撑一方之土 保公路安全.docVIP

撑一方之土 保公路安全 　　2014年在延安机场迁建工程施工现场 　　“现在回想，很庆幸当年选择了岩土力学和岩土工程专业，它实践性非常强而非纯理论学科，我能尽情地发挥特长”。20年前的一个决定让宋飞与岩土工程结缘，后又因兴趣使然，他在科研的探索道路上不断追求新知，并注重理论与实际工程相结合。直至如今，他已在加筋挡墙与加筋边坡、公路边坡稳定分析及支挡结构、土工离心模型试验和岩土工程数值分析等方面取得若干创新性成果，累计发表学术论文20余篇，其中SCI收录3篇，EI收录20篇，申报发明专利3项。 　　他辛勤耕耘，却也享受其中。 　　清华园里初露锋芒 　　20世纪80年代出生在陕西汉中的宋飞是个典型的西北人，他身材高大，性格爽朗，做起事来也是雷厉风行。2009年，宋飞带着“优秀博士论文”的荣誉结束了自己在清华大学的博士学习。在清华大学读博期间，宋飞无论是在理论知识还是在工程实践上都快速成长，逐渐成为同辈中的佼佼者。 　　随着我国高速公路建设的大规模发展，高填方路堤以及高路堑边坡通常可见。然而，我国多山，而且滑坡、泥石流地质灾害多发，这不仅对人类生命财产造成损失，还破坏自然环境。因此对边坡进行稳定分析，评估其稳定性及加固方法，具有非常重要的工程实践意义和学术价值。 　　当边坡出现不稳定时，挡土墙作为一种防护措施则被广泛应用于工程建设中，所以分析挡土结构的稳定性、抗滑稳定性、抗倾稳定性就显得尤为必要。这些特性的显现与一个参数密切相关，即土压力。计算土压力的方法有经典的朗肯和库伦土压理论，但其缺陷是只能计算主动和被动两个极限状态下的土压力，“在工程实践中，挡墙的土压力与位移量相关，如果静止或是少量位移但未达到极限状态，此时的土压力如何确定？”这无疑成为新的难题。 　　围绕着教育部博士学科点专项基金项目，宋飞以考虑侧向变形的各向异性填土土压力计算方法为主要研究内容，在广泛深入阅读和分析现有研究成果的基础上，系统地归纳和总结了土压力问题研究的已有规律和存在问题。随后，他从设备研制、材料试验、离心模型试验、机理分析、实用算法诸方面入手，对任意侧向变形条件下各向异性填土的土压力产生机理和随挡墙位移变化的基本规律进行了深入而全面的研究，并提出相应的计算方法，取得若干创新性成果。 　　值得一提的是，宋飞自行成功研制出等应变增量比试验设备和离心模型试验设备各1套。殊不知，岩土实验装置多为非标准化产品，这意味着从设计、制图到加工生产，都需要宋飞加入自己的想法从而进行原创。然而，从零开始，绝非易事。查阅尽相关英文文献，一点点摸索前行，不断从失败中跳出再投入新一轮研发。就这样，宋飞的坚持不懈终于换来了硕果――可控任意挡墙位移的土压力离心模型试验设备荣获清华大学第十九届学生实验室建设贡献一等奖，并申报发明专利，宋飞为第一发明人。 　　在做土压力离心模型试验时，在离心加速度增大的过程中挡墙却始终不能保持静止状态，这成为又一个摆在宋飞面前的头号难题。“遇到困难时，除了要自己动脑筋想办法，还要多与人交流”，这是他从那次经历中汲取到的秘诀。受学院中一位教授的启发，宋飞最后研制出一套自动控制系统，即通过电机控制齿轮正转和反转使得挡墙保持静止状态。“总结经验很重要”，过程中宋飞不知道经历了多少次调试。 　　突破经典土压力理论 　　加盟长安大学公路学院后，宋飞将研究目光聚焦在了一种新型土工合成材料――土工格室。这是一种诞生于20世纪80年代初，由高分子聚合物宽条带经强力焊接而形成的三维网状结构，用以修建挡土墙以及进行边坡防护。它伸缩自如，运输方便，使用时张开并充填土石或混凝土料，构成具有强大侧向限制和大刚度的结构体，被广泛应用于土木工程的各个领域。 　　与常见的支挡构造物，如重力式挡墙、加筋土挡墙、锚杆挡土墙、锚定板挡土墙、桩板式挡土墙等相比，土工格室挡墙具有诸多优点，其结构较轻，减少了对地基承载力的要求；其取消圬工、节约占地、施工简便、造价低廉；其适用范围较广，格室内填料可就地取材，适用于路堤、路堑边坡、机场及变电站高填方的防护；特别是其墙面格室内可植草种树，因此在公路建设中能够满足绿化墙面、生态保护、美化沿线景观的要求，生态效应显著。 　　然而，土工格室挡墙并非坚不可摧。除在土压力的作用下会整体发生位移外，墙体自身亦会发生挠曲变形。与经典土压力理论计算得到的极限状态下的刚性挡土墙土压力明显不同，挡墙的变形形态通常介于静止与主动状态之间，墙后填土的破坏模式也与刚性挡墙有较大区别，经典的朗肯及库仑土压力理论已然无法准确预测土工格室挡墙的滑动面。“现在还没有成熟的土压力计算理论、挡墙破坏模式评价方法及设计方法，理论研究落后于工程实践，这是工程界亟待解决的难题”，宋飞道出了问题的关键。 　　于是在此背景下，他申请了国家自然科学基金青年科学基金项目“