水工结构工程国家重点学科申请报告

水工结构工程国家重点学科
申请报告
单位名称：西安理工大学
申请学科名称：水工结构工程
西安理工大学
2007年6月9日
目录
1 学科简介..................................................... 错误!未定义书签。

本学科点的历史沿革与现状概述....................... 错误!未定义书签。

本学科点的主要研究方向介绍........................... 错误!未定义书签。

本学科点的国家需求分析和发展前景............... 错误!未定义书签。

2 学术团队..................................................... 错误!未定义书签。

本学科点主要学术带头人简介........................... 错误!未定义书签。

本学科点学术梯队情况....................................... 错误!未定义书签。

3 科学研究..................................................... 错误!未定义书签。

本学科点科学研究情况....................................... 错误!未定义书签。

本学科点的科学贡献（或社会服务贡献）情况错误!未定义书签。

4 人才培养..................................................... 错误!未定义书签。

本学科点在保证人才培养质量方面的主要措施和已取得成效错误!未定义书签。

本学科点培养博士的规模和优秀博士毕业生简介错误!未定义书签。

5 学术交流..................................................... 错误!未定义书签。

6 支撑条件..................................................... 错误!未定义书签。

本学科点教学科研条件基本情况....................... 错误!未定义书签。

本学科点相关学科支撑情况简介....................... 错误!未定义书签。

本学科点资金投入和使用情况........................... 错误!未定义书签。

1 学科简介
本学科点的历史沿革与现状概述
西安理工大学水工结构工程学科源于1937年成立的西北工学院水利系，历经西北工学院、西安动力学院、西安交通大学、陕西工业大学、西北农学院、陕西机械学院，发展成为现在的水工结构工程学科。

该学科1981年经国务院学位委员会批准获硕士学位授予权，1984年经原机械工业部批准获部级重点学科、1998年转为陕西省重点学科，1995年获准设立水利工程博士后流动站，2001年获准水利工程一级学科博士学位授予权。

学科从上世纪50年代初开始建设。

在老校长、着名水利工程专家田鸿宾教授的带领下，张海东、戴振霖、刘景翼等教授在水工隧洞与地下结构研究领域做出了可圈可点的贡献；知名学者王克成等教授较早开展了拱坝抗震研究；杨菊生、陈才旺等教授在国内较早地应用电算进行了坝体应力分析与体型优化；黄松梅等教授是我国最早应用离心机、光弹试验进行坝体应力试验的学者之一；孙振天、蒋长元、杨全民等教授在国内最早开展沥青混凝土材料性能研究和坝工防渗技术应用研究；张彦法等教授是我国有影响的较早开展坝体温度应力分析的学者之一；谢定义、巫志辉等教授在土石坝与工程抗震、土石坝动力稳定分析、基础液化分析与处理措施等研究领域做出了重要贡献；在水工泄洪与消能工领域，李建中、闫晋垣、赵修荣等教授从上世纪70年代开始就在国内享有很高的学术声誉。

砌石坝建坝技术、黄土地区辐射井研究、水坠筑坝及水力冲填技术、定向爆破筑坝技术等5个研究成果获1978年全国科学大会奖。

改革开放后学科培养的一批中青年学者秉承老一代的优良学术风格，艰苦奋斗、努力拼搏，已成长为各自领域的优秀学术带头人。

形成了水工隧洞与地下厂房结构、混凝土高坝应力分析与防渗技术、土石坝
与土工抗震、泄水建筑物消能理论与技术4个稳固而有特色的研究方向。

目前，学科拥有各类人员45人，其中教授20人、副教授16人，具有博士学位32人，占%；1名中国科学院“百人计划”入选者、3名陕西省三五人才、1名全国优秀教师、5名省部级优秀教师；1名教育部高校青年奖获得者；9名出站博士后；6名归国博士。

