日前，“長壽命道路材料本構與結構力學行為理論”香山科學會議在京成功召開，來自交通運輸、力學、數學等領域的50余位院士、專家參會研討。
交通運輸部科技司司長岑晏青出席會議并表示，希望借助香山科學會議這一高端學術平臺，凝聚各方共識，進一步促進長壽命道路科學理論體系革新，為我國新一代路面技術的基礎研究找到新的突破口，支撐我國道路工程高質量發(fā)展和加快建設交通強國。
會議由中國工程院院士、東南大學教授黃衛(wèi)，中國工程院院士、長沙理工大學教授鄭健龍，華南理工大學教授張肖寧，重慶交通大學教授唐伯明，長安大學校長沙愛民，同濟大學教授孫立軍，交通運輸部公路科學研究院研究員王旭東擔任執(zhí)行主席。
與會多學科跨領域的專家學者針對路面材料的本構原理、路面結構的力學損傷機理等新一代路面設計的基礎理論問題進行深入探討，進一步推動新一代路面工程技術研發(fā)。
會上，專家學者面向道路工程高質量轉型發(fā)展的需求，遵循結構—材料一體化的科學理念，為揭示道路結構與材料長期性能的演化機理，自主研發(fā)適用于我國長壽命道路建設的科學理論體系提供了新思路。
香山科學會議是由科學技術部倡導發(fā)起，是我國科技界以探索科學前沿、促進知識創(chuàng)新為主要目標的高層次、跨學科、小規(guī)模的常設性學術會議，會議倡導學術平等、百家爭鳴。
本次會議是繼2019年10月“中國長壽命路面關鍵科學問題及技術前沿”會議后，香山科學會議第二次專題研討路面科技問題。
本次會上，會議執(zhí)行主席、中國工程院院士黃衛(wèi)教授作了“低碳、長壽命路面的關鍵科學問題”的主題評述報告，會議執(zhí)行主席、中國工程院院士鄭健龍教授作了“長壽命路面材料與結構服役性能研究的關鍵科學問題”的主題評述報告。
與會專家圍繞道路材料本構理論與應用、道路結構抗力模型與失效準則、道路材料與結構的服役性能解譯與表征等中心議題進行了深入討論，在道路結構與材料長期性能的演化機理揭示、我國長壽命道路建設自主科學理論體系構建等方面形成廣泛共識。
與會專家普遍認為，在加快建設交通強國和碳達峰碳中和背景下，建設綠色、低碳的長壽命路面已經成為交通運輸高質量發(fā)展的迫切需要；全行業(yè)道路領域科技工作者應強化協(xié)同、加強合作，持續(xù)開展交通基礎設施長期性能科學觀測與研究，逐步構建符合中國實際的交通基礎設施設計建設養(yǎng)護理論體系，為加快建設交通強國提供更加有力的科技支撐。
今年的香山科學會議主要研究了哪些問題？
為新一代路面技術基礎研究找到新的突破口
“十三五”以來，我國公路交通發(fā)展水平躍上新臺階。截至2021年年底，全國公路總里程528.07萬公里，遍布全國、縱橫交織的公路網，支撐了國家重大戰(zhàn)略的實施。但依然存在著路面使用壽命普遍偏低、原創(chuàng)性基礎理論缺乏、新材料研究儲備不夠等一些突出問題。
在加快建設交通強國和碳達峰碳中和背景下，建設綠色、低碳的長壽命路面已經成為交通運輸高質量發(fā)展的迫切需要，也是我國新一代路面工程的發(fā)展方向。
交通運輸部科技司司長岑晏青表示，希望借助香山科學會議這一高端學術平臺，凝聚各方共識，進一步促進長壽命道路科學理論體系革新，為我國新一代路面技術基礎研究找到新的突破口，支撐我國道路工程高質量發(fā)展和加快建設交通強國。
中國工程院院士黃衛(wèi)以《低碳、長壽命路面的關鍵科學問題》為題作主題評述報告。他提出，提升路面使用品質、延長使用壽命，是建設綠色、低碳路面工程的首要目標，新一代綠色低碳、長壽命路面技術還需要在材料研發(fā)、結構設計、施工工藝和維護技術等方面開展科技創(chuàng)新。他認為，當前面臨的主要問題在于既有設計理論的突破，需要研發(fā)適用于新一代路面技術發(fā)展需求的路面設計體系和方法，路面材料的本構模型和路面結構的力學行為是其中兩個關鍵的基礎理論問題。
中國工程院院士鄭健龍作了題為《長壽命路面材料與結構服役性能研究的關鍵科學問題》的主題評述報告。他認為，道路材料與結構服役性能研究的關鍵科學問題主要集中在力學模型、性能解譯與結構抗力三大方向；建議用雙模量理論作為路面結構力學響應解譯的力學模型，并盡快開發(fā)相應的結構分析與設計軟件；路面結構處于三維應力狀態(tài)，應系統(tǒng)開展三維應力狀態(tài)下的道路材料疲勞特性的研究，建立三維應力狀態(tài)下的抗力模型，并逐漸用于路面結構設計與結構分析。
建立能反映實際情況的適用本構模型
道路材料本構關系是表征材料性質的重要參數，也是道路優(yōu)化設計的重要依據，因此開展長壽命路面材料本構關系研究具有非常重要的理論意義和實用價值。
