一、基础理论研究工作

软土力学及土与建筑物相互作用的研究方面：南京水科院自本学科创建以来，一直重视岩土力学基本理论研究工作，提出了大量卓有成效的研究成果。《软粘土的强度和变形》一书长期来一直是岩土工程学者研究软土问题重要参考文献。通过对饱和软粘土的固结、流变等基本性质与理论进行研究，建立了比较全面地反映软土弹性、塑性、粘性的粘弹塑性本构模型，完善了饱和软粘土地基粘弹塑性固结分析的解析、半解析及数值分析方法，研究揭示了深厚软基的工后变形规律。研究成果为地基处理加固机理和设计计算方法的研究奠定了坚实的基础。

土工数值计算方法方面，早在上世纪70年代就在国内率先开展土石坝数值计算的研究工作，先后提出了非线性弹性模型与双屈服面弹塑性模型，开发了TOSS—土石坝总应力法应力应变分析计算程序，BISS—土石坝比奥理论有效应力法应力应变及固结分析计算程序、TOSS3D—土石坝三维静力和动力分析通用程序、EFES3D—土工建筑物有效应力法地震反应计算程序等十八个土工计算专用程序，上述几个程序已在国内广泛推广应用。由沈珠江院士承担的国家自然科学基金项目“结构性土的逐渐破损过程的理论解”；“数学模型成果的流动显示方法”已在实际工程研究的动画演示中得到应用。“软土地基固结变形的弹塑性分析”是沈珠江1974—1984年10年内用有限单元法研究软土地基固结和变形的耦合问题的总结。“土工数值分析”课题组从软基固结变形分析起步，着重进行土石坝的应力应变分析及地震反应分析工作，在对本构关系深入研究的基础上建立了反映土的真实性状的数学模式，提出了双屈服面塑性模型，此项基本理论研究成果已应用于广州抽水蓄能电站面板坝、大桥水库土石坝、公伯峡水电站面板坝，乌鲁瓦提水库面板坝等数十项工程，取得很好的效果。

从70年代初开始就用我国第一台大型三轴仪（试样直径300毫米、周围压力1.5兆帕）进行了砂砾料、砂卵石和碎石等筑坝材料的变形与强度特性的试验研究。目前已建成试样直径300、500、1000毫米的大型压缩仪，试样直径500毫米、周围压力4兆帕的大型高压三轴仪，以及试样直径300毫米、周围压力4兆帕的大型静动三轴仪，形成了国内最高水平的粗颗粒材料—筑坝材料试验室。科研工作紧紧围绕三峡围堰、小浪底、天生桥一级、瀑布沟、鲁布革、西北口、吉林台、乌鲁瓦提、广州抽水蓄能、十三陵抽水蓄能、天荒坪抽水蓄能、大桥、株树桥、紫坪铺古洞口等国家大型水利、水电工程建设开展。“土石坝粗颗粒土计算参数的测定与应用”获水利部电力部科技进步三等奖。

在80年代就采用有效应力分析方法分析了唐山大地震、密云水库的滑坡机理，在国内外处于领先水平。先后完成了几十项国家重点科技攻关、国家自然科学基金、省部级重大科研项目、国家重点工程设计规划论证，还为国内近百座大型水利工程，如三峡工程、小浪底、天生桥、紫坪铺的建设规划设计提供了重要的技术论证依据。研究成果多次获得省部级奖励与国家级奖励。

“土石坝有效应力应变分析”属于软科学，成果包括土工建筑物地震液化的有效应力应变分析和土石坝静力有效应力应变分析，都以有限元法和比奥固结理论为基础，分别介绍了各自的分析方法、计算模型和应用情况。其成果1986年获水电部科技进步二等奖。