2001年—2006年，本学科完成各类科研课题590项，总到款万元，其中，国家级课题27项，经费万元；省部级纵向课题39项，经费万元。

获国家教学成果二等奖1项、省部级科学技术奖15项、霍英东教育基金奖1项、茅以升科技教育基金大奖和青年奖各1项、专利9项。

发表论文738篇，其中SCI、EI收录133篇。

出版专着15部。

目前，在研项目119项，经费达万元，其中国家自然科学基金项目11项、国务院各部门项目23项。

本学科点的主要研究方向介绍
历经70多年的发展，本学科已经形成了以下特色鲜明、优势突出的稳定研究方向。

1.2.1 水工隧洞与地下厂房结构
水工隧洞与地下厂房结构方向是本学科最早、最具特色的研究方向之一。

张海东、戴振林、刘景翼等教授从上世纪50年代起一直在水工隧洞领域进行教学与研究，参加了历届水工隧洞设计规范的科研与编写。

在80年代初建设了大型三向加载的地下结构模拟试验系统，对高地应力条件下不同地质构造的围岩破坏模态与喷锚支护加固机理、设计方法开展了颇具特色的系统试验研究。

学科带头人李宁教授带领该方向研究人员与国际着名学者等教授合作进行了10多项隧洞科研设计研究，承担过华盛顿地铁Fort-Tota站、伦敦地铁Jubilee支线、慕尼黑地铁等6项地铁工程设计研究、反演分析与稳定性评价工作。

在国内，率先应用计算机仿真试验的方法，对大型水
电工程地下洞群（水工隧洞、地下厂房）的围岩稳定性分析方法、优化设计理论与方法进行了系统深入的研究。

开展了以围岩损伤力学为基础的裂隙化洞室围岩力学机理与变形规律的研究，以仿真试验为基础的洞室围岩喷锚支护加固机理与优化设计研究以及围岩应力场、渗流场和温度场三场耦合为基础的深埋长大引水隧洞设计新方法，已引起了一些院士、专家关注，国内首创的“隧洞自动化分析与设计软件系统”（版权号：9）受到同行们越来越多的重视。

结合向家坝、下坂地、思林、拉西瓦等水电站地下厂房分期开挖围岩稳定分析与支护结构优化，系统研究了高地应力、大跨度、复杂地质条件下地下洞室围岩稳定性评价标准与支护结构优化设计原则。

近10年来，先后承担了国家攻关项目（子题）2项，国家自然基金、国家重点实验室开放基金、中科院院长特别基金等15项；承担了国内80多项大、中型水电工程的洞群稳定分析与优化设计等项目，获批发明专利“一种SCS组合式水电站压力埋管的设计方法”（）；在《Int. J. of Rock Mech. and Min. Sci.》、《水利学报》、《水力发电学报》、《岩土工程学报》等刊物上表相关论文263篇，其中SCI、EI收录67篇，出版专着5部，获省部级科学技术奖9项。

1.2.2 混凝土高坝应力分析与防渗技术
该研究方向主要致力于混凝土高坝静、动力分析、温度应力分析，沥青混凝土防渗技术，坝基坝肩渗流、应力与温度耦合作用的理论研究。

从上世纪70年代开始，结合国家“七五”、“八五”科技攻关项目，对混凝土坝应力分析理论进行了系统研究，提出的考虑扭转系统的拱冠梁法及分析软件，在80年代拱坝设计规范中推荐应用；结合三峡工程温度应力分析子课题、“八五”、“九五”攻关等项目，开展了大体积混凝土结构水化热温升过程与热传导规律研究，提出了碾压混凝土坝温度场和温度应力的薄层单元分析法和浮动网格法，解决了200 米级高碾压混凝土坝模拟施工过程和环境条件以及热力学参数随时间变化的数值模
拟分析难题。

作为国内唯一一家对水工沥青混凝土防渗技术及相应的施工设备与试验仪器进行了长期系统研究的单位，创办了国内唯一的沥青混凝土防渗学术刊物，编写了3部水工沥青混凝土防渗工程的设计、施工和试验规范，研制了20余种沥青混凝土材料性能实验检测仪器及施工机械设备，为我国沥青混凝土防渗技术的研究与应用奠定了基础。

