水工复杂条件岩体原位试验新技术及其应用

  • 获奖名称: 水工复杂条件岩体原位试验新技术及其应用
  • 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、中国水电顾问集团华东勘测设计研究院有限公司、长江勘测规划设计研究有限责任公司
  • 获奖年度: 2015
  • 获奖人员: 周火明、单治钢、李会中、邬爱清、石安池、钟作武、陈文华、张宜虎、熊诗湖、范雷、宋志忠、李维树、黄正加、肖本职、王黎
  • 成果简介:项目背景情况 本项目历时十余年，在国家自然基金重点项目、“十一五”科技支撑项目、水利部“948”项目及乌东德、白鹤滩、锦屏二级等国内重点水利水电工程委托项目的持续资助下，研发了复杂应力路径岩体真三轴原位试验技术、岩体流变原位试验新技术、岩体高压变形及强度原位试验技术、岩体结构及岩体微细观破坏过程精细探测技术和复杂岩体大比尺原位模型试验技术，解决了多个水电工程中复杂岩体变形特性、强度特性、流变特性以及微细观变形破坏机理等关键问题。项目成果大幅提升了复杂条件岩体原位试验技术水平，引领了我国水工复杂条件岩体原位试验方法的发展，产生了显著的社会和经济效益，具有广阔的应用前景。 主要技术创新 （1）首次提出了复杂应力路径岩体原位真三轴试验方法，研发了高压真三轴岩体原位试验技术。系统进行不同应力路径下软硬岩真三轴原位试验，揭示了白鹤滩柱状节理玄武岩、锦屏大理岩、丹巴片岩等岩体力学性质的卸荷效应、尺寸效应和应力状态效应，发展了考虑中间主应力影响的复杂岩体强度理论。 （2）首次提出了伺服控制与滚轴丝杠组合式、气—液恒定稳压加载新方法，研发了高应力复杂路径岩体蠕变试验技术，建立了岩体变形模量与试验压力的相关关系和半无限岩体表面局部荷载作用下蠕变分析模型与方法，给出了松弛与未松弛岩体的变形模量和流变力学参数。 （3）基于中心孔声波测试、钻孔精细成像以及中心孔变形测量的数值模拟反演技术，研发了刚性承压板中心孔法岩体高压变形试验新技术。 （4）以岩体原位三轴试验CT测试技术为基础，综合集成高精度钻孔录像、岩体破裂声发射技术，实现了原位试验过程中对岩体结构以及岩体破坏过程精细探测，一定程度上揭示了岩体微裂纹扩展、岩体细观变形破坏与岩体变形强度特性之间的相互关系。 （5）通过研发软岩-桩复合地基模型试验技术，改进大比尺模型洞试验技术、隧道锚模型试验技术，提出了复杂岩体大比尺原位岩体模型试验方法。 推广应用情况 项目完成过程中，出版专著2部，发表论文60余篇；获得专利2项，主编行业标准1部，参编国家标准1部，获得水利先进实用技术推广证书1项。项目成果形成的水工复杂条件系列岩体原位试验新方法，已成功应用于白鹤滩、乌东德、锦屏二级、丹巴、构皮滩等重大水利水电工程。针对白鹤滩坝址区柱状节理玄武岩的松弛特性、变形特性、强度特性、流变特性进行系统试验研究，解决了柱状节理玄武岩修建高拱坝适宜性的重大关键技术问题；针对锦屏二级引水隧洞深埋隧洞围岩，解决了高应力、复杂应力路径岩体参数取值问题；针对丹巴水电站石英云母片岩，开展了岩体破坏机理、本构模型、变形特性、松弛特性、流变特性等试验研究，解决了埋深大、应力高、岩体强度低等复杂条件洞室开挖的关键技术问题；针对乌东德水电站地下厂房软岩，进行了软岩流变和长期强度试验研究，解决了复杂条件软岩洞室的变形时效对支护的影响等关键技术问题；针对构皮滩水电站软岩，进行了软岩—复合地基变形强度特性以及流变特性试验，解决了乌江构皮滩水电站通航建筑物第二级垂直升船机建筑物的安全性和长期变形控制等关键技术问题。项目成果取得显著的社会和经济效益，可供类似工程应用和借鉴，具有广阔的应用前景。