情況可見(jiàn),國(guó)內(nèi)以“非飽和土”為主題的研究文獻(xiàn)始于1965年,俞培基等[8]在《水利學(xué)報(bào)》發(fā)表的論文“非飽和土的水-氣形態(tài)及其與力學(xué)性質(zhì)的關(guān)系”根據(jù)土中的孔隙水-氣形態(tài),把非飽和土歸納為3種基本系統(tǒng),并通過(guò)試驗(yàn)給出了相鄰兩系統(tǒng)之間的臨界飽和度約值,開(kāi)啟了我國(guó)非飽和土研究的歷程。但隨后幾十年相關(guān)研究的數(shù)量一直很少,人們的研究重點(diǎn)仍是飽和土和干土。直至1992年,我國(guó)第一次非飽和土理論與實(shí)踐學(xué)術(shù)研討會(huì)于當(dāng)年3月在北京召開(kāi)之后,關(guān)于非飽和土的研究逐年大幅度增加,尤其是2000年以后(此時(shí)國(guó)際非飽和土?xí)h已連續(xù)召開(kāi)兩屆),國(guó)內(nèi)關(guān)于非飽和土的研究呈現(xiàn)高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。2001年后知網(wǎng)博碩士論文庫(kù)開(kāi)始出現(xiàn)非飽和土領(lǐng)域論文,來(lái)自西安理工大學(xué)、四川大學(xué)等高校。2007年之后總發(fā)文量整體呈波動(dòng)增長(zhǎng),但該領(lǐng)域的研究產(chǎn)出成果每年仍處于較高位運(yùn)行時(shí)期,并在2017年達(dá)到頂峰(由于此次研究論文數(shù)據(jù)收集時(shí)間為2018年07月25日,因此,關(guān)于2018年的數(shù)據(jù)并不完整)。整個(gè)研究歷程表明我國(guó)學(xué)者對(duì)于非飽和土領(lǐng)域的關(guān)注度在不斷上升。本文確定本次研究的文獻(xiàn)時(shí)間區(qū)間為1998年～2018年,篩選核心期刊文獻(xiàn)基本能夠代表我國(guó)這一領(lǐng)域的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀,對(duì)該領(lǐng)域研究成果進(jìn)行梳理，可以對(duì)非飽和土領(lǐng)域的進(jìn)一步深入探討與研究提供參考,具有現(xiàn)實(shí)意義。

圖1 非飽和土領(lǐng)域年文獻(xiàn)量

2.2 載文期刊分析

借助NoteExpress文獻(xiàn)管理軟件對(duì)篩選的1 140篇核心期刊成果進(jìn)行期刊文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析。1 140篇期刊文獻(xiàn)發(fā)表在169種期刊上。表1為近20年來(lái)我國(guó)非飽和土領(lǐng)域載文數(shù)量前8位期刊,該類期刊對(duì)“非飽和土”主題論文成果接受率相對(duì)較高,且刊載了近20年非飽和土領(lǐng)域一半的成果,說(shuō)明非飽和領(lǐng)域發(fā)文期刊比較集中。其中前4名期刊《巖土力學(xué)》(236篇)、《巖土工程學(xué)報(bào)》(154篇)、《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》(62篇)、《水利學(xué)報(bào)》(30篇),均為EI來(lái)源期刊,可見(jiàn)非飽和土領(lǐng)域的相關(guān)論文成果總體質(zhì)量較高。

表1 我國(guó)非飽和土領(lǐng)域載文數(shù)量前8位期刊

注明：核心期刊指(北京大學(xué)《中文核心期刊要目總覽》2014年版,CSCD指2017年～2018年版,EI指2018年5月最新版,檢索時(shí)間為2018年7月25日。