结合10多项国家、省部级项目研究，发展和完善了高坝坝基渗流力学的非线性理论，首次提出裂隙水流对裂隙壁施加的切向拖曳力理论、工程岩体渗透特性分类的多指标体系模糊数学方法以及多重介质模型、三维裂隙网络耦合模型等一些新的渗流力学计算方法。

研究成果先后在龙滩、百色、李家峡、拉西瓦、小湾、大柳树等47座大型水电工程中广泛应用。

所完成的福建坑口电站沥青混凝土防渗技术研究曾获国家科技进步一等奖、正岔水库试验坝曾获国家科技进步三等奖、允许拱坝开裂的计算方法研究获水利部科技进步二等奖、龙滩碾压混凝土重力坝温度应力的计算与分析获陕西省政府科技进步二等奖。

近10年来，承担各类科研课题156项，总计到款2565万元，出版专着6部，发表学术论文387篇，其中SCI、EI收录51篇，获省、部级科学技术奖7项。

1.2.3 土石坝与土工抗震
该方向在上世纪60年代以来，开展了定向爆破筑坝、水力冲填筑坝、碾压土石坝技术研究以及饱和砂土液化与土工抗震研究。

完成了首个定向爆破筑坝工程（石砭峪）；提出了黄土高原冲淤筑坝技术原则。

近10年来，重点研究土石坝材料静动力学特性、分析方法及抗震措施。

首次提出了砂土瞬态极限平衡理论，建立了考虑物态变化砂土液化的动本构模型及地震液化判断新标准，首先研制出了气动式动三轴仪；在粘土心墙坝与均质坝研究领域，首次提出了描述土的结构性参数，建立了增湿弹塑性及结构性参数本构模型；在土坝非饱和土研究领域，开发了双源
双能γ射线三轴测试设备、水气运动规律测试设备，对非饱和土进行了系统研究，提出新的固结理论和本构模型，应用于黑河、恰甫其海、下坂地等土石坝的静动力稳定性分析研究。

近10年来，完成国家自然科学基金、国家攻关项目20多项，总计到款715万元；发表学术论文312篇，其中SCI、EI检索收录46篇，出版专着6部；获省部级科学技术奖6项。

1.2.4 泄水建筑物消能理论与技术
从上世纪50年代，对水工建筑物的各种消能问题展开研究。

60年代建起了高速水流实验室，七十至八十年代，结合刘家峡、乌江渡、龙羊峡、安康、柘林水电站等工程，对高坝紊流边界层水力特性进行了研究，提出了一种新型消能工－柘林掺气消能墩，对窄缝消能工、宽尾墩消能工进行了研究，成果应用于30多项水电站工程，收到了明显的经济和社会效益。

近年来，该研究方向在高坝水流紊流边界层、新型消能工水力特性、破坏机理、掺气水流特性以及泄水建筑物数值模拟方面展开了研究，从高坝紊流边界层的理论研究——揭示其水反弧段空化机理、紊流边界层缩尺影响，到消能工的理论与技术研究——提出一种新型消能工－掺气分流墩和齿墩掺气坎；从300米级高水头大流量作用下的新型消能防冲结构－反拱水垫塘破坏机理、底板缝隙中的水力特性的研究，到高水头作用下的两种新型消能工——竖井进流水平旋转内消能泄水道、旋流阻塞复合式内消能泄洪洞的研究等。

这些丰富和发展了消能工的理论，有效地指导了工程设计，研究成果先后在小湾、溪洛渡、拉西瓦等多个高坝工程中得到应用。

近10年来，承担国家自然科学基金、国家攻关课题8项，大型水电工程课题40多项；发表论文116篇，其中SCI、EI收录35篇，出版专着5部，获省部级科学技术奖6项。

