实验室简介


(Key Laboratory of Mechanics on Disaster and Environment in Western China (Lanzhou University) , The Ministry of Education of China)

西部灾害与环境力学教育部重点实验室于2005年底获教育部批准建设,2008年正式批准成立。现任实验室主任由张兴义教授出任,实验室学术委员会主任由中国科学院院士郑晓静教授担任。

实验室秉承“立足西部、瞄准前沿、开拓创新、争创一流”的理念,通过凝聚一支高水平、具有创新能力的学术团队,致力于将本实验室建设成为开展我国西部自然灾害研究的重要研究平台和人才培养基地。

实验室以西部代表性自然灾害(风沙灾害、地质灾害、文物病害)为研究对象,以西部灾害发展演化过程中的力学机理为核心,研究并解决西部防灾减灾工程中遇到的重大环境力学问题为宗旨,逐步形成了沙漠化过程及其风沙(雪)环境力学、新能源大型超导磁体力学表征及电磁固体力学、西部地质灾害防治力学机理与西部古遗址保护与加固的力学特性、多场耦合复杂系统与跨尺度非线性力学的定量分析4个特色鲜明、优势明显、成长性良好的科研方向。

实验室瞄准科学研究前沿,紧密围绕西部防灾减灾工程中的重大环境力学问题,服务西部经济建设,在基础研究与工程应用研究方面均取得了显著成果。实验室建设以来,已承担各类科研课题913项,其中973计划一级课题3项、国家基金委创新研究群体1个、国家111引智基地1个、863计划一级课题1项、国家自然科学基金重大科研仪器研制项目1项、杰出青年科学基金项目5项(其中海外基金1项)、重点项目/联合基金重点项目6项、基础研究中心项目课题1项,国家重点研发计划项目2项、一级课题6项、国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目1项、国家“十一五”科技支撑计划项目2项等,立项科研经费达5.3亿元。已有多项科研成果获得国家级科技奖励,郑晓静教授、周又和教授完成的“电磁材料结构多场耦合非线性力学行为的理论研究”项目获得国家自然科学奖二等奖,成为我校独立完成的首项国家级科技奖励二等奖;郑晓静教授、周又和教授完成的“中国北方沙漠化过程及防治”项目获得国家科技进步奖二等奖(我校为第二完成单位);周绪红教授完成的“新型装配整体式楼盖体系的关键技术及其应用”项目获得国家科技进步奖二等奖(我校为第二完成单位);周又和教授、郑晓静院士、黄宁教授独立完成的“风沙运动多场耦合特征及规律的力学研究”项目获得国家自然科学奖二等奖(我校为独立完成单位);谌文武教授、张虎元教授、张景科教授完成的“干旱环境下土遗址保护关键技术研发与应用”项目获得国家科技进步奖二等奖(我校为第二完成单位);周又和教授、王省哲教授、张兴义教授完成的“超导磁体研制设计中的关键力学方法及应用”获教育部高等学校科学研究技术发明奖一等奖(我校为第一完成单位);王记增教授、周又和院士、刘小靖教授完成的“小波封闭通用方法的创建及其在非线性力学中的应用研究”获中国力学学会自然科学奖一等奖。同时还获得中国专利奖优秀奖1项,教育部自然科学奖一等奖1项、科技进步奖一等奖1项,教育部提名国家自然科学奖一等奖1项,省级一等奖8项、二等奖6项、三等奖4项。完成课题鉴定3项,其中郑晓静教授主持完成的国家自然科学基金重点项目“风沙运动研究中的基本力学问题”综合评价为A。

