发布时间：2022-10-25 | 次浏览

      9月15—16日，香山科学会议第729次讨论会“长寿命道路材料本构与结构力学行为理论”在京举行。与会多学科跨领域的专家学者针对路面材料的本构原理、路面结构的力学损伤机理等新一代路面设计的基础理论问题进行深入探讨，进一步推动新一代路面工程技术研发。

      会议由中国工程院院士、东南大学教授黄卫，中国工程院院士、长沙理工大学教授郑健龙，华南理工大学教授张肖宁，重庆交通大学教授唐伯明，长安大学教授沙爱民，同济大学教授孙立军，交通运输部公路科学研究院研究员王旭东担任执行主席。

      香山科学会议是我国科技界以探索科学前沿、促进知识创新为主要目标的高层次、跨学科、小规模的常设性学术会议，会议倡导学术平等、百家争鸣。本次会议是香山科学会议第二次专题研讨路面科技问题。

      会上，专家学者面向道路工程高质量转型发展的需求，遵循结构—材料一体化的科学理念，为揭示道路结构与材料长期性能的演化机理，自主研发适用于我国长寿命道路建设的科学理论体系提供了新思路。

图片香山科学会议参会人员合影

为新一代路面技术基础研究找到新的突破口

     “十三五”以来，我国公路交通发展水平跃上新台阶。截至2021年年底，全国公路总里程528.07万公里，遍布全国、纵横交织的公路网，支撑了国家重大战略的实施。但依然存在着路面使用寿命普遍偏低、原创性基础理论缺乏、新材料研究储备不够等一些突出问题。

      在加快建设交通强国和碳达峰碳中和背景下，建设绿色、低碳的长寿命路面已经成为交通运输高质量发展的迫切需要，也是我国新一代路面工程的发展方向。交通运输部科技司司长岑晏青出席会议并表示，希望借助香山科学会议这一高端学术平台，凝聚各方共识，进一步促进长寿命道路科学理论体系革新，为我国新一代路面技术基础研究找到新的突破口，支撑我国道路工程高质量发展和加快建设交通强国。

      黄卫以《低碳、长寿命路面的关键科学问题》为题作主题评述报告。他提出，提升路面使用品质、延长使用寿命，是建设绿色、低碳路面工程的首要目标，新一代绿色低碳、长寿命路面技术还需要在材料研发、结构设计、施工工艺和维护技术等方面开展科技创新。他认为，当前面临的主要问题在于既有设计理论的突破，需要研发适用于新一代路面技术发展需求的路面设计体系和方法，路面材料的本构模型和路面结构的力学行为是其中两个关键的基础理论问题。

     郑健龙作了题为《长寿命路面材料与结构服役性能研究的关键科学问题》的主题评述报告。他认为，道路材料与结构服役性能研究的关键科学问题主要集中在力学模型、性能解译与结构抗力三大方向；建议用双模量理论作为路面结构力学响应解译的力学模型，并尽快开发相应的结构分析与设计软件；路面结构处于三维应力状态，应系统开展三维应力状态下的道路材料疲劳特性的研究，建立三维应力状态下的抗力模型，并逐渐用于路面结构设计与结构分析。

建立能反映实际情况的适用本构模型

      道路材料本构关系是表征材料性质的重要参数，也是道路优化设计的重要依据，因此开展长寿命路面材料本构关系研究具有非常重要的理论意义和实用价值。本构理论至少要满足确定性公理、局部作用公理和客观性公理。科研工作者在线弹性模型、弹塑性模型、黏弹性模型、损伤模型，以及基于神经网络的模型等方面，开展了很多工作，但与实际情况还存在着较大误差。

     中国科学院教授鲁晓兵作了题为《道路材料本构理论与应用》的中心议题报告，他提出建立两类本构关系。一是基于现代本构理论，建立考虑微观因素影响的本构关系（确定性理论模型）；二是基于大数据技术，结合本构理论，建立人工智能本构模型（非确定性理论模型）。建立的模型需要经过中试数据以及实际运营道路实测数据的检验及修正，具备为不同要求的道路进行材料设计和制备方法选定的能力，并为道路结构方案设计提供理论基础。

