刘燚,女,苗族,中共党员,四川大学水利水电学院本硕博贯通式培养研究生,师从国家“万人计划”科技创新领军人才戴峰教授,主要研究方向岩石动力学与工程。

我国西部地区的众多重大岩石地下工程作为交通、铁路、水利、水电等重大工程的关键组成部分,是国家战略和生命线工程的重要基础设施。由于西部地区地质环境复杂,板块运动活跃,这些重大岩石地下工程面临着高风险强震灾害威胁,其抗震安全是公路、铁路、水利水电、国防等工程领域迫切需要解决的重大问题。加强其抗震安全研究,保障其全寿命周期安全是国家安全与社会经济发展的重大需求。

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作为主研参与导师主持的国家重点基础研究发展计划“973计划”课题和国家自然科学基金面上项目,并参研国家青年千人计划研究项目、教育部新世纪优秀人才计划和水电工程技术咨询项目等5项课题,主持校级重点项目2项;在工程节理岩体地震动力响应研究方向取得了突破性成果,建立了国际上首个节理岩体动态损伤本构模型。

中国科学院武汉岩土力学研究所崔臻、冷先伦两位青年研究人员在国家“973”项目“强震区重大岩石地下工程地震灾变机理与抗震设计理论”首席科学家盛谦的指导下,在岩石地下工程抗震研究中取得一系列新进展。

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近三年,发表学术论文28篇,SCI收录论文23篇(第一或通讯作者SCI论文9篇);授权及公开国家发明专利8项,授权软件著作权6项;参加国内外学术会议并做大会报告12次;任本专业权威SCI期刊Rock
Mech. Rock Eng.,Int. J. Geomech.、B Geosci.及IEEE
Access审稿人;获教育部科技进步一等奖、国家奖学金、宝钢教育奖优秀学生特等奖等奖项40余项。

研究人员首先考虑到“岩体是一种最典型的非连续、非均质、各向异性和非线性的物理介质”,提出了同时考虑结构面法向与切向非线性特性的MCY结构面本构模型,并采用位移非连续理论与时域递归方法研究了地震波在工程岩体中的传播特性,揭示了地质结构面对地震波透反射特征的应力、频率、幅值的依赖性;并针对“由于对输入机制缺乏足够的认识,目前对于对同一工程中采用不同方法提供的地震动力分析成果难以进行相互比较和校核”的现状,提出了一套完整的考虑高山峡谷地形局部场地效应的地震动输入机制;同时,系统地研究了地震动及地质条件对岩石地下工程地震响应的影响,发现了长大地质结构对洞室地震动力响应的控制作用,揭示了洞室在地震作用下的破坏机理,提出了一套基于性能的地下岩石工程地震稳定性评价体系。

以重大岩体工程为背景和依托,我国岩石力学与岩石工程研究已从大国走向强国,逐渐走进“舞台的中央”。作为天然非均质材料,岩石有其细观结构特征和局部力学特性,而赋存地质环境必然赋予岩体复杂多场耦合行为。在构建岩石本构关系时,我们总是希望能够更多地考虑岩石作为固体材料的本质特性,用最少的方程体现尽可能多的材料损伤和变形机理、破坏机制和耦合过程,总是希望本构方程包含尽可能少的模型参数,数值程序研制简单、收敛性好。多尺度岩石损伤力学研究力求回应上述期待,已有成果令人鼓舞,前景可期。

有实力:本硕博贯通式培养的学术之星

研究工作直接为我国西部的白鹤滩水电工程、滇中引水工程等多个重大岩石地下工程的选址、设计、施工提供了科学依据与技术手段,解决了这些重大工程的科学设计与安全运行中关于地震安全的基础性难题,对保障西部地区重大基础设施全寿命周期安全具有重要的科学意义。

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凭着对科研的一腔热情,她从本科二年级就作为第一和第二负责人分别主持了“大学生创新训练计划”的校级重点项目和省级重点项目各1项。随后凭借优异的学习成绩入选四川大学本硕博贯通式培养研究生。硕博期间,她作为主研全面参与导师主持的国家“973计划”课题(561万)及国家自然科学基金面上项目(2项,140万),并参研国家青年千人计划研究项目(200万)、四川省杰出青年基金(50万)、教育部新世纪优秀人才计划(50万)和水电工程技术咨询项目等5项课题,作为项目负责人主持四川大学研究生科创基金重点项目1项。

在国家重点基础研究发展计划项目(2015CB057905)、国家重点研发计划(2016YFC0401803)、国家自然科学基金(51409263,
41672319)的资助下,系列研究结果连续发表于《岩石力学与岩石工程》(Rock
Mechanics and RockEngineering
)期刊。

