【正文】 的基礎(chǔ)上，研制針對(duì)水工結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的操作方便的計(jì)算分析和設(shè)計(jì)軟件非常必要。河海大學(xué) 24 能同時(shí)進(jìn)行大型水工建筑物靜力和動(dòng)力模型試驗(yàn)研究。目前，這些課題的研究在國(guó)內(nèi)正在開(kāi)展，有些尚屬探索起步階段，這些研究的開(kāi)展具有重大理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，將為保持和發(fā)展本學(xué)科該領(lǐng)域在國(guó)內(nèi)外的優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)水工建筑物安全監(jiān)控?cái)?shù)字化、智能化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)起著關(guān)鍵作用，將產(chǎn)生顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。九十年代初期，吳中如院士在國(guó)內(nèi)首先將專家系統(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)專家系統(tǒng)。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。 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。 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。工程反分析的研究在意大利、日本開(kāi)展的較早?？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。 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。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。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。 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?；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)專門立項(xiàng)研究，但仍難以避免裂縫的產(chǎn)生，如三峽大壩。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。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。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。 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。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。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。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。但是數(shù)值分析結(jié)果的精度依賴于數(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。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。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。 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。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。 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：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。 “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 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)、圖書等建設(shè)。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。 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。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。其中多數(shù)成為所在單位的學(xué)術(shù)骨干。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)。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。 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。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。2020 年被教育部重新確認(rèn)為國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科點(diǎn)。 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。 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。“十五”期間爭(zhēng)取獲得國(guó)家與省部級(jí)以上科技進(jìn)步獎(jiǎng) 5 項(xiàng)，發(fā)表高水平學(xué)術(shù)論文 450 篇以上，國(guó)際三大檢索機(jī)構(gòu)收錄的論文 80 篇，出版專著教材 10 部。 (2) 科研能力 進(jìn)一步增強(qiáng)承擔(dān)國(guó)家和省部級(jí)重大科技攻關(guān)任務(wù)及自主發(fā)展能力，多數(shù)科研成果將達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。 