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2018
年度广东省科学技术奖公示表
（自然科学奖）
项目名称
主要完成单位
非饱和土状态相关本构关系及应用
广州市香港科大霍英东研究院
哈尔滨工业大学
(
深圳
)
吴宏伟
(
教授、广州市香港科大霍英东研究院、广州市香港科大霍英东 研究院；他是
总体学术思想和研究方案的提出者，也是支持本项目所有科研资金的主要负
责人，
领导研究人员开展实验和理论研究。他是本项目
10
篇代表性论文的作者，并是其中
8
篇的第一作者）
主要完成人
陈锐（副教授、哈尔滨工业大学
< p>(深圳
)
、哈尔滨工业大学
(
深圳
)
；陈锐博士和吴洪伟
（职称、
完成 单
教授共同研发了一系列非饱和土吸力测量仪器，包括新型土体吸力传感器和现场土
位、工作单位）
壤水势测量仪等，也提出了全天候毛细阻滞覆盖系统 ，获得美国发明专利，他是其
中
1
篇的通讯作者）
周超（讲师、广州市香港科大霍英东研究院、广州市香港科大霍英东研究院；
周超
博士和吴宏伟教授建立了应力状态土水特征曲线理论模型。
本项目的
10
篇代表性论
文里，他是其中
2
篇的第一作者
/
通讯作者）
本项目属土木工程的环境岩土工程领域。
非饱
和土是固、液、气三相介质组成的多孔碎散材料，广泛存在于地表土层中，是
所有自然边
坡和人工构筑物的承载体。加深对非饱和土认知，是人类生存发展的永
恒课题。非饱和土
状态及力学行为随自然大气环境和地下水位的变化而变化，特别
是
21< /p>
世纪以来极端气候条件频发和人类活动导致地下水位变幅大，
非饱和土相关的
灾害时有发生。
Fredlund
教授于
199 3
年基于土壤学和弹性力学相关理论建立了经典
非饱和土力学理论体系，
其中持水本构关系忽略了土体应力状态的影响，应力
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应变
本构关系难以描述土体水分和应变状态相关的弹塑性力学行为，
难以满足
21< /p>
世纪对
垃圾填埋场覆盖系统、自然边坡、高铁路基等重大基础设施服役性能
精准控制的要
求。建立状态相关的非饱和土弹塑性本构理论是本学科国际前沿的科学难题
。本项
目经十几年探索与研究，取得如下原创性科学成果：
(1)
发现了应力增加的最重要影响是改变土体孔隙分布，
< p>对持水性质起主导作用，建
立了应力状态相关的持水本构关系，通过
自主研发的应力控制压力板仪在国际上率
先验证了应力提高土体持水能力，突破了基于土
壤学的持水曲线忽略应力状态效应
项目简介
的局限性。
(2)
建立了吸力路径相 关的各向异性小应变模量计算公式，
通过弯曲元系统在国际上
首次验证了
干湿循环作用下土体孔隙水重分布，导致小应变模量的各向异性和吸力
路径相关性，为干
湿循环条件下非饱和的变形计算提供精确的方法。
(3)
应变
剪胀（缩）本构关系，利用自主研发的双室高精度体变测量系统在国际上率先
验证了吸力
增加土体剪胀势，突破了经典非饱和土应力
-
应变本构关系忽略吸力状态
效应的局限性。
基于以上三点重要科学发现，建立了状
态相关非饱和土弹塑性本构模型，并基于本
项目发明的一系列非饱和土测试仪器提出了简
单可靠的本构模型参数标定方法，形
成了状态相关的非饱和土力学理论体系，出版了《<
/p>
Advanced
Unsaturated
Soil
Mechanics and
Engineering
》英文专著。
本项目在国际权
威期刊上共发表
SCI
论文
100
余篇，
他引
5000
多次。
10
篇代表性论
文均发表在本学科公认顶级国际期刊，
SCI
他引
300
多次。
研究成果获加拿大岩土工
程协会颁发的大
中华地区首个优秀论文奖等国内外科研奖励。
中
/
美
/
加
/
英等国科学院
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