长江科学院-获奖成果详情湖北省科学技术进步奖

获奖名称: 水电工程地质力学与结构物理模型试验技术与应用

获奖等级: 二等奖

获奖类别: 湖北省科学技术进步奖

授奖单位: 湖北省人民政府

完成单位: 长江水利委员会长江科学院、长江勘测规划设计研究有限责任公司、中国水电顾问集团成都勘测设计研究院

获奖年度: 2012

获奖人员: 陈进、姜小兰、王仁坤、朱杰兵、朱虹、张林让、蒋昱州、黄薇、吴杰芳、肖平西

成果简介:项目背景情况几十年来，研究者及所在的科研团队全方位地承担了三峡工程、葛洲坝水电工程、清江隔河岩、清江水布垭、乌江构皮滩、乌江彭水、金沙江乌东德等水电工程的地质力学与结构物理模型试验相关研究工作，形成了具有自身特点的学术体系和学术队伍，针对本项目的研究内容，形成的有特色研究方向包括水电工程地质力学模型试验、水工钢筋混凝土结构模型试验及水工结构流激振动水弹性模型试验等。在地质力学模型材料研发、水弹性模型材料研发、材料压模机与真三轴试验加载台的研制、工程应用实践等方面取得了卓有成效的研究成果。主要技术创新（1）研发的新型岩层与软弱夹层模型相似材料，具有容重高、抗压强度与弹性模量低、性能稳定、易于购买，价格便宜、易于加工砌筑以及可重复使用，且对人体无毒、对环境无污染、加工性能好、温度湿度影响小，可以用于一系列的地质力学模型试验。（2）首次研发的水弹性模型试验材料能适用于各种钢结构流激振动水弹性模型试验；研制出了适用水工闸门的完全水弹性模型，摆脱了模型变态的困扰，取代了目前流行的变态水弹性模型，并且首次利用原型测试结果验证水弹性模型成果，推动了流激振动模型试验的发展。（3）研制的PLC-400型高效自动材料压模机，压模块最大尺寸可达200×200mm，微机自动控制压模压力与压模频率，压模各步时间可调，可在20s以内完成一次材料压模的全过程，并能实现一键自动完成，真正实现了地质力学模型材料模块压制的高效性与自动化。（4）于1990年研制的大型地下洞室真三轴试验加载台，可进行大比尺三维、平面应力或应变模型试验，进一步推动了真三轴模型试验技术的发展。（5）率先开展三峡大坝孔口钢筋混凝土模型试验，专门针对三峡大坝孔口等复杂结构，提出了一种基于应变空间的本构模型和开裂准则，认为采用极限应变作为混凝土开裂准则比采用最大主拉应力准则更合理，给出了孔口结构配筋原理、最小配筋率、最大配筋率和受力状态系数的确定方法。（6）首次进行了三峡升船机螺母柱埋件结构局部仿真模型试验，揭示了螺母柱凸轮—灌浆材料—钢结构凸轮的传力特征，以及灌浆材料的传力效果，验证了结构传力的可靠性。推广应用情况研究成果对解决三峡大坝泄洪坝段孔口应力状态与安全度以及配筋优化设计、三峡工程不同类型闸门的流激振动安全性、三峡升船机螺母柱及其埋件结构安全性与传力可靠性以及溪洛渡水电站在高地应力条件下大型地下厂房开挖与支护措施等问题，发挥了重要作用，直接与间接经济效益巨大。项目研究过程中，主持编写《水工设计手册》第1卷《基础理论》中岩石力学内容；撰写《岩石力学模型试验及其在三峡工程中的应用与发展》（中国水利水电出版社，1996）、《水工钢筋混凝土结构试验和理论》（长江出版社，2005）、《水工结构流激振动水弹性模型研究及应用实例》（长江出版社，2008）及《三峡工程中的岩石力学理论与实践》（长江出版社，2010）等专著5部。