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——中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所科技創(chuàng)新實(shí)踐 |
伴隨著我國巖土力學(xué)與工程學(xué)科的發(fā)展,中國科學(xué)院武漢巖土所迎來了60周歲華誕。60年的風(fēng)雨兼程,60年的崢嶸歲月,60年的輝煌成績——60年來,武漢巖土所上下一心,全體人員齊心協(xié)力,奏響了一曲雄渾的“巖土拼搏”之歌,樹起了研究所發(fā)展史上繼往開來的里程碑。
近年來,在中國科學(xué)院“三個面向”“四個率先”辦院方針指引下,武漢巖土所面向國家戰(zhàn)略需求,定位于巖土力學(xué)與工程的應(yīng)用基礎(chǔ)研究,致力于重大工程安全與災(zāi)害控制,深部資源及能源高效安全開發(fā),廢棄物地質(zhì)處置和利用方面的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性、前瞻性工作,在我國重大工程建設(shè)、資源與能源開發(fā)中發(fā)揮了重要作用。
近年來,武漢巖土所主持獲得國家科技進(jìn)步獎二等獎7項,參與獲得國家科技進(jìn)步獎一等獎2項;在兩本巖石力學(xué)權(quán)威國際期刊發(fā)表論文數(shù)量位居世界前列;主編國際標(biāo)準(zhǔn)和建議方法7部,主參編國家與行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)近50部,不斷引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)發(fā)展。同時,不斷強(qiáng)化學(xué)科建設(shè),在全國第四輪學(xué)科評估中,土木工程和力學(xué)一級學(xué)科均被評為A-。工程學(xué)ESI排名進(jìn)入全球大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)的前1%。
責(zé)任擔(dān)當(dāng) 服務(wù)重大工程建設(shè)
隨著我國“一帶一路”建設(shè)和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的深入實(shí)施,一大批穿越極端氣候和地質(zhì)條件的重大工程不斷涌現(xiàn)。該所圍繞重大地下工程建設(shè)中的難點(diǎn),研發(fā)建立了高精度微震的巖爆監(jiān)測技術(shù)和綜合定量預(yù)警方法;發(fā)展了巖體破裂模擬的連續(xù)—非連續(xù)數(shù)值方法;提出了軟巖碎脹大變形錨注、擠壓大變形緩沖層支護(hù)和活動斷裂帶抗錯斷設(shè)計技術(shù)。研究成果在錦屏電站、白鶴灘電站、滇中引水、西藏扎墨公路嘎隆拉隧道、滬昆高鐵、蘭新鐵路、巴基斯坦NJ電站等我國重大基礎(chǔ)設(shè)施和中巴經(jīng)濟(jì)走廊的重大工程建設(shè)中發(fā)揮了重要作用。
2015年5月,中巴經(jīng)濟(jì)走廊巴基斯坦NJ水電工程發(fā)生了一次極強(qiáng)巖爆,巨大的破壞力讓工程停工半年之久。如何抑制隧道巖爆頻發(fā)問題?武漢巖土所在這個時候進(jìn)入了巴基斯坦國際監(jiān)理工程師的視線,受邀參與了深部工程災(zāi)害防控研究,解決了NJ水電站引水隧洞的施工難題。
研究所還研制出一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的巖體力學(xué)多場多尺度試驗(yàn)系統(tǒng)、模擬隧洞抗錯斷等試驗(yàn)設(shè)備,研發(fā)了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的巖土工程監(jiān)測信息管理、隧道工程健康監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)。
