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西北大学1项成果获国家科技进步奖二等奖丨GDS动三轴助力科研:如何让最重的火车行驶在最软的地基上?
发布时间:2021-11-19 浏览次数:3460 来源:欧美大地

西北大学微信公众号发布 喜报!西北大学1项成果获国家科技进步奖二等奖 :


11月3日,2020年度国家科学技术奖励大会在人民大会堂举行。西北大学地质学系王家鼎教授团队主持完成的“重大工程黄土灾害机理、感知识别及防控关键技术”2020年度国家科技进步奖二等奖。

该成果由西北大学与中国铁路设计集团、中铁十七局和中铁西北研究院等合作完成,主要完成人为:王家鼎、赵斗、谷天峰、谢婉丽、付新平、王新民、武小鹏、王新刚、贾鹏飞、张登飞。

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(成果理论体系)





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该成果针对大面积湿陷性黄土地区建造高铁及重载铁路的高标准防灾的国家重大需求,在10余项国家、铁道部重大科研项目的重点支持下,创立了黄土路基振陷、深部黄土湿陷、滑坡四促效应及富水黄土-红土/泥岩隧道塌方等理论;

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研制了振动促渗仪等多台先进仪器,打破了国外垄断,填补了此方面的空白;

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突破了铁路黄土路基振陷和深部黄土湿陷感知、机载激光雷达点云灾害识别、隧道变形的精准监测技术瓶颈;

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创立了高铁路基抗振陷的填料改良和加筋防控、湿(振)陷性黄土改良与排水平纵横协同防控及隧道加固“气驱水浆驱气”加固技术体系,主编和参编的行业规范多部,成果达到了国际先进水平。


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(在国内黄土地区铁路网的应用情况)

该成果国内外20余条高铁和重载铁路的成功应用,获得了巨大的经济效益、社会效益和政治效益,使得项目合作完成单位的高铁建设防灾减灾技术在激烈的国际市场竞争中处于明显的优势地位,彰显了国际影响力。



 

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王家鼎

王家鼎,男,1962年7月出生,陕西省蓝田县人,1983年7月毕业于今长安大学应用地球物理系,获工学学士,1983年9月—1986年7月在国家地震局兰州地震研究所地震工程专业攻读硕士学位,获工学硕士,后留所从事科研工作。

1994年8月调入西北大学工作至今。其中,1996年9月—1999年6月在成都理工大学地质工程专业攻读博士学位,获工学博士。1999年5月—2001年4月在吉林大学地质工程博士后流动站做研究,曾出国进修和高访。1999年晋升为教授,2001年评为博导,2014年被陕西省评为二级教授。享受国务院政府特殊津贴,三秦人才津贴,担任教育部教学指导委员会及多种中外杂志编委。

30年来,在黄土滑坡方面的研究被誉为“自成体系,有独到之处”。


提出了“灌溉诱发黄土滑坡的黄土蠕、滑动液化机理”、“地震诱发黄土滑坡的土体解体、斜抛和粉尘化机理”、 “列车长持时振动引起黄土滑坡的长期累积应变-损伤-破坏滑移机理”以及推导出各类型黄土滑坡的运动特征方程,并用实例加以验证,成果获甘肃、陕西省级科技进步奖6项;


多次深入甘肃、陕西贫困山区进行滑坡应急救灾,用自己提出的理论参与滑坡预报,受到各级政府的表彰,并获得陕西省1999年度科技进步奖;


撰写出版的《典型高速黄土滑坡群的系统工程地质研究》专著,正如中国科学院院士、工程院院士张宗祜先生在本书序中所写的“本书是我国有关黄土滑坡系统研究的第一部专著,有许多创新之处”;


高速铁路黄土路基的振陷、液化方面的研究,提出了列车振动引起黄土振陷和液化的临界标准、机理、影响因素和消除这两种灾害的地基处理措施,直接应用于高速铁路的设计、施工中,成果分别获得陕西省科技奖一等奖2项、铁道部科技奖一、二等奖共4项;


在载重铁路边坡侧移、路基沉降及填料配比等研究提出了独到的见解,成果应用于晋中南重载铁路建设中,获得国际大奖-FIDIC奖;


在机场跑道黄土地基沉降及高边坡稳定性的研究方面,提出地震作用下和飞机升降冲力振动下黄土地基长持时振陷机理和黄土高边坡失稳破坏机理,直接应用于机场建设中,成果获陕西省技术发明奖一等奖;


在黄土湿陷研究方面,通过山西、陕西、甘肃等的大型浸水试验提出多种黄土湿陷的机理;


近年来提出机车振动、水和干湿循环等耦合作用下黄土的“促裂、促渗、促崩、促滑、促沉”的五促效应(发表于中国科学)并应用十余条铁路重大工程中,获得国家科技进步二等奖;


在模糊信息优化处理的理论与应用方面做出了积极的贡献。与黄崇福教授合作出版的《模糊信息分析与应用》、《模糊信息优化处理技术及其应用》两本专著,重印数次,累计达25000余册,提出的信息分配、信息扩散原理,已被国内外学者广泛引用;


目前共发表论文210余篇,SCI60余篇,授权国家发明专利11项,主持国家重大仪器专项、国家基金重点项目、国家重点研发课题及铁道部重大科研项目等20余项。


王教授和技术团队使用GDS动三轴进行土工试验







GDS科研型动三轴试验系统DYNTTS


“这台设备对黄土地区的高速铁路和重载铁路修筑立下了汗马功劳。”


这台设备就是:


GDS科研型动三轴试验系统DYNTTS


      

       西北大学的GDS动三轴系统2006年引进,距今已运转超过15个年头,设备状况良好。


       由于环境因素和人类活动,许多岩土工程项目在其设计寿命内承受反复循环荷载。土壤在动态荷载比静态荷载下的反应通常更复杂,要求工程师在实验室研究土壤的动态行为。


       科研型动态三轴测试系统(DYNTTS)是GDS动态系统中性能优异的设备。结合三轴压力室和拥有外壳的一体化电机作动器,系统具有精度高、稳定性好等特性。DYNTTS具有自适应能控制能力,能够显著改善动应力控制时装置的加载能力。


       动三轴DYNTTS的定制性很好,例如可以升级局部应变传感器、弯曲元试验、非饱和土试验等;从标准的5Hz/10kN升级到更高版本;能够升级轴向负载能力从标准的10kN范围到最大60kN;试样尺寸从标准的100mm升级到最大300mm;可以升级温控范围从零下20度到零上85度。


       高级动态三轴实验系统DYNTTS关键特点:

      (1)高精度伺服电机控制允许用户进行小应变到大应变静动态测试。

      (2)内置平衡锤(适合最大5Hz的系统),在动态实验时保持压力恒定。

      (3)精细的反馈控制硬件和5kHz的数据采集,使得试样可以在高频的加载下的反应能被记录。



高级动态三轴试验系统 DYNTTS


动三轴DYNTTS系统的基本配置 

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双向振动三轴试验系统DYNTTS


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大直径动三轴试验系统DYNTTS(300mm)


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冻土动三轴试验系统







国家科学技术奖


国家科学技术奖是为奖励在科技进步活动中作出突出贡献的个人、组织,调动科学技术工作者的积极性和创造性,由国务院设立的国家科学技术领域最高奖项。2020年度国家科学技术奖经网络评审组、学科专业评审组、评审委员会和奖励委员会评审,科技部审核,共评选出264个项目、10名科技专家和1个国际组织。除顾诵芬、王大中获得国家最高科学技术奖之外,还评选出国家自然科学奖46项,国家技术发明奖61项,国家科技进步奖157项。