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王占军

学历: 研究生
学位: 博士
专业方向: 水工结构工程
专业技术职务: 高工
工作单位: 长江勘测规划设计研究院
获重大人才培养奖励计划、基金资助项目情况
序号 年度 项目名称
1 2017 深厚覆盖层上特高土石坝建设与安全保障技术/国家重点研发计划课题/310万元(课题联系人)
2 2016 软岩堆石料劣化效应及黏弹塑性本构模型研究/国家自然科学基金青年基金/20万元(项目负责人)
3 2016 软岩颗粒劣化效应和高面板堆石坝长期变形特性研究/湖北省自然科学基金/3万元(项目负责人)
4 2016 干湿交替作用下软岩堆石料劣化变形机制及其防治对策/中国博士后面上基金/5万元(项目负责人)
5 2015 软岩坝基混凝土重力坝破坏模式及可靠性分析/湖北省博士后创新岗位/10万元(项目负责人)
主要科研经历及贡献

作为课题负责人,主持国家自然科学基金青年基金、湖北省自然科学基金等科研项目5项,主要研究软岩堆石料劣化效应和软岩坝基重力坝稳定性。作为国家重点研发计划“深厚覆盖层上特高土石坝建设与安全保障技术”课题联系人,负责协助课题负责人统筹整个课题研究内容,负责研究深厚覆盖层坝基防渗系统设计技术。作为科研骨干,参与国家自然科学基金面上项目2项,分别负责研究堆石料流变特性和极端事件与气候变化对水库大坝影响及应急处置;参与研究构皮滩水电站大坝工作性态反馈分析。主要学术贡献及其科学价值如下:

1 堆石料流变特性研究及本构模型构建

针对堆石坝后期变形预测问题,开展了堆石料流变特性的研究,建立了堆石料广义塑性本构模型和可反映堆石料流变的黏弹塑性本构模型。取得的主要创新成果:

(1)提出了一个形式简洁、参数确定简单的堆石料应力剪胀方程,该方程可以反映堆石料低围压下剪胀、高围压下剪缩的特性,并可以反映颗粒破碎引起的剪胀比非线性变化特性;

(2)提出了反映堆石料颗粒强度变化的固相硬度衰减模型,该模型可以反映堆石料的流变机理,且得到了堆石坝实测资料的验证;

(3)建立了一个可统一考虑加载与流变过程的堆石料黏弹塑性本构模型,并开发了相应有限元计算程序。

该研究成果可用于定量预测高堆石坝后期变形,对于确保堆石坝安全运行具有重要意义。

2 软岩堆石料劣化效应研究

针对利用软岩料构筑堆石坝存在的特殊性问题,根据已有工程的现场和室内试验结果,分析软岩堆石料的级配及强度变形、渗透、流变等工程力学特性,对利用软岩料构筑堆石坝时应重视的几个问题提出了相应的建议;基于试验资料分析了环境因素作用下软岩堆石料劣化效应。取得的主要创新成果:

(1)系统总结了利用软岩料构筑面板堆石坝应重视的关键问题;

(2)得到了软岩堆石料劣化变形规律,建立了颗粒劣化模型;

(3)揭示了环境因素作用下软岩堆石料劣化机理。

该研究成果为开展软岩堆石坝长期安全性研究奠定了理论基础,建立的颗粒劣化模型可用于构建软岩堆石坝长期性能演化模型。

3 软岩坝基重力坝稳定性研究

基于软岩坝基上已建混凝土重力坝工程资料,综合分析了控制软岩坝基稳定的主要地质因素,系统总结了软岩岩体特征及其力学特性,利用统计分析方法建议了相应的极限坝高经验公式,基于建立的软基-坝体系统数值模型,利用有限元数值方法探讨了软岩坝基条件下系统失稳破坏过程,并分析了软岩坝基条件下不同坝高混凝土重力坝的适宜性。取得的主要创新成果:

(1)得到了软岩坝基上重力坝典型失稳模式和破坏过程,提出了最大可能坝高与坝基岩体力学参数相关性经验统计公式;

(2)从工程经验公式与有限元数值计算两方面综合分析得到了特定软岩坝基条件下混凝土重力坝的极限坝高。该方法将工程类比法与数值计算相结合分析混凝土重力坝适宜性,拓展了筑坝适宜性研究手段。

该研究成果对保障软岩坝基上混凝土重力坝安全至关重要,对提高在软岩地质条件下筑坝技术具有重要的理论意义和工程应用价值。

 
发表论文、专著的情况

发表的论文:

(1)2014年,堆石料流变的黏弹塑性本构模型研究, 岩土工程学报, EI收录号:20150200412357 第一作者

(2)2014年,利用软岩构筑面板堆石坝应重视的几个问题, 水利水电科技进展, 中文核心, 第一作者

(3)2014年,潜没式高趾墙土压力与稳定计算方法, 水利水运工程学报, 中文核心,第二作者

(4)2015年,Seepage analysis of the fractured rock mass in the foundation of the main dam of the Xiaolangdi water control project. Environmental Earth Sciences, SCI收录号: WOS:000360401400066 通讯作者

(5)2015年,堆石料的剪胀特性与广义塑性本构模型. 岩土力学, EI收录号:20153301165669  第一作者

(6)2015年,Stability analysis of the cracks of the concrete gravity dam due to the explosion damage. The 4th international conference on civil, architectural and hydraulic engineering, EI收录号:20161102104740, 第二作者

(7)2016年,Calibration and performance of two different constitutive models for rockfill material. Water Science and Engnieering, EI检索, 第二作者

(8)2017年,基于颗粒劣化的高堆石坝长期变形分析. 第一届中国水工程安全交流大会论文集, 第一作者

(9)2017年,软岩坝基岩体力学特性及其筑混凝土重力坝适宜性初步评价. 第一届中国水工程安全交流大会论文集, 第一作者

 

获得的专利:

(1) 一种消浪护坡结构及其施工方法,发明专利 ZL 201410742750.6

(2) 一种消浪护坡结构,实用新型专利 ZL 201420766645

项目依托的科研平台、科研项目

研究项目《软岩堆石坝长期服役性能评估研究》

我国面临水资源短缺、水灾害频繁、水环境恶化等一系列问题,建设水利工程是配置和增强水资源调控能力的重大工程措施。地球表面岩石50%以上是软岩,为保护生态环境和节省工程投资,越来越多的高堆石坝利用分布广泛的软岩料筑坝,软岩堆石坝前景十分广阔。近年来,随着国家“一带一路”战略的实施,水电工程作为国家名片已经“走出去”,其中一些国际水电工程也需利用软岩堆石料筑坝。但目前我国在软岩筑坝材料长期力学行为方面研究不足,严重制约了软岩堆石料的利用,因此迫切需要加强软岩堆石坝长期性能的基础研究。

总体目标:围绕软岩堆石坝长期性能评估开展基础研究,探究复杂环境因素作用下软岩堆石坝长期性能演化规律,建立软岩堆石坝长期服役性能演化数学模型和高堆石坝长期性能分析评价理论,实现软岩筑坝料长期性能评估理论创新,为软岩堆石坝工程建设与长期安全运行提供理论基础和技术支撑,预期研究成果将产生显著的经济效益。

拟解决的关键科学问题:1)复杂环境下软岩堆石坝性能演化规律;(2)软岩堆石坝长期服役性能评估模型。

研究内容与技术路线:本项目围绕凝练出的2个关键科学难题,紧密结合复杂环境下软岩堆石坝长期性能演化规律与评估开展基础应用研究,拟通过室内试验、现场试验、理论分析、数值模拟、统计分析和监测反馈等综合研究方法,完成本项目总体目标。主要研究内容为:

1软岩堆石坝工作性态及时空演化规律

基于典型区域利用软岩构筑的堆石坝原位监测资料,建立坝体及防渗体应力变形时空关系的统计模型,分析坝体及防渗体性态时空演化规律,研究不同因素(应力、温度、时效等)对堆石坝工作性态的影响。

2)软岩堆石坝长期服役性能演化数学模型

集成考虑软岩堆石料力学性质劣化的颗粒劣化模型与流变规律的本构模型,构建应力、温度、湿度等多环境因素作用下软岩堆石坝长期服役性能演化数学模型,研发基于该模型的有限元计算程序,并通过对典型堆石坝原位监测资料的反馈分析,验证完善本模型。

3)典型软岩堆石坝长期服役性能评估

基于建立的数学模型,采用数值模拟手段,研究复杂环境作用下典型软岩堆石坝坝体及防渗体长期应力变形,以及坝体变形对防渗系统性能的影响,预测大坝长期服役性能演化趋势。研究软岩堆石区变形对软岩堆石坝长期服役性能的影响规律,提出软岩堆石坝分区设计准则。

项目研究的技术路线图

预期成果:1)揭示软岩堆石坝性能演化规律;(2)构建可反映软岩堆石坝长期服役性能演化的数学模型,研发基于该模型的有限元计算软件;(3)建立软岩堆石坝分区设计准则、长期性能评估理论;(4)本单位正承担一带一路上利用软岩料构筑某心墙堆石坝(坝高95.5m)的坝体设计科研工作,依托本工程展开应用研究,同时也检验和完善上述相关研究成果;(5)预期发表相关研究论文5~7 篇,其中SCI/EI 检索收录2~3篇;申请专利1项,软件著作权1项。

    科研平台及研究队伍:项目依托科研平台为国家大坝安全工程技术研究中心(依托长江勘测规划设计研究院设立)该中心已获得省部级以上奖励25项,其中国家科技进步奖4项,拥有大型真三轴仪、大型流变仪、地质雷达、电磁波CT探测仪等多套土工试验设备。项目承担单位主持完成了水布垭面板堆石坝(世界已建第一高)、寺坪软岩堆石坝等工程科技攻关和设计工作,正在承担巴基斯坦Karot沥青心墙堆石坝(软岩筑坝)、尼泊尔西塞提土石坝(坝高207m)等工程设计和可行性研究,积累了大量土石坝工程地质、设计、施工资料及安全监测数据,为本项目的现场试验和应用研究创造了条件。项目研究团队包括全国工程设计大师1人、教高3人、高级工程师6人、工程师(博士、博士后)8人,研究团队一直从事土石坝科研设计工作,承担过与本项目密切相关的国家科技支撑计划和省部级科技攻关项目,在土石坝筑坝材料特性、坝体变形控制、坝体优化设计等方面具有扎实的理论基础和研究积累。
 
 
 
 
相关技术和理论方法应用于锦屏一级、小湾、糯扎渡、向家坝、丹江口、QBT、李家峡、丰满、白山、岩滩、佛子岭、梅山、芹山、金造桥、东津、古田溪三级、红石等20多座国家重大水利水电工程,解决了大量工程问题,产生了显著的社会经济效益。
典型案例一:小湾水电站蓄水期大坝安全监测资料跟踪分析
小湾水电站为当时世界最高混凝土双曲拱坝(294.5m),在正常蓄水位下,大坝承受的库水荷载在已建水利工程中首屈一指。申请人所在的河海大学研究团队运用自身研发的分析理论和评价方法,客观地评价了小湾大坝蓄水各阶段的工作性态,准确预测了蓄水下一阶段大坝的工作状态,有效指导了小湾电站各阶段安全蓄水,为小湾电站提前投产发电,发挥巨大经济效益奠定了基础,也为提高下游发电效率和防洪灌溉能力,发挥了巨大的综合效益。
典型案例二:李家峡水电站库水位抬升至正常蓄水位研究
李家峡水电站属大(Ⅰ)型一等工程,最大坝高155m。由于调度原因,水库正常运行水位难以靠上限水位运行。为此,申请人所在的河海大学研究团队开展了李家峡大坝原型观测实验和提高水库非汛期运行水位研究工作,对超设计水位工况下的大坝工作性态进行了全面分析评价,提出了李家峡大坝安全快速评估方法和预控指标。实践证明,上述技术和结论符合工程实际,为大坝超设计水位运行提供了强有力的技术支持,在确保大坝安全的前提下,进一步发挥了效益。
 