加強(qiáng)與國(guó)內(nèi)外先進(jìn)大學(xué)及科研、設(shè)計(jì)單位的學(xué)術(shù)交流和科研合作，創(chuàng)造更多的機(jī)會(huì)讓青年教師參加國(guó)際國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議或出國(guó)進(jìn)修， 2020 年前主辦國(guó)際性學(xué)術(shù)會(huì)議 1 次，全國(guó)性學(xué)術(shù)會(huì)議 2?3 次。力爭(zhēng)到 2020 年，中青年教師具 15 有博士學(xué)位的人員達(dá)到 85%，在國(guó)內(nèi)外有較大影響的學(xué)科帶頭人 4?5 名左右。 (5) 在環(huán)境巖土工程與地質(zhì)災(zāi)害防治方面新增巖土滲透測(cè)試系統(tǒng)、環(huán)境土柱試驗(yàn)系統(tǒng)、衛(wèi)星定位地面接收監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各一套，并進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及軟件的開(kāi)發(fā)。 (3) 為了進(jìn)行巖體流變力學(xué)特性及長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究，新增全自動(dòng)巖石流變?nèi)S儀及剪切流變儀試驗(yàn)系統(tǒng)。 按國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的要求建設(shè)，建成后對(duì)國(guó)內(nèi)外開(kāi)放，將能承擔(dān)巖土工程的各種室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試任務(wù)，建設(shè)內(nèi)容包括： (1) 對(duì)現(xiàn)有儀器進(jìn)行更新改造，改進(jìn)儀器功能，提高測(cè)試精度。 ③ 在環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)與防治方面達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。 可能取得的重大科技成果： 14 ① 在巖土體強(qiáng)度變形理論與應(yīng)用，特別是巖石和堆石體流變特性、高土石壩與高邊坡變形分析與應(yīng)用方面取得重要成果。 ⑥ 環(huán)境巖土工程與地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)及防治將開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害的基礎(chǔ)性研究，建立科學(xué)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)理論、提出地質(zhì)災(zāi)害防治方法。 ⑤ 開(kāi)展巖土工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和應(yīng)用新技術(shù)研究。從巖土介質(zhì)的微細(xì)觀結(jié)構(gòu)入手去研究巖土體力學(xué)特性和滲流破壞的機(jī)理。 ② 研制大型真三軸儀，大型單剪儀，進(jìn)行對(duì)復(fù)雜受力條件下的強(qiáng)度變形特性，尤其是應(yīng)力引起的各向異性特性試驗(yàn)研究，使堆石體本構(gòu)模型理論進(jìn)一步發(fā)展完善。 2. 具體目標(biāo) (1) 主要指標(biāo) 13 圍繞著目前國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展期間的大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的復(fù)雜巖土工程問(wèn)題，在“ 211”工程支持下，使河海大學(xué)巖土工程學(xué)科在科學(xué)研究、條件建設(shè)、人才培養(yǎng)和學(xué)術(shù)梯隊(duì)建設(shè)、學(xué)術(shù)交流等方面取得顯 著進(jìn)展。 (2) 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。 三、項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo) 1. 整體目標(biāo) (1) 通過(guò)本項(xiàng)目建設(shè)，使河海大學(xué)巖土工程國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科在巖土體強(qiáng)度與變形理論、巖土體微細(xì)結(jié)構(gòu)測(cè)試與力學(xué)特性、巖土工程測(cè)試與應(yīng)用新技術(shù)、環(huán)境巖土工程和地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)與防治等方面有較大的突破，為國(guó)家重大工程建設(shè)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供可靠的保障。浙江大學(xué)在基坑支護(hù)和波動(dòng)力學(xué)方面有一定進(jìn)展。但在研究手段、測(cè)試設(shè)備和技術(shù)上與國(guó)際水平還有一定差距，尤其是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器、測(cè)試精度和自動(dòng)化程度等方面差距明顯。日本的 Kyoto 大學(xué)和 DX Antenna 公司于 1996 年開(kāi)始立項(xiàng)研究用 GPS 多天線技術(shù)監(jiān)測(cè) 滑坡，并于 1998 年完成了世界上第一臺(tái)試驗(yàn)用 12 的工程樣機(jī)。巖石工程與力學(xué)方面，奧地利、法國(guó)等歐美國(guó)家處于前列，如法國(guó)里爾科技大學(xué)在巖石不僅將地質(zhì)與力學(xué)、室內(nèi)與現(xiàn)場(chǎng)緊密結(jié)合起來(lái)進(jìn)行綜合研究，針對(duì)巖石儲(chǔ)存與處置問(wèn)題，開(kāi)展了巖石長(zhǎng)期穩(wěn)定性的基礎(chǔ)研究，考慮巖石－水－熱－化學(xué)的耦合效應(yīng)，推出了新的數(shù)模研究方法。 