共发表各类论文2658篇,其中SCI收录论文1366篇,EI收录论文378篇。出版各类著作、教材42部。其中郑晓静院士的英文学术专著《Mechanics of Wind-blown Sand Movements》由德国Spring-Verlag 出版社出版,并收入“Environment Science and Engineering”学术专著系列;周又和教授的英文专著《Wavelet Numerical Method and Its Applications in Nonlinear Problems》作为“Engineering Applications of Computational Methods”系列丛书的卷6由国际著名出版社Springer-Nature出版社正式出版;周又和教授独立撰写编著的《理论力学》作为高等学校教材由高等教育出版社出版;刘高教授撰写的《工程岩体力学》由兰州大学出版社出版,张强强教授译著的《氧化石墨烯基本原理与应用(原著Ayrat M.Dimiev )》由机械工业出版社出版。获得专利授权412项,其中发明专利153项,实用新型253项,国际专利6项。软件著作权登记43个,制定全国行业规范11部。

部分学术成果在国内外产生了重要影响。郑晓静教授和周又和教授及其所指导的研究生苟晓凡博士发表在IEEE Trans. Applied Superconductivity上的论文被IEEE超导委员会授予最佳贡献论文奖即Van Duzer Prize;郑晓静教授、黄宁教授和周又和教授于2003年发表在风沙环境力学领域的国际一流学术期刊Journal of Geophysical Research上的风沙电实验与理论研究论文受到Nature国际著名学术期刊的News and Views栏目三次引用和正面评价。郑晓静教授、周又和教授发表于2003年第25卷第2期《力学与实践》上的综述文章“风沙运动研究中的若干关键力学问题”荣获“第六届中国科协期刊优秀学术论文”三等奖。王省哲2008年发表在国际学术期刊《Int. J. Structural Stability and Dynamics》(IJSSD)第8卷上的论文“A Simple Modeling and Experiment on Dynamic Stability of a Disk Rotating in Air”获得该学术期刊2008年Best Paper Award奖。周又和团队在YBCO超导块材3D打印制备技术上取得新突破,相关研究成果以“Efficient Fabrication of Ultralight YBa2Cu3O7−x Superconductors with Programmable Shape and Structure”为题在国际著名期刊《Advanced Functional Materials》发表,本文是继周又和研究团队在成功制备出电阻最低、力学强度最高的高性能接头材料后,在超导材料改性制备方面的又一次突破。我校力学学科张欢副教授与周又和教授独立提出并实现沙尘暴电结构反演重构,为揭开沙尘暴内部结构神秘面纱提供有效先导性途径,相关成果以“Reconstructing the electrical structure of dust storms from locally observed electric field data”为题在国际著名学术期刊《Nature Communications》发表。土木工程系刘占科副教授提出计算最大二阶弯矩的直接确定法,该方法的提出革新了结构工程设计和土木工程教学中使用长达半个多世纪的基础理论和分析方法,相关研究成果以“Direct Determination Method for In-Plane Strength of Nonsway Beam-Columns Subjected to End Moments or Eccentric Loads”为题发表在Journal of Structural Engineering(Volume 146 Issue 3 - March 2020)上。该论文被全球著名科技媒体机构“工程进展”(Advances in Engineering,AIE)遴选为关键科学文章,并进行了专题报道。AIE的报道中指出,该方法可以准确且恰当地预测平面内失稳的最大弯矩。

实验室注重学科建设,取得了突出成绩。建设以来,实验室以“双一流”建设为目标,努力提升学科发展水平。力学学科进入兰州大学“数理学科群”一流学科建设。依托学科完成了第四轮学科评估,力学评估结果为B,排名17/80,排名百分比为21.2%(第三轮学科评估排名14/39,排名占比35.9%),依托学科完成了第五轮学科评估,力学与土木工程评估结果较上一轮有了显著进步。设有力学、地质资源与地质工程2个博士后科研流动站,力学、土木工程2个一级学科博士点,力学、土木工程2个一级学科硕士点,资源与环境、土木水利2个专业学位硕士点,理论与应用力学、土木工程、地质工程3个本科专业。其中,有固体力学国家重点学科,力学、土木工程、地质资源与地质工程3个甘肃省重点学科。力学学科入选“甘肃省一流学科支持计划”,获批甘肃省基础学科拔尖学生培养基地。理论与应用力学专业、地质工程专业获批国家一流专业建设点,土木工程专业获批省级一流专业建设点,本科地质工程专业被评为“甘肃省特色专业”。

