【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 濟(jì)效益。 16 通過(guò)本項(xiàng)目建設(shè)，形成具有高水平的科研和教學(xué)隊(duì)伍。造就出在國(guó)內(nèi)外一定影響的學(xué)術(shù)帶頭人 4?5 名，培養(yǎng)博士后、博士碩士研究生 350 多名，成為培養(yǎng)巖土 工程一流水平的高層次專(zhuān)門(mén)人才的基地。 四、建設(shè)總經(jīng)費(fèi) “十五”期間，本項(xiàng)目建設(shè)所需總經(jīng)費(fèi)為 1000 萬(wàn)元。其中 100 萬(wàn)元用于人才培養(yǎng)、學(xué)術(shù)交流、交叉學(xué)科建設(shè)等， 900 萬(wàn)元用于添置設(shè)備： 1. 堆石體、軟土與特殊土的工程性質(zhì) 250 萬(wàn)元 2. 巖石力學(xué)特性及長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究 255 萬(wàn)元 3. 巖土工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與應(yīng)用新技術(shù)研究 167 萬(wàn)元 4. 環(huán)境巖土工程與地質(zhì)災(zāi)害防治 228 萬(wàn)元 五、項(xiàng)目已有的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn) 1. 綜合的學(xué)科優(yōu)勢(shì) 河海大學(xué)巖土工程學(xué)科是國(guó)務(wù)院首批博士點(diǎn)授予點(diǎn)之一， 1988 年被評(píng)為國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科點(diǎn)， 1994 年被巖土工程實(shí)驗(yàn)室評(píng)為水利部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 1996 年列為國(guó)家“ 211 工程”重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科， 1999 年被教育部確定為“長(zhǎng)江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃”特聘教授設(shè)崗學(xué)科， 2020 年被批準(zhǔn)成立江蘇省交通基礎(chǔ)工程研究中心。2020 年被教育部重新確認(rèn)為國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科點(diǎn)。 1997 年被評(píng)為江蘇省優(yōu)秀學(xué)科梯隊(duì)。經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)，形成了巖土工程領(lǐng)域具有特色的 5 個(gè)研究方向：土的基本特性及土與結(jié)構(gòu)相互作用；土動(dòng)力學(xué)與工程抗震；軟土地基處理與基礎(chǔ)工程；巖石力學(xué)與工程；巖土滲流理論與測(cè)試等。目前已擁有結(jié)構(gòu)合理的學(xué)科梯隊(duì)、堅(jiān)實(shí)的研究基礎(chǔ)和一流的研究設(shè)施。 在“九五”“ 211 工程”項(xiàng)目支持下，本學(xué)科建設(shè)了一批先進(jìn)的試驗(yàn)研究設(shè)備，包括與日本共同研制的全自動(dòng)多功能振動(dòng)扭剪三軸儀、英國(guó)進(jìn)口的非飽和土三軸儀、巖石力學(xué)伺服測(cè)試系統(tǒng)和應(yīng)力路徑大型三軸儀等大型精密儀器以及 17 巖土滲流同位素示蹤測(cè)試儀器等，其中部分設(shè)備達(dá)到國(guó)際一流水準(zhǔn)，這將為本學(xué)科開(kāi)展基礎(chǔ)理論創(chuàng)新及應(yīng)用研究提供最好的 科研條件。 2. 高水平的學(xué)術(shù)隊(duì)伍 目前，以巖土工程研究所為主體形成了 43 人的強(qiáng)大學(xué)科梯隊(duì)。其中教授 18人，副教授 12 人，講師 13 人，具有博士學(xué)位者 20 人。梯隊(duì)平均年齡為 39 歲，并且多數(shù)是來(lái)自國(guó)內(nèi)外著名大學(xué)的年輕博士，能夠博采和融合各家所長(zhǎng)，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。學(xué)科梯隊(duì)中有國(guó)內(nèi)著名學(xué)者， 2020 年又聘請(qǐng)了中國(guó)工程院王思敬院士為學(xué)科顧問(wèn)。 