 
 
相关技术和理论方法应用于锦屏一级、小湾、糯扎渡、向家坝、丹江口、QBT、李家峡、丰满、白山、岩滩、佛子岭、梅山、芹山、金造桥、东津、古田溪三级、红石等20多座国家重大水利水电工程,解决了大量工程问题,产生了显著的社会经济效益。
典型案例一:小湾水电站蓄水期大坝安全监测资料跟踪分析
小湾水电站为当时世界最高混凝土双曲拱坝(294.5m),在正常蓄水位下,大坝承受的库水荷载在已建水利工程中首屈一指。申请人所在的河海大学研究团队运用自身研发的分析理论和评价方法,客观地评价了小湾大坝蓄水各阶段的工作性态,准确预测了蓄水下一阶段大坝的工作状态,有效指导了小湾电站各阶段安全蓄水,为小湾电站提前投产发电,发挥巨大经济效益奠定了基础,也为提高下游发电效率和防洪灌溉能力,发挥了巨大的综合效益。
典型案例二:李家峡水电站库水位抬升至正常蓄水位研究
李家峡水电站属大(Ⅰ)型一等工程,最大坝高155m。由于调度原因,水库正常运行水位难以靠上限水位运行。为此,申请人所在的河海大学研究团队开展了李家峡大坝原型观测实验和提高水库非汛期运行水位研究工作,对超设计水位工况下的大坝工作性态进行了全面分析评价,提出了李家峡大坝安全快速评估方法和预控指标。实践证明,上述技术和结论符合工程实际,为大坝超设计水位运行提供了强有力的技术支持,在确保大坝安全的前提下,进一步发挥了效益。
相关技术和理论方法应用于锦屏一级、小湾、糯扎渡、向家坝、丹江口、QBT、李家峡、丰满、白山、岩滩、佛子岭、梅山、芹山、金造桥、东津、古田溪三级、红石等20多座国家重大水利水电工程,解决了大量工程问题,产生了显著的社会经济效益。1
典型案例一:小湾水电站蓄水期大坝安全监测资料跟踪分析
小湾水电站为当时世界最高混凝土双曲拱坝(294.5m),在正常蓄水位下,大坝承受的库水荷载在已建水利工程中首屈一指。申请人所在的河海大学研究团队运用自身研发的分析理论和评价方法,客观地评价了小湾大坝蓄水各阶段的工作性态,准确预测了蓄水下一阶段大坝的工作状态,有效指导了小湾电站各阶段安全蓄水,为小湾电站提前投产发电,发挥巨大经济效益奠定了基础,也为提高下游发电效率和防洪灌溉能力,发挥了巨大的综合效益。
典型案例二:李家峡水电站库水位抬升至正常蓄水位研究
李家峡水电站属大(Ⅰ)型一等工程,最大坝高155m。由于调度原因,水库正常运行水位难以靠上限水位运行。为此,申请人所在的河海大学研究团队开展了李家峡大坝原型观测实验和提高水库非汛期运行水位研究工作,对超设计水位工况下的大坝工作性态进行了全面分析评价,提出了李家峡大坝安全快速评估方法和预控指标。实践证明,上述技术和结论符合工程实际,为大坝超设计水位运行提供了强有力的技术支持,在确保大坝安全的前提下,进一步发挥了效益。