长江科学院-获奖成果详情长江委科学技术奖

获奖名称: 大型土工真三轴试验系统研制及应用

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、河海大学、长江勘测规划设计研究有限责任公司

获奖年度: 2019

获奖人员: 程展林、朱俊高、潘家军、王艳丽、左永振、李玫、周跃峰、江洎洧、谭凡、张婷、陈云、周若、周欣华、何晓民、卢一为

成果简介:本项目属于水利工程领域。土工试验是土力学的基本内容，也是确定各种理论和工程设计参数的基本手段。随着我国水利水电工程中的高土石坝、及各类基础设施的大量修建以及对其变形控制要求的不断提高，迫切需要研发合理的测试和模拟新技术，深入研究和评价筑坝粗粒土在复杂应力路径和条件下的应力变形、强度特性等力学问题，以克服已有认知和理论描述的明显不足。该项成果历时二十余年，在10余项国家自然科学基金、省部级科研项目的资助下，着力于再现和描述粗粒土的“真三维、非线性、大变形”力学行为，解决了大尺寸、高压力、高精度的复杂加载与测量等试验测试条件下所涉及的机械、液压、力学、控制和计算机等诸多交叉与集成技术难题，突破了试验测试和数值模拟方面的技术瓶颈，取得了如下的主要技术发明与理论创新成果：（1）提出了岩土工程土工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，发明了岩土工程土工三轴试验微摩擦荷载传力板和真三轴试验微双向摩擦荷载传力板，实现了真三维应力状态下试样与加载板之间的双向无摩擦加载，有效解决加载板与试样接触面的摩阻力过大的关键技术难题。（2）发明了大型土工真三轴试验加载技术、高精度刚柔复合加载测试控制技术，实现了大变形条件下真三轴试验的三向无干扰的独立加载，研制了大型土工微摩阻、高精度的真三轴试验设备，填补了国内外在大型土工真三轴试验技术领域的空白。（3）发现了真三维应力条件下粗粒土的应力与变形规律、强度规律等基本的本构规律，以及同一种粗粒土不同应力状态下的Rowe剪胀方程的最小能比系数为一常数的力学规律，构建了能反映粗粒土非线性、弹塑性、剪胀(缩)性的K-K-G本构模型，发明了相应的数值模拟技术。项目在大型土工真三轴的试验设备、测试技术、基础理论和工程应用诸方面完成了系统创新，在国内外核心期刊发表论文160篇，其中SCI/EI检索73篇；获专利15项，其中国家发明专利11项；获计算机软件著作权4项；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”。已直接和推广应用到水布垭和双江口、两河口等高土石坝工程结构设计论证，支撑了3部设计规范标准修订，完成了我国30多座高土石坝的真三轴试验与安全评价，为大坝结构的研究和设计提供了基础性测评技术平台，使粗粒土力学行为的试验与数值模拟实现了从以往的半经验到科学、合理和精细化水平的跨越，提高了结构的设计和变形控制水平，取得显著的社会和经济效益。