近日，岩土工程領域國際三大頂級期刊之一的Canadian Geotechnical Journal發表了土建與水利學院力學系崔新壯教授團隊的研究成果“A strain softening model evaluating geobelt-clay interaction validated by laboratory tests of sensor-enabled geobelts”。
該研究以該課題組研發的傳感型土工合成材料（Sensor-enabled Geosynthetics，簡稱SEG）為研究對象，建立了粘土中筋土作用的軟化響應本構模型，并推導了SEG在粘土中的拉拔荷載傳遞方程。利用SEG的變形自檢測功能揭示了其在拉拔過程中的變形分布情況，同時對筋土作用的軟化響應本構模型進行了驗證。研究發現，考慮了筋土軟化作用的荷載傳遞方程與拉拔試驗的實驗結果吻合較好。SEG的變形自檢測結果與計算結果相吻合，揭示了筋材在拉拔過程中的變形分布規律。該研究進一步表明SEG在土體内部變形實時監測與應力反算方面具有重要的科學意義與工程價值。
土工合成材料在國際上被稱為繼木材、水泥、鋼材之後的“第四大建築材料”，被廣泛應用于交通、土木、水利等基礎設施建設。崔新壯教授團隊近年來将傳統的土工合成材料智能化，研發了傳感型土工合成材料（SEG），兼具傳感和加固功能。該材料以高密度聚乙烯（HDPE）為基體、超導電炭黑為導電填料研制而成，具有導電聚合物的拉敏效應。所謂拉敏效應是指在外部拉力作用下，材料的導電性能由低阻向高阻發生轉變的過程。利用拉敏效應，通過測試材料的電阻變化即可實現其變形的自檢測。與傳統的土體内部變形手段相比，傳感型土工合成材料具有壽命長、量程大、成本低、能夠實現分布式測量等諸多優點，目前已成功實現了産業化。崔新壯教授團隊以SEG為核心，提出了路基健康診斷與安全預警理論，研發了路基變形監測系統，已在多條高速公路工程中成功應用，取得了良好效果，王景全和杜彥良院士等評價該成果 “達到國際領先水平”。目前在該方向已授權國内發明專利6項，國際專利1項，編制規範1部，工法1項，在Canadian Geotechnical Journal、Geotextiles and Geomembranes、Journal of Material in Civil Engineering (ASCE)、Construction and Building Materials等頂級期刊發表論文7篇。
以上研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、山東省重點研發計劃等項目的資助。
論文連接：https://www.nrcresearchpress.com/doi/abs/10.1139/cgj-2018-0560#.XUAinOnitPY
其餘論文列表：
1. Cui, X.Z., Jin, Q., Cui, S.Q., Wang, Y.L., Zhang, L., Wang, Z.X. (2018). Laboratory tests on the engineering properties of sensor-enabled geobelts (SEGB). Geotextiles and Geomembranes, 46: 66-76.
2. Cui, X.Z., Wang, Y.L., Liu, K.W. Wang, X.Z., Jin, Q., Zhao, M.L., Cui, S.Q. (2019). A simplified model for evaluating the hardening behaviour of sensor-enabled geobelts during pullout tests. Geotextiles and Geomembranes, 47: 377-388.
3. Li, J., Cui, X.Z., Jin, Q., Su, J.W., Cui, S.Q., Wang, Y.L. (2018). Laboratory investigation of the durability of a new smart geosynthetic material. Construction and Building Material, 169: 28-33.
4. Cui, X.Z., Cui, S.Q., Lu, T., Zhang, L., Wang, Y.L., Li, J. (2018). Evaluation of the performance of sensor-enabled geobelts after cyclic loading. Construction and Building Material, 185: 414-422.
5. Cui, X.Z., Li, J., Su, J.W., Jin, Q., Wang, Y.L., Cui, S.Q. (2019). Effect of temperature on mechanical performance and tensoresistivity of a new sensor-enabled geosynthetic material. Journal of Material in Civil Engineering, 31(6): 04019060.
6. Cui, X.Z., Cui, S.Q., Wang, Y.L., Li, J. (2018). “Laboratory tests on the engineering properties of sensor-enabled geobelts (SEGB)”- A reply to the discussion. Geotextiles and Geomembranes, 46: 681-683.
