隨著我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)快速發(fā)展以及西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，一大批大型巖體工程正在或即將營建。在交通工程領(lǐng)域，長度達(dá)數(shù)公里乃至數(shù)十公里的公路和鐵路隧道因地勢險要和部位關(guān)鍵，成為交通、鐵路等生命線工程的主體結(jié)構(gòu)與咽喉(如川藏鐵路)。近一個世紀(jì)以來，世界范圍內(nèi)發(fā)生的一系列大地震使眾多的巖體工程遭受震害，強(qiáng)地震動的影響乃至誘發(fā)的破壞已成為不可避免的工程建設(shè)難題，開展地震動態(tài)響應(yīng)規(guī)律研究是重大工程建設(shè)的迫切需求，巖石材料的動態(tài)本構(gòu)關(guān)系是數(shù)值分析方法準(zhǔn)確模擬地震動下巖體工程響應(yīng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

　　對此，中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所巖土工程抗震安全組盛謙、周永強(qiáng)和付曉東等研究人員針對地震作用下巖石材料的動態(tài)力學(xué)性質(zhì)和動態(tài)本構(gòu)模型開展了系統(tǒng)的研究。首先，基于地震作用的特點，將地震荷載等效成中低應(yīng)變率的動態(tài)循環(huán)荷載，并系統(tǒng)研究總結(jié)該荷載作用下巖石材料的動態(tài)力學(xué)性質(zhì)；其次，基于熱力學(xué)理論，結(jié)合數(shù)據(jù)分析與損傷理論，首次詳細(xì)分析了巖石材料在動態(tài)加載和動態(tài)循環(huán)荷載下率效應(yīng)與損傷效應(yīng)的相互關(guān)系；然后，運用次加載面理論和修正CWFS、動態(tài)增強(qiáng)因子模型，建立了地震作用下巖石動態(tài)非線性本構(gòu)模型，該模型有效表征巖石材料滯回圈、累積塑性應(yīng)變、損傷效應(yīng)、率效應(yīng)以及損傷和率效應(yīng)的耦合效應(yīng)，實現(xiàn)了巖石動態(tài)非線性本構(gòu)的理論創(chuàng)新與發(fā)展；最后，在此基礎(chǔ)上，通過數(shù)值實驗，揭示了不同加載參數(shù)的分級和多級循環(huán)荷載、真三軸不同加載頻率循環(huán)荷載下巖石材料的動態(tài)力學(xué)性質(zhì)，有效地驗證了該本構(gòu)模型的準(zhǔn)確性及應(yīng)用前景，并首次揭示了地震荷載和循環(huán)荷載下巖石材料的動態(tài)力學(xué)性質(zhì)差異，及不同地震荷載下巖石材料的動態(tài)力學(xué)性質(zhì)差異，突破了試驗機(jī)認(rèn)識的局限，并提出了適用試驗機(jī)一種快速確定地震荷載等效形式的方法。

　　該成果得到973項目、國家重點基金、自然科學(xué)基金的大力支持，發(fā)表在Rock Mechanics and Rock Engineering、Soil Dynamics and Earthquake Engineering、Mechanics of Materials、Journal of Engineering Mechanics等巖土類頂級期刊的SCI論文10篇、國內(nèi)三大巖土等期刊的EI論文8篇，其中一篇入選ESI高被引和熱點論文。此外，授權(quán)發(fā)明專利3項。

　　論文鏈接：

　　https://link.springer.com/article/10.1007/s00603-022-02947-z

　　https://link.springer.com/article/10.1007/s00603-021-02756-w

　　https://link.springer.com/article/10.1007/s00603-020-02128-w

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0267726119300818?via%3Dihub

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0267726119312953?via%3Dihub

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0167663619309603?via%3Dihub

　　https://ascelibrary.org/doi/10.1061/%28ASCE%29EM.1943-7889.0002055

　　https://link.springer.com/article/10.1007/s40948-021-00287-w

圖1 地震作用下巖石材料的非線性動態(tài)本構(gòu)模型

圖2 地震類等效荷載作用下巖石材料的動態(tài)力學(xué)特征

圖3 不同真實地震作用下巖石材料的動態(tài)力學(xué)性質(zhì)

圖4  ESI高被引和熱點論文