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福州大学关于《闽西北短时冻区边坡浅层冻融失稳防治技术研究》成果申报2019年度福建省科学技术奖的公示

信息来源: 暂无 发布日期: 2019-08-20 浏览次数:

根据《福建省科学技术奖励委员会办公室关于2019年度福建省科学技术奖提名推荐工作的通知》(闽科奖办〔2019〕5号)要求,现将拟申报2019年度福建省科技奖的《闽西北短时冻区边坡浅层冻融失稳防治技术研究》成果的相关内容公示如下:

一、项目名称:闽西北短时冻区边坡浅层冻融失稳防治技术研究

二、推荐奖种:福建省科学技术进步奖

三、推荐单位:南平市科学技术局

四、项目简介:本项目属于交通运输类的路基、路面工程。福建省地处山区,花岗岩残积土分布广泛,花岗岩残积土具有结构性强、一般呈中低压缩性、强度高,但孔隙比大、扰动性强、崩解性及饱水软化特性等显著特点。福建境内高海拔地区大多属于短时冻区,存在冻融时间短、冻融频繁、融雪后土体含水率高等区域特性,每年冬季经常出现花岗岩残积土边坡浅层大面积的表层剥落、溜方、淤埋边沟及路面,严重影响交通通畅及运营安全,增加维护成本。鉴于此,2013年南平市公路局和福州大学合作,针对目前短时冻区边坡浅层冻融失稳防治中受到的技术挑战,开展了防治技术创新研究。

主要内容包括:(1)南平地区短时冻区边坡病害实践调查与成因分析;(2)闽西北短时冻区典型气象与土壤墒情特征;(3)闽西北短时冻区边坡浅层冻胀剥落机理研究;(4)闽西北短时冻区边坡防护成套技术(化学固土、喷射陶砂混凝土、胶凝+纤维覆层的石缝技术等)研究与应用;(5)实体工程试验验证,编制了技术指南。

课题研究提出从新结构设计、新材料应用,施工控制等方面的研究成果,具体包括:(1)掌握福建闽西北短时冻区边坡冻融规律和剥落机制。包括短时冻区气温、湿度、短时冻融和冻融频繁的气候特征、边坡土壤浅表层相变急剧和冻结时刻与持续时间取决于最低气温与太阳辐射高低耦合作用的墒情特征。(2)提出福建闽西北短时冻区边坡降雨冲刷和冻融双控防治准则。针对土夹石风化边坡的难点研发了胶凝+纤维覆层的石缝封填治理技术。(3)针对福建闽西北短时冻区边坡划分了典型分类,提出成套处理技术。包括针对土质坡面优选出了JCDK-1化学固土防治技术、针对土夹石坡面优选出胶凝+纤维覆层的石缝技术、针对破碎岩石坡面提出了陶砂混凝土护坡防治技术。(4)形成了《短时冻区边坡浅层冻融失稳防治技术指南》。

基于以上,课题在闽西北S303线、S202线多处冻土边坡进行了工程实践应用和推广。实践显示,课题提出的短时冻区边坡浅层冻融失稳防治方案能显著改善边坡浅层大面积剥落病害,具有良好的使用性能,为闽西北短时冻土边坡浅层冻融失稳防治提供技术支撑与示范,社会经济效益显著。同时,项目成果填补了我国在短时冻土边坡浅层失稳防治方面的技术缺陷与空白,其应用前景十分广阔。

闽西北短时冻区内边坡浅层采用传统的生态防护技术(如三维植被网等),成功率较低,因而大量采用浆砌片石护坡(一般造价约220元/m2),严重影响公路景观。采用本研究成果实施的防治方法, JCDK-1化学固化剂护坡、陶砂混凝土以及胶凝+纤维覆层的石缝技术造价分别为约150元/m2、180元/m2以及160元/m2,均比原方案便宜20%-30%。如果按全省处于高海拔短时冻区的5万公里道路应用计算,采用本成果后,将节省资金约220元/m2×25%×50000km×10m(边坡高度)×10%(每公里边坡密度)=27.5亿元。

