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——中國科學院武漢巖土力學研究所科技創新實踐 |
伴隨著我國巖土力學與工程學科的發展，中國科學院武漢巖土所迎來了60周歲華誕。60年的風雨兼程，60年的崢嶸歲月，60年的輝煌成績——60年來，武漢巖土所上下一心，全體人員齊心協力，奏響了一曲雄渾的“巖土拼搏”之歌，樹起了研究所發展史上繼往開來的里程碑。
近年來，在中國科學院“三個面向”“四個率先”辦院方針指引下，武漢巖土所面向國家戰略需求，定位于巖土力學與工程的應用基礎研究，致力于重大工程安全與災害控制，深部資源及能源高效安全開發，廢棄物地質處置和利用方面的基礎性、戰略性、前瞻性工作，在我國重大工程建設、資源與能源開發中發揮了重要作用。
近年來，武漢巖土所主持獲得國家科技進步獎二等獎7項，參與獲得國家科技進步獎一等獎2項；在兩本巖石力學權威國際期刊發表論文數量位居世界前列；主編國際標準和建議方法7部，主參編國家與行業技術標準近50部，不斷引領行業技術發展。同時，不斷強化學科建設，在全國第四輪學科評估中，土木工程和力學一級學科均被評為A-。工程學ESI排名進入全球大學和科研機構的前1%。
責任擔當 服務重大工程建設
隨著我國“一帶一路”建設和西部大開發戰略的深入實施，一大批穿越極端氣候和地質條件的重大工程不斷涌現。該所圍繞重大地下工程建設中的難點，研發建立了高精度微震的巖爆監測技術和綜合定量預警方法；發展了巖體破裂模擬的連續—非連續數值方法；提出了軟巖碎脹大變形錨注、擠壓大變形緩沖層支護和活動斷裂帶抗錯斷設計技術。研究成果在錦屏電站、白鶴灘電站、滇中引水、西藏扎墨公路嘎隆拉隧道、滬昆高鐵、蘭新鐵路、巴基斯坦NJ電站等我國重大基礎設施和中巴經濟走廊的重大工程建設中發揮了重要作用。
2015年5月，中巴經濟走廊巴基斯坦NJ水電工程發生了一次極強巖爆，巨大的破壞力讓工程停工半年之久。如何抑制隧道巖爆頻發問題？武漢巖土所在這個時候進入了巴基斯坦國際監理工程師的視線，受邀參與了深部工程災害防控研究，解決了NJ水電站引水隧洞的施工難題。
研究所還研制出一系列具有自主知識產權的巖體力學多場多尺度試驗系統、模擬隧洞抗錯斷等試驗設備，研發了一批具有自主知識產權的巖土工程監測信息管理、隧道工程健康監測與預警系統。
在邊坡穩定性分析方法、邊坡加固技術與工程實踐方面，武漢巖土所率先提出了邊坡穩定性分析的三維嚴格極限平衡法和巖質反傾邊坡彎曲破壞分析方法，近年來在國際權威期刊上發表邊坡穩定性分析論文總數居世界第一，獲國際巖土力學計算機方法及進展協會“杰出貢獻獎”。同時，完成了在廢棄礦坑上建設世界最大室內冰雪樂園——“長沙冰雪世界”的邊坡加固治理工作，該樂園入選Discovery探索頻道“不可能完成的項目”專題節目。
在膨脹土、紅黏土及結構性軟土的研究方面，武漢巖土所率先提出了膨脹土判別與分類的新方法和膨脹土裂隙定量化分析方法，建立了數字化全國膨脹土區域分布圖，攻克了膨脹土地區公路勘察設計技術難題。研究成果在杭州灣大橋的建設和全國十余個省市的近百條高速公路工程中成功應用。
武漢巖土所提出的“高鐵路基小變形沉降預測的優化分析方法”為世界上首條一次性建成1000公里武廣客運專線路基的穩定性評價提供了依據，并在此基礎上提出了基于動態監測的高鐵服役路基健康監測與診斷技術，構建了完整的高速鐵路線下工程運營健康監測診斷技術體系。
該所將先進的巖土力學技術用于古文物的保護。在中德合作保護陜西彬縣大佛寺工程中，葛修潤院士出任中方專家，提出的危巖加固治理和監測方案，為工程實施提供了科學依據。同時，葛修潤院士提出的“無壓容器”保護方案被國家采用，創造性地修建了世界上唯一在水深40米處的白鶴梁水下博物館，“白鶴梁題刻原址水下保護工程”獲全國文物保護科學和技術創新獎一等獎。研究所還給出了云岡石窟、大足石刻千手觀音、臥佛水害治理工程、赤壁摩崖石刻穩定性和防水問題的解決方法，為我國石窟文物保護工作提供了關鍵技術支撐和借鑒。