2.3 作者分析

2.3.1 高影響力作者

通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),1 140篇核心期刊論文在知網(wǎng)中累計(jì)被引頻次為22 187次。合并同名第一作者,1 140篇期刊文獻(xiàn)第一作者共569人,第一作者平均被引頻次38.9次,被引中位數(shù)為12次。按“被引頻次”進(jìn)行排序,列出被引頻次200次及以上高被引作者。如表2所示。被引頻次200次及以上高被引作者的累計(jì)被引頻次為8 669次,占總被引頻次的39.1%,可以判斷他們是我國(guó)非飽和土領(lǐng)域的高影響力作者,其研究成果對(duì)我國(guó)的非飽和土研究產(chǎn)生了廣泛且持續(xù)的影響。

表2 近20年非飽和土領(lǐng)域第一作者被引頻次統(tǒng)計(jì)(被引頻次200次及以上)

2.3.2 作者合作分析

作者共現(xiàn)分析能夠展現(xiàn)出研究領(lǐng)域的作者學(xué)術(shù)場(chǎng)和作者活躍度[9]。應(yīng)用CiteSpace對(duì)上述1140條文獻(xiàn)記錄進(jìn)行作者共現(xiàn)分析(CiteSpace統(tǒng)計(jì)方法不分論文作者排名,只統(tǒng)計(jì)出現(xiàn)頻次和共現(xiàn)關(guān)系)。從圖2可知：①作者分布。經(jīng)過(guò)CiteSpace的節(jié)點(diǎn)閥值設(shè)置,圖2顯示的節(jié)點(diǎn)為發(fā)文8篇以上作者,顯示了非飽和土領(lǐng)域主要作者群,具體高產(chǎn)作者見(jiàn)表3；②學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)。在作者自然聚類中,可見(jiàn)幾個(gè)明顯聚類即學(xué)術(shù)合作團(tuán)隊(duì),如陳正漢團(tuán)隊(duì)、趙成剛團(tuán)隊(duì)、孫德安團(tuán)隊(duì)、韋昌富團(tuán)隊(duì)、劉奉銀團(tuán)隊(duì)、欒茂田團(tuán)隊(duì)、趙均海團(tuán)隊(duì)(排名不分先后)等,他們對(duì)近20年非飽和土領(lǐng)域論文數(shù)量貢獻(xiàn)顯著；③作者活躍度。通過(guò)節(jié)點(diǎn)顏色結(jié)構(gòu)和節(jié)點(diǎn)連線顏色可判斷節(jié)點(diǎn)作者活躍度,如圖2中欒茂田、徐永福、殷宗澤等作者節(jié)點(diǎn)及其相關(guān)連線都為冷色系表示其不再活躍,他們的成果主要形成在2013年之前。結(jié)合上述表2高被引作者可知他們?cè)谠缙跒榉秋柡屯晾碚摵凸こ虘?yīng)用研究做出了較大貢獻(xiàn)；趙均海、張常光等作者節(jié)點(diǎn)成果主要形成在中后期2010年之后；陳正漢、趙成剛、孫德安、韋昌富等作者節(jié)點(diǎn)在非飽和土領(lǐng)域各個(gè)時(shí)段斷均有論文,研究的持續(xù)性較好。③樞紐節(jié)點(diǎn)作者。中介中心性較大(不小于0.1)的紫環(huán)節(jié)點(diǎn)為孫德安、徐永福等作者,從信息傳輸角度來(lái)看,這些作者對(duì)作者合作網(wǎng)絡(luò)傳輸影響較高。

