本技术创新中心的依托单位为河北科技大学,共建单位为中国兵器工业北方勘察设计研究院有限公司、石家庄一建建设集团有限公司,包含了科研和生产单位。依托单位和共建单位具有多年从事岩土工程技术的研发、应用和推广工作的经验。本中心采取产学研相结合的模式,高校和企业开展联合攻关,技术研发和工程推广协调、有序进行。在针对性研发和实用性推广相结合的基础上,更加注重成果落地转化,推动岩土与结构相互作用系统防灾技术省内的快速发展。本创新中心开展的主要工作有:
(1)岩土-结构相互作用体系致灾机理研究主要包括:开发综放综采相似材料模型试验系统、海洋基础结构与海床土相互作用三自由度加载伺服实验系统、土工合成材料界面特性及耐久性试验系统;开展模型试验研究,观测工作面推进过程中顶板下沉、断裂、缓慢活动及矿压显现,揭示液压支架与顶板相互作用及顶板灾害机制,建立考虑支承系统刚度弱化和时效特征的分区支承顶板承载力学模型;提出破断后顶板与支架相互作用的采场稳定性分析模型;预测支架动态增阻过程和顶板灾害;开展模型试验,研究板锚和螺旋锚安装和在位承载过程中的锚-土相互作用机制,揭示其安装和承载机理;提出螺旋锚安装扭矩、安装压力的计算方法;研究板锚安装就位过程中的埋深损失及控制技术;研究安装就位板锚和螺旋锚在风浪流等往复荷载作用下锚-土相互作用、承载力演化与土的流动变形机制,分析系统破坏和失稳机制;研究埋入海床结构物上拔承载力演化规律和结构-土界面的分离机制,提出海底结构物上拔力预测方法;开展竖向、轴向和侧向运动下海底管道与土的相互作用机制,建立三维管-土相互作用模型;研究和揭示高温高压海底管道走管和屈曲失稳机制;建立土体-地下综合管廊结构、土体-地铁工程、土体-加筋结构体系相互作用模型,研究软土、液化场地中土-综合管廊结构相互作用机理,考察管廊节点如现浇综合管廊施工缝和装配式综合管廊的接头破坏机理,实现综合管廊与地铁工程关键节点破坏过程的精细模拟并揭示其失效机理;建立土-地下结构相互作用接触面的本构模型,对不同类型土体中传统、新型地铁车站结构及以轨道交通地铁车站为核心的城市综合体结构的地震响应与破坏机理及地下结构对场地土层动力特性影响进行研究,揭示岩土与地下结构之间的动力相互作用规律;构建地下空间结构在地震作用下的荷载-结构模型,提出传统地下结构和城市综合体结构抗震设计的方法,并给出其运营期间防灾减灾建议。探究静动荷载下土工格栅与土颗粒的力学响应、土工格栅的变形情况和土颗粒的运动规律,从宏观层面揭示静动荷载对筋土界面作用特性的影响,从细观层面探究静动荷载条件下土工格栅张力与试样内接触力的发展变化情况,揭示土工格栅与土之间荷载的传递规律,构建土工格栅与土颗粒的力学响应机制。
(2)岩土-结构相互作用体系防灾减灾关键技术研究提出综放工作面液压支架工作阻力计算方法和切顶压架判据,建立和开发顶板灾害智能预测系统,提出和形成采前科学设计、采中保持支架良好的工况辅以顶板弱化技术的顶板灾害成套技术方法。研究部分锚组破坏的荷载分配及破坏失稳机制,进而提出板锚和螺旋锚防失稳和破坏的关键技术;明确海底管道稳定性控制因素,提出海底管道防失稳关键技术。开展地震灾害作用下的地下综合管廊、地铁地下结构及加筋挡土墙的破坏评价,分析其破坏关键参数并提出评价体系,提出现浇综合管廊整体抗震防灾关键技术、装配式管廊节点抗震性能评价及防灾关键技术、地铁地下结构及以其为核心的城市综合体结构抗震防灾关键技术以及土工格栅界面防灾减灾关键技术。
(3)岩土-结构相互作用体系优化设计及施工技术研究主要包括:完善液压支架选型、适应性分析、初撑力设定等理论基础,提出液压支架优化设计技术,提出液压支架移架、安装和维护关键技术;综合板锚安装及承载力研究,优化锚板形状、尺寸、锚眼位置等和安装技术参数,提出板锚优化设计技术,提升板锚承载力和安全性;分析影响螺旋锚安装的因素和影响规律,提出螺旋锚优化安装技术;分析影响海底结构物上拔力的因素及影响规律,提出海难救捞施工窗口及施工关键技术,提出海难救捞设备优化选型技术和废旧海洋平台回收关键施工技术;基于地下结构地震响应规律,提出土体-地下结构体系抗震设计方法,优化现有抗震设计体系;提出综合管廊整体简化抗震设计方法及装配式综合管廊节点抗震设计方法,指出结构薄弱部位的施工要点;提出地下结构优化设计理论和抗震设计的等代框架法,形成土-地铁结构相互作用的设计、施工关键技术;揭示服役期加筋挡土墙状态调控,形成适应城市空间结构工程的加筋土挡墙设计、施工关键技术。