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中国学科发展战略·土木工程与工程力学

中国学科发展战略·土木工程与工程力学

土木工程是建造各类工程设施的科学技术的统称。它既指工程建设的对象,即建造在地上、地下、水中的各种工程设施,也指所应用的材料、设备和所进行的勘测、设计、施工、管理、养护和维修等专业技术(叶列平,2006;项海帆等,2007)。工程力学是土木工程的一个支撑学科。“土木工程与工程力学学科发展战略研究”项目的重点是土木工程和工程力学的交叉领域。这一领域的研究成果和技术进步直接服务于我国重大基础设施建设和安全高效运营。改革开放以来及今后相当长的一个时期,我国经济建设处于高速及中高速发展阶段,大规模基础设施建设已经并将在相当长的时间内持续地蓬勃发展。重大基础设施的建设对于发展国家经济、开发中西部地区、增强国家综合实力意义重大。我国已经拥有世界上最快的高速铁路,最高的拱坝、面板坝和碾压混凝土坝,地震区最高的建筑,最长的跨海大桥,最深埋的隧道,规模最大的水利枢纽和调水工程。这些大规模基础设施的建设与安全服役对于提高我国综合实力、改善民生、发展经济和全面建成小康社会具有非常重要的战略意义。
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项 目 组
组  长:程耿东
成  员:(按拼音排序)
               陈祖煜 杜修力 赖远明 李  刚 李宏男         
               李 杰 茹继平 宋振骐 杨迪雄 詹世革         
               钟万勰
学术秘书:杨迪雄
编 写 组 
组  长:程耿东
主要成员:杨迪雄 李 刚

本书开展土木工程与工程力学学科发展战略的研究,重点是土 木工程和工程力学的交叉领域。这一领域的研究成果和技术进步直 接服务于我国重大基础设施的建设和安全服役。改革开放以来及今 后相当长的一个时期,我国经济建设处于高速及中高速发展阶段, 大规模基础设施建设已经并将在相当长的时间内持续地蓬勃发展。 这些大规模基础设施的建设和安全服役对于提高国家综合实力、改 善民生、发展经济,以及全面建成小康社会具有非常重要的意义。

土木工程是一门工程学科,主要研究人类社会生产、生活及国 防中基础设施建设有关的工程与科学问题。各类不同的基础设施有 不同的功能要求,土木工程学科的重点是从理论和技术上确保在各 种可能出现的环境荷载下基础设施的完整性,以支撑基础设施满足 其功能需求。工程力学、工程材料、工程实验、计算科学等学科或 学科分支是土木工程的支撑学科。土木工程的实践和学科发展已有 悠久的历史,从各种土木工程材料到各类结构,从设计施工监控到 维护,国内外都有大量的规范 / 规程可以或必须遵循。但是,一是 随着新结构、新材料、超规范 / 规程工程的出现,需要不断研究新 理论和方法;二是由于环境的变化或社会对基础设施需求的变化, 已有的规范 / 规程仍然需要不断地修改与完善。这些都推动着土木 工程学科的发展。

力学是关于力、运动及其关系的科学,主要研究介质运动、变 形、流动的宏微观行为,揭示力学过程及其与物理、化学、生物学 等过程的相互作用规律。工程力学是力学与工程结合的学科分支, 针对工程技术和科学中的力学问题,研究其理论、方法和应用,在土木工程、水利工程、海洋工程、交通工程、机械工程、航空航天 工程、材料工程等工程科学中都起着支撑作用,是这些学科的基础 学科之一。

《中国学科发展战略·土木工程与工程力学》着重围绕我国经 济建设和社会可持续发展对该学科的重大需求,论述了学科领域的 科学意义与战略价值。遵照学科发展的自身规律和基础研究的特 点,把握世界范围内土木工程与工程力学学科的前沿、动态,以及 信息化、智能化的时代特征,研究了该领域发展的中长期趋势和新 方向,调查了解了我国土木工程实践与科技工作者在相应学科领域 研究中的贡献和地位。结合我国国民经济和国防建设的重大需求, 综合本领域一批科技工作者的意见,对学科前沿重大科学问题、重 大战略方向和资助机制提出了建议。从六个方面探讨了土木工程与 工程力学学科的重点发展方向,包括:城市化进程中的基础设施 建设;能源需求牵动的土木工程;重大基础设施的防灾减灾;可持 续发展的土木工程;土木工程信息化和数字化;土木工程中的工程 力学。