2. 國(guó)際水平 巖土工程學(xué)科以巖土體這種性質(zhì)極為復(fù)雜的工程材料為研究對(duì) 象，其科技水平對(duì)整個(gè)土木水利工程建設(shè)的效益和水平起關(guān)鍵作用，世界各國(guó)對(duì)它的發(fā)展非常重視。 地質(zhì)災(zāi)害給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)巨大損失，為了減少地質(zhì)災(zāi)害給人類帶來(lái)的損失， 人們?cè)絹?lái)越重視對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)。核廢料處理涉及到溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、飽和非飽和滲流場(chǎng)耦合共同作用下復(fù)雜巖體流變變形及長(zhǎng)期穩(wěn)定性問(wèn)題。 南水北調(diào)西線大型隧洞、西部大型水利水電工程，如：小灣水電站、向家壩水電站、龍灘水電站 、水布埡水電站、錦屏水電站等的建設(shè)，大都涉及到復(fù) 11 雜巖體的流變特性問(wèn)題。近幾年，巖石流變理論得到了一定的發(fā)展，特別是利用實(shí)測(cè)資料反演已知流變模型未知參數(shù)、進(jìn)而發(fā)展到對(duì)未知模型的辨識(shí)等，但還不成熟，長(zhǎng)江三峽工程永久船閘高邊坡對(duì)巖體流變的研究提出了極具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，為流變力學(xué)的發(fā)展提供了機(jī)遇和背景，但巖體流變模型辨識(shí)、巖體損傷流變模型、巖體損傷斷裂流變模型以及在滲流作用下巖體流變模型的理論研究并不甚理想。目前對(duì)滲流破壞人們主要是從宏觀上來(lái)研究，對(duì)滲流破壞機(jī)理性方面的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，而欲尋找出滲流破壞的真正原因，并且建立相應(yīng)的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)系統(tǒng)和研究出更合理的防治措施，開(kāi)發(fā)更有效的防治材料，還需從微細(xì)觀研究入手，探索巖土體的滲流破壞機(jī)理，再建立相應(yīng)的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)系統(tǒng)和防治措施，對(duì)減少滲流引發(fā)災(zāi)害的發(fā)生和減小國(guó)民經(jīng)濟(jì)的損失有特別重要 的意義。定量分析研究巖土體微細(xì)結(jié)構(gòu)連續(xù)動(dòng)態(tài)變化規(guī)律性，建立土體力學(xué)性質(zhì)與微細(xì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)在聯(lián)系，不僅對(duì)巖土力學(xué)理論進(jìn)一步深入研究具有十分重要的科學(xué) 意義，而且對(duì)分析和評(píng)價(jià)土的工程性質(zhì)及其對(duì)工程建設(shè)的適應(yīng)性也有著明顯的現(xiàn)實(shí)性。因此，全面開(kāi)展堆石體、軟土與特殊土的工程特性的研究，建立相應(yīng)的計(jì)算理論，研制系統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)備有重大的理論意義和工程價(jià)值。高土石壩建設(shè)的新發(fā)展要求在復(fù)雜地質(zhì)條件下對(duì)高圍壓條件下壩體堆石材料的工程性質(zhì)、復(fù)雜受力條件下的強(qiáng)度變形規(guī)律等有更清楚的認(rèn)識(shí)；南水北 10 調(diào)、西氣東輸?shù)却笮凸こ讨袝?huì)遇到膨脹土 、濕陷性黃土等關(guān)鍵性工程問(wèn)題。巖土體滲流破壞、地質(zhì)災(zāi)害、環(huán)境巖土工程問(wèn)題的惡化等，威脅著人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，嚴(yán)重制約著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，本學(xué)科現(xiàn)有的研究條件還難以滿足國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，有必要通過(guò)學(xué)科建設(shè)，進(jìn)一步完善研究條件，提高科研學(xué)術(shù)水平。經(jīng)過(guò)幾十年的建設(shè)，本學(xué)科在國(guó)內(nèi)已有較大的學(xué)術(shù)影響，具備了解決國(guó)家重大工程關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的能力，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展作出了突出貢獻(xiàn)。承擔(dān)本項(xiàng)目的主干學(xué)科為巖土工程國(guó)家重 點(diǎn)學(xué)科，支撐學(xué)科為防災(zāi)減災(zāi)工程與防護(hù)工程、地質(zhì)工程和大地測(cè)量學(xué)與測(cè)繪工程，并以水利部巖土工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和江蘇省交通基礎(chǔ)技術(shù)工程中心為依托。本項(xiàng)目擬購(gòu) DLP120″大屏幕背投系統(tǒng)等。 5. 國(guó)際國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)交流 本學(xué)科群廣泛開(kāi)展國(guó)內(nèi)外交流與合作，參加各種形式學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，已與美國(guó)亞利桑那大學(xué)，荷蘭 Delft 大學(xué)，愛(ài)爾蘭共和國(guó)國(guó)立大學(xué)，德國(guó)漢諾威大學(xué)、斯圖加特大學(xué)、柏林水資源規(guī)劃