張楚漢院士團隊：助力中國高壩水電站保險運行 -編號:LO007Kx

2015-02-25 20:37 來源：http://m.elinglong.com/ 閱讀：次

　　與此同時，張楚漢團隊還邀請了幾十位與抗震相干范疇的專家，負責完成了中科院“唐家山堰塞湖整治與北川地震遺跡維護”咨詢項目。征詢講演上報國務院后，時任總理溫家寶等國家引導進行了批示，成為相關部分在處置唐家山堰塞湖整治的主要參考根據(jù)，為汶川災后重建供給了重要的技術支撐。

　　本項目從數(shù)值和計算機模擬仿真動身，解決的最大問題是數(shù)值方法的模擬和改進，而張楚漢團隊不僅停留在模擬階段，團隊研究成果的最粗心義在于實在際應用，并在應用中繼續(xù)總結(jié)和完善理論。

　　高壩建設對水能資源開發(fā)和水資源綜合應用來說至關重要，高壩安全問題也是舉世關注。近年來，我國的高壩建設迎來了前所未有的契機，在西部地域興修的一批高混凝土壩不僅范圍前所未有，而且壩高、庫大，大多位于高地震烈度區(qū)，壩址區(qū)地質(zhì)前提之龐雜、地震烈度之高世界常見，使高壩安全的關鍵技術面臨前所未有的挑釁。然而，目前高壩安全問題海內(nèi)外可鑒戒的經(jīng)驗極少，現(xiàn)有理論和工程教訓已經(jīng)不能完整滿意不同需求，開展高壩安全性研究成為我國高壩工程建設火燒眉毛的義務。

　　項目團隊主要成員、水利系系主任金峰表現(xiàn)，項目標大部門研討都是歷屆水利系師生累積下來的。“大壩抗震平安評價工作已經(jīng)發(fā)展好幾十年了，這多少十年來一直地有更好、更正確、更合乎實際的措施來對大壩的安全性進行評價，咱們就是在評價辦法不斷完美跟改良的進程中，做了應當做的那一局部工作。”金峰說。

心懷國計民生　助力高壩事業(yè)

　　重要完成人

　　張楚漢金峰王進廷徐艷杰　潘堅文周元德王光綸等

　　我國的第一個無限元—有限元線性耦合模型在1986年中美拱壩抗震研討會和1988年第九屆世界地震工程大會上發(fā)表，比歐美學界整整早了6年。這個模型的提出者正是張楚漢團隊�，F(xiàn)在經(jīng)過20多年的不懈研究，他們已做到全面考慮高壩地震反應的各項關鍵因素，建立了迄今最為完全，可以模擬橫縫非線性、材料損傷開裂、鋼筋加固、庫水可緊縮性以及無限地基輻射阻尼的高壩—地基—庫水系統(tǒng)非線性動力損傷開裂分析模型，是該項研究領域的先行者。國際大壩協(xié)會抗震專業(yè)委員會主席馬丁?威蘭（Martin Wieland）曾評價說：“這些非線性方法將在世界范疇內(nèi)顯示其重要性。”

秉承研究傳統(tǒng)　填補科研空白

　　張楚漢團隊的研究成果對我國高壩建設和安全運行起到了關鍵的推動作用。據(jù)相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，迄今為止，項目已完成小灣、溪洛渡、白鶴灘、大崗山、拉西瓦、向家壩等20余座高壩的動靜力安全性分析與評價，應用率達90%以上，節(jié)儉了大批工程投資，發(fā)生了明顯的經(jīng)濟與社會效益。汶川地震后，又完成了強震區(qū)大壩震害調(diào)查分析，金沙江、雅礱江、大渡河等流域高壩的抗震復核，為保障災后高壩安全建設與運行作出了貢獻，取得了宏大的社會效益。

　　在不斷將理論利用到事實的過程中，成員們從未結(jié)束持續(xù)科研的腳步，繼承完善實踐結(jié)果，得到了一系列法則性的工程論斷，例如輻射阻尼減小壩體應力程度25%~40%，便可較大幅度地下降橫縫開度，使壩體傷害開裂狀態(tài)得到顯明緩解，這一成果已正式列入最新訂正的《水工建造物抗震設計標準》中。

　　項目名稱

　　為了填補這些技術空白，我校水利系傳授、中科院院士張楚漢率領科研團隊迎難而上，悉心研究高壩抗震，多年來為我國高壩安全事業(yè)獻計獻力。在國家973打算、國家做作科學基金以及其他科研項目經(jīng)費的支持下，團隊結(jié)合我國高壩建設和水工結(jié)構(gòu)學科發(fā)展需求，經(jīng)由多年努力，在高壩動靜力破損機理和安全評價問題的應用基礎理論、分析模型和評價體制等方面取得了一系列打破性進展。2013年1月，“高壩動靜力超載破損機理與安全評價方法”項目獲國家科學技術先進獎二等獎。

　　項目提出了高壩—地基—庫水系統(tǒng)非線性能源損害開裂分析模型，能夠綜合考慮無限地基輻射阻尼、橫縫幾何非線性等癥結(jié)影響因素；提出了高壩動靜力超載破壞的非連續(xù)全過程仿真分析模型，實現(xiàn)了高壩構(gòu)造在動靜力荷載作用下持續(xù)—斷裂—非連續(xù)—破壞的全過程仿真；提出猜測新建高壩安全性態(tài)的工程類比法以及三級承載評價指標，建立了迷信性與工程適用性相結(jié)合的高壩安全評價系統(tǒng)；建立了模仿混凝土骨料、砂漿與界面的細觀力學仿真模型，加深了對混凝土材料動力特征的意識。項目成果全面應用于我國高壩工程，解決了高壩安全評價的關鍵技術難題，推進了我國高壩水電站建設的發(fā)展。