五、主要完成单位:福建省南平市公路局、福州大学。

六、主要完成人及其贡献

1、余学清:项目总负责

2、陈寿明: 项目组织

3、阙云:技术总负责

4、胡昌斌:理论分析 

5、余焜明:工程应用负责人

6、袁文豪:室内实验与规律总结

七、代表性论文目录:

1、短时冻区冰雪消融对残积土坡非平衡渗流与稳定性作用机理分析(EI收录),《工程科学与技术》

2、短时冻区气候下土坡浅层水热状况的数值分析,《广西大学(自然科学版)》

3、短时冻区残积土力学性质损伤效应的试验研究,《公路》

4、短时气温冻融周期内土坡浅层的水热状况分析,《地下空间与工程学报》

5、公路边坡化学固土喷植防冻融侵蚀技术的应用研究,《福建交通科技》

6、Analysis on the Influence of Pottery Sand on Performance of Shotcrete,MATEC Web of Conferences

八、推广应用情况:课题依托武夷山、政和等两地进行了技术应用,施工监测和效果跟踪评价。实践显示,采用本课题提出的短时冻区边坡浅层冻融失稳防治技术对其研究具有良好的使用性能。

我国短时冻土区主要分布在长江以南,珠江流域以北地区,其面积约为230万km2。福建省地貌属低山丘陵区,境内短时冻土区主要分布在和江西交界处的闽西北南平市、三明市以及宁德市、龙岩市四地,其面积约为6.26万km2。南平地区由于地处山区,花岗岩分布占全区面积的40%,受冬季冰雪冻融的影响,公路残积土路堑浅层滑坍现象十分显著。

随着福建省交通设施建设的逐步推进,在短时冻土区形成的边坡浅层失稳问题日显突出,如何有效预防或减轻边坡浅层冻融垮塌的隐患,已成为目前急需解决的技术难题。

目前短时冻土问题研究一直未受到重视,因而,对于短时冻土区内边坡失稳问题关注更少,面对当前工程建设和防灾减灾工程遭遇到大量此类问题,目前尚未明晰该类边坡在短时冻融循环下的成灾机理,也未形成系统的防治思路与技术。因此,迫切需要开展短时冻融循环诱发边坡浅层失稳机制与防治技术研究,具有十分突出的应用价值和现实意义。

因此,针对南平地区的残积土特点,对南平地区公路路堑边坡冻融失稳机理及防治技术进行深入研究,进行各种方法的加固效果和经济效益分析,提出适合南平地区公路路堑边坡冻融失稳的防治方法,施工和设计方法,对于改善和有效治理南平地区乃至全国短时冻区路堑地质灾害,确保道路畅通,保障营运安全,促进经济节约型交通均具有十分重要的实践意义,也必将产生巨大的社会和经济效益。

在项目研究过程中,项目组人员对闽西北短时冻区边坡浅层冻融失稳防治有了一个更加全新的认识。在掌握理论知识的同时,提升了项目组人员的专业素质,培养分析和解决问题的能力;同时也培养了一批设计、科研、监督、养护等专业人才,提升了各个单位参与短时冻区边坡浅层冻融失稳防治技术研究的核心竞争力,为闽西北短时冻区边坡浅层冻融失稳防治提供技术支撑及示范,产生了巨大的社会效益,对福建省乃至全国短时冻区边坡浅层冻融失稳地区的安全运营有着深远的影响。同时,研究成果填补了我国在短时冻区边坡浅层冻融失稳防治方面的一些技术缺陷与不足,其应用前景十分广阔。

自本公示之日起七日内为公示期,任何单位或个人如对公示的项目持有异议,均可在公示期内以书面形式向福州大学土木工程学院行政办公室提出。异议书应写明详细的异议理由,注明异议人真实姓名、所在单位、详细地址及联系方式。以单位名义提出的异议,应加盖公章并注明联系人、联系地址及联系方式。凡匿名异议不予受理。

联系部门:福州大学土木工程学院行政办公室  

联系地址:福州市大学新区学园路2号             

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联系人及电话:黄老师,18350119362                 

福州大学                                     

2019年8月20日