本学科点的国家需求分析和发展前景
我国水能资源总量位居世界第一，其中西部占近80%，开发不足20%。

大力开发西部水电是国家能源持续发展的主要战略。

西部地区山高谷深、地势陡峻，水电建设面临的主要工程问题是高坝大库、高埋深长大引水隧洞、高地应力地质环境下的地下厂房以及高水头大泄量的水工消能等问题，这些特殊的工程问题是国内外前所未有的工程难题，它蕴含的以上几个主要科学与工程问题恰恰是本学科长期以来系统研究工作所形成的特色研究方向：水工隧洞与地下厂房结构、混凝土高坝应力分析与防渗技术、土石坝与土工抗震、泄水建筑物消能理论与技术。

正是本学科的科研特色对应着国家西部水电建设的关键技术难题，在国家几乎所有的大型水电工程中都能看到或听到本学科的身影或声音。

由于本学科所处的地理优势，还为西北水电行业培养了大批的科研与技术骨干。

综合分析本学科所处的特殊地域、特色研究方向与特殊研究优势以及国家西部水电工程面临的或将面临的特殊工程难题以及对本领域高层次人才的需求，本学科发展成为国家重点学科的历史性与现实性、迫切性与必要性、科学性与合理性已不言而喻。

本学科的不足主要体现在国家西部水电发展对科研的高需求与学科的较低发展平台之矛盾，学科所在的地域、学校的经济实力与资助力度、吸引人才的条件等均无法与东部、沿海或国家211大学的相关学科相比，特别是在国际学术交流与人员互访方面，还需要各方给予经济支持与政策倾斜。

2 学术团队
本学科点主要学术带头人简介
李宁1959年11月生，教授、博士生导师。

奥地利Innsbruck大学
工学博士，现为水工结构工程学科带头人；中国岩石力学与工程学会常务理事、陕西省岩石力学与工程学会理事长、《岩土工程学报》、《岩石力学与工程学报》编委，陕西省黄土力学与工程重点实验室主任，部跨世纪学科带头人，1997年入选中科院“百人计划”。

在地下洞室数值仿真分析与优化设计理论、裂隙岩体力学方面有深入研究，分别提出了裂隙岩体爆振细观损伤模型、往返振动下岩体疲劳损伤、动荷下细观断裂损伤、裂隙局部化损伤等四大模型，以及裂隙围岩中水工隧洞设计的新理念、新方法；开发了“隧洞自动化分析设计平台”，提出了隧洞安全评价新方法，建立了隧洞仿真反演分析与强度参数反演理论与方法；发表学术论文211篇，被三大检索收录80余篇，专着及合着5部。

在洞室工程与围岩力学特性研究方面获省部科学技术一等奖2项、二等奖2项，专利3项；承担并完成了水工隧洞与地下厂房方面的科研项目83项。

柴军瑞1968年10月生，博士，教授、博士生导师。

曾分别在日本京都大学、福井大学进行合作研究各一年，曾入选湖北省“楚天学者计划”特聘教授和教育部“新世纪优秀人才”。

主要从事水工结构渗流力学与数值仿真、岩土水力学等方面的科研教学工作，特别在高坝工程渗流力学非线性问题分类体系、高坝岩体水力学基础理论、高坝工程渗流应力耦合理论与数值求解、高坝工程渗流分析软件开发与工程应用研究等方面进行了深入的研究。

先后主持了国家自然科学基金2项、国家博士后科学基金、教育部“新世纪优秀人才支持计划”、陕西省自然科学研究计划等省部级以上纵向科研项目共10余项，出版学术专着1部，在国内外共发表论文100余篇，其中三大检索已收录30余篇次，论着被他人引用300余篇次。

邵生俊1964年10月生，博士，教授、博士生导师。

陕西省黄土力学与工程重点实验室副主任，中国土木工程学会土力学与岩土工程学会理事、《岩土工程学报》编委等。

1999-2000年到日本福井大学访问进修。

在土石坝及其抗震工程方面取得的研究成果：揭示了饱和砂土的物态变化机理，建立了砂土的物态本构模型；开发了新型传动机构的压扭双向
耦合振动试验仪；基于综合结构势发展了复杂应力条件下的结构性定量化参数，建立了结构性参数本构模型与考虑增湿作用的非线性损伤本构模型；从控制水分运移角度出发，提出了湿陷性黄土围封处理新方法，发表学术论文80多篇，获得省部级科学技术奖2项。

