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来志强

学历: 博士研究生
学位: 博士
专业方向: 水力学
专业技术职务: 工程师
工作单位: 黄河水利委员会黄河水利科学研究院水力学研究所
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 2018 基于河流系统治理的枢纽群泥沙动态调控序贯决策理论(十三五重点研发计划项目专题,主持)
2 2018 固液两相流模拟方法及其在黄河工程抢险中的应用(黄河水利科学研究院科技发展基金,主持)
3 2018 游荡性河道河势演变与稳定控制系统理论(国家自然科学基金重点项目,主要参与)
4 2018 淤损水库库容恢复及淤积物处理利用技术与示范(国家重点研发计划项目,主要参与)
5 2017 复杂条件下特高土石坝变形破坏机制与计算理论(国家重点研发计划项目,主要参与)
主要科研经历及贡献

申请人自2013年攻读博士学位以来,在常晓林教授、周伟教授的指导下,开始进行高坝结构变形控制理论和水库大坝工程颗粒材料静动力特性研究工作。进入黄河水利委员会黄河水利科学研究院后,继续深入研究颗粒材料静动力特性,并结合河流泥沙理论,初步开展了固液两相流模拟理论及其应用的研究工作。目前,发表高水平学术论文10篇,其中SCI检索论文5篇,EI检索论文3篇。以第一作者的身份发表论文在国际著名一区TOP SCI期刊《Geophysical Research Letters》(IF=4.339)上,其他研究成果也在经典主流SCI期刊《Granular Matter》上予以发表。

申请人主持及主要参与的科研项目14项,其中国家级项目12项,省部级科研项目2项,包括:

[1] 基于河流系统治理的枢纽群泥沙动态调控序贯决策理论(十三五重点研发计划项目专题,项目号2018YFC0407401),正在主持

[2] 固液两相流模拟方法及其在黄河工程抢险中的应用(黄河水利科学研究院科技发展基金,项目号黄科发201806),正在主持

[3] 游荡性河道河势演变与稳定控制系统理论(重点项目,项目号51539004),正在主要参与

[4] 淤损水库库容恢复及淤积物处理利用技术与示范(国家重点研发计划项目,项目号2017YFC0405204),正在主要参与

攻博阶段的主要科研经历:

[5] 复杂条件下特高土石坝变形破坏机制与计算理论(国家重点研发计划项目,项目号2017YFC0404802),主要参与

[6] 复杂运行环境下高坝结构性态响应与控制(国家重点研发计划项目,项目号2016YFC0401907),主要参与

[7] 高坝枢纽运行初期风险调控与安全保障技术(国家重点研发计划项目,项目号2016YFC0401909),主要参与

[8] 水工结构静动力性能分析与控制(优秀青年科学基金项目,项目号51322905),主要参与

[9] 地震作用下堆石体锚固效应细观机制研究(面上项目,项目号51579193),主要参与

[10] 基于连续-离散耦合方法的堰塞坝形成机理研究(面上项目,项目号51779194),主要参与

[11] 强震环境下高重力坝坝基失稳过程的多尺度模拟及安全评价(面上项目,项目号51179139),主要参与

[12] 岩体细观-宏观失效机制与连续-离散耦合全过程数值模拟(面上项目,项目号51379161),主要参与

[13] 基于连续-离散耦合分析方法的堆石体缩尺效应研究(青年科学基金,项目号51509190),主要参与

[14] 堆石体宏细观变形演化过程的多尺度力学模型及数值模拟(中国博士后科学基金面上资助项目,2015M572195),主要参与

学术贡献:

通过上述系列科研项目的研究工作,申请人在水库大坝工程颗粒材料静动力特性研究领域取得了突破性进展,主要表现在以下三个方面:

(1)阐明了复杂瞬变流中颗粒尺寸分离发生机制

颗粒材料由于其独特的物质形态,在运动过程中会展现出尺寸分离现象,具体表现为:粒径较大的颗粒逐渐向远离滑槽底部的颗粒体自由表面移动,粒径较小的颗粒则逐渐向滑槽底部靠近。颗粒尺寸分离现象对颗粒流的流变特性和堆积特征影响显著。以往的研究大多关注理想简化的恒定均匀流中尺寸分离现象的发生机制。本研究则将研究重点放在了更符合实际自然条件下的复杂瞬变流。通过经典斜槽式瞬变流数值模拟,明确了瞬变流中尺寸分离现象发生的动力学原因,提出了瞬变流运动机制(剪切摩擦或剧烈碰撞)科学界定方法,推导了瞬变流定量描述尺寸分离现象的“颗粒温度”表达式。相关研究成果发表于《Granular Matter》期刊上。

(2)明确了颗粒摩擦特性和颗粒形状对颗粒堆积特性影响机制

自然界颗粒堆积体,如滑坡碎屑流堆积体、堰塞体等,由于颗粒间的粘聚力几乎为零,堆积体自身稳定完全依靠颗粒间的摩擦和颗粒形状咬合作用。因此,研究颗粒摩擦特性和颗粒形状对颗粒堆积形态的影响机制,对评估此类颗粒堆积体稳定性具有重要的意义。本研究通过建立与成都理工大学大型散粒体堆积物理试验相同尺度的离散元数值模型,采用6种典型形状颗粒团表征碎屑颗粒,总结了颗粒摩擦特性和颗粒形状对堆积体粒径分布分形特性的影响规律,明确了颗粒摩擦特性和颗粒形状对颗粒宏观堆积特征和细观堆积组构的影响机制,建立了颗粒宏观与细观堆积特征之间的联系。相关研究成果发表于《Granular Matter》、《中南大学学报(自然科学版)》等期刊上。

(3)揭示了细小颗粒促进颗粒材料类固-液相变的“润滑”作用机制

颗粒物质具有多尺度现象,在特定外荷载作用下可表现出固、液两相的行为特征。经典的颗粒柱坍塌运动模型中颗粒从静止堆积状态发展至快速运动状态,最后再到堆积稳定状态,就经历了由类固相到类液相再到类固相状态间的转变。其中,细小颗粒对材料类固-液相变的起到了“润滑”作用机制。本研究基于碎屑颗粒堆积体现场勘测得到的颗粒粒径分形分布统计

发表论文、专著的情况

发表的论文:

[1] Lai Z, Vallejo L E, Zhou W, et al. Collapse of Granular Columns With Fractal Particle Size Distribution: Implications for Understanding the Role of Small Particles in Granular Flows[J]. Geophysical Research Letters, 2017, 44(24).(1区TOP SCI)

[2] Zhou W, Lai Z, Ma G, et al. Effect of base roughness on size segregation in dry granular flows[J]. Granular Matter, 2016, 18(4):8. (3区SCI,本人为主要完成人,导师为第一作者)

[3] Zhou W, Yang L, Ma G, Chang X, Lai Z. DEM analysis of the size effects on the behavior of crushable granular materials[J]. Granular Matter, 2016, 18(3):1-11.(3区SCI)

[4] Zhou W, Yang L, Ma G, Xu K, Lai Z. DEM modeling of shear bands in crushable and irregularly shaped granular materials[J].Granular Matter,2017,19(2):25.(3区SCI)

[5] 陈兴,马刚,周伟,赖国伟,来志强. 无序性对脆性材料冲击破碎的影响[J].物理学报, 2018, 67(14):146102.(4区SCI)

[6] 来志强, 周伟, 杨利福,等. 基于离散单元法的溜砂坡堆积形态数值研究[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2017(7):1839-1848.(EI 源刊)

[7] Zhou W, Lai Z*, Yang L, et al. Influence of Base Roughness on Kinematic and Mechanical Characteristics of Debris Flows[C]//Proceedings of the 7th International Conference on Discrete Element Methods. Springer Singapore, 2016(12):1047-105. (国际会议, EI 检索,本人通讯作者)

