張楚漢院士團(tuán)隊(duì)：助力中國(guó)高壩水電站保險(xiǎn)運(yùn)行 -編號(hào):LO007Kx

2015-02-25 20:37 來(lái)源：http://www.flyalready.cn/ 閱讀：次

　　與此同時(shí)，張楚漢團(tuán)隊(duì)還邀請(qǐng)了幾十位與抗震相干范疇的專(zhuān)家，負(fù)責(zé)完成了中科院“唐家山堰塞湖整治與北川地震遺跡維護(hù)”咨詢項(xiàng)目。征詢講演上報(bào)國(guó)務(wù)院后，時(shí)任總理溫家寶等國(guó)家引導(dǎo)進(jìn)行了批示，成為相關(guān)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(zāi)后重建供給了重要的技術(shù)支撐。

　　本項(xiàng)目從數(shù)值和計(jì)算機(jī)模擬仿真動(dòng)身，解決的最大問(wèn)題是數(shù)值方法的模擬和改進(jìn)，而張楚漢團(tuán)隊(duì)不僅停留在模擬階段，團(tuán)隊(duì)研究成果的最粗心義在于實(shí)在際應(yīng)用，并在應(yīng)用中繼續(xù)總結(jié)和完善理論。

　　高壩建設(shè)對(duì)水能資源開(kāi)發(fā)和水資源綜合應(yīng)用來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，高壩安全問(wèn)題也是舉世關(guān)注。近年來(lái)，我國(guó)的高壩建設(shè)迎來(lái)了前所未有的契機(jī)，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(kù)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(jiàn)，使高壩安全的關(guān)鍵技術(shù)面臨前所未有的挑釁。然而，目前高壩安全問(wèn)題海內(nèi)外可鑒戒的經(jīng)驗(yàn)極少，現(xiàn)有理論和工程教訓(xùn)已經(jīng)不能完整滿意不同需求，開(kāi)展高壩安全性研究成為我國(guó)高壩工程建設(shè)火燒眉毛的義務(wù)。

　　項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)主要成員、水利系系主任金峰表現(xiàn)，項(xiàng)目標(biāo)大部門(mén)研討都是歷屆水利系師生累積下來(lái)的。“大壩抗震平安評(píng)價(jià)工作已經(jīng)發(fā)展好幾十年了，這多少十年來(lái)一直地有更好、更正確、更合乎實(shí)際的措施來(lái)對(duì)大壩的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，咱們就是在評(píng)價(jià)辦法不斷完美跟改良的進(jìn)程中，做了應(yīng)當(dāng)做的那一局部工作。”金峰說(shuō)。

心懷國(guó)計(jì)民生　助力高壩事業(yè)

　　重要完成人

　　張楚漢金峰王進(jìn)廷徐艷杰　潘堅(jiān)文周元德王光綸等

　　我國(guó)的第一個(gè)無(wú)限元—有限元線性耦合模型在1986年中美拱壩抗震研討會(huì)和1988年第九屆世界地震工程大會(huì)上發(fā)表，比歐美學(xué)界整整早了6年。這個(gè)模型的提出者正是張楚漢團(tuán)隊(duì)。現(xiàn)在經(jīng)過(guò)20多年的不懈研究，他們已做到全面考慮高壩地震反應(yīng)的各項(xiàng)關(guān)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(kāi)裂、鋼筋加固、庫(kù)水可緊縮性以及無(wú)限地基輻射阻尼的高壩—地基—庫(kù)水系統(tǒng)非線性動(dòng)力損傷開(kāi)裂分析模型，是該項(xiàng)研究領(lǐng)域的先行者。國(guó)際大壩協(xié)會(huì)抗震專(zhuān)業(yè)委員會(huì)主席馬丁?威蘭（Martin Wieland）曾評(píng)價(jià)說(shuō)：“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(bǔ)科研空白

　　張楚漢團(tuán)隊(duì)的研究成果對(duì)我國(guó)高壩建設(shè)和安全運(yùn)行起到了關(guān)鍵的推動(dòng)作用。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，迄今為止，項(xiàng)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(dòng)靜力安全性分析與評(píng)價(jià)，應(yīng)用率達(dá)90%以上，節(jié)儉了大批工程投資，發(fā)生了明顯的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。汶川地震后，又完成了強(qiáng)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(fù)核，為保障災(zāi)后高壩安全建設(shè)與運(yùn)行作出了貢獻(xiàn)，取得了宏大的社會(huì)效益。