“土工试验标准化研究”总结了1976-1986年土工试验标准化研究成果，出版了水电部《土工试验规程》SD128-84第一分册，该项目的研究对制定中华人民共和国国家标准《土工试验方法标准》具有实用和指导意义。交通部项目“沿海软粘土工程性质”课题研究了我国沿海软粘土的类型、物理力学性能指标平均值的变化范围、软粘土中遇到的工程问题及取得的经验教训。推导出了软粘土弹塑性应力应变关系，还提出了几种计算粘土地基性态的方法。成果包括专著一本、论文十余篇。研究成果1989年获交通部科技进步二等奖。

地基加固及基础工程的研究方面，“软基加固技术的开发与应用” 项目，1986年度获水电部科技进步二等奖，1987年获国家科技进步二等奖。《真空预压联合碎石桩加固软土地基的研究》应用在实际工程中具有造价低、工期短、节省材料、加固效果好及工程抗震能力强的特点。

1992年完成的国家自然科学基金项目“码头桩基结构与土坡相互作用的研究”进行了桩土相互作用的有限元计算分析与离心模型试验对比试验，研究成果已应用于深圳、湛江的码头建设。

高土石坝筑坝技术研究内容包括：土石坝筑坝材料工程性质、数值分析技术、离心模型试验技术、抗震技术、安全监测技术、安全评价方法、加固技术、施工技术等。

“土体应力应变分析的一种新模型（土石料的新模型及其在土石坝计算中的应用）” 提出了适合土石坝应力应变分析的弹塑性本构模型，该模型综合了剑桥模型和邓肯模型的优点，采用了多重屈服面的概念，此模型已编入土石坝应力应变分析程序，经应用于十几座土石坝计算，证明其结果优于国外同类邓肯模型和剑桥模型。该研究成果1996年获水利部科技进步一等奖。

在混凝土面板堆石坝的筑坝技术研究方面，从“七五”国家攻关项目开始，承接纵、横向项目超过30项，研究内容涉及到堆石高压试验、原型观测技术、数值分析技术、抗震技术等多方面。1991年完成“混凝土面板堆石坝研究（西北口混凝土面板堆石坝研究）”，南科院负责混凝土面板堆石坝施工期渡汛、堆石及垫层挡水和过水的研究。采用了大比尺现场模型和室内大型管涌试验，在国内首先将喷射混凝土技术用于混凝土面板堆石坝的度汛挡水防护。项目全面论述了面板堆石坝过水溢流和渗流相互作用的规律，论证并改善了天生桥的度汛过水保护，节约了投资。

1987年，“钢筋混凝土面板堆石坝施工期渡汛、堆石及垫层挡水和过水的研究”经土工、水工和材料结构三个所协同攻关，实现了试验水库蓄水，试验坝原型试验和观测对迎水坡面渡汛防护措施以及灌放水及水位骤降条件下混凝土保护层的挡水效果和稳定性等一系列研究课题，都取得了预期成果，为国内采用这种新坝型提供了资料；为在我国推广这种经济适用的新坝型提供了可贵经验，获得国家科委、国家计经委、财政部联合颁发的国家科技攻关项目荣誉证书。

1996-1999年，承担的“九五”国家科技攻关项目《高面板坝的新型监测设备与资料反馈分析》研制了520米特超长水平垂直位移计与遥控遥测装置，实现遥控加载卸载、加水、排水，以及水平位移、垂直位移遥测；研制了高精度双向固定测斜仪，填补了国内空白，两项样机性能达到国国际领先水平，优于天生桥一级面板坝使用的国外同类产品。获三项国家发明专利，应用于水布垭等200m级高面板堆石坝工程，获中国电力科技进步二等奖和湖北省科技进步特等奖。