3. 培養(yǎng)人才的高質(zhì)量 近 5 年來(lái)培養(yǎng)了 100 多名博士和碩士研究生。其中多數(shù)成為所在單位的學(xué)術(shù)骨干。 4. 特色鮮明的科學(xué)研究 本學(xué)科以研究水利水電工程中巖土 工程問(wèn)題為特色。在國(guó)家“六五”至“九五”期間， 研究了三峽、小浪底、天生橋等 10 余座特大型水利水電樞紐中的巖土工程問(wèn)題，如大壩、高邊坡、地下洞室中的應(yīng)力、變形、滲流、穩(wěn)定、流變、抗震等。 同時(shí)在高速交通工程方面，也取得了豐碩的成果，如解決滬寧高速公路中軟基加固關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出了重大貢獻(xiàn)。 5. 國(guó)際國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)交流 本學(xué)科長(zhǎng)期與歐、美、日本及東南亞等國(guó)家有著廣泛的合作交流。 2020 年與法國(guó)里爾科技大學(xué)（ USTL）合作組建了中法國(guó)際環(huán)境巖土力學(xué)研究中心（ CFGeomech）。與香港理工大學(xué)土地測(cè)量系 合作進(jìn)行地址災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)研究。與澳大利亞新南威爾大學(xué)、加拿大卡爾加里大學(xué)和新加坡南洋理工大學(xué)定期交流研究成果，并進(jìn)行廣泛的學(xué)術(shù)探討。 “巖土工程與地質(zhì)災(zāi)害防治” 建設(shè)項(xiàng)目總投資為 1000 萬(wàn)元，其中中央專(zhuān) 18 項(xiàng)資金為 700 萬(wàn)元（國(guó)家計(jì)委 350 萬(wàn)元，財(cái)政部 350 萬(wàn)元），全部用于購(gòu)置儀器設(shè)備；學(xué)校自籌資金為 300 萬(wàn)元， 180 萬(wàn)元用于購(gòu)置儀器設(shè)備， 120 萬(wàn)元用于學(xué)術(shù)交流、學(xué)科隊(duì)伍以及網(wǎng)絡(luò)、圖書(shū)等建設(shè)。本子項(xiàng)目具有代表性儀器設(shè)備名稱(chēng)如下：大型堆石體流變?nèi)S剪切試驗(yàn)機(jī)、大型堆石體真三軸儀、巖土體微細(xì)結(jié)構(gòu)測(cè)試系統(tǒng)、全自動(dòng)巖石 流變?nèi)S儀及剪切流變儀試驗(yàn)系統(tǒng)、全自動(dòng)多功能CPTU 車(chē)載測(cè)試系統(tǒng)一套、衛(wèi)星定位地面接收監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 19 重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目論證報(bào)告（之三） 水工結(jié)構(gòu)工程 一、項(xiàng)目定義 項(xiàng)目名稱(chēng)：水工結(jié)構(gòu)工程 所屬領(lǐng)域：本項(xiàng)目屬基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)中的土建、水利領(lǐng)域，承擔(dān)本項(xiàng)目的主干學(xué)科是水工結(jié)構(gòu)工程，支撐學(xué)科有工程力學(xué)、材料學(xué)和結(jié)構(gòu)工程。 二、項(xiàng)目背景 1. 項(xiàng)目意義 國(guó)家 “十五 ”及 2020年遠(yuǎn)景規(guī)劃中明確提出了南、中、北三條 “西電東送 ”工程和東、中、西三線 “南水北調(diào) ”工程的宏偉建設(shè)計(jì)劃 ；同時(shí)，全國(guó)有 27000多座病險(xiǎn)壩需除險(xiǎn)加固。這些都對(duì)水利水電工程建設(shè)的支柱學(xué)科 水工結(jié)構(gòu)工程學(xué)科提出了發(fā)展、創(chuàng)新的新要求。項(xiàng)目將針對(duì)水工結(jié)構(gòu)安全工程，特高壩建設(shè)，高邊坡的綜合治理，超大型地下洞室和超長(zhǎng)深埋高壓輸水隧洞的修建，水工結(jié)構(gòu)工程的新材料、新技術(shù)、新工藝的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用等領(lǐng)域面臨的一系列科學(xué)技術(shù)難題進(jìn)行重點(diǎn)建設(shè)，由此，形成國(guó)內(nèi)具有顯著特色和先進(jìn)水平的學(xué)科隊(duì)伍，建立涵蓋整個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的高層次人才培養(yǎng)和高水平科學(xué)研究基地，以適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的迫切需要。 