孙建1957年8月生，教授、博士生导师，清华大学水力学及河流动力学学科工学博士。

中国水力发电学会水工水力学专业委员会委员、中国水利学会水力学专业委员会委员；主要取得的研究成果：对掺气分流墩和齿墩消能工的水力特性进行了深入研究，获得其墩头动力特性，空化特性、脉动压强比尺效应规律；建立了高拱坝下游分层挑流、多股水舌碰撞作用下基岩冲刷平衡深度的预报理论；对300米级高拱坝下反拱水垫塘进行了研究，获得了底板缝隙动水压力、底板块上举力、拱端力变化规律，揭示了拱圈底板块破坏机理。

发表论文40余篇，撰写专着《高拱坝坝身泄洪消能和防冲研究》1部，获陕西省科学技术一等奖1项。

李守义1955年7月生，博士，教授、博士生导师。

陕西省水力发电工程学会水工及水电站专业委员会主任委员、陕西省水利学会水工专业委员会委员；主要取得的研究成果：通过大体积混凝土结构水化热温升过程与热传导规律研究，提出了碾压混凝土坝温度场和温度应力的薄层单元分析法和浮动网格法，解决了200 米级高碾压混凝土坝模拟施工过程和环境条件以及热力学参数随时间变化的数值模拟分析难题；主持完成了国电公司科研计划项目和国家大型水电建设项目等纵横向科研30多项，发表学术论文70余篇，出版专着2部，获省部级科学技术奖3项。

党发宁1962年7月生，博士，教授、博士生导师。

中国水力发电学会抗震防灾专业委员会委员；建立了变刚度混合型有限元模型与算法、数字混凝土模型，提出了基于CT数的岩土破损力学理论框架。

主持国家自然科学基金重大研究计划重点项目子题1项、国家自然科学基金2项、博士后基金项目等近10个纵向课题，主持横向课题近20项。

在《中国科学》、《水利学报》等期刊上发表论文近80篇，SCI、EI收录近20篇，获省部级科学技术奖2项。

本学科点学术梯队情况
水工结构工程学科点始终拥有一支团结、奋进、求实、创新的学术团队，其学科梯队的知识结构和年龄结构合理，学科带头人和主要学术带头人均为学术上颇有建树的教授、博导。

学术团队师资力量雄厚，现有人员45人，其中教授20人，副教授16人，讲师9人。

学科所有研究人员均具有硕士以上学历，其中博士32名，占％。

学术团队年龄结构合理，35岁以下教授1人、副教授1人、讲师9人，36-45岁教授9人、副教授14人，46-55岁教授8人、副教授1人；56岁以上教授2人。

在外校取得学位24人，占总人数的%。

3 科学研究
本学科点科学研究情况
6年来，完成各类科研课题590项，总计到款万元。

其中国家级课题27项，万元；省部级课题39项，万元；其它纵向课题67项，万元；横向课题351项，万元；设计咨询106项，万元；出版专着等15部；发表论文738篇，SCI、EI检索133篇；获省部级奖15项。

目前，在研项目119项，经费达万元，其中国家自然科学基金项目11项、国务院各部门项目23项。

本学科点的科学贡献（或社会服务贡献）情况
（1）节理裂隙围岩体介质动力学性质研究：通过系统模型试验与数值试验对动载下节理岩体介质进行了深入研究与探索，提出了裂隙围岩爆振损伤、断裂损伤、振动疲劳损伤与裂隙细观损伤四大力学模型，发表在《Int. J. of Rock Mech. and Min. Sci.》(7)、(1)、(2)、《Int. J. of Damage Mech.》（2），成果已应用于小湾、拉西瓦、锦屏等工程，2006年获陕西
省科学技术一等奖。

