日前，“長壽命道路材料本構(gòu)與結(jié)構(gòu)力學(xué)行為理論”香山科學(xué)會議在京成功召開，來自交通運輸、力學(xué)、數(shù)學(xué)等領(lǐng)域的50余位院士、專家參會研討。
交通運輸部科技司司長岑晏青出席會議并表示，希望借助香山科學(xué)會議這一高端學(xué)術(shù)平臺，凝聚各方共識，進一步促進長壽命道路科學(xué)理論體系革新，為我國新一代路面技術(shù)的基礎(chǔ)研究找到新的突破口，支撐我國道路工程高質(zhì)量發(fā)展和加快建設(shè)交通強國。
會議由中國工程院院士、東南大學(xué)教授黃衛(wèi)，中國工程院院士、長沙理工大學(xué)教授鄭健龍，華南理工大學(xué)教授張肖寧，重慶交通大學(xué)教授唐伯明，長安大學(xué)校長沙愛民，同濟大學(xué)教授孫立軍，交通運輸部公路科學(xué)研究院研究員王旭東擔(dān)任執(zhí)行主席。
與會多學(xué)科跨領(lǐng)域的專家學(xué)者針對路面材料的本構(gòu)原理、路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)損傷機理等新一代路面設(shè)計的基礎(chǔ)理論問題進行深入探討，進一步推動新一代路面工程技術(shù)研發(fā)。
會上，專家學(xué)者面向道路工程高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展的需求，遵循結(jié)構(gòu)—材料一體化的科學(xué)理念，為揭示道路結(jié)構(gòu)與材料長期性能的演化機理，自主研發(fā)適用于我國長壽命道路建設(shè)的科學(xué)理論體系提供了新思路。
香山科學(xué)會議是由科學(xué)技術(shù)部倡導(dǎo)發(fā)起，是我國科技界以探索科學(xué)前沿、促進知識創(chuàng)新為主要目標(biāo)的高層次、跨學(xué)科、小規(guī)模的常設(shè)性學(xué)術(shù)會議，會議倡導(dǎo)學(xué)術(shù)平等、百家爭鳴。
本次會議是繼2019年10月“中國長壽命路面關(guān)鍵科學(xué)問題及技術(shù)前沿”會議后，香山科學(xué)會議第二次專題研討路面科技問題。
本次會上，會議執(zhí)行主席、中國工程院院士黃衛(wèi)教授作了“低碳、長壽命路面的關(guān)鍵科學(xué)問題”的主題評述報告，會議執(zhí)行主席、中國工程院院士鄭健龍教授作了“長壽命路面材料與結(jié)構(gòu)服役性能研究的關(guān)鍵科學(xué)問題”的主題評述報告。
與會專家圍繞道路材料本構(gòu)理論與應(yīng)用、道路結(jié)構(gòu)抗力模型與失效準則、道路材料與結(jié)構(gòu)的服役性能解譯與表征等中心議題進行了深入討論，在道路結(jié)構(gòu)與材料長期性能的演化機理揭示、我國長壽命道路建設(shè)自主科學(xué)理論體系構(gòu)建等方面形成廣泛共識。
與會專家普遍認為，在加快建設(shè)交通強國和碳達峰碳中和背景下，建設(shè)綠色、低碳的長壽命路面已經(jīng)成為交通運輸高質(zhì)量發(fā)展的迫切需要；全行業(yè)道路領(lǐng)域科技工作者應(yīng)強化協(xié)同、加強合作，持續(xù)開展交通基礎(chǔ)設(shè)施長期性能科學(xué)觀測與研究，逐步構(gòu)建符合中國實際的交通基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計建設(shè)養(yǎng)護理論體系，為加快建設(shè)交通強國提供更加有力的科技支撐。
今年的香山科學(xué)會議主要研究了哪些問題？
為新一代路面技術(shù)基礎(chǔ)研究找到新的突破口
“十三五”以來，我國公路交通發(fā)展水平躍上新臺階。截至2021年年底，全國公路總里程528.07萬公里，遍布全國、縱橫交織的公路網(wǎng)，支撐了國家重大戰(zhàn)略的實施。但依然存在著路面使用壽命普遍偏低、原創(chuàng)性基礎(chǔ)理論缺乏、新材料研究儲備不夠等一些突出問題。
在加快建設(shè)交通強國和碳達峰碳中和背景下，建設(shè)綠色、低碳的長壽命路面已經(jīng)成為交通運輸高質(zhì)量發(fā)展的迫切需要，也是我國新一代路面工程的發(fā)展方向。
交通運輸部科技司司長岑晏青表示，希望借助香山科學(xué)會議這一高端學(xué)術(shù)平臺，凝聚各方共識，進一步促進長壽命道路科學(xué)理論體系革新，為我國新一代路面技術(shù)基礎(chǔ)研究找到新的突破口，支撐我國道路工程高質(zhì)量發(fā)展和加快建設(shè)交通強國。
