武汉大学嫦娥五号模拟月壤WHU-1力学特性大揭秘

（通讯员王顺）近日，岩土工程领域权威期刊Acta Geotechnica（中科院一区，IF=5.6）在线发表了水资源工程与调度全国重点实验室、水利水电学院王顺教授课题组关于嫦娥五号返回样品模拟物力学性质研究的最新进展。论文题为“Influence of loading conditions on mechanical behaviors of lunar regolith simulant WHU-1 based on Chang’e-5 returned samples”（基于嫦娥五号返回样本的月壤模拟物WHU-1在不同加载条件下的力学行为研究）。课题组博士研究生滕越为论文第一作者，王顺教授为论文通讯作者，合作者包括清华大学崔一飞副教授和中国空间技术研究院庞勇高级工程师，武汉大学为第一署名单位。

月球极端环境（地表重力1.6 m/s²，真空度10⁻⁹ Pa）对工程力学提出特殊挑战。传统地球岩土力学理论因重力场差异和大气压干扰无法直接应用，而真实月壤样本的稀缺性（嫦娥五号仅取回1731克）进一步制约研究进展。研究团队基于嫦娥五号月壤的粒度特征，突破性开发出WHU-1高保真模拟物。该模拟物的粒径中值（D50）仅为30.96微米，颗粒棱角分明，矿物组分与真实月壤高度一致，并具备更优的连续级配，该成果为系统开展月壤力学试验奠定材料基础。

通过自主研发的反压控制剪切试验系统，研究揭示了WHU-1模拟物力学行为的三大核心规律：（1）围压介质效应：水压加载导致应力分布不均，致使黏聚力被低估（由9.9 kPa降至4.5 kPa）、内摩擦角被高估（由40.57°增至43.35°）；（2）真空强化机制：当环境气压从地球标准大气压101 kPa降至51 kPa时，剪切强度分线性增长2.5至4倍；（3）破坏模式演化：低围压下形成贯穿性X型剪切带，而高围压时次级剪切带网络使强度衰减延迟。对比分析表明，WHU-1模拟物的剪切强度参数显著高于Apollo样本，这主要得益于其更细的颗粒和连续级配特性。基于上述结果，研究团队推测，嫦娥五号月壤因地质活动较少且颗粒棱角分明，可能具有更高的实际强度，从而为月球工程提供更稳定的地基条件。研究结果为月面原位资源利用的设计与安全评估提供了宝贵的地基数据支持，对未来的月球探测与资源开发具有重要意义。

该研究得到了国家自然科学基金重点专项项目“月壤多尺度力学特性与工程资源利用技术”的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1007/s11440-025-02553-7

（供图：水利水电学院实习生：王雅兰 编辑：张丽平）