（2）碾压混凝土高坝温度场及应力研究：结合国家科技攻关项目和国电公司科学研究计划等项目，建立了模拟施工过程的仿真分析模型，提出了三维有限元浮动网格法。

成果先后在广西龙滩和百色、四川武都等10多个水电工程中得到应用，获陕西省科学技术二等奖。

（3）地下洞室围岩监测按全评价新方法：对围岩变形空间规律进行三维数值模拟与现场系统测试，提出了成组多断面分部位移测试法和断面分部开挖量测围岩变形全过程法，克服了传统监测技术总位移丢失、结果片面、随机性高、偏差大等不足。

成果应用于我国20多个大、中型水电工程，2004年获教育部提名国家科技进步二等奖。

（4）水工隧洞仿真反演分析理论与稳定性评价方法：结合地下洞室仿真分析技术，提出了跟踪施工过程、考虑支护效果的仿真反演分析理论与方法；基于实测弹塑性位移分离思路，解决了无法进行强度参数反演等难题；提出了一种综合考虑洞室埋深、断面尺寸及围岩力学参数的围岩稳定性评价指标计算体系；成果应用于西安黑河导流洞，紫坪铺泄洪洞，拉西瓦地下厂房等30多个水电工程，部分成果2005年获得陕西省科学技术二等奖。

（5）沥青混凝土与防渗技术：系统研究了水工沥青混凝土心墙配合比、热流变、耐久性、低温防裂、静动力学特性等关键问题，编写了我国第一部沥青混凝土试验规程；通过理论分析、室内试验和原型试验研究，根据不同的坝型提出了大坝沥青混凝土防渗结构的设计与施工规程，之后修订为行业规范。

（6）高坝坝基、坝肩裂隙岩体渗流特性与分析模拟研究：提出了高坝渗流的7类非线性问题，对坝基岩体渗透特性分类的多指标体系应用模糊数学的方法进行研究；提出了高坝坝基、坝肩岩体渗流场与应力场耦合分析的新模型和分析方法，在龙滩碾压混凝土坝、小湾拱坝、大柳树、泄滩滑坡等工程中得到应用。

（7）土石坝抗震的液化理论研究：揭示了饱和砂土的初剪缩、次剪
缩、剪胀、弹性剪切、反向剪缩的物态变化特性等；建立了饱和砂土液化破坏分析的瞬态极限平衡理论、瞬态有效抗剪强度准则、物态变化规律与判别准则及物态本构模型，为土动力学的研究开辟了一条新途径。

将这些理论应用到三峡工程高土石围堰、吉林台大坝以及下坂地土石坝等工程地基、坝壳液化可能性及稳定性的评价和论证。

（8）土石坝的变形分析研究：重点开展了湿化变形及非饱和土固结理论研究，揭示了力、水耦合作用下土的增湿变形特性及结构性变化特性，建立了增湿弹塑性本构模型及结构性参数本构模型；从混合物理论出发，建立了非饱和土的混合物固结理论，解决了当时国内最高粘土心墙坝-黑河土石坝以及目前国内最深的覆盖层-下坂地土石坝坝基覆盖层的沉降变形预测及坝坡稳定性等问题，相关成果正在报奖中。

（9）掺气分流墩水力特性研究：提出了新型消能工－掺气分流墩、齿墩掺气坎，原型运用证明具有显着的掺气消能效果，通过系列研究获得其墩头动力特性、空化特性、水舌扩散特性和消能特性，提出了掺气分流墩的附加动量理论，揭示了掺气分流墩消能掺气机理，获2003年陕西省科学技术一等奖。

4 人才培养
学科立足西部，面向全国，致力于培养思想品德合格、理论基础扎实、实践能力强、甘于根扎西部、勇于吃苦耐劳的高层次复合型研究人才。

2002年，我校的水利水电工程专业获陕西省名牌专业。

本学科已培养博士30人，硕士165人。

目前在读博士生23人，硕士生185人。

张平、柴军瑞的博士论文获陕西省优秀博士论文，本学科所培养的学生遍布全国各地，他们之中有许多学生已在我国许多着名高校、设计院以及大型水电工程建设单位担任重要的职务。