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中国科学院武汉岩土所迎来了60周岁华诞

伴随着我国岩土力学与工程学科的发展,中国科学院武汉岩土所迎来了60周岁华诞。60年的风雨兼程,60年的峥嵘岁月,60年的辉煌成绩——60年来,武汉岩土所上下一心,全体人员齐心协力,奏响了一曲雄浑的“岩土拼搏”之歌,树起了研究所发展史上继往开来的里程碑。

近年来,在中国科学院“三个面向”“四个率先”办院方针指引下,武汉岩土所面向国家战略需求,定位于岩土力学与工程的应用基础研究,致力于重大工程安全与灾害控制,深部资源及能源高效安全开发,废弃物地质处置和利用方面的基础性、战略性、前瞻性工作,在我国重大工程建设、资源与能源开发中发挥了重要作用。

近年来,武汉岩土所主持获得国家科技进步奖二等奖7项,参与获得国家科技进步奖一等奖2项;在两本岩石力学权威国际期刊发表论文数量位居世界前列;主编国际标准和建议方法7部,主参编国家与行业技术标准近50部,不断引领行业技术发展。同时,不断强化学科建设,在全国第四轮学科评估中,土木工程和力学一级学科均被评为A-。工程学ESI排名进入全球大学和科研机构的前1%。

责任担当 服务重大工程建设

随着我国“一带一路”建设和西部大开发战略的深入实施,一大批穿越极端气候和地质条件的重大工程不断涌现。该所围绕重大地下工程建设中的难点,研发建立了高精度微震的岩爆监测技术和综合定量预警方法;发展了岩体破裂模拟的连续—非连续数值方法;提出了软岩碎胀大变形锚注、挤压大变形缓冲层支护和活动断裂带抗错断设计技术。研究成果在锦屏电站、白鹤滩电站、滇中引水、西藏扎墨公路嘎隆拉隧道、沪昆高铁、兰新铁路、巴基斯坦NJ电站等我国重大基础设施和中巴经济走廊的重大工程建设中发挥了重要作用。

2015年5月,中巴经济走廊巴基斯坦NJ水电工程发生了一次极强岩爆,巨大的破坏力让工程停工半年之久。如何抑制隧道岩爆频发问题?武汉岩土所在这个时候进入了巴基斯坦国际监理工程师的视线,受邀参与了深部工程灾害防控研究,解决了NJ水电站引水隧洞的施工难题。

研究所还研制出一系列具有自主知识产权的岩体力学多场多尺度试验系统、模拟隧洞抗错断等试验设备,研发了一批具有自主知识产权的岩土工程监测信息管理、隧道工程健康监测与预警系统。

在边坡稳定性分析方法、边坡加固技术与工程实践方面,武汉岩土所率先提出了边坡稳定性分析的三维严格极限平衡法和岩质反倾边坡弯曲破坏分析方法,近年来在国际权威期刊上发表边坡稳定性分析论文总数居世界第一,获国际岩土力学计算机方法及进展协会“杰出贡献奖”。同时,完成了在废弃矿坑上建设世界最大室内冰雪乐园——“长沙冰雪世界”的边坡加固治理工作,该乐园入选Discovery探索频道“不可能完成的项目”专题节目。

在膨胀土、红黏土及结构性软土的研究方面,武汉岩土所率先提出了膨胀土判别与分类的新方法和膨胀土裂隙定量化分析方法,建立了数字化全国膨胀土区域分布图,攻克了膨胀土地区公路勘察设计技术难题。研究成果在杭州湾大桥的建设和全国十余个省市的近百条高速公路工程中成功应用。

武汉岩土所提出的“高铁路基小变形沉降预测的优化分析方法”为世界上首条一次性建成1000公里武广客运专线路基的稳定性评价提供了依据,并在此基础上提出了基于动态监测的高铁服役路基健康监测与诊断技术,构建了完整的高速铁路线下工程运营健康监测诊断技术体系。

该所将先进的岩土力学技术用于古文物的保护。在中德合作保护陕西彬县大佛寺工程中,葛修润院士出任中方专家,提出的危岩加固治理和监测方案,为工程实施提供了科学依据。同时,葛修润院士提出的“无压容器”保护方案被国家采用,创造性地修建了世界上唯一在水深40米处的白鹤梁水下博物馆,“白鹤梁题刻原址水下保护工程”获全国文物保护科学和技术创新奖一等奖。研究所还给出了云冈石窟、大足石刻千手观音、卧佛水害治理工程、赤壁摩崖石刻稳定性和防水问题的解决方法,为我国石窟文物保护工作提供了关键技术支撑和借鉴。