建國(guó)以來(lái)，我國(guó)共修建 8萬(wàn)多座堤壩，高 15m以上的大 壩有 ，水庫(kù)總庫(kù)容約 500Gm3以上，水電總裝機(jī)約 80GW，總供水量 500 Gm3以上，灌溉面積 億畝，并保護(hù)下游億萬(wàn)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)安全中起到了巨大作用。然而由于多種原因，在全國(guó) 3100多座大中型水庫(kù)大壩中有 1248座大壩、在 8萬(wàn)多座小型水庫(kù)大壩中有 20 36%存在不同程度的病險(xiǎn)問(wèn)題；其他大壩，尤其是七十年代以前修建的大壩，也存在老化和病變等問(wèn)題，可預(yù)料 21世紀(jì)將是老壩加固和處理的高潮。同時(shí)，隨著西部大開(kāi)發(fā)和西電東送的開(kāi)展，三峽、溪洛渡、 小浪底、向家壩、小灣、錦屏、龍灘和糯扎渡等高壩水庫(kù)將越來(lái)越多，南水北調(diào)工程也將啟動(dòng)，這些工程規(guī)模巨大，技術(shù)十分復(fù)雜。在承受各種荷載作用或受到地震、洪水、暴雨等自然災(zāi)害侵襲以及遭受人為破壞時(shí)，水工結(jié)構(gòu)工程安全是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的大事，安全監(jiān)測(cè)、預(yù)警、防災(zāi)減災(zāi)等方面的研究已引起了各國(guó)的高度關(guān)注。為解決水工結(jié)構(gòu)工程的安全問(wèn)題，評(píng)價(jià)和提高工程的安全承載能力，提高和發(fā)展安全監(jiān)控技術(shù)乃是當(dāng)務(wù)之急，特別在安全分析評(píng)價(jià)和饋控理論、高新監(jiān)測(cè)設(shè)備研制和應(yīng)用、工程安全遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)、結(jié)構(gòu)損傷病變仿真和檢測(cè)、工程健康診斷和壽命評(píng)估、工 程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等方面，急需加強(qiáng)試驗(yàn)研究，以促進(jìn)理論研究發(fā)展。上世紀(jì)八十年代前，模型試驗(yàn)在大型水工建筑物設(shè)計(jì)中起了主要作用，八十年代則是模型試驗(yàn)和數(shù)值分析并重，而進(jìn)入九十年代后由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)值分析已成為復(fù)雜大型水工建筑物設(shè)計(jì)的主要手段。但是數(shù)值分析結(jié)果的精度依賴(lài)于數(shù)學(xué)模型及材料特性模擬的精度，目前除彈性分析較可靠外，大部分?jǐn)?shù)值分析結(jié)果只能供工程設(shè)計(jì)人員參考。其主要原因是對(duì)水工建筑物及其地基材料特性認(rèn)識(shí)還不足。因此模型試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)、數(shù)值分析作為科學(xué)研究的三個(gè)重要方法，仍然是水工結(jié)構(gòu)學(xué)科發(fā)展缺一不可的 手段。水電產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。隨著大規(guī)模水利建設(shè)的蓬勃開(kāi)展，大量基礎(chǔ)性、機(jī)理性課題亟待解決，如水工建筑物的抗震、減震和控震、水工混凝土溫控及裂縫防治、土石壩等散粒體穩(wěn)定和破壞機(jī)理、 300m以上超高壩的工作性態(tài)等，均還需通過(guò)物理模型研究，取得理論上的驗(yàn)證和突破性進(jìn)展。 在混凝土壩的動(dòng)力分析中，當(dāng)強(qiáng)震作用時(shí)，重力壩的壩頂和壩踵部位將出現(xiàn)較大拉應(yīng)力，而難以滿足設(shè)計(jì)規(guī)范中有關(guān)基本不出現(xiàn)拉應(yīng)力的要求；拱壩的地震拉應(yīng)力值更大，也將超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)范中基于經(jīng)驗(yàn)性給出的允許應(yīng)力值的安全標(biāo)準(zhǔn)；大量動(dòng)力分析結(jié)果表明，混凝土的抗 震強(qiáng)度驗(yàn)算中，拉應(yīng)力值常起控制 21 作用。