　　在不斷將理論利用到事實(shí)的過(guò)程中，成員們從未結(jié)束持續(xù)科研的腳步，繼承完善實(shí)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(yīng)力程度25%~40%，便可較大幅度地下降橫縫開(kāi)度，使壩體傷害開(kāi)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(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中。

　　項(xiàng)目名稱

　　為了填補(bǔ)這些技術(shù)空白，我校水利系傳授、中科院院士張楚漢率領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)迎難而上，悉心研究高壩抗震，多年來(lái)為我國(guó)高壩安全事業(yè)獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)力。在國(guó)家973打算、國(guó)家做作科學(xué)基金以及其他科研項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的支持下，團(tuán)隊(duì)結(jié)合我國(guó)高壩建設(shè)和水工結(jié)構(gòu)學(xué)科發(fā)展需求，經(jīng)由多年努力，在高壩動(dòng)靜力破損機(jī)理和安全評(píng)價(jià)問(wèn)題的應(yīng)用基礎(chǔ)理論、分析模型和評(píng)價(jià)體制等方面取得了一系列打破性進(jìn)展。2013年1月，“高壩動(dòng)靜力超載破損機(jī)理與安全評(píng)價(jià)方法”項(xiàng)目獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)先進(jìn)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

　　項(xiàng)目提出了高壩—地基—庫(kù)水系統(tǒng)非線性能源損害開(kāi)裂分析模型，能夠綜合考慮無(wú)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(dòng)靜力超載破壞的非連續(xù)全過(guò)程仿真分析模型，實(shí)現(xiàn)了高壩構(gòu)造在動(dòng)靜力荷載作用下持續(xù)—斷裂—非連續(xù)—破壞的全過(guò)程仿真；提出猜測(cè)新建高壩安全性態(tài)的工程類(lèi)比法以及三級(jí)承載評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了迷信性與工程適用性相結(jié)合的高壩安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)；建立了模仿混凝土骨料、砂漿與界面的細(xì)觀力學(xué)仿真模型，加深了對(duì)混凝土材料動(dòng)力特征的意識(shí)。項(xiàng)目成果全面應(yīng)用于我國(guó)高壩工程，解決了高壩安全評(píng)價(jià)的關(guān)鍵技術(shù)難題，推進(jìn)了我國(guó)高壩水電站建設(shè)的發(fā)展。

　　迄今，團(tuán)隊(duì)已發(fā)表期刊論文300余篇，其中SCI收錄70余篇,經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略；多次受邀在世界地震工程等國(guó)際學(xué)術(shù)大會(huì)做宗旨報(bào)告；出版學(xué)術(shù)專(zhuān)著3部，受權(quán)國(guó)家發(fā)現(xiàn)專(zhuān)利12項(xiàng)，撰寫(xiě)科研呈文百余份，培育博士50余人……

　　高壩動(dòng)靜力超載破損機(jī)理與安全評(píng)價(jià)方法

　　而張楚漢團(tuán)隊(duì)以為，研究高壩抗震時(shí)不能簡(jiǎn)略地將高壩地基“一刀切”。高壩與大地相連，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，振動(dòng)的能量傳導(dǎo)是在壩體與大地之間進(jìn)行的。另外，高拱壩還有良多橫縫，在遭遇強(qiáng)烈地震作用時(shí)，壩體橫縫可能滑移和張開(kāi)，壩體混凝土可能損傷開(kāi)裂，且不同時(shí)刻的狀況不盡相同。因此，高壩動(dòng)靜力分析是非常復(fù)雜的“非線性”系統(tǒng)問(wèn)題，為了實(shí)在客觀地反應(yīng)大壩的抗震撼力響應(yīng)特性，必需綜合考慮影響壩體動(dòng)力行動(dòng)的多重關(guān)鍵因素。

　　起源：新清華 2013-09-13 第1929期

張楚漢教學(xué)等實(shí)現(xiàn)的“高壩動(dòng)靜力超載破損機(jī)理與保險(xiǎn)評(píng)估方式”名目獲2012年度國(guó)度科技提高二等獎(jiǎng)

