土石坝填料测试关键技术与变形分析理论及工程实践
获奖名称: 土石坝填料测试关键技术与变形分析理论及工程实践
获奖等级: 二等奖
获奖类别: 湖北省科学技术奖
授奖单位: 湖北省人民政府
完成单位: 、中国科学院武汉岩土力学研究所、长江勘测规划设计研究有限责任公司
获奖年度: 2023
获奖人员: 程展林、潘家军、王艳丽、左永振、周跃峰、江洎洧、傅兴安、徐晗、王勇、卢一为、饶锡保、刘权庆、陈云、罗泽权、张婷
成果简介:我国高土石坝数量及规模居世界之首，保证高坝大库建设与长期运行安全是国家经济和公共安全保障的重大需求。长期以来，坝工理论落后于工程实践，筑坝粗粒土本构关系与土石坝安全性论证存在理论与技术难题。迫切需要在粗粒土力学特性试验方法和大坝变形分析理论方面取得创新和突破。 项目团队历时二十余年，在国家科技支撑、国家自然科学基金和工程科研等项目的支持下，研发了粗粒土宏细观力学特性试验设备与测试技术，揭示复杂应力条件下粗粒土力学特性变化规律，提出了能合理反映粗粒土组构特性的本构模型与土石坝变形计算方法，并应用于多个高土石坝工程实践，解决了土石坝工程的关键技术难题，保障了土石坝建设和长期运行安全。创新成果如下： （1）创新研制了粗粒土宏细观力学特性测试设备。提出了整体接触变为分散式接触、滑动摩擦变为滚动摩擦的减摩方法，攻克了大变形条件下三维独立微摩擦加载关键技术难题，研制了大尺寸、高应力、微摩擦、高精度土工真三轴仪，填补了国内外在大型土工真三轴试验技术领域的空白；解决了与CT机适配的三轴仪结构，CT无伪影合金遴选难题，研发了实时可视化CT三轴仪，实现了岩土体颗粒结构变化的精准量测。 （2）构建了可反映粗粒土组构特征的非线性剪胀本构模型。深入揭示了粗粒土复杂应力条件下力学规律及细观机理，首次提出了颗粒集合体的宏观最小能比原理，揭示了粗粒土变形模量与中主应力无关的力学规律，构建了能反映粗粒土组构特征的K-K-G本构模型，解决了土石坝应力变形分析与预测技术难题。 （3）提出了粗粒土旁压模量当量密度法的缩尺试验方法。研发了超大型旁压模型试验系统和高压大旁胀量旁压仪探头，揭示了粗粒土旁压模量与应力、级配、密度的变化规律，提出了旁压模量当量密度法的粗粒土试验缩尺方法，为破解粗粒土力学参数缩尺效应难题提供了新的途径。 （4）揭示了复杂环境下土石坝应力变形规律与破坏机理。提出了土石坝渗流、固结、湿化、蠕变、接触等多因素的耦合算法，首次准确揭示了混凝土面板堆石坝面板应力分布规律及挤压破坏机理、混凝土心墙坝心墙端部刺入土体的相互作用机理、黏土心墙坝应力变形时空演化规律及水力劈裂机理，显著提升了土石坝长期服役性能安全评价技术水平，为大坝的设计与安全控制提供了关键技术支撑。 成果获国家专利65项（其中发明专利36项）、软件著作权13项；主要成果纳入4部国家和行业规范，3项技术列入“水利先进实用技术重点推广指导目录”；出版专著3部，发表论文164篇（其中SCI/EI检索93篇）。成果应用于三峡围堰、水布垭、两河口、卡洛特等国内外51座高土石坝工程，近三年累积产生经济效益6.2亿元，取得了显著的社会与经济效益，具有广阔的推广应用前景。
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