又一项多年研究成果获得自然科学奖

《基于数字图像的真实细观非均质岩土力学数值分析方法》

岳中琦

2019年11月19日下午，我收到了这张第十届中国岩石力学与工程学会科学技术奖的自然科学奖一等奖的证书。

我极为感动，这是中国岩石力学与工程学会相关专家们对我们这项题名为《基于数字图像的真实细观非均质岩土力学数值分析方法》研究工作的认可、肯定和表扬。我由衷地感谢学会的同行评审专家们。由衷地感谢推荐单位，它是中国岩石力学与工程学会岩体物理数学模拟专业委员会。由衷地感谢五位推荐专家们，他们是清华大学张楚汉院士、中国矿业大学（北京）何满潮院士、中国科学院与水利部的成都山地灾害与环境研究所崔鹏院士、浙江大学陈云敏院士、和中国科学院力学研究所李世海研究员。由衷地感谢四位项目合作同事，他们是陈沙博士、郑宏教授、和谭国焕教授，都是这项研究工作的获奖人。

这次获奖，更让我想起了1992年到1996年在加拿大的《那段Tenure-Track工作好时光》http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-1012379.html。当年，我被加拿大国家研究院建筑研究所录取，从事沥青混凝土公路道面的研究工作。我站在了国际科技前沿，开创了运用数字图像技术，来定量研究沥青混凝土细观骨料空间分布的研究方法和方向，发表了4篇世界上这个研究方向最早的论文，论证了骨料和它们的细观空间分布对沥青混凝土的结构稳定性和力学强度起决定作用，并指出了数字图像技术与岩土力学数值方法的结合将是一项有前途和生命力的研究课题和方向。

这项建议基于以下的认识和分析。岩土力学是研究、计算和预测，岩石、岩体、土体和混凝土材料，在载荷作用下的弹性变形、塑性变形（或脆性破裂）到力学破坏的响应过程和规律，在岩土工程各个理论和应用领域起到关键和核心作用。长期以来，在经典连续介质力学理论和方法基础上，岩土力学研究，在岩土本构关系和数值力学计算方法方面，取得了极大的发展和进步。但是，过去几乎所有岩土力学研究均采用了，岩土材料物理和力学性质在空间上是均匀分布、分片均匀分布、或人为给定不均匀分布的基本假设。过去的岩土力学理论、方法和成果均没有真实定量地考虑，由多种不同矿物、砂石、孔隙等组成的、具不同物理力学性质的、真实细观非均质岩土材料空间分布的作用。

因此，在1999年12日加入香港大学后，我又继续开展了这项研究工作，发表了一系列研究成果，开创了运用数字图像技术来进行考虑真实细观骨料非均质分布的岩土和混凝土数值力学计算研究。

总结起来，我们运用现代数字图像技术，创造性地实现了真实岩土材料的细观非均质空间分布的精准测量和数字表述，创造性地计算与模拟了在内外载荷作用下真实细观非均质岩土材料的力学变形和破坏响应过程，创建了一套定量计算、分析和研究了各种岩土材料的细观非均质空间分布对它们的力学响应和变形规律的方法、算法和技术，在国际国内开辟了定量真实细观非均质岩土和混凝土的力学计算研究，填补了国际国内相关领域的空白，引领了国际国内相关领域的进步和发展。我们研究工作有四个主要发现点：创建了一套真实细观非均质岩土材料力学响应的数值求解与分析方法体系；创立了一套将真实细观非均质岩土材料平面图像精准转化为二维数值网格的计算方法；建立了一套实现真实细观非均质岩土材料的三维数值网格方法；确定了考虑真实细观非均质岩土材料在多种经典载荷作用下力学响应的重要规律。

在香港大学完成的四篇中文和四篇英文代表性论文分别被，国内144和122个和国际7个和118个大学院系和科研院所单位的科研人员，引用、运用和应用。这些院系和院所在单位包括，中国科学院的岩土力学研究所、地质与地球物理研究所、成都山地灾害与环境研究所、青藏高原地球科学卓越创新中心和地球科学研究院，清华大学、南京大学、中国矿业大学（北京）、大连理工、同济大学、武汉大学、东南大学、河海大学、东北大学、山东大学、中南大学、中国地质大学、四川大学、成都理工、重庆大学、长安大学、西安理工、三峡大学、上海大学、长江科学院、斯坦福大学、多伦多大学、普渡大学、皇后大学、宾夕法尼亚州立大学、昆士兰大学、西澳大学、阿德莱德大学、滑铁卢大学、南洋理工、华盛顿州立大学、曼彻斯特大学、新南威尔士大学、苏黎世联邦理工学院、巴黎综合理工大学、坎特伯里大学、冈山大学、和首尔大学。

我们这项研究是早期具开创性的研究工作，运用早期数字图像技术，获取真实岩土和混凝土材料的细观非均质分布，再进行定量细观结构研究，并纳入已有物理力学数值计算程序进行物理力学响应分析和预测。我们最早地站在了科技发展前沿，及时充分利用了当时的科技新手段，提出和解决了岩土和混凝土力学研究的一个重要且亟待解决的问题。这个问题就是，组成岩土材料（介质）的细观颗粒非均质现象如何定量测量、分析和计算，它们空间分布的非均质组分及结构和对力学响应的影响。

随着数字图像和计算机技术广泛和飞速的发展，该方法研究成本低、方便易学和上手快的优势逐渐凸显，在实际需求量大、问题多的岩土工程领域得到了广泛的应用。特别地，基于数字图像的岩石、土体、土石混合体、混凝土和它们与数值模拟相结合的研究，近十几年已经在国际国内迅速高速地发展起来了，产生了不少定量的新方法、新知识和新规律，促进了岩土力学与工程在与真实细观岩土和混凝土材料定量结合研究与计算方面的进步和完善。我们这项研究工作的未来发展空间是极其广阔的！

2019年11月25日16：00写成于香港大学602楼办公室