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[新華日報]“巖土研究”深處,他為建筑結構抗震制定標準

□ 本報記者 謝詩涵 通訊員 朱琳

面朝廣袤的“土地”,背靠厚實的“根基”,40年來,南京工業大學巖土工程研究所陳國興教授,一直埋首于土動力學與巖土地震工程研究,緊跟國家重大工程需求。他研究的“巖土”來自祖國各地,卻最終“走向”世界頂尖。

建筑結構設計是否考慮到建筑抗震的要求,對建筑物的抗震能力有著直接的影響。陳國興的研究正是探索地震波在土壤中的傳播規律,為結構抗震設計提供依據,保證工程結構的安全。2020年底,他所提出的一種通用的非線性場地地震反應分析弱耦合有效應力法,成為我國學者自1960年代初開始研究巖土地震工程以來,首次在國際一流期刊發表場地非線性地震反應分析方法的基礎理論論文。

“一些建筑結構因地震本身遭到破壞,還有不少建筑結構則是因為地基本身存在問題,如砂土液化。由于孔隙水壓力上升,有效應力減小,砂土從固態變成液態,這種砂土液化現象在地震時可能大規模發生并造成嚴重危害。”陳國興回憶,在他還沒有讀研之前,印象中的幾次重大地震都是因為砂土液化造成了不可挽回的重大生命財產損失。這也堅定了陳國興從事飽和砂土液化研究的決心。

上世紀80年代中期,陳國興開始了在中國地震局工程力學研究所的研究生時光,深受砂土液化研究先驅者之一謝君斐導師的影響,他對飽和砂土動力學行為特征研究更加情有獨鐘。對于砂土液化判別,國際上使用的標準方法一直是美國學者提出的基于循環應力比概念的所謂“簡化方法”;而國內則沿用謝君斐于1974年創立的“基于現場試驗和地震烈度的經驗方法”。50年間,從事砂土液化研究的專家們始終未能走出這兩種方法的范式框架。直到2019年,陳國興提出了基于二元介質理論的飽和砂類土地震液化評價的新方法,打破了砂土液化判別方法的國際范式,也同時打破了由自己導師創立的唯一標準。

在陳國興實驗室里,一排排擺放整齊的土壤樣品清晰地標注著它們的來路:地鐵、高鐵、港口、北京平原、福州盆地、南海島礁……雖然是基礎研究,但陳國興時常提醒自己和團隊成員:“我們的研究有沒有解決國家重大工程問題?”在陳國興的實驗室和研究實踐中,答案已經很明顯。

1995年暑期,陳國興剛來南京建筑工程學院(現南京工業大學),實驗室里的研究對象主要集中于城市巖土,這和當時城市化迅速發展的現實密不可分,“城市地下空間結構地震反應特性與抗震設計”也成為陳國興研究的重要方向之一。

實驗室2米多高的振動臺里,南京地鐵車站、北京地鐵車站、南京長江漫灘等地的砂土時常“光顧”,它們陸續甚至反復“走進”陳國興的研究中,伴隨他開展了城市地下結構地震反應與分析方法研究等多項試驗,系統揭示了地鐵地下結構地震反應規律、抗震性能和動力損傷機制等。

2012年,黨的十八大報告提出了海洋強國戰略,陳國興便帶領團隊開展海洋土基本動力特性與海洋重大工程場地地震效應研究。他多次走到“中國及領區地震震中分布圖”前,渤海海域、瓊州海峽、金塘海峽、南沙群島……國家戰略所需皆是研究之所。

做實驗時“埋”在土里,研究面向最廣闊的“大地”,難怪陳國興自詡“土教授”,他說自己研究的對象是“巖土”,做科研用的也是“土辦法”。他曾奔赴災區,歷時6年,累計行程約1萬公里,終鑄就53.4萬字的《汶川地震中小型水庫震害與數據庫》;也曾實地考察汕頭海灣海底隧道、甬舟跨海高鐵、蘇通長江大橋、南京長江二橋等工程建設,為工程抗震設計提供了重要依據。

“只要不出差,待得最多的地方就是實驗樓,家反倒成了旅館。”陳國興笑著調侃。從事科研工作以來,陳國興拿過不少榮譽和獎勵,但他最鐘愛的獎是“江蘇省五一勞動獎章”。因為最好的科研方法是堅守在不停的腳步里,堅守在日積月累的歲月里。

2021年2月3日新華日報第13版   

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