土石坝原型观测、埋设技术与分析方法的研究是南科院重点发展的研究方向，已承担全国50多座大坝的原观工程。“六五”国家攻关项目“高土石坝原型观测及资料分析”课题组完成钢弦式土压力计、钢弦式空隙水压力计、电阻式应编写测仪、垂直水平引伸仪等原观仪器的研制工作，实现了钢弦式土压力计的系列化，仪器质量达到了国外80年代水平，填补了国内空白；1991-1995年，“八五”国家科技攻关项目“高堆石坝原位观测和反馈分析研究” 研制了400米超长水平垂直位移计、200米高坝的耐高压原观仪器率定设备及高精度土石坝弦式原观仪器，使我国200米级高土石坝的原观仪器形成了系列和成套技术的基础。攻关项目研制成功的原型观测仪器已经在鲁布革、铁山、黑孜等水电站或水库土石坝中应用。“铁山坝的原型观测”获得水利电力部科技进步三等奖，黑孜水库原型观测仪器完好率达96%以上，居国内外之首位，并建立了原型观测数据库。负责承担的“八五”国家科技攻关项目“高堆石坝原型观测和反馈分析研究”经电力工业部科技司组织鉴定，一致认为该项成果内容丰富、系统、全面，对指导工程安全监测具有重要意义，总体水平已达到国际先进行列，获电力工业部科技进步二等奖。

土工离心模型试验研究方面：80年代初开始，南京水科院较早在国内开展和推广土工离心模型试验研究，有400gt、50gt、5gt大中小型离心机，研制完成了我国第一台土工离心机振动台。NS-400gt大型土工离心机研制工作中，在对世界主要离心机调研和考察的基础上，南科院负责提出了研制该机的必要性和可行性研究报告、计划任务书、主要技术指标和设计方案，特别是该机的关键件—动平衡系统的方案设计等。具有80年代国际先进水平的400gt大型土工离心机主机在院与航天部602所共同努力下，经过5年的不懈努力，一次试运转成功，并已于91年12月28日初步验收。该机最大容量超过设计标准，达到449gt，各项指标均达到国际同类设备的先进指标。400gT大型土工离心机主机系统、自动控制系统，全部安装到位后，又配置了新的模型箱和64通道信息采集系统。这台性能优良、技术先进、功能齐全、自动化程度高的大型土工离心机投入使用，标志着南科院在土工离心模拟试验装置方面已跨进了国际先进行列。

先后完成了国家自然科学基金项目，如“砂土地基地震反应动态离心模型试验”、“土坝水力劈裂机理离心模型试验研究”、“非饱和土渠道边坡破坏机理离心模型试验”、“码头岸坡桩土共同作用机理离心模型试验研究”等，还完成了国家“七五”“八五”“九五”科技攻关项目。完成了“瀑布沟混凝土防渗墙和坝体防渗体连接型式的离心模型试验研究” 、“西北口面板坝离心模型试验研究”、“羊毛湾水库大坝离心模型试验研究”、“梅溪水库面板坝离心模型试验研究”、“克孜尔土坝离心模型试验研究”、以及我国第一例实际工程的离心模型振动台试验—“吉林台面板坝地震动力离心模型试验”等大量的水利水电工程试验研究，完成了“苏通大桥超长桩群桩基础与土体共同作用研究”、“武汉长江大桥超长桩基础离心模型试验研究”、“长江口深水航道治理工程波浪对地基的软化作用及工程措施的研究”、港口地基“CDM工法离心模型试验研究”、“大圆筒码头结构离心模型试验研究”、“上海宝钢连铸工程地基基础离心模型试验”等试验工作。

 “八五”国家攻关项目《火电厂灰渣筑坝技术研究》成果主要包括灰渣工程特性、灰渣加固技术、灰渣筑坝技术三部分。工程特性着重研究了灰渣层各向异性及其渗流场的影响，密实度对其工程特性的影响及湿法灰场沉积灰的压实特性。通过现场试验和计算分析，对碾压灰坝、振冲加固灰坝、排渗加固灰坝三种技术加固的可行性、机理、应用范围、加固效果及其影响因素与评价方法、加固设计方法和施工工艺做了系统研究，较深入揭示了灰坝在静力和地震作用下的工程性状，提出了具有垂直、水平组合排渗系统的新型灰渣筑坝技术。该项目获1996年国家科技进步二等奖。“灰渣筑坝技术研究”取得了显著的经济效益和社会效益，仅谏壁电厂松林山灰场扩建工程就节省投资470万元。该科研成果获能源部科技进步一等奖。