　　迄今，團隊已發(fā)表期刊論文300余篇，其中SCI收錄70余篇,經(jīng)營戰(zhàn)略；多次受邀在世界地震工程等國際學術大會做宗旨報告；出版學術專著3部，受權國家發(fā)現(xiàn)專利12項，撰寫科研呈文百余份，培育博士50余人……

　　高壩動靜力超載破損機理與安全評價方法

　　而張楚漢團隊以為，研究高壩抗震時不能簡略地將高壩地基“一刀切”。高壩與大地相連，當?shù)卣鸢l(fā)生時，振動的能量傳導是在壩體與大地之間進行的。另外，高拱壩還有良多橫縫，在遭遇強烈地震作用時，壩體橫縫可能滑移和張開，壩體混凝土可能損傷開裂，且不同時刻的狀況不盡相同。因此，高壩動靜力分析是非常復雜的“非線性”系統(tǒng)問題，為了實在客觀地反應大壩的抗震撼力響應特性，必需綜合考慮影響壩體動力行動的多重關鍵因素。

　　起源：新清華 2013-09-13 第1929期

張楚漢教學等實現(xiàn)的“高壩動靜力超載破損機理與保險評估方式”名目獲2012年度國度科技提高二等獎

　　始終以來，張楚漢每周都會在學校舉辦一次研究組研究會，就科研工作的進展和存在問題進行交換和探討。“科研攻關中，我們碰到的困難多得不得了，就跟天天吃飯一樣。”金峰風趣地說，“做研究確定是要做別人不做過的事，有難度才有價值。”在這樣的科研精力的領導下，張楚漢團隊獲得了多項沖破和翻新。

實習記者潘慧

　　上世紀80年代以來，張楚漢團隊聯(lián)合工程建設和學科發(fā)展需要，體系地開展了高壩破損機理與安全評價方法研究。此前，國際上高拱壩地震剖析主要為線彈性模型，迄今也僅有少數(shù)學者考慮了壩體橫縫非線性和無窮地基輻射阻尼效應，更沒有充足斟酌資料非線性與鋼筋加固辦法等相關問題。

　　誰也沒有料到，2008年汶川發(fā)生了地震，8級的大地震對四川境內(nèi)的水利工程設施造成了重大損壞。地震產(chǎn)生后，張楚漢團隊敏捷作出反映，屢次趕赴災區(qū)，對震區(qū)的所有高壩都做了抗震復核。“全部汶川地震，垮了這么多屋子，卻沒有垮一座大壩。從汶川地震來看，我們做的研究仍是比擬契合實際情形的。”金峰說。

走遍祖國各地　科研結(jié)合實際

源遠流長助力中國高壩水電站安全運行

　　不同的高壩建設，地質(zhì)狀況和設計請求不一樣，地震烈度也不盡雷同。我國正在新建的小灣和溪洛渡拱壩，正在設計的白鶴灘和龍盤拱壩，都是壩高近300米的超高壩，庫容數(shù)十億甚至數(shù)幾百億破方米，設計地震烈度在8~9度以上。這就凸起了實地考核考察的意思。從年逾古稀的張楚漢，到“學術新人獎”取得者王進廷，團隊的主力成員簡直走遍了祖國的大江南北。基于項目研究所樹立的模型，團隊研發(fā)了功效強盛的有限元盤算系統(tǒng)，進行了小灣、溪洛渡等20多座高壩的地震反響分析和破損機理研究。項目研究成果得到了普遍運用，在我國高混凝土壩的安全評價、抗災率評價等方面取得了很大功效，為高壩的抗震設計和安全性評價提供了牢靠依據(jù)。

圖為張楚漢（中）和團隊成員合影。

　　項目簡介

　　早在1999年，張楚漢團隊在這一科研領域就曾失掉國家天然科學獎三等獎，本次獲獎項目也是在之前基本長進一步深入的成果。這不僅是一個科研項目，更是清華水利人對10余年研究工作的回想和總結(jié)。

　　凡是大型水利工程，首先要考慮的一個要害因素就是安全性問題。張楚漢曾說，安全是水電站安身立命之本，研究高壩抗震的主要目的就是保障大壩的安全，這對水利建設來說至關緊要。

　　但是，團隊成員們心里還有一個擔心：絕大部分的抗震研究只停留在經(jīng)驗統(tǒng)計方面，由于沒有發(fā)生地震災禍，因此高壩地震行為無奈驗證。

　　高壩抗震是關乎公民經(jīng)濟發(fā)展的大事，高壩建設能帶動其余工程，拉動當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展，有利于進步當?shù)鼐用竦纳乃健Ｍ瑫r高壩遇震而不倒，能禁受住地震的考驗，才干保證下游城鎮(zhèn)的安全，因而保護高壩的安全也是至關重要的。

　　這些累累碩果彌補了多項科研技巧的空缺，為我國的高壩事業(yè)作出了出色奉獻。而光環(huán)的背地，恰是一代代清華水利人盡力的汗水。“實際上這是一個精益求精的工作。我們當初也還在改進，它就是一項世世代代、漸進的、連續(xù)的事業(yè)。”張楚漢表示。