中国科学院技术科学部于 2011 年 1 月启动了“土木工程与工 程力学学科发展战略研究”项目,2013 年 1 月该项目被立为国家自 然科学基金委员会和中国科学院联合资助的发展战略研究项目。项 目组由来自大连理工大学、国家自然科学基金委员会、中国科学 院、中国水利水电科学研究院、同济大学、北京工业大学、山东科 技大学等单位长期从事土木工程与工程力学领域分支学科研究的著 名专家和中青年学者组成。在“土木工程与工程力学学科发展战略 研究”项目执行期(2011 年 1 月~ 2015 年 12 月),我们对相关领 域内国家自然科学基金项目资助情况、国家重点基础研究发展计划 

(973 计划)等发布的研究指南和有关的项目申请,以及国家科技奖 励获奖情况,进行了一定的调研;参加或旁听了中国工程院和中国 科学院组织的多个相关论坛;和大连理工大学图书馆专家合作,调 研了国内外相关重要期刊和出版物的近期出版情况。

在“土木工程与工程力学学科发展战略研究”项目的研讨、报告撰写和修改过程中,得到了我国相关领域的众多院士、专家的鼎 力支持和帮助。我们召开了多次土木工程与工程力学学科发展战略 研讨会,与会专家在研讨会上提出了宝贵、中肯的意见与建议;邀 请了一批相关专家,特别是一批 973 计划项目首席科学家提供相关 资料,撰写或修改了战略研究报告的部分内容;各部分的内容先后 分送给了相关专家审阅。专家为《中国学科发展战略·土木工程与 工程力学》的撰写、修改和审阅付出了心血和智慧,对提高研究报 告的质量做出了重要贡献。在本报告的编写过程中,杨迪雄教授投 入了大量的精力执笔和审阅,李刚教授执笔了部分文稿。

