“岩土研究”深处，他为建筑结构抗震制定标准

交汇点讯 与陈国兴教授的见面约在了南京工业大学虹桥校区土木实验楼里，冬日和煦的阳光似乎具有穿透力，把一面墙上的五张地图照得明晃晃，也使得对面墙上一排书柜里的藏书和荣誉证书更加清晰夺目。

面朝的是广袤的“土地”，背靠着厚实的“根基”，40年来，南京工业大学岩土工程研究所陈国兴教授，一直埋首于土动力学与岩土地震工程研究，紧跟国家重大工程需求，坚实地行走在广袤的“大地”之上，他研究的“岩土”来自祖国各地，却最终“走向”世界顶尖。

“岩土研究”中的原始发现

建筑结构设计是否考虑到建筑抗震的要求，对建筑物的抗震能力有着直接的影响。陈国兴的研究就是探索地震波在土壤中的传播规律，为结构抗震设计提供依据，保证工程结构的安全。

2020年底，陈国兴提出了一种通用的非线性场地地震反应分析弱耦合有效应力法。提出的有效应力分析法通过新的等效剪应变的转换算法，将非线性场地反应分析的研究尺度由一维拓展至二维、三维空间，同时提高了数值计算的精度和效率，形成了可用于大尺度复杂场地的地震反应分析方法，国际顶级期刊Earthquake Engineering & Structural Dynamics在线发表了这一科研成果，成为我国学者自1960年代初开始研究岩土地震工程以来，首次在国际一流期刊发表场地非线性地震反应分析方法的基础理论论文。

“一些建筑结构因地震本身遭到破坏，还有不少建筑结构则是因为地基本身存在问题，如砂土液化。由于孔隙水压力上升，有效应力减小，砂土从固态变成液态，这种砂土液化现象在地震时可能大规模发生并造成严重危害。”陈国兴回忆道，在他还没有读研之前，印象中的几次重大地震，比如1966年邢台地震、1975年海城地震、1976年唐山地震等，都是因为砂土液化造成不可挽回的重大生命财产损失。这也坚定了陈国兴从事饱和砂土液化研究的决心。

80年代中期，陈国兴开始了在中国地震局工程力学研究所的研究生时光，深受砂土液化研究先驱者之一谢君斐导师的影响，他对饱和砂土动力学行为特征研究更加情有独钟。对于砂土液化判别，国际上使用的标准方法一直是美国学者Seed H.B于1971年提出的基于循环应力比概念的所谓“简化方法”；而国内沿用至今的方法则是谢君斐于1974年创立的“基于现场试验和地震烈度的经验方法”。50年间，从事砂土液化研究的专家们，始终未能走出这两种方法的范式框架，陈国兴也多次提出扩展模型。直到2019年，陈国兴提出了基于二元介质理论的饱和砂类土地震液化评价的新方法，该方法以等效骨架孔隙比表征砂类土的物理特征，将饱和砂土的液化抗力表征为等效骨架孔隙比的显式函数，其相应的参数可由室内常规土性试验测定的基本土性指标唯一地确定。该模型打破了砂土液化判别方法的国际范式，也同时打破了由自己导师创立的唯一标准。

同年，在首届黄文熙-陈宗基岩土力学奖成就奖颁奖典礼上，基于陈国兴对饱和砂土动力学行为特性有多方面的原始发现，他成为两名岩土力学奖成就奖获得者之一，也成为地铁地下结构抗震、大尺度复杂场地非线性地震效应、近海岩土地震研究的开拓者之一。

 “大地”面前的科研决心

在陈国兴实验室里，一排排摆放整齐的土壤样品清晰地标注着它们的来路：地铁、高铁、港口、北京平原、福州盆地、南海岛礁……虽然是基础研究，但陈国兴时常提醒自己和团队成员：“我们的研究有没有解决国家重大工程问题？”在陈国兴的实验室和研究实践中，答案已经很明显。