　　始終以來(lái)，張楚漢每周都會(huì)在學(xué)校舉辦一次研究組研究會(huì)，就科研工作的進(jìn)展和存在問(wèn)題進(jìn)行交換和探討。“科研攻關(guān)中，我們碰到的困難多得不得了，就跟天天吃飯一樣。”金峰風(fēng)趣地說(shuō)，“做研究確定是要做別人不做過(guò)的事，有難度才有價(jià)值。”在這樣的科研精力的領(lǐng)導(dǎo)下，張楚漢團(tuán)隊(duì)獲得了多項(xiàng)沖破和翻新。

實(shí)習(xí)記者潘慧

　　上世紀(jì)80年代以來(lái)，張楚漢團(tuán)隊(duì)聯(lián)合工程建設(shè)和學(xué)科發(fā)展需要，體系地開(kāi)展了高壩破損機(jī)理與安全評(píng)價(jià)方法研究。此前，國(guó)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(xué)者考慮了壩體橫縫非線性和無(wú)窮地基輻射阻尼效應(yīng)，更沒(méi)有充足斟酌資料非線性與鋼筋加固辦法等相關(guān)問(wèn)題。

　　誰(shuí)也沒(méi)有料到，2008年汶川發(fā)生了地震，8級(jí)的大地震對(duì)四川境內(nèi)的水利工程設(shè)施造成了重大損壞。地震產(chǎn)生后，張楚漢團(tuán)隊(duì)敏捷作出反映，屢次趕赴災(zāi)區(qū)，對(duì)震區(qū)的所有高壩都做了抗震復(fù)核。“全部汶川地震，垮了這么多屋子，卻沒(méi)有垮一座大壩。從汶川地震來(lái)看，我們做的研究仍是比擬契合實(shí)際情形的。”金峰說(shuō)。

走遍祖國(guó)各地　科研結(jié)合實(shí)際

源遠(yuǎn)流長(zhǎng) 助力中國(guó)高壩水電站安全運(yùn)行

　　不同的高壩建設(shè)，地質(zhì)狀況和設(shè)計(jì)請(qǐng)求不一樣，地震烈度也不盡雷同。我國(guó)正在新建的小灣和溪洛渡拱壩，正在設(shè)計(jì)的白鶴灘和龍盤(pán)拱壩，都是壩高近300米的超高壩，庫(kù)容數(shù)十億甚至數(shù)幾百億破方米，設(shè)計(jì)地震烈度在8~9度以上。這就凸起了實(shí)地考核考察的意思。從年逾古稀的張楚漢，到“學(xué)術(shù)新人獎(jiǎng)”取得者王進(jìn)廷，團(tuán)隊(duì)的主力成員簡(jiǎn)直走遍了祖國(guó)的大江南北。基于項(xiàng)目研究所樹(shù)立的模型，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了功效強(qiáng)盛的有限元盤(pán)算系統(tǒng)，進(jìn)行了小灣、溪洛渡等20多座高壩的地震反響分析和破損機(jī)理研究。項(xiàng)目研究成果得到了普遍運(yùn)用，在我國(guó)高混凝土壩的安全評(píng)價(jià)、抗災(zāi)率評(píng)價(jià)等方面取得了很大功效，為高壩的抗震設(shè)計(jì)和安全性評(píng)價(jià)提供了牢靠依據(jù)。

圖為張楚漢（中）和團(tuán)隊(duì)成員合影。

　　項(xiàng)目簡(jiǎn)介

　　早在1999年，張楚漢團(tuán)隊(duì)在這一科研領(lǐng)域就曾失掉國(guó)家天然科學(xué)獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)，本次獲獎(jiǎng)項(xiàng)目也是在之前基本長(zhǎng)進(jìn)一步深入的成果。這不僅是一個(gè)科研項(xiàng)目，更是清華水利人對(duì)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(gè)要害因素就是安全性問(wèn)題。張楚漢曾說(shuō)，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(duì)水利建設(shè)來(lái)說(shuō)至關(guān)緊要。

　　但是，團(tuán)隊(duì)成員們心里還有一個(gè)擔(dān)心：絕大部分的抗震研究只停留在經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方面，由于沒(méi)有發(fā)生地震災(zāi)禍，因此高壩地震行為無(wú)奈驗(yàn)證。

　　高壩抗震是關(guān)乎公民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大事，高壩建設(shè)能帶動(dòng)其余工程，拉動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，有利于進(jìn)步當(dāng)?shù)鼐用竦纳乃健Ｍ瑫r(shí)高壩遇震而不倒，能禁受住地震的考驗(yàn)，才干保證下游城鎮(zhèn)的安全，因而保護(hù)高壩的安全也是至關(guān)重要的。

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