土木基礎設施減災基礎研究進展與趨勢

呂 喆

（鄭州工業應用技術學院）

土木基礎設施減災基礎研究進展與趨勢

呂 喆

（鄭州工業應用技術學院）

在當今的土木工程基礎研究中，基礎設施的減災研究是至關重要的一個環節。本文從這個角度出發，結合當下減災基礎研究的理論成果，著重分析其研究進展和發展趨勢，以期對這一問題作出有益思考。

土木基礎設施 減災設施 研究進展 趨勢

當前，人類社會的經濟發展越來越迅速，經濟建設中的災害也就越來越受到人們的重視，特別是在大規模的土木基礎設施迅猛發展，使得工程災害所帶來的影響遠遠大于以往任何時候。這里我們所提到的災害主要包括兩個方面：自然災害和工程災害。自然災害主要有：地震、咫風、洪水、滑坡、泥石流、燃爆、火災等等；工程災害主要有：工程在建過程中，工程系統自身會受到一定的損傷，這些損傷很有可能帶來設備的失效從而帶來突變的災害。另外，越是大型的謳歌釀成活動，就越有可能帶來一系列的災害隱患，例如邊坡失穩、地表塌陷、地基失效等。

針對這些情況所做的研究不在少數，國家對基礎研究的資金投入是其中的主要方面，國家啟動相應的自然科學基金，專門設置相應的研究課題，讓基礎研究可以有充分的研究保障。在實際研究中，需要注意基礎設施減災的研究需要與國家的經濟建設整體目標的緊密結合，同時要走出去，不能固步自封，要加強與國際的合作與學術交流。合作中不但可以取長補短，還能夠得到國家資助以外的國際援助，更加有利于取得積極的進展和成果。可以說，對于土木基礎設施的減災研究是符合當下的國際局勢，同時又是緊密跟隨國家“科教興國”重大戰略實施的。

一、土木基礎設施減災研究的進展

近年來，土木基礎設施減災研究的進展主要表現在以下幾個方面：

（一）工程減災基礎理論與城市建設問題的研究

上面我們提到了國家自然科學基金對于相關課題的研究，特別是在城市與工程減災領域，資助了大量的基礎研究課題。其中最為重點的項目就是城市與工程減災基礎研究，這項研究持續了較長的時間，研究結果頁比較成熟，可以說比較全面地體現了我國國這一領域基礎研究的進展。其研究范圍抓喲包括了全國二十多所相關高等院校和科研院所，并在多所城市設置典型示范研究點，有上百名專家投入其中，是大規模的課題研究之一。

（二）結構抗展抗風振動控制問題的研究

相比較于上一個研究方向的基礎性，結構抗展和抗風振動研究更加傾向于前沿性和先進性，是最近十多年才有的研究成果。當然，其成果的取得也離不國家的相關資助，具體來講，先后有近四十個個面上項目和若干重點項目或重大項目的子課題與此研究密切相關。研究的內容主要涉及到主動控制與被動控制，混合控制欲半自動控制，以及相關的智能控制等多個方面的研究。經過多年的發展，這些研究已經形成了相當大的理論成果，在國際上也處于領先的地位，表現出對結構控制有著深人和廣泛的研究。

（三）大型復雜結構體系的抗展抗風及設計理論問題的研究

目前的建筑結構設計越來越向著更高的水平和更加柔性的方向發展，其中主要包括了超高層建筑、超大跨度橋梁和大跨空間結構等大型復雜結構的設計與建設，在其設計和建設之初，就需要將風載荷以及地震作用作為重要的控制因素考慮在內。因此，針對這一問題的相關科學問題及新的設計理論等研究，比以往任何時候都受到行業內和學者的關注。研究的典型代表主要有：國家自然科學基金重大項目“大型復雜結構體系的關鍵科學問題及設計理論研究”，這項重大項目的研究主持人來自于同濟大學項海帆院士和哈爾濱建筑大學王光遠院士。