圖2 非飽和土領(lǐng)域近20年作者合作知識(shí)圖譜

表3 1998年～2018年非飽和土領(lǐng)域發(fā)文頻次前12位作者

2.4 機(jī)構(gòu)分析

圖3 1998年～2018年非飽和土領(lǐng)域機(jī)構(gòu)合作圖譜

CiteSpace生成的機(jī)構(gòu)合作圖譜,用以展示國(guó)內(nèi)非飽和土領(lǐng)域各機(jī)構(gòu)之間的合作情況和研究實(shí)力。篩選整理將該研究領(lǐng)域的二級(jí)機(jī)構(gòu)合并到所在一級(jí)機(jī)構(gòu),調(diào)諧至顯示發(fā)文頻次18次以上機(jī)構(gòu)節(jié)點(diǎn),生成的機(jī)構(gòu)合作圖譜見(jiàn)圖3,發(fā)文頻次和中介中心性較高的機(jī)構(gòu)見(jiàn)表4。圖3和表4顯示高頻機(jī)構(gòu)節(jié)點(diǎn)大多為紫環(huán)節(jié)點(diǎn)(中介中心性不小于0.1的節(jié)點(diǎn)),表明產(chǎn)量較高機(jī)構(gòu)間相互合作緊密,影響著整個(gè)非飽和土研究領(lǐng)域的信息傳遞,它們相互形成一個(gè)集中、暢通的學(xué)術(shù)合作交流場(chǎng),在我國(guó)非飽和土研究領(lǐng)域具有權(quán)威和引領(lǐng)作用。如圖3中的中國(guó)科學(xué)院體系龐大,下屬研究所眾多,它廣泛關(guān)注了非飽和土領(lǐng)域的科學(xué)問(wèn)題,成果豐富,實(shí)力強(qiáng)勁。且通過(guò)其節(jié)點(diǎn)連線數(shù)量和強(qiáng)度可知,與它合作超過(guò)2次的連線機(jī)構(gòu)有21所,其中合作較多機(jī)構(gòu)有大連理工大學(xué)(8次)、華北水利水電大學(xué)(6次)、北京交通大學(xué)(6次)等；北京交通大學(xué)該領(lǐng)域成果數(shù)量居第二位,與他合作超過(guò)2次的連線機(jī)構(gòu)有8所,其中合作較多的機(jī)構(gòu)桂林理工大學(xué)(9次)、中國(guó)科學(xué)院(6次)等。

表4 1998年～2018年非飽和土領(lǐng)域發(fā)文頻次和中介中心性較高機(jī)構(gòu)

3 “非飽和土”領(lǐng)域研究主題分析

根據(jù)情報(bào)學(xué)中的齊夫最省力原則可知,關(guān)鍵詞是文章研究主題的濃縮,關(guān)鍵詞的頻次分布和詞間共現(xiàn)關(guān)系能反映該學(xué)科總體研究?jī)?nèi)容的結(jié)構(gòu)特征及發(fā)展方向[10]。為了可視化近20年非飽和土領(lǐng)域研究?jī)?nèi)容特征、研究主題分布及研究熱點(diǎn)等問(wèn)題。在CiteSpace中將節(jié)點(diǎn)類型設(shè)為關(guān)鍵詞,以Top50為閾值,運(yùn)行并調(diào)諧至顯示發(fā)文頻次6次以上的關(guān)鍵詞(圖4),節(jié)點(diǎn)數(shù)量259個(gè),連線數(shù)量822條。其中節(jié)點(diǎn)“基質(zhì)吸力”頻次最高,近20年出現(xiàn)頻次近190次,且中介中心性最大,是因?yàn)榛|(zhì)吸力是影響非飽和土特性的關(guān)鍵因素,有關(guān)非飽和土的研究基本都緊密地依賴于基質(zhì)吸力而展開(kāi)[11]。圖4通過(guò)1 140篇核心期刊論文集的關(guān)鍵詞(6次以上)共現(xiàn)聚類大致形成4個(gè)既相對(duì)獨(dú)立又互相關(guān)聯(lián)的聚類圈,基本代表了過(guò)去20年間該領(lǐng)域的熱點(diǎn)主題,本文將其簡(jiǎn)化歸類為4個(gè)研究主題： “土水特征曲線研究”、“強(qiáng)度特性研究”、“本構(gòu)模型研究”及“工程應(yīng)用研究”。