由于土木工程与工程力学学科发展战略研究覆盖的内容浩瀚如 海,项目组人员知识和视野有限,不足之处敬请读者批评指正。

总序  …………………………………………………………………………… i 

前言  …………………………………………………………………………… v 

摘要  …………………………………………………………………………… ix 

Abstract  …………………………………………………………………… xix

第一章 绪论 ……………………………………………………………… 1 

第一节 土木工程与工程力学学科科学意义与战略价值  ……… 2 

第二节 土木工程与工程力学学科发展规律和特点  …………… 6 

第三节 土木工程与工程力学学科发展现状和趋势  …………… 13 

第四节 土木工程与工程力学学科重点发展方向  ……………… 19 

第五节 土木工程与工程力学学科资助机制与政策建议  ……… 23

第二章 城市化进程中的基础设施建设 ……………………………… 26 

第一节  超高层和超大跨结构的全寿命设计  …………………… 27 

一、需求分析 ……………………………………………… 27 

二、国内外研究现状和趋势 ……………………………… 29 

三、重要研究内容 ………………………………………… 31 

第二节  城市地下交通、地下工程和城市间交通工程的安全服役  … 33 

一、需求分析 ……………………………………………… 33 

二、国内外研究现状和趋势 ……………………………… 35 

三、重要研究内容 ………………………………………… 36

第三章 能源需求牵动的土木工程 …………………………………… 38 

第一节  水利水电工程建设  ……………………………………… 38 

一、需求分析 ……………………………………………… 38 

二、国内外研究现状和趋势 ……………………………… 40 

三、重要研究内容 ………………………………………… 42 

第二节  核能设施建设  …………………………………………… 44 

一、需求分析 ……………………………………………… 44 

二、国内外研究现状和趋势 ……………………………… 46 

三、重要研究内容 ………………………………………… 47 

第三节  新能源开发的基础设施建设  …………………………… 48 

一、海洋能源开发中的基础设施建设 …………………… 48 

二、风电开发中的基础设施建设 ………………………… 53

第四章 重大基础设施的防灾减灾 …………………………………… 59 

第一节  地震灾变与防灾减灾  …………………………………… 61 

一、需求分析 ……………………………………………… 61 

二、国内外研究现状和趋势 ……………………………… 62 

三、重要研究内容 ………………………………………… 66 

第二节  风致灾变与防灾减灾  …………………………………… 68 

一、需求分析 ……………………………………………… 68 

二、国内外研究现状和趋势 ……………………………… 69 

三、重要研究内容 ………………………………………… 70 

第三节  工程地质灾害的控制与防御  …………………………… 71 

一、需求分析 ……………………………………………… 71 

二、国内外研究现状和趋势 ……………………………… 73 

三、重要研究内容 ………………………………………… 74 

第四节  火致灾变与防灾减灾  …………………………………… 75 

一、需求分析 ……………………………………………… 75 

二、国内外研究现状和趋势 ……………………………… 76 

三、重要研究内容 ………………………………………… 78 

第五节  爆炸冲击灾变与防灾减灾  ……………………………… 78 

一、需求分析 ……………………………………………… 78 

二、国内外研究现状和趋势 ……………………………… 80

三、重要研究内容 ………………………………………… 82

第五章 可持续发展的土木工程 ……………………………………… 84 

第一节  高性能结构体系  ………………………………………… 85 

一、需求分析 ……………………………………………… 85 

二、国内外研究现状和趋势 ……………………………… 86 

三、重要研究内容 ………………………………………… 88 

第二节  高性能和可再生材料  …………………………………… 88 

一、需求分析 ……………………………………………… 88 

二、国内外研究现状和趋势 ……………………………… 89 

三、重要研究内容 ………………………………………… 91 

第三节  重大工程结构的性能设计  ……………………………… 92 

一、需求分析 ……………………………………………… 92 

二、国内外研究现状和趋势 ……………………………… 92 

三、重要研究内容 ………………………………………… 95 

第四节  大型结构健康监测与安全评定  ………………………… 96 

一、需求分析 ……………………………………………… 96 

二、国内外研究现状和趋势 ……………………………… 97 

三、重要研究内容 ……………………………………… 100

第六章 土木工程信息化和数字化 ………………………………… 102 

第一节  可信性结构分析软件和数字化设计  ………………… 104 

一、需求分析 …………………………………………… 104 

二、国内外研究现状和趋势 …………………………… 106 

三、重要研究内容 ……………………………………… 108 

第二节  数值模拟与先进实验技术的融合  …………………… 109 

一、需求分析 …………………………………………… 109 

二、国内外研究现状和趋势 …………………………… 111 

三、重要研究内容 ……………………………………… 113 

第三节  高性能计算环境下的工程数值模拟  ………………… 114 

一、需求分析 …………………………………………… 114 

二、国内外研究现状和趋势 …………………………… 115 

三、重要研究内容 ……………………………………… 117

第七章 土木工程中的工程力学 ……………………………………118 

第一节  工程材料的本构理论和破坏准则  ……………………119 

一、需求分析 ……………………………………………119 

二、国内外研究现状和趋势 ……………………………121 

三、重要研究内容 ………………………………………128 

第二节  极端条件下结构的失效和灾变  ………………………129 

一、需求分析 ……………………………………………129 

二、国内外研究现状和趋势 ……………………………130 

三、重要研究内容 ………………………………………133 

第三节  不确定性结构力学  ……………………………………134 

一、需求分析 ……………………………………………134 

二、国内外研究现状和趋势 ……………………………135 

三、重要研究内容 ………………………………………138 

第四节  工程流体力学  …………………………………………139 

一、需求分析 ……………………………………………139 

二、国内外研究现状和趋势 ……………………………140 

三、重要研究内容 ………………………………………142 

第五节  多尺度力学与跨尺度关联  ……………………………143 

一、需求分析 ……………………………………………143 

二、国内外研究现状和趋势 ……………………………144 

三、重要研究内容 ………………………………………149 

第六节  计算力学  ………………………………………………150 

一、需求分析 ……………………………………………151 

二、国内外研究现状和趋势 ……………………………154 

三、重要研究内容 ………………………………………165 

第七节  工程结构优化  …………………………………………166 

一、需求分析 ……………………………………………166 

二、国内外研究现状和趋势 ……………………………167 

三、重要研究内容 ………………………………………173

参考文献 ……………………………………………………………………174 

关键词索引 …………………………………………………………………183 

致谢 …………………………………………………………………………190

巴曙松 . 2013. 从城镇化的推进看不同区域的基础设施投资重点 . 现代产业经济,9:7-11. 白以龙,夏蒙棼,柯孚久 . 2007. 固体损伤的演化诱致灾变和预测 . 失效分析与预防,2(1):1-6.

曹鸿钧,段宝岩 . 2005. 基于凸集合模型的非概率可靠性研究 . 计算力学学报,22(5):546-549.

陈厚群 . 2011. 混凝土高坝抗震研究 . 北京:高等教育出版社 .

陈政清 . 2013. 工程结构的风致振动、稳定与控制 . 北京:科学出版社 .

窦国仁 . 1981. 紊流力学(上册). 北京:人民教育出版社 .

范立础,王志强 . 2001. 桥梁减隔震设计 . 北京:人民交通出版社 .

方秦,杜茂林,陈力 . 2009. 非线性弹性大变形材料梁的抗爆特性 . 爆炸与冲击,29(1):7-12.

冯康 . 1965. 基于变分原理的差分格式 . 应用数学和计算数学,2(4):237-261.

葛耀君 . 2011. 大跨度悬索桥抗风 . 北京:人民交通出版社 .

工程技术发展研究综合专题组 . 2004. 2020 年的中国工程技术发展研究 . 北京:中国土木 工程学会 .

郭书祥,吕震宙 . 2002. 基于非概率模型的结构可靠性优化设计 . 计算力学学报,19(2):198-201.

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