項目名稱：    土的與時間有關的工程性質試驗研究和新的彈粘塑性模型及應用

推薦單位：    專家推薦

項目簡介：    科學技術領域: 屬土木建筑科學技術。

主要研究內容和主要貢獻:

對于一個基于連續體介質力學的土工結構物分析，一個能真正描述土的時間有關的應力－應變關系的本構模型是非常必要的。基于前人的工作，殷建華自1989年至2006年在以下九個方面進行了獨創性的研究工作和做出貢獻：

(1) 完成了一系列試驗，測到典型粘性土在一維固結和三軸應力狀態的基本特性和與時間有關的應力－應變關系特性；(2) 建立了土的基本參數和一些工程性質參數之間相關關系；(3) 研究了與時間有關的應力－應變－強度關系特性；(4) 建立和驗證了新的一維粘塑性(1D非線性流變)模型；(5) 將新的一維彈粘塑性模型應用于完全耦合的固結分析中，提出了計算土的蠕變沉降的新方法，解釋了傳統固結理論無法解釋的常荷載下孔隙水壓力增長的現象；(6) 提出并驗證了新的土的非線性蠕變的函數；(7) 建立并驗證了新的三維彈粘塑性(3D非線性流變)模型；(8) 將三維粘彈塑性模型應用于土的完全耦合的固結分析中，對常荷載下孔隙水壓力增加的現象提出新的解釋；(9) 開發了先進的土工實驗儀器（得兩專利）測量土的應力－應變關系。

科學價值:

試驗方面 - 獲得了大量系統的關于土的基本特性和時間有關的應力－應變關系的數據，如蠕變，應力松弛，時間（率）效應，非線性等；提出了相關關系，非線性蠕變的函數等；開發了先進的土工實驗儀器。

理論方面 - 殷建華歸納和闡述了一個重要的土的蠕變特性，即土單元的蠕變率僅與應力－應變狀態有關，而與加載路徑（或加載歷史）無關。由此，推導出和建立了新的一維和三維彈粘塑性（非線性流變）本構模型，是對線性一維Maxwell的流變模型重大發展。殷建華模型已被試驗數據驗證。

應用方面 - 將上面的一維和三維彈粘塑性模型應用于土骨架與水完全耦合的固結分析，

同行引用評價情況:

請見 "三、項目詳細內容"中的"引用情況"，殷的工作已被國內外同行引用，在土木工程領域不多見。

主要發現點：  試驗方面：

獲得了大量系統的關于土的基本特性和時間有關的應力－應變關系的數據和作了深入分析，發現土蠕變，應力松弛，時間（率）效應，以及非線性和塑性等的變化規律和量化參數等。提出和得到了土的合成指標、物理力學指標與土性參數的相關關系，可用于快速估算土的工程性質參數。提出并驗證了新的描述土非線性蠕變的函數。開發了先進的土工實驗儀器（獲得兩個專利）用于測量飽和土和非飽和土的時間有關（或無關）的應力－應變關系行為與參數。

理論方面：

殷建華發現、歸納和闡述了一個重要的土蠕變特性，即土單元的蠕變率僅與應力－應變狀態有關，而與加載路徑（或加載歷史）無關。基于此和科學原理，殷推導出和建立了新的一維和三維彈粘塑性（即非線性維流變）模型，這是對線性一維Maxwell流變模型重大發展。殷的一維和三維彈粘塑性模型描述了土在任意荷載條件下與時間有關的非線性應力－應變關系。這些模型得到試驗的驗證。

應用方面：

將上面的一維和三維彈粘塑性模型應用于土骨架與水完全耦合的固結分析，使許多土的非線流初-變值問題得到解決。有兩主要發現點：(i) 將一維（或三維）彈粘塑性模型用于完全耦合的固結分析，計算得到的蠕變土的沉降是一個嚴密解和正確的方法； (ii) 這種方法得到的孔隙水壓力的解是嚴密的。殷的模型與固結分析很好的模擬了在常荷載下粘土中孔隙水壓力增加的現象，這現象是以前其他理論無法解釋和模擬的，而第一次由殷模擬到和得到機理上的解釋。

主要完成人：  1.   殷建華

所有本申請中的原創思想都出自申請人殷建華。申請中的主要工作都由申請人完成。早期研究得到他博導Professor James Graham的指導。小部分試驗和數值模擬工作得到申請人學生的幫助。

10篇代表性論文：  1.   Viscous-elastic-plastic modelling of one-dimensional time dependent behaviour of clays./ Canadian Geotechnical Journal

2.   Modelling unanticipated porewater pressures in soft clays. / Canadian Geotechnical Journal

3.   Equivalent times and elastic visco-plastic modelling of time-dependent stress-strain behaviour of clays. / Canadian Geotechnical Journal

4.   Elastic visco-plastic modelling of one-dimensional consolidation. / Geotechnique

5.   Elastic visco-plastic modelling of the time-dependent stress-strain behavior of soils. / Canadian Geotechnical Journal

6.   Non-linear creep of soils in oedometer tests. / Geotechnique

7.   Elastic visco-plastic consolidation modelling and interpretation of porewater pressure responses in clay underneath Tarsiut island. / Canadian Geotechnical Journal

8.   Properties and behaviour of Hong Kong marine deposits with different clay contents. / Canadian Geotechnical Journal

9.   A new elastic viscoplastic model for time-dependent behaviour of normally and overconsolidated clays - theory and verification. / Canadian Geotechnical Journal

10.  A double cell triaxial system for continuous measurement of volume changes of an unsaturated or saturated soil specimen in triaxial testing. / Geotechnical Testing Journal (ASTM)