科研工作者在線彈性模型、彈塑性模型、黏彈性模型、損傷模型，以及基于神經網絡的模型等方面，開展了很多工作，但與實際情況還存在著較大誤差。
中國科學院教授魯曉兵作了題為《道路材料本構理論與應用》的中心議題報告，他提出建立兩類本構關系。一是基于現代本構理論，建立考慮微觀因素影響的本構關系（確定性理論模型）；二是基于大數據技術，結合本構理論，建立人工智能本構模型（非確定性理論模型）。建立的模型需要經過中試數據以及實際運營道路實測數據的檢驗及修正，具備為不同要求的道路進行材料設計和制備方法選定的能力，并為道路結構方案設計提供理論基礎。
清華大學教授劉應華在題為《工程材料本構理論基礎》的專題報告中，介紹了常見的工程材料本構理論，以及本構理論研究的發(fā)展動態(tài)。目前，極端條件和復雜應力下的本構理論深受關注。在高溫、腐蝕、輻照等環(huán)境下，往往表現出變形，受多種不同機理主導、材料劣化受環(huán)境影響的特征，本構表現出力—化—熱多場耦合的特點。
長沙理工大學教授于華南作了題為《道路材料的本構關系、模型、參數》的專題報告，報告結合國內外學者的現有研究，分析了獲取模型參數的室內試驗方法和基于現場測試試驗的參數反演方法。他認為，應建立道路材料全壽命階段的數字孿生機制，實現道路材料設計與性能精準調控。
哈爾濱工業(yè)大學教授單麗巖作了題為《瀝青及瀝青混合料黏彈構效關系》的專題報告，提出隨著同步測試技術和計算機科學的發(fā)展和進步，采用AFM—拉伸、SANS—剪切和原位中子成像等技術，同步采集瀝青及瀝青混合料加載過程的結構和黏彈性，建立組成結構和黏彈性能的數據庫。
揭示道路結構與材料長期性能的演化機理
抗力模型是路面設計模型的重要組成部分?？沽κ侵嘎访娼Y構抵抗外力作用的能力，即各種服役性能的抗衰變能力。揭示其深層機制并預測其發(fā)展規(guī)律，是路面設計和維養(yǎng)決策的重要依據。
交通運輸部公路科學研究院研究員王旭東作了題為《道路結構抗力模型與失效準則》的中心議題報告，指出在抗力模型中引入力學指標可以從本質上揭示服役性能衰變的力學機理，也使得抗力模型表達更加科學、準確和簡潔。需要考慮三個方面的問題，一是鑒于材料的三維受力狀態(tài)，是否考慮第四強度理論綜合判斷；二是材料的強度理論是否適用于整體路面結構使用性能失效的判斷準則；三是力學指標的“可視化”問題。
長沙理工大學教授呂松濤作了題為《道路結構抗力模型與破壞機理》的專題報告，針對傳統(tǒng)瀝青路面疲勞抗力模型存在的強度不確定性問題和疲勞不適用性問題，提出應采用三維應力狀態(tài)下的強度與疲勞模型來建立路面各結構層的失效準則和抗力模型。
浙江大學教授羅雪在題為《道路結構性能建模及求解》的專題報告中表示，未來的研究和應用中，應重點關注混合建模和混合求解的理論指導方法、混合模式的優(yōu)化選擇、新場景開發(fā)等問題。
交通運輸部公路科學研究院研究員周興業(yè)作了題為《道路結構性能的時空演化》的專題報告，提出在建立各種性能模型時，應充分考慮荷載環(huán)境耦合等外因和結構材料等內因的綜合影響；同時，對演化機理進行解析時，應結合服役性能的周期性波動增長新現象和疲勞開裂的新模式，在現有認識的基礎上進一步揭示內在成因。
為道路材料與結構的服役性能解譯與表征提供新路徑
開發(fā)30年甚至更長壽命的瀝青路面設計方法是我國道路領域的重要發(fā)展方向，建立與實際服役性能匹配的瀝青路面結構行為預估模型是其核心之一。
長安大學校長沙愛民作了題為《道路材料與結構的服役性能解譯與表征》的中心議題報告，指出未來需盡快解決道路設計狀態(tài)、施工狀態(tài)與服役狀態(tài)表征與解譯的統(tǒng)一問題；解譯與表征在路面“結構—材料—功能”一體化中設計與表達問題、數據鏈一致性、可操作性、可靠性等問題；新技術支持下的道路表征與解譯技術路徑與重大集成應用問題。
武漢理工大學教授張澤宇作了題為《道路材料與結構力學行為解譯》的專題報告，提出應基于各服役環(huán)境內的水氣運動特征，有針對性地進行瀝青路面結構組合設計。同時，應大幅提升水分子長期存在時的瀝青與集料的黏附性能，研發(fā)長期耐水的瀝青混合料。
東南大學教授馬濤作了題為《瀝青路面結構行為的預估》的專題報告，提出在優(yōu)化完善瀝青路面結構行為預估模型時，整體的目標是性能預估更加準確、力學計算更加精準、經驗參數修正更加普適。
同濟大學教授朱興一作了題為《道路材料與結構的跨尺度耦合分析方法》的專題報告，建議開展道路材料參數與結構力學狀態(tài)的映射關系和統(tǒng)一取值方法，瀝青混合料細觀尺度黏彈塑性—損傷—自愈本構模型，多場作用下瀝青路面材料—結構跨尺度耦合算法及足尺實證方法，結構—材料相統(tǒng)一的高性能材料設計方法等研究。