因此，在混凝土水工建筑物的抗震計(jì)算中，應(yīng)明確規(guī)定混凝土抗拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值及其相應(yīng)的安全準(zhǔn)則?，F(xiàn)有規(guī)范規(guī)定實(shí)際上是基于國(guó)外早期少量試驗(yàn)研究成果所確定，難以反應(yīng)實(shí)際情況和對(duì)大壩結(jié)構(gòu)真實(shí)安全度做出有效判斷，在高烈度地震區(qū)將有一大批混凝土高壩要建設(shè)，迫切要求對(duì)大體積混凝土動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多先進(jìn)的分析方法和更加符合實(shí)際情況的計(jì)算理論對(duì)水工結(jié)構(gòu)的應(yīng)用成為可能。但目前的設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法顯得滯后。為了優(yōu)化設(shè)計(jì)，在確保安全的條件下節(jié)省工程造價(jià)，研究新的計(jì)算理論、完 善現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方法、并付諸實(shí)際工程應(yīng)用，將具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 水工材料的劣化是關(guān)系到水利工程安全性、使用壽命和工程效益的重要問(wèn)題。已有的水工材料劣化理論大都基于單因素作用下的研究結(jié)果，與實(shí)際水工材料在常規(guī)和非常規(guī)荷載、溫度變化、氣體和液體介質(zhì)等多因素協(xié)同作用下耐久性與劣化行為不符。研究水工材料的劣化行為和測(cè)評(píng)技術(shù)對(duì)按服務(wù)年限要求合理設(shè)計(jì)水利工程、準(zhǔn)確評(píng)估工程的使用壽命、保證工程安全性、對(duì)工程的修補(bǔ)、加固作出科學(xué)決策具有重要意義。另一方面，已建的水工結(jié)構(gòu)工程普遍面臨著由于材料劣化而導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)耐久 性問(wèn)題，面廣量大的已建結(jié)構(gòu)需要維修、加固和改造，修復(fù)新材料、新技術(shù)的研究極為迫切。 目前在水工結(jié)構(gòu)工程的建設(shè)中，大體積混凝土結(jié)構(gòu)尤其是大壩混凝土的裂縫問(wèn)題仍然沒(méi)有得到很好解決，從普通水閘工程到高達(dá) 200～ 300m的混凝土重力壩或拱壩工程，幾乎沒(méi)有一個(gè)工程在施工期間是不裂的，施工期大體積混凝土的裂與不裂幾乎成了工程施工質(zhì)量評(píng)定的一個(gè)最為主要和直接明了的指標(biāo)?；炷恋牧芽p如何防止，是工程業(yè)主非常重視的問(wèn)題，并往往投入大量經(jīng)費(fèi)專(zhuān)門(mén)立項(xiàng)研究，但仍難以避免裂縫的產(chǎn)生，如三峽大壩。壩基巖體的滲透特性和灌漿處理也是目前國(guó) 內(nèi)外壩工界了解相對(duì)很少的工程問(wèn)題，在工程滲控設(shè)計(jì)和灌漿處理的工作中主要是憑借以往的工程經(jīng)驗(yàn)，造成很大的浪費(fèi)。 水工建筑物的施工在基本建設(shè)中占有重要地位，它關(guān)系到工程質(zhì)量及社會(huì) 22 安全。由于施工過(guò)程涉及的影響因素很多，所需的理論也來(lái)自于不同的基礎(chǔ)學(xué)科，施工中存在著許多 不確定性因素， 難以用單一的數(shù)學(xué)模型和單一的目標(biāo)進(jìn)行管理和優(yōu)化。因此， 將軟科學(xué)理論應(yīng)用于工程施工，在施工過(guò)程的優(yōu)化方面強(qiáng)調(diào)重視和利用以往工程經(jīng)驗(yàn)，用系統(tǒng)分析方法、全局優(yōu)化方法和綜合智能方法等進(jìn)行施工系統(tǒng)仿真和優(yōu)化，對(duì)節(jié)省工程造價(jià)、縮短施工周期、提高工程 質(zhì)量和工程管理水平均具有重要意義。 2. 國(guó)際水平 在水工建筑物安全檢測(cè)、監(jiān)測(cè)和控制方面，意大利、法國(guó)、奧地利以及美國(guó)、日本等國(guó)家開(kāi)展研究較早。目前，安全監(jiān)測(cè)分析和評(píng)判已由一維單測(cè)點(diǎn)向三維多測(cè)點(diǎn)方向發(fā)展，由離線人工進(jìn)行管理和分析，逐步向在線自動(dòng)實(shí)時(shí)或及時(shí)綜合評(píng)判發(fā)展，同時(shí)在安全風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)判中更多地注重對(duì)生態(tài)環(huán)境以及社會(huì)各方面的影響，而智能化、網(wǎng)絡(luò)化將是今后發(fā)展的趨勢(shì)，而這方面國(guó)際上也才起步。