   承担的“八五”国家攻关项目“高土石坝动力分析及抗震工程措施研究”专题完成土石坝三维静、动力分析通用程序的研制，并编制出两套坝体三维动力分析程序，用于瀑布沟工程。该研究成果1999年获国家科技进步三等奖。1999年承担的“碾压混凝土埋入式测缝计的研制”，通过了国家电力公司的部级鉴定，直接应用于沙牌132米高碾压混凝土拱坝。

二、加强科技创新，为行业决策和重点工程建设提供科技支撑

软基加固技术是南科院自50年代以来一直从事的一项科研工作。先后引进或开发了沙井预压加固、油罐充水预压加固、海涂围垦中的软基筑堤、振动水冲法、强夯法及袋装沙井真空排水预压法等地基处理技术。后来又研究了水泥拌合法、土工织物法、加筋土等软基加固技术，并研究了两种方法联合加固的技术。排水固结法80年代开始在连云港碱厂、浙江舟山老塘山码头、温州港一期扩建工程等加固了近二十万平米极软弱地基，节省大量工程投资。在加固技术上，膜下真空度达到670毫米汞桩，单块加固面积在十万平方米以上；对堆载预压和真空预压排水固结加固软粘土地基施工工艺、加固机理、设计计算方法等进行了长期深入的研究，先后提出砂井地基固结计算的弹性、粘弹性、粘弹—粘塑性、损伤粘弹—粘塑性的解析方法和数值方法及主次固结简化计算方法，使这项加固技术达到国际先进水平，多次获得水利部科技进步奖。研究了塑料排水板静压插板机，使这项加固技术达到国际领先地位；开发研制的排水板长度自动记录仪，对控制排水板的施工质量，降低工程造价，发挥了十分积极的作用，获得了国家实用新型专利。

发明了振动水冲碎石桩法加固软土地基技术，对加固机理、设计计算方法、施工工艺和设备作了深入系统的研究工作，达到国际领先水平，振动水冲法已推广到全国二十多个省、市、自治区的几千项工程，为国家节省巨额基建投资。强夯法是上世纪80年代研究的一项加固技术，先后用于大连香炉码头、南京扬子乙烯，上元门水厂与北河口水厂等地基加固，现场测试得到软土强夯过程的应力应变规律资料，修正了梅纳的计算公式其中仅扬子乙烯工程就为国家节省基建投资1100万元。90年代又开发了“强夯石碴法加固软土地基技术”，应用于宁波港北仑矿石堆场地基，交通部基建司组织鉴定后给予推广。

高速公路地基加固是国民经济发展对岩土工程技术人员提出的新课题，在沪宁高速公路昆山试验段等地基加固技术研究中，从室内试验、现场测试、离心模型试验与计算分析相结合的办法，对于不同的加固方法（包括振冲法、深层搅拌法、堆载预压法、加筋法等）进行了综合比较，对沪宁高速公路全线施工起到了指导作用，节省建设投资数千万元。南科院作为“沪宁高速公路江苏段工程技术和建设管理”课题的参加单位，1999年获国家科技进步一等奖。

1986年完成的“用动测法确定承载力的试验研究”成果应用于八所港栈桥修复工程，方块码头试验成果也被应用于营口鲅鱼圈码头设计中。1989年完成交通部重大课题“沿海软粘土工程性质和数据库的开发研究”，以连云港港区粘土为典型，建立了软土工程性质数据库，此项成果经交通部组织鉴定，达到国际先进水平；结合宁镇公路等工程建设，较早对加筋土挡土墙进行试验研究，揭示了土和挡土墙相互作用的规律，推动了这种结构形式的推广应用。1992年，“宁波港北仑港区堆场软基加固试验”课题组创造了“强夯置换石碴桩加筋软土”的软基加固方法，该方法具有沉降量小，施工期短，施工简便，造价低的优点，适用于软弱地基的加固，TNO桩基检测，自行开发了TNO的软件系统，并且研制了2吨组合锤和6.5吨组合锤及导向架，都获得了成功。“南京钢铁厂四号高炉桩基工程”按合同要求圆满完成了工作。

