张建民、王睿课题组在LEAP计划中实现全球最佳预测

清华新闻网1月28日电 在2022年国际地震液化试验与分析计划LEAP (Liquefaction Experiments and Analysis Projects)中，水利系张建民、王睿课题组在全球15个团队中实现对饱和砂土地基中结构地震响应的最佳预测。

国际地震液化试验与分析计划LEAP是地震岩土工程领域一项重大国际合作计划，针对砂土液化这一导致工程结构震害的重要现象，测试和评价当前先进砂土本构模型和数值仿真方法对砂土地震液化响应及其对结构影响的模拟能力。该计划于2015年启动，目前已经开展五期，每期由全球约20个研究团队共同参加试验和背靠背预测。清华团队相关理论和技术在五期LEAP计划中均表现出突出优势。

LEAP-2022计划针对饱和砂土地基中桩板挡墙地震响应，由五个研究机构开展了11组离心模型试验，并由参与计划的数值分析团队在试验结果未知的条件下，利用各自团队的本构模型和数值模拟方法对试验中地基和挡墙的响应进行背靠背预测。2023年1月26日，LEAP-2022官方公布了本期计划中所有团队的预测与试验结果对比。


LEAP-2022计划饱和砂土地基中桩板挡墙试验模型

本期LEAP-2022计划中，清华大学水利系团队利用原创的砂土液化大变形本构模型和相适应的流固耦合动力数值仿真方法，对11组试验进行了预测。官方公布的预测结果显示，清华团队对于本次计划的动力离心模型试验挡墙位移平均预测误差为8%，远低于美、欧、日等团队，凸显了团队在砂土液化理论和数值模拟技术方面的优势。这次成功的预测是建立在团队长期对砂土震动液化的宏细观现象、液化大变形本构规律、产生机理、数学模拟和数值算法的系统研究基础上取得的。


LEAP-2022计划官方公布的全球各团队对11组试验预测相对误差，左上为清华大学团队（THU）结果


LEAP-2022计划全球各团队预测平均相对误差，最右为清华大学团队（THU）结果

清华大学水利系张建民、王睿课题组长期聚焦土动力学与岩土地震工程研究，完成了砂土液化大变形本构关系、土动强度机理及破坏准则等土动力学基础理论研究成果，建立了结构与土体一体化抗震设计理论及方法，研发了针对岩土地震工程的高性能动力流固耦合计算平台，实现了超大规模结构与土体静动力相互作用系统仿真。

这一系列成果已经应用到北京城市副中心综合交通枢纽、ML水库大坝、深圳至中山跨江通道、珊瑚砂岛礁等重大工程设计和评价中。其中针对深圳至中山跨江通道西人工岛工程，于施工前提交设计单位的分析报告中给出的变形预测，与现场监测结果吻合，相比传统方法实现了变形预测精度提升一个数量级。团队砂土液化大变形本构模型在LEAP计划中得到了国际同行的认可，被美国、希腊、加拿大、澳大利亚、伊朗、埃及和我国十余个单位学者应用。参与本次LEAP-2022计划研究的清华大学团队成员还有水利系2020级博士生呼延彬和2019级余嘉轲。