3.1 土水特征曲線研究

圖4中土水特征曲線相關(guān)聚類中高中介中心性及高頻關(guān)鍵詞為土水特征曲線、吸力、飽和度(含水率、含水量等關(guān)鍵詞的合并)等。高頻關(guān)鍵詞基本反映了土水特征曲線關(guān)注的主要內(nèi)容即土水特征曲線的繪制、總吸力或基質(zhì)吸力的測(cè)量、土水特征曲線的滯回等問(wèn)題。其中“吸力”和“基質(zhì)吸力”中介中心性很高,可見(jiàn)吸力變化的復(fù)雜性和測(cè)試難度是非飽和土領(lǐng)域研究的難點(diǎn)和關(guān)鍵,近20年許多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量研究[12-14]。如改進(jìn)測(cè)量?jī)x器或方法,針對(duì)具有不同影響因素(礦物成分、孔隙結(jié)構(gòu)、應(yīng)力路徑、應(yīng)力狀態(tài)等)的土體進(jìn)行土水特征曲線測(cè)試對(duì)比試驗(yàn),如劉艷華等[15]對(duì)土水特征曲線的性質(zhì)和影響因素進(jìn)行了定性分析,在分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行一些對(duì)比試驗(yàn)；汪東林等[16]采用常規(guī)壓力板儀和GDS非飽和土三軸儀等對(duì)重塑非飽和黏土的土水特征曲線及其影響因素的研究；章峻豪等[17]探討應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力路徑對(duì)非飽和土廣義土水特征曲線的影響；李順群等[18]探究了軸平移技術(shù)對(duì)土水特征曲線試驗(yàn)誤差的影響。土水特征曲線數(shù)學(xué)模型研究中如徐永福等[19]提出了土水特征曲線的分形模型、戚國(guó)慶等[20]提出多項(xiàng)式冪函數(shù)模型；陳輝等[21]建立了一個(gè)能描述不考慮土骨架變形的土水特征曲線動(dòng)態(tài)模型。這一系列模型理論的建立,對(duì)探索改進(jìn)土水特征曲線的數(shù)學(xué)模型有一定指導(dǎo)意義。近年,土水滯回特性相關(guān)研究也取得了顯著的進(jìn)展。劉艷等[22]以熱力學(xué)為基礎(chǔ),利用邊界面理論建立了土水特征曲線的滯后模型；黎澄生等[23]借鑒非飽和滲流統(tǒng)計(jì)模型,建立了滯后模型。

圖4 1998年～2018年非飽和土領(lǐng)域關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

非飽和土土水特征曲線的深入研究豐富了非飽和土強(qiáng)度的計(jì)算方法,對(duì)預(yù)測(cè)非飽和土的工程力學(xué)性質(zhì)有重要意義,一直是非飽和土領(lǐng)域重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容之一。鑒于現(xiàn)行土水特征曲線測(cè)試費(fèi)時(shí)昂貴、使用條件苛刻,土水特征曲線測(cè)試新方法、新儀器及模擬模型開(kāi)發(fā)亟待深入研究。

