文/圖 新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院

新疆建筑科學(xué)研究院

安徽徽風(fēng)新型合成材料有限公司

新疆新工勘巖土工程勘察設(shè)計院有限公司

山東路德新材料股份有限公司

“復(fù)雜條件下土工合成材料加筋土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)體系與應(yīng)用”項目研究，以新疆交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院為總體牽頭單位，組織了包括高等院校、科研單位、設(shè)計院所、施工單位等10余家單位、150多名主要研究人員協(xié)作攻關(guān)。

項目背景與總體思路

隨著我國經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展，交通工程建設(shè)項目中高填筑構(gòu)筑物越來越常見，高填筑構(gòu)筑物及邊坡穩(wěn)定性控制關(guān)系到交通工程建設(shè)質(zhì)量和效益。土工合成材料加筋土結(jié)構(gòu)對解決復(fù)雜條件下高填筑構(gòu)筑物及邊坡穩(wěn)定性問題具有重要作用。然而我國的應(yīng)用起步較晚，現(xiàn)有工程技術(shù)理論存在諸多誤區(qū)，存在應(yīng)用邊界條件模糊、設(shè)計方法和手段較落后、結(jié)構(gòu)型式不合理、材料性能差等問題，難以適應(yīng)日益復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境條件。因此，開展加筋土結(jié)構(gòu)理論、工程技術(shù)和新材料的創(chuàng)新研究與應(yīng)用實踐具有重要意義。

技術(shù)路線圖

針對高烈度地震區(qū)、復(fù)雜填料、寒區(qū)等條件下加筋土柔性結(jié)構(gòu)體系理論和工程應(yīng)用中面臨的重大技術(shù)難題，新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院、長安大學(xué)、華中科技大學(xué)、武漢理工大學(xué)、新疆建筑科學(xué)研究院（有限責(zé)任公司）、安徽徽風(fēng)新型合成材料有限公司、清華大學(xué)、交通運輸部公路科學(xué)研究院、新疆新工勘巖土工程勘察設(shè)計院有限公司和山東路德新材料股份有限公司組成研究團隊，歷時10余年，采用現(xiàn)場踏勘、理論分析、數(shù)值模擬、室內(nèi)試驗與現(xiàn)場試驗等方法開展研究，在土工合成材料性能及新材料研發(fā)、加筋土力學(xué)特性、筋土相互作用、加筋結(jié)構(gòu)長期服役性能、地震響應(yīng)及失效模式、穩(wěn)定性計算方法及工程應(yīng)用等方面有重大突破和實質(zhì)性創(chuàng)新，形成了集理論、實踐于一體的建設(shè)成套技術(shù)，攻克了復(fù)雜條件下加筋土柔性結(jié)構(gòu)建設(shè)的重大科學(xué)技術(shù)難題。

該項目完成相關(guān)理化性能試驗達5000余次，共建立并分析了二維或三維數(shù)非線性靜動力數(shù)值模型1300多個，開展離心機靜動力模型試驗32組，其中在國內(nèi)首次開展了加筋土結(jié)構(gòu)離心震動臺試驗，完成大型三軸、直剪或拉拔試驗530組；完成加筋土結(jié)構(gòu)分析程序或子程序11套，并在20多座加筋土結(jié)構(gòu)上開展了現(xiàn)場試驗與工程驗證。

加筋土結(jié)構(gòu)離心震動臺試驗

“在土工合成材料性能及新材料研發(fā)、加筋土力學(xué)特性、筋土相互作用、加筋結(jié)構(gòu)長期服役性能、加筋結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)及失效模式、穩(wěn)定性計算方法及工程應(yīng)用等方面有重大突破和實質(zhì)性創(chuàng)新，形成了集理論、實踐于一體的建設(shè)成套技術(shù)，攻克了復(fù)雜條件下加筋土柔性結(jié)構(gòu)建設(shè)重大科學(xué)技術(shù)難題，研究成果達到國際領(lǐng)先水平?！?/p>

