粗粒土工程力学特性测试关键技术与应用

  • 获奖名称: 粗粒土工程力学特性测试关键技术与应用
  • 获奖等级: 二等奖
  • 获奖类别: 长江水利委员会青年科学技术奖
  • 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
  • 获奖年度: 2022
  • 获奖人员: 卢一为、罗泽权 、周跃峰、江洎洧、张婷
  • 成果简介:主要内容及技术特点：水资源高效利用是保障国家能源安全，助推我国碳达峰、碳中和的重要途径。水库大坝是调控水资源时空分布、优化水资源配置的重要工程措施。土石坝是目前世界各国采用最为广泛的坝型，为保证工程安全，必须正确认知筑坝粗粒土的力学特性并对大坝应力变形进行准确预测。针对粗粒土的级配缩尺理论、三维应力试验设备、土石坝应力变形精准预测技术等关键技术难题，项目团队提出了基于旁压模量当量密度法的粗粒土力学特性测试方法，研发了能真实模拟复杂应力状态的粗粒土力学特性试验设备，构建了能合理反映粗粒土复杂力学特性的本构模型，并应用于多个高土石坝工程实践，保障了高土石坝工程建设和长期运行安全，创新成果如下： （1）提出了基于旁压模量当量密度法的粗粒土力学特性测试方法。研发了粗粒土现场超深旁压试验成套设备，包括适应堆石料逐层填筑的旁压试验预埋套管成孔设备和端部滑移式大旁胀量旁压仪新型探头；联合现场和室内模型旁压试验提出了粗粒土室内力学性试验当量密度确定方法，为获取可反映现场原级配粗粒土力学特性的关键参数提供重要支撑。 （2）研发了大型高精度真三轴试验设备与力学试验技术。提出将土工三轴试验中试样与加载板之间的接触由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，发明了土工真三轴试验双向微摩擦荷载传力板，使接触摩擦系数降低90%以上；研制了大尺寸、高压力、微摩擦、高精度大型土工真三轴试验设备，填补了国内外在大型土工真三轴试验技术领域的空白。 （3）构建了粗粒土非线性剪胀本构模型与数值分析方法。揭示了粗粒土在复杂应力条件下力学性质变化规律，发现了粗粒土最小能比系数为常数的力学特征，提出了能反映粗粒土非线性、剪胀性的K-K-G本构模型及相应数值方法，解决了土石坝应力变形分析与预测的技术难题。 应用推广情况：本项目在粗粒土级配缩尺理论、真三轴试验设备与力学测试技术、高土石坝应力变形预测技术等方面完成了系统创新。在国内外核心期刊上发表论文30篇，其中SCI/EI检索23篇，授权国家专利8项，其中发明专利5项，获批计算机软件著作权3项，主要成果被2部行业规范采纳，2项技术列入“水利部水利先进实用技术重点推广指导目录”。相关成果已在两河口、卡洛特等30多座高土石坝工程推广应用，提高了高土石坝安全评价理论与技术水平，促进了岩土工程学科的发展，为实现经济、社会、生态可持续发展做出了重要贡献，取得了显著的社会和经济效益。