陈宗基的科学研究？笔记：伯格斯方程

：暂无数据 2026-02-05 10:13:07 ：40

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陈宗基的科学研究
笔记：伯格斯方程

陈宗基的科学研究

岩土流变学是流变学的一个重要分支。流变学出现在20世纪30年代。1929年，美国在宾厄姆（E.C.Bingham）教授倡议下，创建流变学会。1939年，荷兰皇家科学院成立了以伯格斯（J.M.Burgers）教授为首的流变研究小组。当时，荷兰的流变学处于领先地位，1948年国际流变学会议就是在荷兰举行的。流变学广泛应用于各种工业材料，如橡胶、塑料、金属等；各种地质材料，如岩石、土、石油、矿物等；以及各种生物材料，如血液、肌肉、骨骼等。在岩土流变学研究方面，陈宗基提出的一系列创造性研究成果，得到国际的广泛承认。1948年，他在德尔夫特（Delft）科技大学学习期间，就对荷兰沃拉格曼斯（Wlaggemans）大桥桩基竣工两年后即发生破坏的原因进行了分析。当时工程界普遍认为这是由孔隙压力造成的。但陈宗基认为土中的空隙压力会随时间延长逐渐消失，而在剪应力作用下的变形却会随时间延长而增加，从而提出在土力学理论中必须考虑土的流变特性和三向应力、大变形这一新概念。为了发展这一新概念，荷兰德尔夫特科技大学专门拨给他经费从事研究。嗣后，德尔夫特土力学研究所聘请他到该所进一步开展有关研究工作。1952-1954年，他在荷兰皇家科学院著名物理学家、力学家波格斯教授指导下，引进近代流变学、塑**学和胶体化学原理系统地进行了土流变的实验研究和理论探索，在国际上最早创立了土流变学，为土力学开创了一个新的研究途径。1954年，他在荷兰因研究土流变学卓有成就，获德尔夫特科技大学奖状。1955年回国后，又对中国黄土和沿海软土进行了大量实验研究，进一步发展和丰富了土流变学，对中国黄土结构及其特殊的力学性质提出了微观流变的基本原理，并研制出新的实验仪器。1978年在全国第一次科学大会上获土流变学研究奖。陈宗基通过对粘土的试验研究，在国际上首次（1954，1957）提出“粘土结构力学”新学说，用以阐明土的流变和破坏特性。1959年他的这一学说被挪威物理化学家罗森维斯特用电子显微镜的观察所证实。陈宗基的这个学说已被编入国外教科书。陈宗基在国际上首次提出土的三向固结流变理论（1953-1956）。在这之前，国际上一般都认为时间因素是由固结引起的。而陈宗基的理论则强调由偏应力张量引起的土骨架流变占很重要的地位，而由球应力张量引起的时间效应是很有限的。他通过实验和理论推导，得出了土力学中长期未解决的次时间效应问题。1956年，他以自己的三向固结理论，解答了一向、二向固结和次时间效应问题。1961年他将这一理论发展到线性各向异性的课题。1964年又发展到非线性流变固结问题。陈宗基在国际上首先发现粘土存在着三个变形阶段和三个屈服值（f1，f2，f3），其中，关于第三屈服值f3或叫最高屈服值的概念，对于工程的长期稳定性具有重要意义。陈宗基于1961 年建议在工程设计中采用第三屈服值f3进行稳定计算。这一观点，在国际土力学与基础工程学会大会及国际理论与应用力学学会流变力学和土力学大会上，得到普遍重视。这个屈服值已被称为“陈氏屈服值”。陈宗基还对动荷载作用下土的流变特性进行了探索，并于1958年在国际上首先研制出电动式和机械式两种土动力三轴仪。陈宗基在土流变学方面的研究方法和研究成果也适用于软弱岩体及坚硬岩体中的软弱结构面。陈宗基在土流变学方面撰写了70多篇论文。这些论文在荷兰、法国、瑞典、葡萄牙、前苏联、日本、波兰、前南斯拉夫及美国等广为流传，引起国际土力学界的高度重视。在岩石流变方面，陈宗基率先于1959年在长江三峡水利枢纽现场平洞围岩中进行了流变试验，当时国际上只有少数人注意到这个问题。1961年，他将岩体流变理论推广到各向异性岩体。1965年，他根据对节理岩层的试验研究，从理论上解答了层状岩体中隧洞围岩应力分布课题，提出了围岩应力随时间而转动和由于岩体流变回弹，衬砌所受压力随时间而增加这两个概念，并指出当时普遍采用的普氏理论的不合理性。70年代，他又从岩石微观结构研究出发，考虑岩体的成因和历史，提出岩体内应力的来源与释放学说，指出天然岩体必须存在位错、裂隙和地应力，从而导致岩体具有流变特性。他还根据实验观察与理论分析，提出岩石扩容的本构方程。1979年发表了论文《岩石封闭应力、蠕变、扩容及本构方程》。1981年他根据对长江葛洲坝水利枢纽地基泥化夹层的研究，写出论文《泥化夹层的剪应力松弛和蠕变性质及其在坝工设计中的重要性》，在国际软岩学术会议上发表（日本东京）。1983年，他进一步发展了流变扩容理论，在第五届国际岩石力学大会（澳大利亚墨尔本）发表了论文《在岩石破坏和地震之前与时间有关的扩容》，并用流变学的观点研究了膨胀岩的变形机理。1984年在比利时皇家科学、文学与艺术院作了题为《岩土的第三屈服值及其在工程上的重要性》学术报告，受到高度评价。同年，被聘为比利时皇家科学、文学与艺术院院士。1986年被比利时国王授予“利奥波德二世（LeopoldⅡ）一级骑士”称号，并授予勋章和荣誉证书。1988 年陈宗基从流变学的原理出发，对新奥法（NATM）隧道施工进行了创造性的研究，重点涉及围岩蠕变、扩容和构造应力等课题。根据他提出的本构方程，进行了围岩稳定有限元分析。在此基础上，对隧洞围岩加固措施，提出了合理化建议。1989年陈宗基发表了论文《用8000kN多功能三轴仪测量脆性岩石的扩容、蠕变和松弛》。该文全面地描述了新型8000kN伺服控制多功能三轴仪，系统地介绍了岩石在脆性范围内确定扩容参数的新方法，分析了与时间有关的扩容过程。试验中，采用的最高围压为400MPa，最高温度为250℃。