厚积薄发 保障能源资源安全

建设油气战略储备是保障我国能源供应安全的重大战略需求。盐岩地层是国际上大型油气储备的最佳候选场址之一,武汉岩土所率先提出了深部层状盐岩大型储气库群建造技术,参与完成了亚洲第一座盐穴储气(油)库——金坛储气库的选址、可研、造腔、设计与运行、跟踪评价及完整性评价等工作。针对我国层状盐岩地质条件复杂的特点,科研人员研发出了超深地层超大储气库水溶建库技术。该项技术使得我国盐穴水溶造腔技术达到国际领先水平,目前研究所正在研发盐岩溶腔压气蓄能技术。

除了能源安全问题,全球气候变化日益成为威胁人类可持续发展的重要因素之一。在此背景下,“CO2地质利用与封存稳定性评价与监控”技术应运而生,武汉岩土所是我国研发该技术的主力军。团队自主研发了一系列实验测试装置和评价分析方法,建立了我国最先进、最完善的封存研发测试平台,提出的U形管流体取样监测系统打破了美国劳伦斯伯克利国家实验室的垄断。与此同时,武汉岩土所承担了神华集团CCS示范项目的全部测试任务和部分设计工作。目前该项目已成功注入CO2共30万吨,初步验证了技术的有效性,是我国CCUS技术工业实施的重要探索。该成果作为重要组成部分获国家科技进步奖一等奖。

提到能源安全,一个绕不开的话题就是核电工程,而爆破是核电工程基础岩体开挖的主要手段。在这个过程中,如何科学评价岩体爆破振动效应、有效控制岩体爆破振动危害是工程建设中迫切需要解决的核心工程难题。武汉岩土所提出了基础岩体爆破损伤评价与控制方法。研究成果在辽宁红沿河、福建宁德、广东台山、山东海阳、广西防城港等我国近期建设的所有核电工程基岩爆破开挖中得到应用。

创新驱动 助推生态文明建设

十九大报告中回顾经济建设成就时,提到“南海岛礁建设积极推进”。这个位于中国南大门、事关国家领土主权的战略重地,再次进入公众视野。岛礁建设主要面临3个问题:礁砂能不能填筑、建成后的机场跑道是否稳定、地下淡化水资源何时能利用。从上世纪80年代起,武汉岩土所就承担了岛礁研究的科研任务。面对工程技术难题以及建设现场恶劣的生活条件,科研人员没有退缩。他们秉承着科技报国的信念,克服种种困难,取得了宝贵的珊瑚礁样品并进行实验分析。在他们的努力下,武汉岩土所成功研发了珊瑚礁砂填筑与沉降判稳方法、吹填地基加固技术与评价标准,并发现了吹填岛礁地下淡水涵养演化规律,岛礁建设取得突破性进展。

近年来,武汉岩土所在含“可燃冰”土的力学与工程特性方面取得重要进展,率先在国内建立了具有自主知识产权的含“可燃冰”沉积物物理力学特性实验与测试平台,对于提升水合物开发利用技术水平具有重要的理论与工程意义。

除此之外,十九大报告中指出要加快生态文明体制改革,建设美丽中国,并且首次提出要加强固体废弃物和垃圾处置。针对我国现役和陈旧型垃圾填埋场防渗系统存在不同程度失效破坏导致土壤、地下水和空气等环境污染问题,武汉岩土所科研人员通过十余年系统研究,创造性提出了垃圾填埋场污染防控与资源化利用的“铜墙铁壁+渣里淘金+腾笼换鸟”一体化技术,研发了填埋场沼气和渗沥液产生运移过程的监测和探测系统,建立了填埋场沼气和渗沥液产生运移及致灾分析理论,开发了填埋场沼气和渗沥液的主动调控技术,实现了填埋场灾变从“被动治理”到“主动调控”的突破。研究成果应用于国内外130多个垃圾填埋场,并拓展到“一带一路”沿线的吉尔吉斯斯坦等国家。

60年弹指一挥间,武汉岩土所从无到有,从小到大,造就了一支素质高、技术精的人才队伍,积淀传承了深厚的岩土精神和文化,创造了以深部岩体工程安全控制、边坡稳定性评价方法等为标志的辉煌成果。武汉岩土所秉承“科教融合、育人为本、协同创新、服务国家”的办学理念,建立面向科学创新、注重素质与能力的土木工程人才培养体系,为国家发展建设输送了一代代匡时济世、经世致用的科技创新人才。新时代、新机遇、新挑战,岩土人将以习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神为指引,全面贯彻落实国家创新驱动发展战略,在岩土力学领域探索上永不停步,在逐梦科学梦想道路上永不停歇。

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