土木基础设施减灾基础研究进展与趋势

2015-04-07吕喆

四川水泥 2015年4期

关键词：土木防灾减灾

吕喆

（郑州工业应用技术学院）

土木基础设施减灾基础研究进展与趋势

吕喆

（郑州工业应用技术学院）

在当今的土木工程基础研究中，基础设施的减灾研究是至关重要的一个环节。本文从这个角度出发，结合当下减灾基础研究的理论成果，着重分析其研究进展和发展趋势，以期对这一问题作出有益思考。

土木基础设施减灾设施研究进展趋势

当前，人类社会的经济发展越来越迅速，经济建设中的灾害也就越来越受到人们的重视，特别是在大规模的土木基础设施迅猛发展，使得工程灾害所带来的影响远远大于以往任何时候。这里我们所提到的灾害主要包括两个方面：自然灾害和工程灾害。自然灾害主要有：地震、咫风、洪水、滑坡、泥石流、燃爆、火灾等等；工程灾害主要有：工程在建过程中，工程系统自身会受到一定的损伤，这些损伤很有可能带来设备的失效从而带来突变的灾害。另外，越是大型的讴歌酿成活动，就越有可能带来一系列的灾害隐患，例如边坡失稳、地表塌陷、地基失效等。

针对这些情况所做的研究不在少数，国家对基础研究的资金投入是其中的主要方面，国家启动相应的自然科学基金，专门设置相应的研究课题，让基础研究可以有充分的研究保障。在实际研究中，需要注意基础设施减灾的研究需要与国家的经济建设整体目标的紧密结合，同时要走出去，不能固步自封，要加强与国际的合作与学术交流。合作中不但可以取长补短，还能够得到国家资助以外的国际援助，更加有利于取得积极的进展和成果。可以说，对于土木基础设施的减灾研究是符合当下的国际局势，同时又是紧密跟随国家“科教兴国”重大战略实施的。

一、土木基础设施减灾研究的进展

近年来，土木基础设施减灾研究的进展主要表现在以下几个方面：

（一）工程减灾基础理论与城市建设问题的研究

上面我们提到了国家自然科学基金对于相关课题的研究，特别是在城市与工程减灾领域，资助了大量的基础研究课题。其中最为重点的项目就是城市与工程减灾基础研究，这项研究持续了较长的时间，研究结果页比较成熟，可以说比较全面地体现了我国国这一领域基础研究的进展。其研究范围抓哟包括了全国二十多所相关高等院校和科研院所，并在多所城市设置典型示范研究点，有上百名专家投入其中，是大规模的课题研究之一。

（二）结构抗展抗风振动控制问题的研究

相比较于上一个研究方向的基础性，结构抗展和抗风振动研究更加倾向于前沿性和先进性，是最近十多年才有的研究成果。当然，其成果的取得也离不国家的相关资助，具体来讲，先后有近四十个个面上项目和若干重点项目或重大项目的子课题与此研究密切相关。研究的内容主要涉及到主动控制与被动控制，混合控制欲半自动控制，以及相关的智能控制等多个方面的研究。经过多年的发展，这些研究已经形成了相当大的理论成果，在国际上也处于领先的地位，表现出对结构控制有着深人和广泛的研究。

（三）大型复杂结构体系的抗展抗风及设计理论问题的研究

目前的建筑结构设计越来越向着更高的水平和更加柔性的方向发展，其中主要包括了超高层建筑、超大跨度桥梁和大跨空间结构等大型复杂结构的设计与建设，在其设计和建设之初，就需要将风载荷以及地震作用作为重要的控制因素考虑在内。因此，针对这一问题的相关科学问题及新的设计理论等研究，比以往任何时候都受到行业内和学者的关注。研究的典型代表主要有：国家自然科学基金重大项目“大型复杂结构体系的关键科学问题及设计理论研究”，这项重大项目的研究主持人来自于同济大学项海帆院士和哈尔滨建筑大学王光远院士。

除此之外，有关这个领域的研究还主要有：复杂环境下海洋平台结构系统相关内容的研究，海洋平台结构可靠度与寿命评估的研究等。

二、土木基础设施减灾研究的趋势

国家自然科学基金在进行“十五”优先资助领域的遴选时，特别为了推动学科交叉和，召开了关于“重大工程灾害与防治”前沿主体科学研讨会。多名来自各个相关领域的专家参与了这次的研讨会，学科包括了土木、水利、矿业、材料、力学、地球科学、信息等方方面面。经过研讨会的讨论，基本上确立了“重大工程灾害与防治”这个主要选题。在国家自然科学基金在进行项目投资时，会优先对这一领域下的项目投资。这个成果一方面确定了对工程减灾与防治的这个领域的重视程度，另一方面也体现出土木基础设施减灾基础研究的发展前沿和发展趋势。

（一）大型结构工程防灾设施的控制与研究

大型结构工程防灾设施的控制欲研究是首要的发展趋势，关于这个方面的性态设计、控制和优化的理论和方法主要有以下几个方面：

1、工程的灾害场，以及其形成动力，并针对具体的灾害，例如地震和风灾德国，着重分析其危险性、空间分布场，以及这些问题对工程系统的动力作用。通过对这些基本的灾害的分析，为其他的复杂的、综合性的灾害提供一定程度的研究模型。

2、大型工程结构中，关于非线性灾害的研究，着重于采用模拟试验的方法，研究非线性灾害对于建筑、桥梁、水工、海工等方面的影响。一般情况下的非线性灾害与极端条件下的动力动力失效、破坏和倒塌机理是不同的。因而对其研究也就需要从多方面入手，包括有对于大型结构及与周边介质相互作用的材料，并结合这些方面分析其计算理论，研究出新型的、高效的抗灾体系。

（二）环境损伤的防治与岩土环境的控制与研究

土木工程的设计与施工中，针对岩土环境的研究不可避免，尤其是对于岩土体介质的多相、非均质、各向异性研究至关重要。这些研究关系到具体的工程施工以及大规模地下开挖工程，这些施工所带来的可能性环境损伤和诱变灾害对于防灾减灾方法和新技术研究起到基础性的作用。

1、固体、气体、液体多相介质藕合作用与灾变动力学研究、天然条件下岩体孔隙裂隙介质中液气多相流的祸合作用下等。

2、对于大型大采深挖条件下形成的岩体动力学特征，以及这些特征与围岩变形破坏、顶板灾害、瓦斯突出、岩爆的关系。

（三）重大工程的灾害诊断

面对可能存在的灾害进行相应的诊断，从而总结出其演化规律，并针对这些规律研究相应的检测与防治技术。

1、对于大型工程来讲，其工程损伤的积累不可避免，受损结构随机建模与分析对于灾变的检测和防治技术来讲是前提条件。

2、大型工程的家尼康诊断研究需要与受损结构的健康诊断与性态分析结合起来。

（四）数字化的防灾减灾体系

土木工程的防灾减灾系统需要适应现代化的工程设计理念，需要利用现代化的手段，采用数字模拟和虚拟现实技术相结合的方式，形成数字化的防灾减灾体系。

1、划分不同的灾害种类和灾害级别，对数据进行收集整理，运用先进的多媒体数据管理系统进行开发。

2、采用灾害试验过程模拟、仿真和虚拟现实系统的集成技术等多种方式进行研究。