深厚覆盖层释水变形理论与工程应用-河海大学科技处

项目名称深厚覆盖层释水变形理论与工程应用 推荐单位 专家 河海大学 项目简介 本项目属于地学领域中的水文地质学领域 近年来 深厚覆盖层变形沉降导致工程安全事故频发 造成了重大的 人员伤亡 经济损失和社会影响 我国第四系深厚覆盖层分布广泛 特别 是在冲积平原地区 如长江三角洲 珠江三角洲等 覆盖层多发育软土且 含水量丰富 构筑于深厚覆盖层之上的建筑物的安全很大程度上取决于地 层变形及其稳定性 深厚覆盖层在释水条件下的变形理论及其对工程安全 的控制技术理论研究远落后于工程实践 仍有许多理论和技术问题有待深 入研究 如何准确预测释水过程中地层的分层变形规律 获取地层水力 变 形物理参数 提出大型工程中地层沉降控制技术并通过监测验证 是保证 工程稳定与安全的关键技术难题 针对上述技术难题 项目结合重大工程 自 1998 年起开展了十余年技术攻关研究 取得了系列创新性成果 基于深厚覆盖层土体和地下水之间相互作用的内在机理 在实验研究 和理论分析的基础上提出了饱和软土释水 变形的控制单元体 CEV 和变 形单元体 DEV 的概念 提出了饱和软土释水 变形概念模型 揭示了饱 和软土释水 变形之间的内在规律和传导系数与固结系数之间的关系 针对 多级加载条件下含竖向排水体土层轴对称固结完整的支配方程 综合考虑 井阻作用 井壁土体的压缩 以及土层附加应力沿深度任意分布 提出了 水平排水条件下饱和软土孔压 固结解 提出了可同时确定传导系数与固结系数等渗流 变形系列参数的流量 衰减测试技术与方法和累积变形测试技术与方法 提出了现场获取深厚覆 盖层水文地质参数的分层振荡试验技术 研发了一种可解决水平透水层的 厚度 长度等参数对上下两侧软土层排水固结程度的定量评价问题平面应 变固结的试验装置 获得透水层几何及渗透参数对饱和软土固结的影响及 软土渗透和固结参数 基于非完整井流理论和渗透变形理论 提出了深厚覆盖层中大型沉井 基础施工的注水助沉和纠偏技术 降水进度与施工进度相匹配的工序降水 理论和基础施工中阻 排组合的地下水安全控制技术 建立了基于沉降变形 约束的基坑降水系统控制模型 实现了工程降水过程中沉降的主动控制 研发了不同形式荷载作用下深厚覆盖层与基础接触应力监测技术 如超长 灌注桩桩底应力监测技术和装置 沉井刃脚触底探测装置 封底混凝土反 力监测技术 弹梁式侧壁摩阻力技术和设备等 本成果获授权发明专利 7 项 实用新型专利 4 项 软件著作权 1 项 申请发明专利 2 项 编写地方和行业规程 5 部 发表论文 135 篇 其中 SCI EI 检索论文 54 篇 该成果已应用于泰州长江公路大桥 润扬长江公 路大桥 苏通大桥 南京市地铁工程 南京市纬七路过江隧道等大型工程 中 节约投资 5 285 亿元 产生经济效益 2 89 亿元 并产生了重大的社会 效益 主要完成单位及 创新推广贡献 河海大学作为本项目的独立完成单位 在项目的立项 研究 成果凝 练和工程应用方面作出了重要贡献 在项目中起到总体方案策划和技术路 线制定的关键作用 并负责项目执行过程中的组织 协调 科研工作落实 成果整理 评审鉴定等工作 河海大学深厚覆盖层释水 变形特性与基础施工安全控制课题组长期从 事覆盖层变形特性及其工程应用领域的科研和教学工作 为满足深厚覆盖 层地下水资源 地质环境及大型工程安全需求 十多年来围绕深厚覆盖层 变形机理 水文地质参数获取技术 大型工程地层变形控制及监测测试技 术等进行了大量的科学研究工作 在软土释水 变形规律及参数确定方法 控制沉井基础安全施工的注水助沉技术 基础外水压力控制技术和周边地 层变形安全控制技术 基础与地基相互作用监测技术等方面取得了一系列 成果 丰富了水文地质学理论和方法 研究成果已直接应用于解决深厚覆 盖层大型基础施工及控制问题 先后在江阴长江公路大桥 润扬长江公路 大桥 苏通大桥 泰州长江公路大桥 南京市地铁工程 南京市过江隧道 等工程中得到了成功应用 相关监测测试技术和方法已推广应用于水利水 电 电力 矿山等行业中 取得了巨大的社会经济效益 推广应用情况 本成果已应用于泰州长江公路大桥 润扬长江公路大桥 苏通大桥 南京市地铁工程 南京市纬七路过江隧道等大型工程中 形成 4 部行业和 地方规范 主要应用如下 1 基于深厚覆盖层释水 变形机理预测地层沉降及其控制技术 应 用于泰州大桥中塔深水沉井基础 边塔群桩基础 锚碇沉井基础的施工建 设中 指导基础施工期的不均匀沉降控制 指导设计根据沉降预测成果动 态调整大缆结构 避免了由于基础沉降给桥梁上部结构带来较大的附件应 力 2 深厚覆盖层中基础施工安全控制技术 已应用于润扬大桥南锚基 础工程 泰州大桥基础工程等 提出了基础施工中阻 排组合的地下水安全 