3.2 強(qiáng)度特性研究

對(duì)非飽和土的強(qiáng)度特性研究,相關(guān)高頻關(guān)鍵詞為：基質(zhì)吸力、抗剪強(qiáng)度、吸力、三軸實(shí)驗(yàn)、有效應(yīng)力、干密度等,涉及的研究?jī)?nèi)容為強(qiáng)度特性理論研究、試驗(yàn)儀器方法研究等。非飽和土強(qiáng)度理論的研究是非飽和土力學(xué)的核心問(wèn)題。在理論研究方面,徐永福等[24]提出非飽和土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的概念,從膨脹土的結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)出結(jié)構(gòu)強(qiáng)度公式；盧肇鈞[25]綜合論述了應(yīng)力、應(yīng)變和加荷速率對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響,吸力和膨脹力與吸附強(qiáng)度的關(guān)系等抗剪強(qiáng)度研究中的重要問(wèn)題；黃義等[26]考慮土孔隙內(nèi)收縮膜對(duì)剪切強(qiáng)度的影響,得出了非飽和土的土水特征曲線方程和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度公式；張常光等[27]考慮基質(zhì)吸力的不同分布,得到非飽和土主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力統(tǒng)一解,導(dǎo)出一種新的非飽和土強(qiáng)度公式；傅鑫暉等[28]對(duì)非飽和紅黏土的強(qiáng)度特性進(jìn)行研究,探討了其隨含水率變化的影響機(jī)制；陳正漢[29]給出了各向異性多孔介質(zhì)的有效應(yīng)力理論公式等。在實(shí)驗(yàn)方法上,國(guó)內(nèi)一些學(xué)者針對(duì)不同種類土(如非飽和原狀黃土、膨脹土、非飽和粉質(zhì)黏土)、控制含水率等不同因素等,改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器和方法,對(duì)抗剪強(qiáng)度特性展開(kāi)了大量試驗(yàn)研究。如楊慶等[30]進(jìn)行了大量的膨脹力試驗(yàn)和抗剪強(qiáng)度試驗(yàn),以確定膨脹土的膨脹力與吸附強(qiáng)度的相關(guān)關(guān)系；申春妮等[31]控制含水率、干密度、吸力進(jìn)行了一系列的直剪試驗(yàn),研究了重塑非飽和土的抗剪強(qiáng)度特性；邵玉嫻等[32]在室內(nèi)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,研究了溫度對(duì)南京地區(qū)非飽和下蜀土重塑土抗剪強(qiáng)度的影響。改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器的如：蔡國(guó)慶等[33]基于對(duì)非飽和土靜三軸儀進(jìn)行改造,研制了一種溫控非飽和土三軸試驗(yàn)裝置；李劍等[34]為研究溫度對(duì)非飽和土水力、力學(xué)和聲學(xué)性質(zhì)的影響,自主研發(fā)一套帶有彎曲元和精密體變量測(cè)的溫控式三軸儀；付宏淵等[35]介紹了多種國(guó)內(nèi)外非飽和土強(qiáng)度測(cè)試的新方法和儀器,如新型彈性波測(cè)試儀配合普通非飽和三軸儀測(cè)得土體彈性波速變化規(guī)律等。

目前,非飽和土抗剪強(qiáng)度多是基于土水特征曲線進(jìn)行計(jì)算,如何根據(jù)土的類型、結(jié)構(gòu)、含水狀態(tài)、應(yīng)力狀態(tài)等因素準(zhǔn)確確定土水特征曲線和抗剪強(qiáng)度計(jì)算參數(shù)需深入研究?！皽亍钡耐了卣髑€顯示：同一基質(zhì)吸力對(duì)應(yīng)著兩個(gè)不同的含水量；同一含水量對(duì)應(yīng)著兩個(gè)不同的基質(zhì)吸力,因而對(duì)應(yīng)著兩個(gè)不同的抗剪強(qiáng)度。這兩個(gè)抗剪強(qiáng)度值差別有多大、怎么取算,需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)一步探討。