实验室注重人才培养质量。实验室建设以来,已有1篇博士学位论文获“全国优秀博士学位论文奖”,2篇博士学位论文获“中国力学优秀博士学位论文奖”,2名博士获“全国优秀科技工作者”荣誉称号。实验室现有专任教师皆承担本依托单位土木工程与力学学院的本科与研究生教学任务,2024年度实验室依托兰州大学土木工程与力学学院开设《理论力学》《材料力学》《结构力学》等专业基础课程138门次、累计达6000学时,其中实验室教授为本科生授课比例100%。1个项目获甘肃省教育厅省级教学质量提高项目立项建设。建设15门示范课程(课程思政示范课程8门,教学改革示范课程7门),2门双语课程,1门全英文课程,1门精品在线开放课程。2项成果获兰州大学教学成果一等奖。

实验室积极开展学术合作与交流,与国内外多所科研院所建立了长期稳定的合作关系。2024年,主办或承办国内学术会议2次,邀请国内外学者71人次来实验室讲学;实验室研究人员参加国内外学术会议与交流108人次,做报告82人次。

实验室拥有一支高水平的科研队伍。目前的固定人员80人中,有中国科学院院士2人,发展中国家科学院院士1人,教育部“长江学者奖励计划”特聘教授3人,“国家杰出青年科学基金”获得者4人,百千万人才工程国家级人选1人,教育部“高等学校教学名师”1人,“国家优秀青年科学基金”获得者1人,中组织“万人计划”青年拔尖人才2人,教育部“长江学者奖励计划”青年学者3人,入选“教育部新世纪(跨世纪)优秀人才支持计划”者8人,全国百篇优秀博士论文获得者1人,全国优秀博士论文提名奖获得者2人,甘肃省拔尖领军人才4人,甘肃省领军人才13人,甘肃省飞天学者特聘教授与青年学者5人等。

  实验室现有各类固定资产共计达到4000余台件,总值1.88亿余元,其中50万元以上设备64台套。拥有近地表风沙流同步实时观测系统;青土湖野外观测阵列;国际上首台极低温-电-磁-力多场耦合环境下超导材料力学性能测试的可调全测控装置等设备。拥有兰州大学多功能环境风洞(2006)、高性能计算机集群中心、民勤沙尘暴野外科学观测研究站(2012年建成,2018年进入甘肃省级台站序列)、甘肃兰州黄土滑坡野外科学观测研究站、兰州地球物理国家野外科学观测研究站(2007年与甘肃省地震局共建)、国家古代壁画保护工程技术研究中心(2009年与敦煌研究院共建)等科研基地。购置了高温超导磁悬浮测试系统、力磁耦合测量系统、输沙强度测量系统、流固耦合微观实验分析系统、高低温环境体素扫描成像分析系统、PDPA光学系统、光纤声发射系统、光纤三维姿态传感系统、低温下(4.2K)连续分布光纤测量系统、粉尘仪、低温系统、幅射探测仪、便携式多功能地质雷达、土壤溶质运移测渗仪、铁电综合仪薄膜温度测试仪、电液伺服压力试验机等大型仪器设备,对开展高水平的科学研究、产出标志性的研究成果奠定了坚实的基础。实验室始终贯彻“开放、流动、联合、竞争”的方针,注重实质性的开放及交流合作以及多学科交叉和多单位合作。对多功能环境风洞、超声风速采样系统、磁场发生器、粒子动态分析仪、高性能并行科学计算集群、激光多振测试系统、非饱和三轴仪、电液伺服疲劳试验系统、纳米压痕力学测试系统、扫描电子显微镜、高速摄像系统等所有40万元以上大型设备进行开放共享。