中國工程院院士黃衛(wèi)以《低碳、長壽命路面的關(guān)鍵科學(xué)問題》為題作主題評述報告。他提出，提升路面使用品質(zhì)、延長使用壽命，是建設(shè)綠色、低碳路面工程的首要目標(biāo)，新一代綠色低碳、長壽命路面技術(shù)還需要在材料研發(fā)、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工工藝和維護技術(shù)等方面開展科技創(chuàng)新。他認為，當(dāng)前面臨的主要問題在于既有設(shè)計理論的突破，需要研發(fā)適用于新一代路面技術(shù)發(fā)展需求的路面設(shè)計體系和方法，路面材料的本構(gòu)模型和路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為是其中兩個關(guān)鍵的基礎(chǔ)理論問題。
中國工程院院士鄭健龍作了題為《長壽命路面材料與結(jié)構(gòu)服役性能研究的關(guān)鍵科學(xué)問題》的主題評述報告。他認為，道路材料與結(jié)構(gòu)服役性能研究的關(guān)鍵科學(xué)問題主要集中在力學(xué)模型、性能解譯與結(jié)構(gòu)抗力三大方向；建議用雙模量理論作為路面結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)解譯的力學(xué)模型，并盡快開發(fā)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計軟件；路面結(jié)構(gòu)處于三維應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)系統(tǒng)開展三維應(yīng)力狀態(tài)下的道路材料疲勞特性的研究，建立三維應(yīng)力狀態(tài)下的抗力模型，并逐漸用于路面結(jié)構(gòu)設(shè)計與結(jié)構(gòu)分析。
建立能反映實際情況的適用本構(gòu)模型
道路材料本構(gòu)關(guān)系是表征材料性質(zhì)的重要參數(shù)，也是道路優(yōu)化設(shè)計的重要依據(jù)，因此開展長壽命路面材料本構(gòu)關(guān)系研究具有非常重要的理論意義和實用價值。
科研工作者在線彈性模型、彈塑性模型、黏彈性模型、損傷模型，以及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型等方面，開展了很多工作，但與實際情況還存在著較大誤差。
中國科學(xué)院教授魯曉兵作了題為《道路材料本構(gòu)理論與應(yīng)用》的中心議題報告，他提出建立兩類本構(gòu)關(guān)系。一是基于現(xiàn)代本構(gòu)理論，建立考慮微觀因素影響的本構(gòu)關(guān)系（確定性理論模型）；二是基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，結(jié)合本構(gòu)理論，建立人工智能本構(gòu)模型（非確定性理論模型）。建立的模型需要經(jīng)過中試數(shù)據(jù)以及實際運營道路實測數(shù)據(jù)的檢驗及修正，具備為不同要求的道路進行材料設(shè)計和制備方法選定的能力，并為道路結(jié)構(gòu)方案設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。
清華大學(xué)教授劉應(yīng)華在題為《工程材料本構(gòu)理論基礎(chǔ)》的專題報告中，介紹了常見的工程材料本構(gòu)理論，以及本構(gòu)理論研究的發(fā)展動態(tài)。目前，極端條件和復(fù)雜應(yīng)力下的本構(gòu)理論深受關(guān)注。在高溫、腐蝕、輻照等環(huán)境下，往往表現(xiàn)出變形，受多種不同機理主導(dǎo)、材料劣化受環(huán)境影響的特征，本構(gòu)表現(xiàn)出力—化—熱多場耦合的特點。
長沙理工大學(xué)教授于華南作了題為《道路材料的本構(gòu)關(guān)系、模型、參數(shù)》的專題報告，報告結(jié)合國內(nèi)外學(xué)者的現(xiàn)有研究，分析了獲取模型參數(shù)的室內(nèi)試驗方法和基于現(xiàn)場測試試驗的參數(shù)反演方法。他認為，應(yīng)建立道路材料全壽命階段的數(shù)字孿生機制，實現(xiàn)道路材料設(shè)計與性能精準調(diào)控。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授單麗巖作了題為《瀝青及瀝青混合料黏彈構(gòu)效關(guān)系》的專題報告，提出隨著同步測試技術(shù)和計算機科學(xué)的發(fā)展和進步，采用AFM—拉伸、SANS—剪切和原位中子成像等技術(shù)，同步采集瀝青及瀝青混合料加載過程的結(jié)構(gòu)和黏彈性，建立組成結(jié)構(gòu)和黏彈性能的數(shù)據(jù)庫。