      清华大学教授刘应华在题为《工程材料本构理论基础》的专题报告中，介绍了常见的工程材料本构理论，以及本构理论研究的发展动态。目前，极端条件和复杂应力下的本构理论深受关注。在高温、腐蚀、辐照等环境下，往往表现出变形，受多种不同机理主导、材料劣化受环境影响的特征，本构表现出力—化—热多场耦合的特点。

      长沙理工大学教授于华南作了题为《道路材料的本构关系、模型、参数》的专题报告，报告结合国内外学者的现有研究，分析了获取模型参数的室内试验方法和基于现场测试试验的参数反演方法。他认为，应建立道路材料全寿命阶段的数字孪生机制，实现道路材料设计与性能精准调控。

哈尔滨工业大学教授单丽岩作了题为《沥青及沥青混合料黏弹构效关系》的专题报告，提出随着同步测试技术和计算机科学的发展和进步，采用AFM—拉伸、SANS—剪切和原位中子成像等技术，同步采集沥青及沥青混合料加载过程的结构和黏弹性，建立组成结构和黏弹性能的数据库。

揭示道路结构与材料长期性能的演化机理

      抗力模型是路面设计模型的重要组成部分。抗力是指路面结构抵抗外力作用的能力，即各种服役性能的抗衰变能力。揭示其深层机制并预测其发展规律，是路面设计和维养决策的重要依据。

      王旭东作了题为《道路结构抗力模型与失效准则》的中心议题报告，指出在抗力模型中引入力学指标可以从本质上揭示服役性能衰变的力学机理，也使得抗力模型表达更加科学、准确和简洁。需要考虑三个方面的问题，一是鉴于材料的三维受力状态，是否考虑第四强度理论综合判断；二是材料的强度理论是否适用于整体路面结构使用性能失效的判断准则；三是力学指标的“可视化”问题。

      长沙理工大学教授吕松涛作了题为《道路结构抗力模型与破坏机理》的专题报告，针对传统沥青路面疲劳抗力模型存在的强度不确定性问题和疲劳不适用性问题，提出应采用三维应力状态下的强度与疲劳模型来建立路面各结构层的失效准则和抗力模型。

浙江大学教授罗雪在题为《道路结构性能建模及求解》的专题报告中表示，未来的研究和应用中，应重点关注混合建模和混合求解的理论指导方法、混合模式的优化选择、新场景开发等问题。

      交通运输部公路科学研究院研究员周兴业作了题为《道路结构性能的时空演化》的专题报告，提出在建立各种性能模型时，应充分考虑荷载环境耦合等外因和结构材料等内因的综合影响；同时，对演化机理进行解析时，应结合服役性能的周期性波动增长新现象和疲劳开裂的新模式，在现有认识的基础上进一步揭示内在成因。

为道路材料与结构的服役性能解译与表征提供新路径

       开发30年甚至更长寿命的沥青路面设计方法是我国道路领域的重要发展方向，建立与实际服役性能匹配的沥青路面结构行为预估模型是其核心之一。

沙爱民作了题为《道路材料与结构的服役性能解译与表征》的中心议题报告，指出未来需尽快解决道路设计状态、施工状态与服役状态表征与解译的统一问题；解译与表征在路面“结构—材料—功能”一体化中设计与表达问题、数据链一致性、可操作性、可靠性等问题；新技术支持下的道路表征与解译技术路径与重大集成应用问题。

武汉理工大学教授张泽宇作了题为《道路材料与结构力学行为解译》的专题报告，提出应基于各服役环境内的水气运动特征，有针对性地进行沥青路面结构组合设计。同时，应大幅提升水分子长期存在时的沥青与集料的黏附性能，研发长期耐水的沥青混合料。

     东南大学教授马涛作了题为《沥青路面结构行为的预估》的专题报告，提出在优化完善沥青路面结构行为预估模型时，整体的目标是性能预估更加准确、力学计算更加精准、经验参数修正更加普适。

     同济大学教授朱兴一作了题为《道路材料与结构的跨尺度耦合分析方法》的专题报告，建议开展道路材料参数与结构力学状态的映射关系和统一取值方法，沥青混合料细观尺度黏弹塑性—损伤—自愈本构模型，多场作用下沥青路面材料—结构跨尺度耦合算法及足尺实证方法，结构—材料相统一的高性能材料设计方法等研究。

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