——2020年7月，以鄧銘江院士為組長，鄭穎人院士、賴遠明院士、崔鵬院士、楊春和院士為成員的評價組對該項目的研究成果進行了評價。

新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院

新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院（簡稱“新疆交通勘察設(shè)計院”）成立于1961年4月，是1986年勘察設(shè)計行業(yè)實行資質(zhì)管理以來全國首批10家公路工程甲級勘察設(shè)計單位之一。目前，業(yè)務(wù)涵蓋交通戰(zhàn)略與政策研究、綜合交通及國土空間規(guī)劃、工程咨詢、公路工程勘察設(shè)計、市政公用工程勘察設(shè)計、工業(yè)與民用建筑勘察設(shè)計、工程勘察（巖土工程、水文地質(zhì)、巖土測量）、橋梁與渡河工程、隧道與地下工程、交通信息工程、風(fēng)景園林、測繪地理信息、交旅融合工程、交通專項評價、環(huán)境保護等領(lǐng)域，形成了專業(yè)門類齊全的多元化產(chǎn)業(yè)格局。

截至目前，新疆交通勘察設(shè)計院共承擔(dān)科研項目70余項，獲批國家自然科學(xué)基金1項、中國博士后科學(xué)基金資助項目3項、交通運輸部重大工程建設(shè)領(lǐng)域創(chuàng)新研發(fā)項目2項、中國氣象局科學(xué)基金1項、自治區(qū)重大專項資助項目1項、自治區(qū)科技廳青年基金項目1項、自治區(qū)交通運輸重點科技項目3項、自治區(qū)專家顧問團決策研究與咨詢項目2項、自治區(qū)高層次人才基金2項和自治區(qū)交通廳科技項目1項，年均研發(fā)經(jīng)費達1600萬元。

該項目以新疆交通勘察設(shè)計院科技研發(fā)中心為主要團隊，該中心主要從事公路工程領(lǐng)域重大科研項目的研究工作。自成立以來，一直以建設(shè)疆內(nèi)一流、國內(nèi)知名的公路工程研究機構(gòu)為目標，攻堅克難，積極解決新疆公路工程建設(shè)中遇到的技術(shù)難題，推動公路工程科學(xué)建設(shè)。中心現(xiàn)有全、兼職研究人員26人，其中博士5人、在站博士后3人、正高級工程師13人，高級工程師9人，是新疆交通運輸領(lǐng)域涉及面最全、研究方向最系統(tǒng)、梯隊最完整、發(fā)展?jié)摿ψ顑?yōu)的科研中心，其中“復(fù)雜條件下土工合成材料加筋土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)體系與應(yīng)用”科研成果處于國際領(lǐng)先水平。

科技創(chuàng)新與推動學(xué)科發(fā)展作用

項目組通過多學(xué)科相互補充、支撐的形式展開研究，成果對該領(lǐng)域的科技進步和發(fā)展起到了推動作用。

地震作用下雙面加筋土擋墻剪應(yīng)變云圖

在土工合成材料性能及新材料研發(fā)方面，開發(fā)出了嚴寒地區(qū)特殊環(huán)境下，適合使用的土工材料及生產(chǎn)控制系統(tǒng)，取得多項發(fā)明專利授權(quán)，其中包括日本、美國、澳大利亞等國外專利；研發(fā)了適用于復(fù)雜條件的新型高性能長壽命土工格柵等土工合成材料，為構(gòu)建高陡加筋土坡淺層和深層一體化柔性防護新型結(jié)構(gòu)型式打下堅實基礎(chǔ)。研發(fā)的新型多向塑料土工格柵產(chǎn)品打破了國外壟斷，入選山東省創(chuàng)新產(chǎn)品，獲得中國專利優(yōu)秀獎。

新疆建筑科學(xué)研究院

新疆建筑科學(xué)研究院（簡稱“建科院”）前身為新疆建筑科研所，成立于1956年，2003年，改制為新疆建筑科學(xué)研究院（有限責(zé)任公司），2010年由中國建筑工程總公司重組，現(xiàn)隸屬中建新疆建工集團管理，是中建新疆建工技術(shù)支撐單位，自治區(qū)最大的集建筑技術(shù)開發(fā)、建材研發(fā)、工程檢測、勘察、設(shè)計、監(jiān)理和咨詢?yōu)橐惑w的綜合性建筑科研機構(gòu)，綜合競爭能力處于自治區(qū)建筑科技領(lǐng)先行列。