3.3 本構(gòu)模型研究

圖4通過(guò)聚類發(fā)現(xiàn)該類研究主題的高頻關(guān)鍵詞有：本構(gòu)模型、基質(zhì)吸力、抗剪強(qiáng)度、飽和度、溫度效應(yīng)、數(shù)值模擬、有效應(yīng)力、微觀結(jié)構(gòu)等。土體本構(gòu)關(guān)系是數(shù)值模擬的基礎(chǔ),考慮不同因素(基質(zhì)吸力、飽和度、溫度等)可以建立不同的本構(gòu)模型。沈珠江[36]把損傷力學(xué)應(yīng)用于土體,提出了彈塑性損傷模型、雙屈服面損傷模型、非線性損傷力學(xué)模型等。陳正漢等[37]建立土的非線性固結(jié)模型和彈塑性固結(jié)模型。武文華等[38]建立非飽和土的熱-水力-力學(xué)本構(gòu)模型,模型中特別考慮了溫度對(duì)于非飽和土的水力-力學(xué)性質(zhì)的影響。殷宗澤等[39]認(rèn)為非飽和土本構(gòu)關(guān)系研究應(yīng)從兩方面深入：一是建立應(yīng)力-應(yīng)變-吸力關(guān)系；二是建立應(yīng)力-飽和度-應(yīng)變關(guān)系。金旭等[40]在復(fù)合體損傷理論的基礎(chǔ)上,得出了適用于非飽和原狀土的彈塑性損傷本構(gòu)模型。劉艷等[41]基于連續(xù)介質(zhì)土力學(xué)的本構(gòu)模型框架,考慮氣相壓力變化對(duì)土體變形的影響,建立了三軸應(yīng)力狀態(tài)下的非飽和土本構(gòu)模型。蔡國(guó)慶等[42-43]在已有的非飽和土水-力耦合模型基礎(chǔ)上,建立考慮溫度影響的熱-水-力耦合作用下非飽和土彈塑性本構(gòu)模型,以及各向等壓狀態(tài)下考慮微觀結(jié)構(gòu)的非飽和土水-力耦合本構(gòu)模型。

非飽和土性質(zhì)復(fù)雜、多變,近年土障、垃圾填埋、核廢料貯藏等工程實(shí)踐問(wèn)題不斷推出,結(jié)構(gòu)性模型、多因素耦合模型(水-力耦合、熱-水-力耦合、熱-水-力-化學(xué)耦合等)更具工程意義是研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)?，F(xiàn)實(shí)的土體都具有結(jié)構(gòu)性,結(jié)構(gòu)性直接關(guān)系著土體力學(xué)性能,建立結(jié)構(gòu)性本構(gòu)模型的建模思想發(fā)展前景廣闊。

3.4 工程應(yīng)用研究

圖4工程應(yīng)用主題涉及的高頻關(guān)鍵詞有：降雨入滲、滑坡、邊坡、有限元、穩(wěn)定性、滲流等。反映非飽和土力學(xué)理論在工程實(shí)踐應(yīng)用中,主要解決的是深基坑、填方不均勻沉降和高邊坡的失穩(wěn)等工程問(wèn)題[44]。相關(guān)成果如姚攀峰等[45]將非飽和土壓力相關(guān)理論應(yīng)用在北京地鐵13號(hào)線東直門(mén)站的基坑支護(hù)工程中,取得良好成效；張?jiān)诿鞯萚46]根據(jù)飽和-非飽和土的滲流分析結(jié)果,采取合理的結(jié)構(gòu)措施,確保了國(guó)家大劇院工程的抗浮穩(wěn)定性；黃雪峰等[47]對(duì)原狀黃土土壓力研究的結(jié)果應(yīng)用于西寧火車站綜合改造工程,經(jīng)濟(jì)效益明顯；陳正漢[48]用非飽和土的非線性本構(gòu)模型和固結(jié)理論進(jìn)行數(shù)值模擬,解決了小浪底大壩變形穩(wěn)定問(wèn)題；李永樂(lè)等[49-50]利用飽和-非飽和土滲流理論,對(duì)黃河大堤加固進(jìn)行了系統(tǒng)研究,為黃河大堤的加固和治理提供了科學(xué)依據(jù)；張建文[51]等對(duì)非飽和土的水土特性及固結(jié)壓縮特性進(jìn)行研究,結(jié)合地基沉降現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果,深入分析各類加固工法下非飽和土地基的沉降規(guī)律,驗(yàn)算得出強(qiáng)夯、換填和短水泥攪拌樁加固非飽和土地基完全滿足高速鐵路路基沉降控制要求。非飽和土理論在指導(dǎo)實(shí)際工程中取得了一些成效,但由于其復(fù)雜性,還未能在工程實(shí)際中廣泛應(yīng)用[39,52]。