揭示道路結(jié)構(gòu)與材料長期性能的演化機理
抗力模型是路面設(shè)計模型的重要組成部分。抗力是指路面結(jié)構(gòu)抵抗外力作用的能力，即各種服役性能的抗衰變能力。揭示其深層機制并預(yù)測其發(fā)展規(guī)律，是路面設(shè)計和維養(yǎng)決策的重要依據(jù)。
交通運輸部公路科學(xué)研究院研究員王旭東作了題為《道路結(jié)構(gòu)抗力模型與失效準則》的中心議題報告，指出在抗力模型中引入力學(xué)指標(biāo)可以從本質(zhì)上揭示服役性能衰變的力學(xué)機理，也使得抗力模型表達更加科學(xué)、準確和簡潔。需要考慮三個方面的問題，一是鑒于材料的三維受力狀態(tài)，是否考慮第四強度理論綜合判斷；二是材料的強度理論是否適用于整體路面結(jié)構(gòu)使用性能失效的判斷準則；三是力學(xué)指標(biāo)的“可視化”問題。
長沙理工大學(xué)教授呂松濤作了題為《道路結(jié)構(gòu)抗力模型與破壞機理》的專題報告，針對傳統(tǒng)瀝青路面疲勞抗力模型存在的強度不確定性問題和疲勞不適用性問題，提出應(yīng)采用三維應(yīng)力狀態(tài)下的強度與疲勞模型來建立路面各結(jié)構(gòu)層的失效準則和抗力模型。
浙江大學(xué)教授羅雪在題為《道路結(jié)構(gòu)性能建模及求解》的專題報告中表示，未來的研究和應(yīng)用中，應(yīng)重點關(guān)注混合建模和混合求解的理論指導(dǎo)方法、混合模式的優(yōu)化選擇、新場景開發(fā)等問題。
交通運輸部公路科學(xué)研究院研究員周興業(yè)作了題為《道路結(jié)構(gòu)性能的時空演化》的專題報告，提出在建立各種性能模型時，應(yīng)充分考慮荷載環(huán)境耦合等外因和結(jié)構(gòu)材料等內(nèi)因的綜合影響；同時，對演化機理進行解析時，應(yīng)結(jié)合服役性能的周期性波動增長新現(xiàn)象和疲勞開裂的新模式，在現(xiàn)有認識的基礎(chǔ)上進一步揭示內(nèi)在成因。
為道路材料與結(jié)構(gòu)的服役性能解譯與表征提供新路徑
開發(fā)30年甚至更長壽命的瀝青路面設(shè)計方法是我國道路領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，建立與實際服役性能匹配的瀝青路面結(jié)構(gòu)行為預(yù)估模型是其核心之一。
長安大學(xué)校長沙愛民作了題為《道路材料與結(jié)構(gòu)的服役性能解譯與表征》的中心議題報告，指出未來需盡快解決道路設(shè)計狀態(tài)、施工狀態(tài)與服役狀態(tài)表征與解譯的統(tǒng)一問題；解譯與表征在路面“結(jié)構(gòu)—材料—功能”一體化中設(shè)計與表達問題、數(shù)據(jù)鏈一致性、可操作性、可靠性等問題；新技術(shù)支持下的道路表征與解譯技術(shù)路徑與重大集成應(yīng)用問題。
武漢理工大學(xué)教授張澤宇作了題為《道路材料與結(jié)構(gòu)力學(xué)行為解譯》的專題報告，提出應(yīng)基于各服役環(huán)境內(nèi)的水氣運動特征，有針對性地進行瀝青路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計。同時，應(yīng)大幅提升水分子長期存在時的瀝青與集料的黏附性能，研發(fā)長期耐水的瀝青混合料。
東南大學(xué)教授馬濤作了題為《瀝青路面結(jié)構(gòu)行為的預(yù)估》的專題報告，提出在優(yōu)化完善瀝青路面結(jié)構(gòu)行為預(yù)估模型時，整體的目標(biāo)是性能預(yù)估更加準確、力學(xué)計算更加精準、經(jīng)驗參數(shù)修正更加普適。
同濟大學(xué)教授朱興一作了題為《道路材料與結(jié)構(gòu)的跨尺度耦合分析方法》的專題報告，建議開展道路材料參數(shù)與結(jié)構(gòu)力學(xué)狀態(tài)的映射關(guān)系和統(tǒng)一取值方法，瀝青混合料細觀尺度黏彈塑性—損傷—自愈本構(gòu)模型，多場作用下瀝青路面材料—結(jié)構(gòu)跨尺度耦合算法及足尺實證方法，結(jié)構(gòu)—材料相統(tǒng)一的高性能材料設(shè)計方法等研究。