自成立以來，建科院主持和參與完成了建筑業(yè)新技術(shù)、新材料、新工藝、新裝備等科研課題300余項，參與了自治區(qū)一大批重點工程項目的建設(shè)，取得了260多項重大科研成果。先后獲得國家級獎3項，省部級獎50余項，榮獲“全國建設(shè)技術(shù)創(chuàng)新工作先進單位”“全國工程勘察先進單位”“中國十大科技成就獎”（塔里木沙漠公路工程）、國家級（單項工程）銀獎等榮譽。

該項目以“劉學(xué)軍創(chuàng)新工作室”為主要創(chuàng)新團隊，主要成員由新疆建筑科學(xué)研究院12人組成，其中教授級高級工程師2人。高級工程師3人，工程師6人，經(jīng)費助理1人（會計師）。另外外聘專家2人，均為博士學(xué)位，正高級職稱。研究團隊多年來一直進行巖土工程勘察、設(shè)計、施工領(lǐng)域的科研工作，取得了一系列成果，尤其是在急傾斜煤層采空區(qū)勘察治理和松散巖土注漿加固方面，達到了國際先進、國內(nèi)領(lǐng)先水平，在國內(nèi)有一定影響力。

在加筋土力學(xué)特性方面，明確了主要設(shè)計參數(shù)及取值范圍，提出了可合理模擬帶黏粒壓實填料及土工合成材料非線性、動力滯回特性及彈塑性的本構(gòu)模型。

在筋土相互作用理論方面，提出了加筋土材料和筋-土相互作用力學(xué)響應(yīng)新型理論模型，加筋土材料和筋-土相互作用力學(xué)響應(yīng)新型理論模型，土工格室加筋土等效強度與等效剛度理論模型；解決了現(xiàn)有方法不能考慮填料體變，以及無法確定土工格室加筋土的破壞軸向應(yīng)變兩大難題，能夠反映填料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的非線性、壓硬性和剪脹性，準確確定格室加筋土的等效強度和等效剛度。

在加筋結(jié)構(gòu)服役性能方面，明確了加筋土結(jié)構(gòu)在長期靜載及地震動載作用下的滑移面特征和影響加筋土結(jié)構(gòu)長期服役及抗震性能的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)。首次發(fā)現(xiàn)了擋墻結(jié)構(gòu)中填土-筋材流變性之間的相互影響關(guān)系，解決了擋墻結(jié)構(gòu)蠕變對其抗震性能影響作用不清的關(guān)鍵難題。

土工格室拉伸前電鏡照片

土工格室拉伸后電鏡照片

在加筋結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)及失效模式方面，提出了土工格柵及土工格室兩類不同加筋模式下加筋土的重要加筋機理，以及復(fù)雜填料加筋土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵靜動力服役規(guī)律和失效模式。揭示了加筋結(jié)構(gòu)截面參數(shù)對擋墻破壞模式的影響規(guī)律，明確了土工格室擋墻破壞力學(xué)機制及影響因素，類邊坡破壞和剛性擋墻破壞形態(tài)，并明確了這兩種形態(tài)轉(zhuǎn)化的臨界值。揭示了加筋土結(jié)構(gòu)靜動力服役規(guī)律和失效模式，首次發(fā)現(xiàn)了土工格室擋墻類邊坡破壞和剛性擋墻破壞形態(tài)。

新型高強土工格室

土工格室擋墻

墻面格室竣工一年以后

小綠谷山體綠化加固后效果近景

安徽徽風(fēng)新型合成材料有限公司

安徽徽風(fēng)新型合成材料有限公司（簡稱“徽風(fēng)公司”）成立于2006年8月，是一家集產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品制造和產(chǎn)品銷售為一體的高新技術(shù)企業(yè)。

創(chuàng)立伊始，徽風(fēng)公司就一直堅持建立以產(chǎn)學(xué)研深度融合為基礎(chǔ)的技術(shù)創(chuàng)新體系，目前已與多家科研院所形成合作關(guān)系，實施產(chǎn)學(xué)研合作項目10余項。主要項目包括與新疆交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院和長安大學(xué)開發(fā)單位的“復(fù)雜條件下土工合成材料加筋土結(jié)構(gòu)體系關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項目，與河南新融公司和中國科學(xué)院武漢巖土分院開發(fā)的“基于邊坡防護的一種pe-t注塑土工格室”項目。

