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项目年度编号
2300190378
中图分类号
TV641.4
成果公布年份
2023
成果简介
由水库和大坝组成的库坝系统作为水利工程的核心部分，其安全性是工程正常运行的首要前提。长期以来，渗流控制问题一直困扰着水利工程库坝系统的建设、运行和管理。据不完全统计，由渗漏、渗透破坏引起的工程安全问题占比超过50%。因此，揭示“渗水”与“库坝”之间的作用机理，开展库坝系统渗流控制关键技术研究，提升水利工程在防洪、发电、供水、灌溉等方面的保障能力，对国民经济和社会发展意义重大。
我国现有水库9.8万座，其中70%分布在中西部地区。在水利工程库坝系统渗流控制研究与实践中，主要面临如下关键科学技术难题：中西部地区的地质条件复杂、渗透介质类型多、渗流机理不明，导致渗流过程难预测；社会发展对工程建设效率和防渗标准提出了新要求，现有防渗方法不适用，导致防渗要求难满足；地层空隙连通性强，施工期渗漏位置难定位，导致特殊地层注浆难。
西安理工大学水利工程渗流与防渗课题组自2001年开始，组建了由科研机构(西安理工大学、南京水利科学研究院）、设计单位（中国电建集团西北院、陕西省水电设计院）、施工单位（中国电建集团第三工程局、十五工程局）为一体的产学研联合创新研究团队，以国家和陕西水利发展需求为导向，依托国家级、省部级和企业委托工程项目等53项，从“渗流分析理论-库坝防渗方法-防渗施工技术”三个层面出发，历经二十年，破解了水利工程库坝系统渗流控制技术难题。
项目主要创新成果包括：
(1)创新了库坝系统渗透系数-本构关系非线性渗流理论。
针对复杂地质条件下，渗流过程难预测的问题，揭示了孔隙介质细颗粒流失及裂隙介质隙宽变化规律，阐明了介质结构变化和水流惯性力作用对渗流特性的影响机制，构建了孔隙/裂隙介质渗透系数-本构关系非线性渗流模型，创新了库坝系统非线性渗流理论，提出了三维非线性渗流分析技术。相关研究成果发表在Computers and Geotechnics、Journal of Hydrology等行业TOP学术期刊上。
(2)首创了坝体软硬联合和坝基墙幕联合防渗新方法。
针对库坝系统整体防渗标准要求高，现有防渗方法难满足的问题，揭示了土工膜面板堆石坝坝体非线性渗流场分布规律，首创了“土工膜+挤压边墙”坝体防渗方法，解决了高坝土工膜变形协调性差的问题，使土工膜面板堆石坝的高度由规范中的70m提升至150m；阐明了深厚覆盖层非线性渗流特性对防渗体最优厚度的影响机制，提出了“防渗墙+帷幕灌浆”坝基全断面垂直防渗方法，将帷幕允许水力梯度由规范要求的3-4提高至6,成功应用于新疆下坂地水利枢纽工程,首次实现了150m级深厚覆盖层的垂直防渗。
(3)研发了库坝系统施工期渗漏通道识别及特殊地层灌楽施工技术。
针对地层空隙连通性强，渗漏位置难定位，特殊地层注浆难的问题，以非线性渗流分析和室内外试验结果为基础，提出了库坝系统施工期电阻率-磁共振耦合全息成像渗漏通道识别定位方法；研发了强漏失覆盖层KGM絮凝剂灌浆新材料和套管跟进-逐段拔管高喷灌浆施工技术，与普通水泥浆液相比，单位耗浆量减少50%,将强漏失覆盖层双排灌浆深度由30m提高至48m；提出了高渗透岩层水泥化学组合浆液高压脉动劈裂灌浆技术,破解了传统灌浆胶塞易脱落的难题，实现了基岩5700m<sup>3</sup>/h大流量、流速4m/s的集中渗漏封堵。
项目成果主编《水电水利工程控制性灌浆施工规范》（DL/T5728-2016)等4部行业/团体标准，参编4部行业标准，授权发明专利12项、工法19项，发表学术论文300余篇，其中SCI/EI检索126篇，出版专著8部，培养博士后5人，博士生20人，硕士生140人。项目提出的水利工程库坝系统渗流控制关键技术已成功在黑河金盆水利枢纽等陕西省重点工程，新疆下坂地水利枢纽等国内代表性工程，以及老挝南欧江水电站等国际合作工程中广泛应用。累计覆盖全国14个省市自治区的220余项工程，其中，陕西80%以上的高土石坝、汉江流域90%以上的规模性水利水电工程都直接或间接应用了该项目成果。部分企业开具的应用证明显示，多年累计经济效益14.17亿元，其中近三年经济效益5.86亿元，社会经济效益显著。
完成单位
西安理工大学 中国水利水电第三工程局有限公司 中国水电建设集团十五工程局有限公司 陕西省水利电力勘测设计研究院 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
完成人
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