[8] Lai Z, Vallejo L E, Zhou W. The lateral force in a sedimentary layer under gravity using DEM[C]//51st U.S. Rock Mechanics/Geomechanics Symposium. American Rock Mechanics Association, 2017(5p), 3235-3242.(国际会议, EI 检索)

[9] 来志强, 常晓林, 程勇刚,等. 基于分项系数有限元法的观音岩大坝深层抗滑稳定分析[J]. 水力发电, 2017, 43(1):30-34.(核心期刊)

[10]李鹏鹏,周伟,熊美林,杨利福,徐琨,来志强. 复杂形状颗粒DEM模拟及其对宏观力学响应影响研究[J]. 武汉大学学报(工学版), 2018, 51(6): 478-486.(核心期刊)

科技成果应用情况或技术推广情况:

[1] 作为主要参与人,参与茨哈峡堆石坝坝料缩尺效应的数值剪切试验研究,应用单位为中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,主要负责对典型筑坝颗粒材料堆石体进行数值剪切试验,从宏观和细观两个层面深入分析缩尺效应对颗粒材料堆石体力学特性的影响机制。研究成果为茨哈峡水电站高面板堆石坝提供了技术支撑,经济效益和社会效益显著。(证明材料见附件1)

[2] 作为主要参与人,参与如美堆石坝坝料缩尺效应的宏细观数值试验研究,应用单位为华能澜沧江水电股份有限公司,主要负责数值研究堆石体颗粒破碎机制等工作,深入分析在考虑颗粒破碎情况下试验尺寸对堆石体强度的影响规律。研究成果为如美水电站的前期工作提供了技术支撑,因采用数值试验替代室内物理试验和现场试验,显著节省了试验费用。(证明材料见附件2)

[3] 作为主要参与人,参与古水堆石坝坝料缩尺效应的数值剪切试验研究,应用单位为华能澜沧江水电股份有限公司,主要负责利用激光扫描技术建立真实颗粒形状数据库,通过数值模拟单颗粒压碎时颗粒强度与粒径相关性,研究颗粒形状和颗粒破碎对缩尺效应的影响规律。研究成果为古水水电站的前期工作提供了技术支撑。采用数值模拟替代部分室内物理试验和现场试验,为该工程节省了大量的试验费用。(证明材料见附件3)

项目依托的科研平台、科研项目

本项目主要依托黄河水利委员会黄河水利科学研究院及水利部黄河泥沙重点实验室的黄河泥沙研究创新团队。该团队是具有一支包括50多位高级职称研究人员和20余位博士的科研队伍,队伍年龄与知识结构合理,具有突出的理论研究水平和研究创新能力,既进行高水平的学术研究,也紧密结合重大工程解决生产问题,已成为黄河泥沙研究领域在国内外有广泛影响力的科研团队。在河床演变与河道整治、水沙产输、河流模拟和水沙调控等基础研究和应用基础方面均取得了具有国际领先水平的突破性进展。成果直接应用于黄河的治理与开发实践。
申请人目前掌握了坚实的颗粒流理论与模拟方法,拟与流体力学理论与模拟方法相结合,紧密围绕治黄事业与黄河泥沙研究,开展固液两相流模拟理论及其应用的研究工作,实现多学科交叉融合。本项目主要依托以下课题完成:
(1)基于河流系统治理的枢纽群泥沙动态调控序贯决策理论(十三五重点研发计划项目专题,项目号2018YFC0407401),正在主持
(2)固液两相流模拟方法及其在黄河工程抢险中的应用(黄河水利科学研究院科技发展基金,项目号黄科发201806),正在主持
(3)游荡性河道河势演变与稳定控制系统理论(国家自然科学基金重点项目,项目号51539004),正在主要参与
(4)淤损水库库容恢复及淤积物处理利用技术与示范(国家重点研发计划项目,项目号2017YFC0405204),正在主要参与
 
 
 
 
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。