針對(duì)以上發(fā)展趨勢(shì)，安全分析評(píng)價(jià)和饋控理論、高新監(jiān)測(cè)設(shè)備研制和應(yīng)用、工程安全遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)、結(jié)構(gòu)損傷病變仿真和檢測(cè)、工程健 康診斷和壽命評(píng)估、工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等方面，已成為當(dāng)今各國(guó)優(yōu)先研究的課題。 結(jié)構(gòu)的物模研究最具國(guó)際聲譽(yù)的是意大利貝加莫模型結(jié)構(gòu)研究所 (ISMES)和葡萄牙國(guó)立土木工程研究所 (LNEC)，他們?cè)鵀槭澜缟蠑?shù)十座大壩進(jìn)行過(guò)模型試驗(yàn)，在水工結(jié)構(gòu)復(fù)雜荷載的模擬方面有獨(dú)到之處。在結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型試驗(yàn)方面，日本、美國(guó)及法國(guó)等近年來(lái)建造了超大規(guī)模的地震模擬振動(dòng)臺(tái)，其中設(shè)備先進(jìn)的制造商當(dāng)數(shù)美國(guó) MTS公司?？傮w上看，我國(guó)在模型試驗(yàn)加載及測(cè)試設(shè)備等方面與國(guó)際水平差距較大，在測(cè)試精度和自動(dòng)化程度方面尤為明顯。 反饋設(shè)計(jì)是基于先進(jìn)的分析理論與 現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)技術(shù)的一種動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法。工程反分析的研究在意大利、日本開(kāi)展的較早。但目前無(wú)論在理論上或?qū)嶋H應(yīng)用遠(yuǎn)未成熟，尤其在反分析方法上，仍存在解的適定性、量測(cè)信息的容錯(cuò)性等問(wèn)題。 與工程實(shí)際相吻合的材料劣化機(jī)理、測(cè)評(píng)技術(shù)是國(guó)際材料界近年研究的熱 23 點(diǎn)問(wèn)題之一，世界各國(guó)對(duì)此十分重視，美國(guó)、加拿大、日本和英國(guó)等國(guó)的研究水平較高。在修復(fù)新材料、新技術(shù)方面，國(guó)外發(fā)展較快，已有許多技術(shù)和材料開(kāi)始用于工程。 目前國(guó)內(nèi)外對(duì)水工大體積混凝土的裂縫控制問(wèn)題都沒(méi)有得到根本性的解決，國(guó)外也是處在 “無(wú)壩不裂 ”的狀態(tài)，對(duì)這個(gè)問(wèn)題還需要在基本 理論、計(jì)算方法、材料特性、施工技術(shù)以及工程管理等方面進(jìn)行深入而系統(tǒng)的研究。在施工仿真技術(shù)方面，由于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家現(xiàn)階段大型水利工程很少，主要是在建筑、橋梁、交通等領(lǐng)域具有共性的研究工作，包括結(jié)構(gòu)和施工過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)、施工過(guò)程（主要是離散系統(tǒng)）的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)、模擬網(wǎng)絡(luò)和變化環(huán)境的專(zhuān)家系統(tǒng)等。就壩基巖體的滲流特性和滲透系數(shù)張量確定的理論和方法，美國(guó) Neuman院士、法國(guó)的 Louis和德國(guó) Ewert教授以及 Wittke教授等人理論和試驗(yàn)方面的研究都取得了大的發(fā)展。 3. 國(guó)內(nèi)水平 國(guó)內(nèi)以河海大學(xué)為代表，從上世紀(jì)七 十年代開(kāi)始進(jìn)行水工建筑物安全監(jiān)控理論和應(yīng)用方面的研究，目前已從安全信息感知、信息傳輸、信息分析、決策支持及反饋幾個(gè)方面綜合考慮，并從施工期、蓄水期、運(yùn)行期以及從地上到地下進(jìn)行系統(tǒng)研究。九十年代初期，吳中如院士在國(guó)內(nèi)首先將專(zhuān)家系統(tǒng)概念引入水工建筑物安全監(jiān)控領(lǐng)域，成功研制開(kāi)發(fā)了基于 “一機(jī)四庫(kù) ”的大壩安全綜合評(píng)價(jià)專(zhuān)家系統(tǒng)。高新智