此外，在材料改性方面，徽風(fēng)公司先后與合肥工業(yè)大學(xué)和南京工業(yè)大學(xué)創(chuàng)建了產(chǎn)學(xué)研基地，共同研究開發(fā)了疏水增強型高強度尼龍料和耐老化大分子量聚乙烯等材料。這些材料在注塑格室上應(yīng)用后，充分解決了土工格室節(jié)點曝露在復(fù)雜條件下后，其強度及老化性能衰減的難題，土工格室強度衰減可控制在5%以內(nèi)，耐老化性能可提高20%。

在產(chǎn)品應(yīng)用方面，徽風(fēng)公司與新疆交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院、中國科學(xué)院、長安大學(xué)等單位，共同在高速公路上設(shè)立土工格室實驗段，通過收集土工格柵與土工格室的受力數(shù)據(jù)，對比分析，得出二者不同的加筋特性，同時通過反復(fù)試驗驗證，不斷總結(jié)出土工格室填料的選用、網(wǎng)格尺寸、片材高度等，以及對路基加筋作用的影響。諸多試驗數(shù)據(jù)為國內(nèi)土工格室的規(guī)格選用和應(yīng)用開發(fā)方向提供了堅實的基礎(chǔ)，填補了國內(nèi)空白。

在加筋土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算方法方面，提出了土工格柵及土工格室兩類不同加筋模式下復(fù)雜填料加筋土結(jié)構(gòu)體系的成套穩(wěn)定性設(shè)計分析方法。該方法建模高效快速、功能完善、操作簡便、其搜索算法先進，滑面搜索準確可靠、搜索效率比國際通行算法提高50%以上。

在新型加筋土結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)方面，提出了提高加筋土結(jié)構(gòu)靜動力力學(xué)性能的新型結(jié)構(gòu)形式和施工技術(shù)。與傳統(tǒng)等截面結(jié)構(gòu)型式相比，在穩(wěn)定性不變的前提下，節(jié)約工程造價約20%；施工速度快，同比條件可提高效率40%。

推廣應(yīng)用與經(jīng)濟效益

研究成果極大地降低工程造價

近年來，項目組注重成果的推廣應(yīng)用，成果已納入多部行業(yè)、團體和地方標準，成套關(guān)鍵技術(shù)已在我國新疆、西藏、山東、湖北等省、自治區(qū)公路、鐵路、民航、市政領(lǐng)域20余個項目中得到了推廣應(yīng)用。

新疆新工勘巖土工程勘察設(shè)計院有限公司

新疆新工勘巖土工程勘察設(shè)計院有限公司（簡稱“新工勘”），成立于2005年3月，注冊資本1600萬元。

新工勘擁有工程勘察專業(yè)類（巖土工程、水文地質(zhì)勘察、工程測量）甲級，地基基礎(chǔ)工程專業(yè)承包一級，地質(zhì)災(zāi)害（評估、勘查、設(shè)計、施工）乙級，測繪丙級、鑿井施工、勞務(wù)類工程鉆探乙級資質(zhì)。

新工勘先后獲得國家高新技術(shù)企業(yè)，自治區(qū)勘察設(shè)計誠信單位，烏魯木齊總工會工人先鋒號，烏魯木齊勘察設(shè)計先進單位等榮譽稱號。多次獲得自治區(qū)優(yōu)秀工程勘察設(shè)計獎。

新工勘先后在多個政府單位及大型企業(yè)進行了從業(yè)單位備案與合作；獲取中國石油天然氣塔里木油田分公司市場準入證、中國石油天然氣集團公司工程建筑承包商準入證，具有領(lǐng)先的技術(shù)能力與設(shè)計水平，獲得了合作單位的高度贊譽。

自成立以來，新工勘人的足跡踏遍天山南北遍及雪域高原直至國外，服務(wù)領(lǐng)域涉及工礦企業(yè)、市政、水利、能源、交通、城建、地質(zhì)災(zāi)害等，承擔(dān)的項目達幾千余項。