在邊坡穩(wěn)定性分析方法、邊坡加固技術(shù)與工程實(shí)踐方面,武漢巖土所率先提出了邊坡穩(wěn)定性分析的三維嚴(yán)格極限平衡法和巖質(zhì)反傾邊坡彎曲破壞分析方法,近年來在國際權(quán)威期刊上發(fā)表邊坡穩(wěn)定性分析論文總數(shù)居世界第一,獲國際巖土力學(xué)計算機(jī)方法及進(jìn)展協(xié)會“杰出貢獻(xiàn)獎”。同時,完成了在廢棄礦坑上建設(shè)世界最大室內(nèi)冰雪樂園——“長沙冰雪世界”的邊坡加固治理工作,該樂園入選Discovery探索頻道“不可能完成的項目”專題節(jié)目。
在膨脹土、紅黏土及結(jié)構(gòu)性軟土的研究方面,武漢巖土所率先提出了膨脹土判別與分類的新方法和膨脹土裂隙定量化分析方法,建立了數(shù)字化全國膨脹土區(qū)域分布圖,攻克了膨脹土地區(qū)公路勘察設(shè)計技術(shù)難題。研究成果在杭州灣大橋的建設(shè)和全國十余個省市的近百條高速公路工程中成功應(yīng)用。
武漢巖土所提出的“高鐵路基小變形沉降預(yù)測的優(yōu)化分析方法”為世界上首條一次性建成1000公里武廣客運(yùn)專線路基的穩(wěn)定性評價提供了依據(jù),并在此基礎(chǔ)上提出了基于動態(tài)監(jiān)測的高鐵服役路基健康監(jiān)測與診斷技術(shù),構(gòu)建了完整的高速鐵路線下工程運(yùn)營健康監(jiān)測診斷技術(shù)體系。
該所將先進(jìn)的巖土力學(xué)技術(shù)用于古文物的保護(hù)。在中德合作保護(hù)陜西彬縣大佛寺工程中,葛修潤院士出任中方專家,提出的危巖加固治理和監(jiān)測方案,為工程實(shí)施提供了科學(xué)依據(jù)。同時,葛修潤院士提出的“無壓容器”保護(hù)方案被國家采用,創(chuàng)造性地修建了世界上唯一在水深40米處的白鶴梁水下博物館,“白鶴梁題刻原址水下保護(hù)工程”獲全國文物保護(hù)科學(xué)和技術(shù)創(chuàng)新獎一等獎。研究所還給出了云岡石窟、大足石刻千手觀音、臥佛水害治理工程、赤壁摩崖石刻穩(wěn)定性和防水問題的解決方法,為我國石窟文物保護(hù)工作提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐和借鑒。
厚積薄發(fā) 保障能源資源安全
建設(shè)油氣戰(zhàn)略儲備是保障我國能源供應(yīng)安全的重大戰(zhàn)略需求。鹽巖地層是國際上大型油氣儲備的最佳候選場址之一,武漢巖土所率先提出了深部層狀鹽巖大型儲氣庫群建造技術(shù),參與完成了亞洲第一座鹽穴儲氣(油)庫——金壇儲氣庫的選址、可研、造腔、設(shè)計與運(yùn)行、跟蹤評價及完整性評價等工作。針對我國層狀鹽巖地質(zhì)條件復(fù)雜的特點(diǎn),科研人員研發(fā)出了超深地層超大儲氣庫水溶建庫技術(shù)。該項技術(shù)使得我國鹽穴水溶造腔技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平,目前研究所正在研發(fā)鹽巖溶腔壓氣蓄能技術(shù)。
除了能源安全問題,全球氣候變化日益成為威脅人類可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。在此背景下,“CO2地質(zhì)利用與封存穩(wěn)定性評價與監(jiān)控”技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,武漢巖土所是我國研發(fā)該技術(shù)的主力軍。團(tuán)隊自主研發(fā)了一系列實(shí)驗(yàn)測試裝置和評價分析方法,建立了我國最先進(jìn)、最完善的封存研發(fā)測試平臺,提出的U形管流體取樣監(jiān)測系統(tǒng)打破了美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的壟斷。與此同時,武漢巖土所承擔(dān)了神華集團(tuán)CCS示范項目的全部測試任務(wù)和部分設(shè)計工作。目前該項目已成功注入CO2共30萬噸,初步驗(yàn)證了技術(shù)的有效性,是我國CCUS技術(shù)工業(yè)實(shí)施的重要探索。該成果作為重要組成部分獲國家科技進(jìn)步獎一等獎。