厚積薄發 保障能源資源安全
建設油氣戰略儲備是保障我國能源供應安全的重大戰略需求。鹽巖地層是國際上大型油氣儲備的最佳候選場址之一，武漢巖土所率先提出了深部層狀鹽巖大型儲氣庫群建造技術，參與完成了亞洲第一座鹽穴儲氣（油）庫——金壇儲氣庫的選址、可研、造腔、設計與運行、跟蹤評價及完整性評價等工作。針對我國層狀鹽巖地質條件復雜的特點，科研人員研發出了超深地層超大儲氣庫水溶建庫技術。該項技術使得我國鹽穴水溶造腔技術達到國際領先水平，目前研究所正在研發鹽巖溶腔壓氣蓄能技術。
除了能源安全問題，全球氣候變化日益成為威脅人類可持續發展的重要因素之一。在此背景下，“CO2地質利用與封存穩定性評價與監控”技術應運而生，武漢巖土所是我國研發該技術的主力軍。團隊自主研發了一系列實驗測試裝置和評價分析方法，建立了我國最先進、最完善的封存研發測試平臺，提出的U形管流體取樣監測系統打破了美國勞倫斯伯克利國家實驗室的壟斷。與此同時，武漢巖土所承擔了神華集團CCS示范項目的全部測試任務和部分設計工作。目前該項目已成功注入CO2共30萬噸，初步驗證了技術的有效性，是我國CCUS技術工業實施的重要探索。該成果作為重要組成部分獲國家科技進步獎一等獎。
提到能源安全，一個繞不開的話題就是核電工程，而爆破是核電工程基礎巖體開挖的主要手段。在這個過程中，如何科學評價巖體爆破振動效應、有效控制巖體爆破振動危害是工程建設中迫切需要解決的核心工程難題。武漢巖土所提出了基礎巖體爆破損傷評價與控制方法。研究成果在遼寧紅沿河、福建寧德、廣東臺山、山東海陽、廣西防城港等我國近期建設的所有核電工程基巖爆破開挖中得到應用。
創新驅動 助推生態文明建設
十九大報告中回顧經濟建設成就時，提到“南海島礁建設積極推進”。這個位于中國南大門、事關國家領土主權的戰略重地，再次進入公眾視野。島礁建設主要面臨3個問題：礁砂能不能填筑、建成后的機場跑道是否穩定、地下淡化水資源何時能利用。從上世紀80年代起，武漢巖土所就承擔了島礁研究的科研任務。面對工程技術難題以及建設現場惡劣的生活條件，科研人員沒有退縮。他們秉承著科技報國的信念，克服種種困難，取得了寶貴的珊瑚礁樣品并進行實驗分析。在他們的努力下，武漢巖土所成功研發了珊瑚礁砂填筑與沉降判穩方法、吹填地基加固技術與評價標準，并發現了吹填島礁地下淡水涵養演化規律，島礁建設取得突破性進展。
近年來，武漢巖土所在含“可燃冰”土的力學與工程特性方面取得重要進展，率先在國內建立了具有自主知識產權的含“可燃冰”沉積物物理力學特性實驗與測試平臺，對于提升水合物開發利用技術水平具有重要的理論與工程意義。
除此之外，十九大報告中指出要加快生態文明體制改革，建設美麗中國，并且首次提出要加強固體廢棄物和垃圾處置。針對我國現役和陳舊型垃圾填埋場防滲系統存在不同程度失效破壞導致土壤、地下水和空氣等環境污染問題，武漢巖土所科研人員通過十余年系統研究，創造性提出了垃圾填埋場污染防控與資源化利用的“銅墻鐵壁+渣里淘金+騰籠換鳥”一體化技術，研發了填埋場沼氣和滲瀝液產生運移過程的監測和探測系統，建立了填埋場沼氣和滲瀝液產生運移及致災分析理論，開發了填埋場沼氣和滲瀝液的主動調控技術，實現了填埋場災變從“被動治理”到“主動調控”的突破。研究成果應用于國內外130多個垃圾填埋場，并拓展到“一帶一路”沿線的吉爾吉斯斯坦等國家。
60年彈指一揮間，武漢巖土所從無到有，從小到大，造就了一支素質高、技術精的人才隊伍，積淀傳承了深厚的巖土精神和文化，創造了以深部巖體工程安全控制、邊坡穩定性評價方法等為標志的輝煌成果。武漢巖土所秉承“科教融合、育人為本、協同創新、服務國家”的辦學理念，建立面向科學創新、注重素質與能力的土木工程人才培養體系，為國家發展建設輸送了一代代匡時濟世、經世致用的科技創新人才。新時代、新機遇、新挑戰，巖土人將以習近平新時代中國特色社會主義思想和黨的十九大精神為指引，全面貫徹落實國家創新驅動發展戰略，在巖土力學領域探索上永不停步，在逐夢科學夢想道路上永不停歇。