在青藏高原、新疆山嶺地區(qū)的工程應(yīng)用成效表明，該項目的研究成果有效提高了工程建設(shè)水平，尤其是對于寒區(qū)、高海拔山區(qū)、高原地區(qū)的公路、鐵路工程，與混凝土圬工結(jié)構(gòu)相比，其成果對氣候條件要求低，且不需養(yǎng)生，極大地延長了工程的可施工時間，極大地降低了工程施工成本。此外，該項目的研究成果所用填料可就地取材，施工便捷，不僅節(jié)約了工程占地面積，減小土石方開挖量，還減輕了工程對環(huán)境的消極影響。

中國制造成功走向國際市場

該項目采用多個自主研發(fā)的自動化控制技術(shù)生產(chǎn)，包括全自動上料、自動注塑、自動繞帶、自動沖孔等系統(tǒng)，最大程度做到了節(jié)約勞動力，減少環(huán)境污染，實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)。

同時，該項目在研發(fā)過程中，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品應(yīng)用均取得了多項發(fā)明專利和實用新型專利，包括3項國際專利；該項目研發(fā)的新產(chǎn)品技術(shù)含量、產(chǎn)品質(zhì)量遠高于國內(nèi)同行業(yè)產(chǎn)品，新產(chǎn)品在滿足國內(nèi)需求的同時，已經(jīng)成功走向國際市場，提高了我國土工合成材料在國際市場的競爭力。

某反恐訓(xùn)練基地土工格柵加筋擋彈30米高陡坡土堤（1 :0.364）

研究成果關(guān)系圖

未來展望與發(fā)展規(guī)劃

在未來的發(fā)展中，“復(fù)雜條件下土工合成材料加筋土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)體系與應(yīng)用”項目團隊將繼續(xù)以氣候嚴寒、高地震烈度、填料復(fù)雜等條件為研究基礎(chǔ)，以超高土工合成材料加筋土工構(gòu)筑物科學(xué)技術(shù)問題為導(dǎo)向，以G0711烏魯木齊至尉犁高速公路建設(shè)項目、國道218線那拉提至巴倫臺公路等國家重點公路建設(shè)項目建設(shè)的超高加筋土構(gòu)筑物為研究對象，對低溫環(huán)境下土工合成材料——復(fù)雜填料相互作用性能增強技術(shù)、超高土工合成材料加筋土陡坡路堤長期服役性抗震性能、超高土工合成材料加筋土陡坡路堤設(shè)計與施工方法等亟需攻克的科學(xué)和技術(shù)問題開展研究。

山東路德新材料股份有限公司

作為“復(fù)雜條件下土工合成材料加筋土結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)體系與應(yīng)用”的主要完成單位之一，山東路德新材料股份有限公司（簡稱“路德公司”）研發(fā)了適用于復(fù)雜條件的新型高性能長壽命土工格柵、土工格室等土工合成材料，為構(gòu)建高陡加筋土坡淺層和深層一體化柔性防護新型結(jié)構(gòu)型式打下堅實基礎(chǔ)。其中，新型多向塑料土工格柵產(chǎn)品打破了國外壟斷，入選山東省創(chuàng)新產(chǎn)品。

此外，路德公司研發(fā)的高強熔接整體式土工格室新產(chǎn)品是以聚丙烯為主要原料，添加一定的功能加工助劑，經(jīng)擠出拉伸后，再經(jīng)過全自動加熱熱熔焊接，形成的一種立體加筋材料。該產(chǎn)品創(chuàng)新性的將片材進行拉伸處理，使其具有較高的縱向拉伸強度和較低的延伸率，提高了格室力學(xué)性能。

經(jīng)過工程應(yīng)用實驗表明，高強熔接整體式土工格室的片材具有較高的縱向標稱拉伸強度和較低的延伸率，其組（間）內(nèi)節(jié)點連接處都具有較高的剝離強度和剪切強度，能滿足土工加筋工程領(lǐng)域的需要；由于其獨特的格室峰格穩(wěn)定性的特點，易鋪網(wǎng)，抗伏倒，適用于噴涂或輾壓等施工工藝且施工損傷小，特別是進行輾壓施工時，土工格室連接處的下部都被擠進地下，格室的連接處都與地面錨固，并且相互連接形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)體，是一種理想的立體土工加筋材料。