当下，我国正处于全球最大规模的城镇化进程中，重大基础设施建设总量位居世界首位。穿山越岭的高铁、拔地而起的摩天大楼、穿江入海的隧道——每一项工程都离不开岩土体的承载。如何准确认识和计算土体的强度与变形，从而有效防范潜在安全风险，已成为现代岩土工程界必须回应的核心挑战。

浙江大学建筑工程学院杨仲轩教授与香港科技大学、香港大学团队历经二十余年系统研究，构建了土的各向异性状态相关理论体系，取得三项原创性科学突破，填补了临界状态土力学在描述各向异性响应方面的理论空白，首次完整解决了现代土力学长期存在的理论争议。该成果近日荣获国家自然科学奖二等奖，为岩土工程灾变防控提供了坚实的理论基础，也为现代土力学基础理论体系贡献了中国学者的探索。

攻克现代土力学理论难题

要探寻这项理论创新的科学分量，需将目光回溯到土力学的发展历程。上世纪60年代，剑桥学派创建的临界状态土力学理论奠定了现代土力学的基础。但其局限性也日益凸显：该理论将土体简化为各向同性材料，忽视了其普遍存在的各向异性内部结构特征。

什么是土的“各向异性”？杨仲轩解释道：受重力影响，土的内部结构在沉积过程中必然形成方向性差异，这就是各向异性。各向异性会导致土体在不同加载方向上呈现截然不同的力学特性，而且也并非一个材料常数，而会在加载过程中不断演化。基于各向同性假设的传统模型，在面对复杂工程问题时往往显得“力不从心”——其预测结果与实际观测值之间常会存在系统性偏差。杨仲轩指出，诸多重大工程灾害的成因都与忽视各向异性密切相关，如美国加州圣费尔南多坝地震液化破坏，新加坡Nicoll高速公路深基坑坍塌事故等灾害，均为典型例证。

1993年，国际土力学与岩土工程学会时任主席K Ishihara教授在国际岩土领域最具影响力的朗肯讲座中明确指出：土具有显著的各向异性，是构建成熟本构模型所面临的核心挑战。这一挑战可凝练为两大科学难题：土体各向异性及其演化如何表征？各向异性临界状态是否存在且唯一？

面对这两大难题，杨仲轩从2001年起便锚定这一研究方向。“我们研究一个问题，都是从简单到复杂，因为科学是没有止境的。”对杨仲轩而言，攻坚之路更像是一场“智力长征”——更多依靠的是对科学问题的深刻洞察、日复一日的深度思考，以及与导师和合作者之间持续不断的观点交锋与思想碰撞。正是凭着这份对科学本真问题的执着，历经近二十年持续攻关，团队终于迎来了阶段性破局时刻。

“我们的理论并非要推翻经典，而是揭示了临界状态下各向异性共存条件。”杨仲轩进一步解释道，“经典理论中缺少一个表征各向异性的物理量，我们通过理论推演、高精度试验和数值模拟，严格证明了各向异性临界状态的存在性与唯一性，从而建立了具备普适性的各向异性临界状态理论，能够合理解释以往工程实测和实验数据中存在的诸多问题和异常现象。”团队取得的三项原创性科学突破发展和完善了经典剑桥学派理论。该理论框架一经提出，便迅速成为国际岩土本构模型研究的主流方向。近十余年来，全球超过20个国家和地区的学者基于此框架构建了60余个本构模型，精确描述了砂土、黏土及诸多其他岩土材料的复杂力学响应。

为国家重大岩土工程筑牢安全基石

科研的价值，不仅在于发表论文，更在于它能否解决实际工程问题。在杨仲轩看来，科学研究必须面向工程的实际需求——从工程实践中凝练科学问题、于理论深处探寻底层逻辑、最终回归工程现场接受实践检验，这是一种双向反哺的循环递进。实际工程对理论的完整性、严谨性和精确性提出了严苛的要求，而正是这些“大地给出的考题”推动着基础理论研究不断深化。

在海洋与港口岩土工程领域，该理论已成功应用于部分国家重点工程。近年来，我国大力推进海上新能源开发，而海上风电项目基础工程的造价占整体成本的近四分之一，因此优化设计对承载力提升与成本控制尤为关键。在团队与中国电建华东院合作的海上新能源电气平台桩基础承载力计算项目中，团队提出的基于该理论的计算方法较传统API方法精度提高15%，离散性则大幅降低。在满足承载力要求的前提下，通过优化基础设计实现了工程安全与经济效益的协同提升。

在杨仲轩团队参与的另一项国家重点研发计划应用示范工程——梅山港口基础设施项目中，该理论同样发挥了关键作用。该项目涉及重型有色金属矿物储存，堆载重度达一般堆场的两倍以上，对地基承载力和变形控制均提出了极高要求。面对复杂的海洋沉积环境和多元荷载条件，土体各向异性及其演化效应尤为显著。团队将所开发的本构模型应用于复合地基设计参数的获取和地基承载力的精确计算，有效避免了各向同性模型高估承载力而带来的安全隐患，为工程安全提供了有力保障。

每一项工程的成功实践，都离不开团队在基础理论研究上的长期积淀。自1998年从浙江大学土木工程本科毕业以来，杨仲轩已在岩土工程领域潜心钻研近三十年，先后主持多项国家重点基础研究项目，发表高水平学术论文百余篇。回顾过往科研历程，杨仲轩的叙述显得格外平静。“尽管研究多年，我们仍需谦卑地承认，我们目前对土的认识仍然十分有限，诸多深层问题尚待进一步揭示与解答。”

“土木工程涉及各行各业，人类的日常活动离不开土木工程。”杨仲轩强调，“脚踏实地的基础至关重要，基础不牢，地动山摇。”在致力于攻克“卡脖子”技术难题的同时，他同样强调夯实基础理论研究的重要性。展望未来，团队在继续聚焦基础理论突破的同时，也将进一步紧密结合国家重大战略需求，不断深化面向重大工程的应用研究。“科学的边界永无尽头，我们将不懈探索。”杨仲轩说。