《多尺度岩石损伤力学》是“岩土多场多尺度力学丛书”的第一部,致力于从复合材料力学的视角研究重大岩体中的基础力学问题。该书通过基础理论、裂隙岩石细观损伤力学和各向同性塑性损伤耦合分析等3篇16章内容,较为全面地介绍了岩石多尺度损伤本构关系研究的最新成果,包括岩石非线性力学响应、与裂隙张开/闭合相关的单边接触效应、空间裂隙不均匀发展引起的衍生各向异性、闭合裂隙摩擦滑移与损伤演化的强耦合过程、基于强度-变形耦合分析的岩石破坏准则和参数跨尺度关联、塑性损伤强耦合本构方程的解析解及数值算法、II型应力应变曲线的产生条件、水力耦合效应、时效损伤与变形,等等。

近三年,学业成绩年级排名第一的她发表了学术论文28篇,其中,SCI收录论文23篇,含第一或通讯作者SCI收录论文9篇(一作7篇),此9篇论文中4篇刊于国际岩石力学与工程顶尖期刊Int.
J. Rock Mech. Min. Sci.及Rock Mech. Rock
Eng.。SCI论文受到美国,新加坡,比利时等国内外学者的正面引用155次。美国麻省理工学院著名教授Herbert
Einstein评价其工作“考虑循环荷载频率、上限应力及振幅这三大特征参数的节理岩体循环加卸载模型实验结果非常有趣”。此外,她还获国家发明专利8项(含公开),获授权软件著作权6项。

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她多次在亚洲岩石力学大会(新加坡)、美国岩石力学大会(旧金山)、全国青年岩石力学与工程学术大会、全国防灾减灾工程学术会议等国内外学术会议上发表会议论文并作大会报告。受邀担任国际岩石力学与工程顶尖SCI期刊Rock
Mech. Rock Eng.、本专业权威SCI期刊美国土木工程师学会会刊Int. J.
Geomech.、著名SCI期刊国际工程地质与环境学会会刊B. Geosci.等期刊审稿人。

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她曾获教育部科技进步奖一等奖(排名第9)、国家奖学金(2次)、宝钢教育奖优秀学生特等奖、四川省优秀毕业大学生、四川大学研究生“十佳学术之星”、四川大学“百佳”优秀学生、四川大学优秀毕业生干部、张光斗科技教育基金优秀学生奖学金等奖项40余项。

精确模拟地震循环加卸载条件下结构面的动力学特性

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有毅力:锲而不舍,“赢”难而上

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全书内容分为三篇,分别介绍多尺度本构理论推导必需的预备知识、裂隙岩石细观损伤力学以及各向同性简化下的多尺度塑性损伤耦合本构关系及应用。各部分主要内容如下。

她的主要研究是基于导师主持的国家“973计划”课题“地震荷载作用下工程岩体动力特性与破坏机理”。针对我国西南地区大型水电岩石工程地质环境复杂、地震活动强烈、全寿命周期安全面临地震严重威胁的特点,研究“复杂地震地质环境下工程岩体地震动力响应与灾变机理”。如何将随机地震波简化为可用于室内试验加载的循环荷载?如何制备出几何构型特殊且材料配比独特的岩石试样?如何建立能为重大岩石工程地震动力响应与灾变机理研究提供理论支撑的本构模型?这些都是她非常关注并亟待解决的难题,她几乎将所有的精力和时间都投入到科研和学习当中。为了获得与工程岩体力学特性一致的相似材料配比,曾连续2个月在实验室埋头钻研;为了从细观角度揭示地震荷载作用下岩石材料的非线性动力响应,更是数千次对数值模拟计算模型进行二次开发和标定。一路走来,她从未放弃,正是这种“锲而不舍,金石可镂”的科研态度,最终让她迎来了井喷式的科研成果。

非线性结构面透反射特性理论解

本书主要以张量为基本工具进行理论推导,第 2
章首先介绍张量运算方面的基础知识。由于裂隙的方向特征,将重点介绍方向张量和
Walpole
四阶方向张量基及其运算规则。裂隙扩展和闭合裂隙滑动摩擦均是不可逆能量耗散过程,可以把岩石基质–裂隙当作一个能量系统,其中的内变量的演化过程受热力学条件的约束,为此第
3 章介绍基于内变量的不可逆热力学原理;Eshelby
夹杂问题解是非均质固体材料均匀化方法的基石,第 4
章介绍相关知识背景和基本问题解。作为细观损伤力学分析的引子,第 5
章介绍一维弹簧元件模型的构建过程,其中考虑并联弹簧渐进断裂相关的宏观行为。作为三维拓展,最后介绍经典的
LemaitreChaboche-Marigo
各向同性损伤力学模型,并引入有效应力概念和应变等价原理。

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