土石坝筑坝技术的研究方面：从上世纪70年代开始开展了土石坝安全评价方法的研究，土石坝加固技术研究在土石坝安全评价方法研究的基础上开展，先后进行了灌浆加固技术与振冲加固技术的研究。在大量工程经验基础上，参与主编了水利电力工业部《碾压式土石坝施工技术规范》、水利部《混凝土面板堆石坝施工技术规范》、《土石坝安全监测技术规范》、《土石坝安全监测资料整编规程》；单独编写了《土石坝观测技术手册》、《土石坝观测技术》、《土石坝加固技术》、《混凝土面板堆石坝工程》、《水工建筑物荷载规范》等技术专著和规程，成为工程运用、管理的标准性、规范性资料。还及时总结出版了《土坝裂缝及其观测分析》专著，提出包括倾度法在内的土石坝裂缝分析方法，科研成果获1988年水利电力部科技进步奖励。

《混凝土面板堆石坝施工规范》1987年组织编写，1991年完成报批稿。南科院负责第五章、第八章及其条文说明的编写工作。第五章是堆石坝填筑，其内容包括坝体填筑及垫层坡面碾压与防护。本章旨在保护堆石坝体的填筑质量，保证坝基、坝头岸坡处理以及趾板浇筑的质量，明确坝料碾压试验的规模和深度。第八章是观测仪器埋设，其内容包括堆有利于凡观测仪器埋设和混凝土面板观测仪器的埋设，本章旨在保证埋设的观测仪器不致因堆石坝的施工或堆石坝过水渡汛受到破坏，要求观测仪器的埋设应工艺简单、速度快，以尽可能地减少对施工的干扰。在混凝土面板仪器埋设中，考虑到工作条件以及仪器周围混凝土浇捣的影响，还要采取有效的保护措施，以保证人身和仪器的安全。

土工织物是一种新颖的工程，它具有排水过滤、分隔土层、加筋土体等功能。南科院研究的土工合成材料加筋补强加固软土地基技术得到广泛应用，研究成果居国内先进水平。1993年率先研制出我国第一台张拉式铺设机，在宁波港与广东深汕高速公路软基加固中应用。关于土工织物加固堤坝地基的加固机理、设计方法及土工合成材料测试技术研究，形成了自己的特色。土工合成材料测试技术与测试方法的标准化研究1987年获得国家自然科学基金会、水利部科教司与水利技术开发基金会资助与支持，1989年建成土工合成材料试验室，1990年主编出版了“土工合成材料测试手册”，1999年主编出版了“土工合成材料测试规程”，承担了全国数百家土工合成材料生产厂家或用户的测试工作，为土工合成材料在各行业工程中的应用做出了重要贡献。通过对土工织物加固堤坝地基的加固机理和设计计算方法进行了深入研究，提出的加筋垫层复合整体参与地基共同作用的有限元分析方法及简化计算方法的加固效果计算值与现场实测值接近，达到了国际先进水平，改变了现有设计规范方法长期以来低估加固效果的现状。

1986年完成的“病险水库土石坝隐患分析方法”在水库病险分析方面，将倾度法向前推进一步，证明用倾度率法分析横向裂缝的结果与计算挠度的等价梁分析法，在力学原理上完全一致，计算结果吻合。提出了在坝的设计、施工、运行等各阶段防治裂缝的主要措施和有关参数。《土石坝粗颗粒计算参数的测定与应用》较系统地研究了沙卵石玉堆石的强度、应力应变系数变化规律及其影响因素，成果已用于珊溪、铜街子、小浪底、西北口等工程，及时配合了这些工程的设计计算工作。