提到能源安全,一個繞不開的話題就是核電工程,而爆破是核電工程基礎(chǔ)巖體開挖的主要手段。在這個過程中,如何科學(xué)評價巖體爆破振動效應(yīng)、有效控制巖體爆破振動危害是工程建設(shè)中迫切需要解決的核心工程難題。武漢巖土所提出了基礎(chǔ)巖體爆破損傷評價與控制方法。研究成果在遼寧紅沿河、福建寧德、廣東臺山、山東海陽、廣西防城港等我國近期建設(shè)的所有核電工程基巖爆破開挖中得到應(yīng)用。
創(chuàng)新驅(qū)動 助推生態(tài)文明建設(shè)
十九大報告中回顧經(jīng)濟(jì)建設(shè)成就時,提到“南海島礁建設(shè)積極推進(jìn)”。這個位于中國南大門、事關(guān)國家領(lǐng)土主權(quán)的戰(zhàn)略重地,再次進(jìn)入公眾視野。島礁建設(shè)主要面臨3個問題:礁砂能不能填筑、建成后的機(jī)場跑道是否穩(wěn)定、地下淡化水資源何時能利用。從上世紀(jì)80年代起,武漢巖土所就承擔(dān)了島礁研究的科研任務(wù)。面對工程技術(shù)難題以及建設(shè)現(xiàn)場惡劣的生活條件,科研人員沒有退縮。他們秉承著科技報國的信念,克服種種困難,取得了寶貴的珊瑚礁樣品并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。在他們的努力下,武漢巖土所成功研發(fā)了珊瑚礁砂填筑與沉降判穩(wěn)方法、吹填地基加固技術(shù)與評價標(biāo)準(zhǔn),并發(fā)現(xiàn)了吹填島礁地下淡水涵養(yǎng)演化規(guī)律,島礁建設(shè)取得突破性進(jìn)展。
近年來,武漢巖土所在含“可燃冰”土的力學(xué)與工程特性方面取得重要進(jìn)展,率先在國內(nèi)建立了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的含“可燃冰”沉積物物理力學(xué)特性實(shí)驗(yàn)與測試平臺,對于提升水合物開發(fā)利用技術(shù)水平具有重要的理論與工程意義。
除此之外,十九大報告中指出要加快生態(tài)文明體制改革,建設(shè)美麗中國,并且首次提出要加強(qiáng)固體廢棄物和垃圾處置。針對我國現(xiàn)役和陳舊型垃圾填埋場防滲系統(tǒng)存在不同程度失效破壞導(dǎo)致土壤、地下水和空氣等環(huán)境污染問題,武漢巖土所科研人員通過十余年系統(tǒng)研究,創(chuàng)造性提出了垃圾填埋場污染防控與資源化利用的“銅墻鐵壁+渣里淘金+騰籠換鳥”一體化技術(shù),研發(fā)了填埋場沼氣和滲瀝液產(chǎn)生運(yùn)移過程的監(jiān)測和探測系統(tǒng),建立了填埋場沼氣和滲瀝液產(chǎn)生運(yùn)移及致災(zāi)分析理論,開發(fā)了填埋場沼氣和滲瀝液的主動調(diào)控技術(shù),實(shí)現(xiàn)了填埋場災(zāi)變從“被動治理”到“主動調(diào)控”的突破。研究成果應(yīng)用于國內(nèi)外130多個垃圾填埋場,并拓展到“一帶一路”沿線的吉爾吉斯斯坦等國家。
60年彈指一揮間,武漢巖土所從無到有,從小到大,造就了一支素質(zhì)高、技術(shù)精的人才隊伍,積淀傳承了深厚的巖土精神和文化,創(chuàng)造了以深部巖體工程安全控制、邊坡穩(wěn)定性評價方法等為標(biāo)志的輝煌成果。武漢巖土所秉承“科教融合、育人為本、協(xié)同創(chuàng)新、服務(wù)國家”的辦學(xué)理念,建立面向科學(xué)創(chuàng)新、注重素質(zhì)與能力的土木工程人才培養(yǎng)體系,為國家發(fā)展建設(shè)輸送了一代代匡時濟(jì)世、經(jīng)世致用的科技創(chuàng)新人才。新時代、新機(jī)遇、新挑戰(zhàn),巖土人將以習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想和黨的十九大精神為指引,全面貫徹落實(shí)國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略,在巖土力學(xué)領(lǐng)域探索上永不停步,在逐夢科學(xué)夢想道路上永不停歇。