除此之外，有關這個領域的研究還主要有：復雜環境下海洋平臺結構系統相關內容的研究，海洋平臺結構可靠度與壽命評估的研究等。

二、土木基礎設施減災研究的趨勢

國家自然科學基金在進行“十五”優先資助領域的遴選時，特別為了推動學科交叉和，召開了關于“重大工程災害與防治”前沿主體科學研討會。多名來自各個相關領域的專家參與了這次的研討會，學科包括了土木、水利、礦業、材料、力學、地球科學、信息等方方面面。經過研討會的討論，基本上確立了“重大工程災害與防治”這個主要選題。在國家自然科學基金在進行項目投資時，會優先對這一領域下的項目投資。這個成果一方面確定了對工程減災與防治的這個領域的重視程度，另一方面也體現出土木基礎設施減災基礎研究的發展前沿和發展趨勢。

（一）大型結構工程防災設施的控制與研究

大型結構工程防災設施的控制欲研究是首要的發展趨勢，關于這個方面的性態設計、控制和優化的理論和方法主要有以下幾個方面：

1、工程的災害場，以及其形成動力，并針對具體的災害，例如地震和風災德國，著重分析其危險性、空間分布場，以及這些問題對工程系統的動力作用。通過對這些基本的災害的分析，為其他的復雜的、綜合性的災害提供一定程度的研究模型。

2、大型工程結構中，關于非線性災害的研究，著重于采用模擬試驗的方法，研究非線性災害對于建筑、橋梁、水工、海工等方面的影響。一般情況下的非線性災害與極端條件下的動力動力失效、破壞和倒塌機理是不同的。因而對其研究也就需要從多方面入手，包括有對于大型結構及與周邊介質相互作用的材料，并結合這些方面分析其計算理論，研究出新型的、高效的抗災體系。

（二）環境損傷的防治與巖土環境的控制與研究

土木工程的設計與施工中，針對巖土環境的研究不可避免，尤其是對于巖土體介質的多相、非均質、各向異性研究至關重要。這些研究關系到具體的工程施工以及大規模地下開挖工程，這些施工所帶來的可能性環境損傷和誘變災害對于防災減災方法和新技術研究起到基礎性的作用。

1、固體、氣體、液體多相介質藕合作用與災變動力學研究、天然條件下巖體孔隙裂隙介質中液氣多相流的禍合作用下等。

2、對于大型大采深挖條件下形成的巖體動力學特征，以及這些特征與圍巖變形破壞、頂板災害、瓦斯突出、巖爆的關系。

（三）重大工程的災害診斷

面對可能存在的災害進行相應的診斷，從而總結出其演化規律，并針對這些規律研究相應的檢測與防治技術。

1、對于大型工程來講，其工程損傷的積累不可避免，受損結構隨機建模與分析對于災變的檢測和防治技術來講是前提條件。

2、大型工程的家尼康診斷研究需要與受損結構的健康診斷與性態分析結合起來。

（四）數字化的防災減災體系

土木工程的防災減災系統需要適應現代化的工程設計理念，需要利用現代化的手段，采用數字模擬和虛擬現實技術相結合的方式，形成數字化的防災減災體系。

1、劃分不同的災害種類和災害級別，對數據進行收集整理，運用先進的多媒體數據管理系統進行開發。

2、采用災害試驗過程模擬、仿真和虛擬現實系統的集成技術等多種方式進行研究。

結語：

土木基礎設施的減災工作是涉及到多種學科、多個領域的跨學科的、綜合性的研究領域，主要有土木與防災等工程學科，以及材料、信息、地學等自然科學，

其中基礎設施的減災研究是至關重要的。本文從這個角度出發，結合當下減災基礎研究的理論成果，著重分析了其研究進展和發展趨勢，關于這個領域的分析還有很多內容需要相關人員共同努力。

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