控制技术 降水进度与施工进度相匹配的工序降水理论 基于沉降变形约 束的基坑降水系统控制模型有效地指导了工程安全施工 同时控制了基础 周边的地层沉降 确保施工安全的同时周边长江大堤和民房的安全 产生 了重大的社会效益 提出了大型沉井基础施工的注水助沉和纠偏技术 及 时解决了泰州大桥北锚沉井基础的难以下沉的问题 节约了工期 产生了 巨大的经济效益 3 深厚覆盖层中地基基础变形与监控技术 已应用于润扬大桥 苏 通大桥 泰州大桥等工程建设 曾获科技 奖励情况 主要知识产权证 明目录 授权发明专利 1 周志芳 赵燕容 窦智 郭巧娜 田胜 一种确定弱透水层水文地质 参数的方法 发明专利 8 2 2 周志芳 赵燕容 崔子腾 窦智 基于单孔水流波动方程确定各向异 性介质渗透参数的方法 发明专利 8 7 3 王锦国 周志芳 吉林 冯兆祥 李洪涛 王建 林海峰 丁志群 汪北华 一种沉井基础封底混凝土反力测试装置 发明专利 7 6 4 王建 王锦国 周志芳 阮静 陈策 弹梁式侧壁摩阻力仪 发明专 利 ZL9 X 5 王建 王锦国 周志芳 冯兆祥 阮静 灌注桩桩底应力测试装置 发明专利 ZL3 5 6 王建 顾冲时 周志芳 王锦国 姜海霞 吴浩 沉井刃脚触底探测 装置 发明专利 ZL8 7 7 窦智 周志芳 谈叶飞 蔡金龙 李兆峰 多孔介质多相流曲线测定 及流型观测实验装置 发明专利 ZL9 3 8 赵燕容 朱旭芬 张静 李志利 李伟 武立军 王璐佳 一种基于 优化控制点确定水文地质参数的自动配线方法 发明专利 ZL 4 申请发明专利 1 周志芳 赵燕容 王锦国 王仲夏 一种智能控制钻孔地质参数测量 装置 发明专利 申请号 CN2 7 2 刘国庆 周志芳 吴蓉 王锦国 多孔介质含水层水 热耦合砂槽物理 模型试验系统 发明专利 申请号 CN3 7 实用新型专利 1 周志芳 杨建 余钟波 吴蓉 黄勇 钻孔振荡式渗透系数取值试验 气压式水头激发装置 实用新型 ZL2 9 2 周志芳 杨建 王仲夏 曾新翔 陈卫东 钻孔振荡式渗透系数取值 试验数据采集装置 实用新型 ZL9 7 3 雷国辉 王创 赵文博 茅加峰 一种新型平面应变固结试验装置 实用新型 9 9 4 王建 张煜 范磊 刘杨 李含 孔令娇 室内模型试验微型侧壁摩 阻力计 实用新型 ZL3 8 软件著作权 赵燕容 朱旭芬 岩土体水力参数可视化计算软件 软件著作权 登记号 2013SR 主要完成人 情况表 姓名 排 名 技术 职称 工作 单位 完成 单位 对本项目技术创 造性贡献 曾获国家科 技奖励情况 周志芳 1 教授 河海 大学 河海 大学 提出饱和软土释 水 变形控制单元 体和变形单元体 及其模型 参数 确定方法 提出 了地层变形控制 技术 1 水利水 电工程渗流 多层次控制 理论与应用 国家科技进 步二等奖 2012 排名 第二 2 裂隙介质水 流理论及应 用 教育部 科技进步二 等奖 2010 排名 第一 3 润扬长江公 路大桥关键 技术研究 国家科技进 步二等奖 2008 排名 第九 4 润扬长江公 路大桥关键 技术研究 中国公路学 会科技进步 特等奖 2007 排名 第九 王锦国 2 教授 河海 大学 河海 大学 提出了现场获取 水文地质参数的 振荡试验技术 研发了封底混凝 土反力监测技术 等 1 水利水 电工程渗流 多层次控制 理论与应用 国家科技进 步二等奖 2012 排名 第七 2 水利工程渗 流非线性分 析理论与多 元控制关键 技术 湖北 省科技进步 一等奖 2012 排名 第二 3 裂隙介质水 流理论及应 用 教育部 科技进步二 等奖 2010 排名 第二 雷国辉 3 教授 河海 大学 河海 大学 提出了水平排水 条件下饱和软土 孔压 固结解 研 发了一种平面应 变固结试验技术 1 现代卫 生填埋工程 技术及应用 华夏建设科 学技术奖二 等 2014 排名第六 2 大型基 坑工程中土 水 结构相 互作用特性 及应用研究 南京市科学 技术进步奖 三等 2006 排名 第三 3 广州港南沙 区软基处理 技术研究 中国航海学 会科学技术 奖二等 2005 排名 第四 王建 4 教授 河海 大学 河海 大学 研发了灌注桩底 应力监测 沉井 刃脚触底探测装 置 侧壁摩阻力 技术和设备 大坝与坝基 安全监控理 论和方法及 其应用研究 国家科技进 步二等奖 2004 排名 第五 赵燕容 5 副教 授 河海 大学 河海 大学 开发了现场获取 水文地质参数振 荡试验技术及参 数计算软件 工 序降水技术方法 水利工程渗 流非线性分 析理论与多 元控制关键 技术 湖北 省科技进步 一等奖 2012 排名 第八 朱洪高 6 高工 河海 大学 文天 学院 河海 大学 基础施工中阻 排 组合的地下水安 全控制技术 参 与