非飽和土領(lǐng)域研究已成體系,國(guó)內(nèi)學(xué)者做了大量研究工作。但目前對(duì)非飽和土的應(yīng)力狀態(tài)與傳力機(jī)理仍不夠了解、對(duì)其與環(huán)境有關(guān)的變化仍難以預(yù)估,基礎(chǔ)理論研究還比較薄弱。在應(yīng)用現(xiàn)有非飽和土研究成果解決實(shí)際工程問(wèn)題時(shí),追求經(jīng)濟(jì)效益,仍需承擔(dān)較大的責(zé)任與風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)非飽和土的研究需建立在應(yīng)用背景下,于工程實(shí)踐中不斷深化。

4 主要結(jié)論

本文基于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的理論和方法,重點(diǎn)結(jié)合CiteSpace信息可視化工具,圍繞“非飽和土”這一主題詞,主要梳理了國(guó)內(nèi)期刊文獻(xiàn)1998年～2018年近20年非飽和土研究現(xiàn)狀并做了分析。

(1)文獻(xiàn)產(chǎn)出和載文期刊分析。近20年非飽和土研究領(lǐng)域充滿活力,總體發(fā)文呈快速增長(zhǎng)(1998年～2006年)和波動(dòng)起伏(2007年～2018年)兩個(gè)顯著階段,且近5年該領(lǐng)域每年的研究產(chǎn)出成果仍處于較高位；載文期刊分析發(fā)現(xiàn),近20年領(lǐng)域核心成果發(fā)表在169種期刊上,其中前8位刊載了半數(shù)成果,前4位均為歷年EI來(lái)源刊,可見(jiàn)非飽和土領(lǐng)域發(fā)文期刊比較集中且成果整體質(zhì)量較高。

(2)作者分析。作者分析采用高影響力和高產(chǎn)量?jī)蓚€(gè)維度進(jìn)行展現(xiàn)。高影響力作者(即高被引第一作者)為陳正漢、徐永福、包承綱、龔壁衛(wèi)、湯連生、沈珠江等；高產(chǎn)量作者分析中,采用作者合作知識(shí)圖譜進(jìn)行呈現(xiàn),結(jié)果顯示近20年陳正漢、趙成剛、韋昌富、孫德安等作者發(fā)文較多且研究較連續(xù)。

(3)機(jī)構(gòu)分析。近20年國(guó)內(nèi)期刊中高產(chǎn)且研究實(shí)力較強(qiáng)的機(jī)構(gòu)為中國(guó)科學(xué)院、北京交通大學(xué)、河海大學(xué)等,且以上機(jī)構(gòu)間互相合作緊密,它們形成一個(gè)集中、暢通的合作學(xué)術(shù)交流網(wǎng)絡(luò),影響著整個(gè)非飽和土研究領(lǐng)域的信息傳遞,它們?cè)谖覈?guó)非飽和土研究領(lǐng)域起著引領(lǐng)作用。

(4)研究主題分析。采用關(guān)鍵詞共現(xiàn)技術(shù),得到非飽和土領(lǐng)域高頻和高中介中心性的關(guān)鍵詞有“土水特征曲線”、“基質(zhì)吸力”、“抗剪強(qiáng)度”等,它們是近20年非飽和土領(lǐng)域的熱點(diǎn)且影響著領(lǐng)域研究的深入；從關(guān)鍵詞聚類及發(fā)展特點(diǎn)看,近20年非飽和土領(lǐng)域概分為“土水特征曲線研究”、“強(qiáng)度特性研究”、“本構(gòu)模型研究”及“工程應(yīng)用研究”四個(gè)主題,文內(nèi)對(duì)各研究主題結(jié)合高頻關(guān)鍵詞及刊發(fā)文章進(jìn)行了分析討論。