自然科学奖公示-同济大学

自然科学奖公示

自然奖：项目名称、推荐单位（专家）、项目简介、主要完成人情况表、代表性论文专著目录。

1、项目名称：高压实膨润土的热-水-力-化耦合特性及缓冲机理

2、项目简介：

本项目属于岩土工程防灾减灾学科，涉及环境工程、工程地质等多学科交叉。高放射性核废料的安全处置问题是制约核工业全面发展的关键，深地质处置被认为是目前最为可行的方法。处置库内作为缓冲/回填材料的高压实膨润土将长期遭受热-水-力-化多场耦合作用，其渗透水力特性、膨胀力学性能与工程屏障行为极其复杂。然而，针对这一复杂的多场耦合理论研究尚不充分，揭示这一复杂耦合行为特征的机理研究存在不足。

本项目以解决国家核电能源发展重大需求为目标，依托国家自然科学基金、国防科工局等科研项目，围绕“高压实膨润土的热-水-力-化耦合特性及缓冲机理”这一关键科学问题，通过试验研究-机理分析-模型建立的综合研究方法，取得的重要科学发现如下：

在热-水-力-化耦合特性方面：a. 基于多相吸力控制技术，深入研究了温度和孔隙水化学条件对膨润土持水性能的影响，查明了近场热-化作用下高压实GMZ 膨润土水分迁移的发展规律；b. 利用自主研发的热-化控制饱和/非饱和渗透试验装置，探明了温度和孔隙水化学条件对膨润土饱和/非饱和渗透性能的影响规律，再现了处置库近场多场耦合条件下膨润土的水化全过程，为构建考虑温度与化学影响的膨润土渗透模型提供依据；c.基于处置库近场孔隙水化学及热力学特征，研究了吸力、温度和孔隙水化学条件对膨润土力学特性的影响，揭示了多场耦合条件下GMZ膨润土体变特性的演化规律。

在缓冲机理方面：a. 基于温度和孔隙水化学作用下膨润土持水性能的发展规律，结合微观研究技术手段，揭示了高压实膨润土水分迁移的演化机理，并利用双孔结构理论，构建了考虑热、化耦合作用的膨润土土水特征模型，成功模拟了近场复杂条件下GMZ膨润土的持水特性；b. 基于温控饱和/非饱和渗透试验成果

以及膨润土微观结构变化规律，揭示了GMZ膨润土在多场作用下渗透性能的演化机理，并引入分形理论构建了考虑温度变化影响的饱和/非饱和渗透修正模型，准确模拟了温度对高压实膨润土渗透性能的影响；c. 基于处置库近场热力学及孔隙水化学特征，构建了基于温度屈服和双孔结构特性的热-水-力(THM)耦合本构模型，以及基于双孔结构和化学塑性变形理论的化-水-力(CHM)耦合本构模型；预测了热-水-力-化多场耦合条件下工程屏障的缓冲性能。

已发表学术论文62篇，其中SCI收录47篇、EI收录15篇（不含SCI收录论文）。研究成果被东京大学、伦敦大学、清华大学等本领域著名学术机构跟踪研究，得到了包括国际著名非饱和土力学专家Rahardjo Harianto教授，美国科学院院士、顶尖级农业水环境与水管理专家Larry C. Brown教授，国际岩土工程领域顶级期刊《Canadian Geotechnical Journal》主编、澳大利亚纽卡斯尔大学Sheng D.C.教授等国际知名学者的引用与肯定。项目成员入选上海市重点学科带头人、国家优秀青年科学基金、上海市“浦江人才计划”等；培养研究生获上海市研究生优秀成果（博士学位论文）奖2项。

经国家一级科技查新咨询单位检索，本项目成果“具有新颖性”，达到了“国际先进”水平。研究成果极大丰富了岩土工程防灾减灾基础理论，促进了工程地质、环境岩土工程与非饱和土力学等学科的交叉与发展，为揭示多场、多相耦合作用下土体变形理论做出了创新性贡献，在高放废物深地质处置、地下水污染控制以及污染土修复与处理等方面具有重大的应用前景。成果具有重要的科学意义和显著的社会经济价值。

3、主要完成人情况表

4、代表性论文