三峡深水高土石围堰关键技术研究

  • 获奖名称: 三峡深水高土石围堰关键技术研究
  • 获奖等级: 一等奖
  • 获奖类别: 长江委科学技术奖
  • 授奖单位: 长江水利委员会
  • 完成单位: 长江水利委员会长江科学院、长江委设计院
  • 获奖年度: 1996
  • 获奖人员: 包承纲、冯光愈、王明煜、刘松涛、吴昌瑜、程展林、钱胜国、刘思君、蒋乃明、李玫、夏仲平、沈育民、任大春、李青云、丁红顺
  • 成果简介:项目背景情况 三峡深水高土石围堰是一项非常独特的大型水工结构工程。围堰必须在60m水深条件下施工；地质条件相当复杂，给防渗体系的建立带来了很大的困难；围堰工程量巨大，要求在一个枯水期建成挡水，工期十分紧迫。此外，由于围堰所处的地质和地形条件，以及对围堰的施工和运用的特殊要求，围堰的断面比较特别，围堰的结构相当复杂，与一般的土石坝工程很不一样，这样就给设计和施工提出一些新的带有挑战性的问题。围堰所面临的技术问题，远不是一般大型水工建筑物可比的，亦无国内外成熟经验可资借鉴，是三峡各项工程项目中难度较大的一项工程。为此，从1984年以来，在国家“七五”攻关、“八五”攻关和三峡工程单项技术设计科研、技术设计、施工科研以及围堰运用后拆除等阶段，安排了三峡围堰关键技术研究的课题，本项科技成果包含了各个阶段的研究课题，研究工作前后经历了近18年的时间。本项目不仅针对性地解决了围堰中的许多重要的关键问题，保证围堰的质量达到优良的水平，而且研究中技术上有不少发展，学术上也有所创新，将对今后的土石坝和类似工程的建设有重要的意义。 主要技术创新 本项目主要研究成果与水平如下： （1）围堰结构的应力应变分析 研究内容丰富、方法先进、成果实用，发展了自己的弹塑性模型，代表了当前国内最高水平。在国际上也未见到。 （2）深水（60m水深）中风化砂抛填密度的离心模型试验研究 这是一项开拓性工作，国内外尚属首次，用于测定深水抛填料的密度，成果已为三峡工程一期围堰实践所证实。根据这项研究成果提出的干容重，是围堰设计首要解决的关键参数。 （3）大型平面应变仪的研制 这项仪器填补了国内空白，不仅为三峡二期围堰粗粒料性状研究提供了有力的工具，而且还可研究国内长期未能很好解决的粗粒料试验中级配的模拟问题。该仪器已为三峡工程粗粒料的研究发挥了重要作用，且将为其他水电工程发挥更大作用。 （4）粗粒料的特性研究 提出了利用平面应变试验成果分析平面应变课题的简化方法，提出了考虑剪胀性的模型，使非线性弹性模型具有更好的实用价值，在理论上是个进步。研究了考虑颗粒破碎影响的解比方程。 （5）塑性砼和水泥土等新材料的研究及实用价值 研究方法先进，配方独特，性能优良。它们的强度、弹模和模强比在国内外都是很先进的。成果对解决二期围堰防渗漏的应力和变形，尤其是根部的问题是一个大贡献。研究的新材料已用于三峡工程一期围堰，施工便利，效果甚好，具有农田水利广泛的推广价值。 （6）复合土工模的性能研究和测试仪器的研制 本项目研究首次从本质上分析了复合膜的作用机理和破坏机理，对复合膜的设计准则提出了新的见解。具有理论创新和实用价值，并具有对水利广泛的推广价值（如堤防等）。 （7）淤沙和风化砂的地震响应 对风化砂进行地震荷载下的特性研究尚属首次，得到了许多规律性的认识；对淤沙的液化问题，用多种方法进行研究判别，澄清了三峡开工初期引起争论的一个问题，并提出了有实用意义的工程措施，并应用于三峡工程设计与施工实践中。 （8）爆振荷载下淤沙和风化砂动力特性及其对堰体稳定的影响 本项研究属于开拓性成果，研究工作包括实测的爆震荷载，砂土的输入爆震荷载下的动力特性试验和动力响应，以及爆震荷载下堰体的稳定性分析，对于爆震的影响提出了明确的结论，成果具有很高的学术水平。 （9）一期围堰的现场测试 验证了室内试验成果，收集了许多实测资料，对二期围堰的建设积累了经验，具有指导二期围堰实际施工的意义。 推广应用情况 该项目研究成果已为设计所采用，与原“七·五”攻关方案比较，优化了围堰结构，缩短了施工工期。减少了工程投资，方便了施工，有很好的经济效益和社会效益，现已在三峡工程建设中应用，获得了业主、设计、施工各方好评，且经受1998年大洪水的考验，二期围堰巍然不动，达到了攻关应用目的，为国家节省投资5000万元，国内外影响十分深远，并可在类似的工程及高土石建设中推广应用。