水工结构物软硬交界区域复合土工膜力学特性研究及工程应用

  • 获奖名称: 水工结构物软硬交界区域复合土工膜力学特性研究及工程应用
  • 获奖等级: 三等奖
  • 获奖类别: 水力发电科学技术奖
  • 授奖单位: 中国水力发电工程学会
  • 完成单位: 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司、长江水利委员会长江科学院
  • 获奖年度: 2018
  • 获奖人员: 周垂一、王永明、任金明、邓 渊、梁现培、邬志、蔡建国
  • 成果简介:项目属于水电水利工程领域。 水电是当今世界最主要的清洁能源，根据国家能源局发布的《水电发展“十三五”规划》，预计2025年全国水电装机容量达到4.7亿千瓦，西部常规水电装机规模将占全国比例的70.6%。水电开发越来越深入西部深山峡谷地带，这些地区普遍面临“河谷狭窄深切、地质条件复杂、来流量大”等地形地质水文特征，多采用高围堰挡水、隧洞导流方式。作为水电开发先行技术的高水头围堰技术亟待创新提升，攻克降低围堰风险、节省围堰费用，实现经济快速开发的关键技术。 2012年以来，在国家自然科学基金（NO.51409264）等项目的支持下，该项目通过研究工程结构物软硬交界区域复合土工膜力学特性基础理论及工程应用，在复合土工膜关键部位的试验模型设计、应变集中预测、结构破坏细观机理推究、复合土工膜结构自适应变形能力扩展、高分子锚固抗渗结构研制等方面取得重大突破并实现了规模化应用，安全高效建成了国内最高的白鹤滩水电站斜墙式复合土工膜防渗土石围堰，主要创新点如下：(1)首次设计并开展了复合土工膜、围堰填料及周边锚固相互作用的常重力及离心模型试验，全面揭示了高围堰复合土工膜整体及局部连接部位应变分布规律。 (2) 建立了能反映复合土工膜应变集中的“周边膜”本构模型，改进了复合土工膜应变计算方法，从根本上提高了对土工膜工作性态的预测精度。 (3) 率先采用PFC颗粒流程序开展了高水头作用下复合土工膜渐进破坏的细观数值模拟，追踪了受力变形过程中各材料颗粒间相互作用及细观组构的变化，解译了土工膜变形破坏机理，提出了关键连接部位设计的细观力学原则，拓展了复合土工膜研究手段。 (4) 研制了能自动适应堰体变形的复合土工膜连接结构及高分子材料联合抗渗锚固技术，解决了白鹤滩水电站83m高围堰复合土工膜与防渗墙、趾板连接接头易发生撕裂破坏的问题，有效控制了基坑渗流。 基于上述成果已获得美国授权专利1项、中国发明专利5项、实用新型专利13项，发表论文17篇（SCI、EI检索10篇）。全部成果已经应用于在建规模世界第一的金沙江白鹤滩水电站高土石围堰工程建设中，节省投资约4300万元，缩短围堰施工工期1/3，减少粘土开采30万m3。部分成果已应用于澜沧江苗尾水电站、浙江仙居抽水蓄能水电站及西藏DG水电站，节省投资约3254万元。相关成果还可应用于交通、矿山、河道整治、垃圾填埋场等领域工程，应用前景广阔。 经中国水力发电工程学会、中国电力建设集团有限公司联合组织科技成果鉴定，项目技术成果达到国际领先水平。