1995年暑期，陈国兴刚来南京建筑工程学院（现南京工业大学）那会儿，实验室里的研究对象主要集中于城市岩土，这和当时城市化迅速发展的现实密不可分，“城市地下空间结构地震反应特性与抗震设计”也成为陈国兴研究的重要方向之一。

实验室2米多高的振动台里，南京地铁车站、北京地铁车站、南京长江漫滩等地的砂土时常“光顾”，它们陆续甚至反复“走进”陈国兴的研究中，伴随他开展了城市地下结构地震反应与分析方法研究、地铁地下结构模拟试验研究、城市地下结构的复杂城市效应研究等试验，系统揭示了地铁地下结构地震反应规律、抗震性能和动力损伤机制等。

2010年，陈国兴带领团队在国家自然科学基金重大研究计划的支持下，自行研制了15层叠层剪切型模型土箱，研发了基于虚拟仪器技术的振动台模型试验98通道动态信号采集系统，利用该设施，模拟大地震主震、余震强地震动作用，并首次开展了可液化地基上三层三跨地铁地下车站结构地震破坏特性的大型振动台模型试验，再现了喷水冒砂、地表裂缝、震陷及模型车站结构上浮、构件裂缝及局部破损等宏观震害现象，首次实现了地铁地下车站模型结构的破坏性试验。

近年，陈国兴的实验室又增加了一名新“成员”——海洋土。2012年“党的十八大”报告提出了海洋强国战略，陈国兴就带领团队开展海洋土基本动力特性与海洋重大工程场地地震效应研究。采访中，陈国兴多次走到“中国及领区地震震中分布图”前，渤海海域、琼州海峡、金塘海峡、南沙群岛……国家战略所需皆是研究之所，陈国兴欣慰地说：“我平时最大的爱好就是一边了解国家有哪些重大工程需求，一边再去看看地图中的地震分布，能为国家做点事，就是我们科研工作者最大的满足。”

“土办法”里走出真知灼见

做实验时“埋”在土里，研究面向最广阔的“大地”，难怪陈国兴自诩“土教授”，他说自己研究的对象是“岩土”，做科研用的也是“土办法”。

2008年8月8日至29日，受中国地震局委托，陈国兴和另外2位成员组成国家汶川地震科学考察队水库震害小分队，跋山涉水，奔赴汶川地震灾区，累计行程约1万公里，先后走访了四川省水利厅、成都、都江堰、德阳、绵阳、广元市及下辖区、市、县等地30多个水利(务)局，现场考察了有代表性的几十座水库土石坝震害，对水库土石坝震害进行了详细的科学考察工作，详细收集了水库震害重灾区四川省全部县市的近2000座震损水库、近300座高危险情以上水库的震害和应急除险情况第一手资料。

历时6年，2014年，这部以汶川地震现场科学考察内容为素材的专著《汶川地震中小型水库震害与数据库》一经问世，就引起了业界的广泛关注。被同行专家誉为“一部全面、系统反映 2008 年汶川特大地震中、小型水库震害情况的文献资料，有望成为历史文献，流传于世。”“与其说这53.4万字是写出来的，倒不如说是一步步走出来的。”陈国兴说道。

常来年，陈国兴也经常为我国重大工程抗震设计提供技术咨询，进行综合评价分析。汕头海湾海底隧道、甬舟跨海高铁、苏通长江大桥、南京长江二桥、南京-上海南/北沿江城际铁路等工程建设中，都曾留下了陈国兴的建设性建议，这些建议为工程抗震设计提供了重要依据。

而30多年来，陈国兴待的最多的地方还是实验楼，每天一早就出现在办公室，直到深夜才离开，他笑着调侃道：“家反倒成了旅馆。”陈国兴拿过不少荣誉和奖励，国家级有突出贡献中青年专家、全国优秀科技工作者、国家科技进步奖，江苏省高等学校教学名师等等，但他最钟爱的奖却是“江苏省五一劳动奖章”。原来最好的科研方法是埋守在不停的脚步里，埋守在日积月累的岁月里。

通讯员 朱琳

新华日报·交汇点记者 谢诗涵

编辑: 叶真