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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RahardjoHarianto教授，美国科学院院士、顶尖级农业水环境与水管理专家LarryC.Brown教授，国际岩土工程领域顶级期刊《CanadianGeotechnicalJournal》主编、澳大利亚纽卡斯尔大学ShengD.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、主要完成人情况表主要完成人情况表姓名排名技术职称工作单位完成单位对本项目技术创造性贡献曾获科技奖励情况叶为民1教授同济大学同济大学主持项目实施。创新点【1】、【4】第一贡献人；创新点【6】主要贡献人，投入工作量90%。揭示了温度对膨润土持水性能的影响规律，构建了考虑热、化影响的膨润土土上海市科技进步三等奖（2006，排名第2）；上海市科技水特征模型，研发了适用于缓冲/回填材料的饱和渗透与非饱和渗透试验装置，建立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。是代表性论文【1】、【7】的通讯作者/第一作者，旁证材料见附件1，7。进步三等奖（2008，排名第6）；上海市科技进步二等奖（2008，排名第9）；上海市科技进步三等奖（2010，排名第1）陈永贵2教授同济大学同济大学协助主持项目实施。创新点【3】第一贡献人；创新点【1】【2】主要贡献人，投入工作量90%。揭示了化学对膨润土持水性能的影响规律，再现了处置库近场条件下膨润土的水化过程，阐明了多场条件下工程屏障力学缓冲性能演化机理。是代表性论文【3】、【4】的通讯作者/第一作者，旁证材料见附件3，4。孙德安3教授上海大学上海大学项目主要研究人员。创新点【2】第一贡献人，创新点【3】、【6】主要贡献人，投入工作量60%。揭示了化学对膨润土饱和/非饱和渗透性能的影响规律，揭示了吸力对膨润土力学特性的影响机理，构建了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。是代表性论文【2】、【5】、【8】的通讯作者/第一作者，旁证材料见附件2，5，8。2013年度高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)自然科学二等奖，第一完成人；2016年度高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)自然科学一等奖，第三完成人孙文静4高级实验师上海大学上海大学主要研究人员。创新点【2】、【6】主要贡献人员，投入工作量40%。揭示了温度影响下的膨润土饱和/非饱和渗透性能的影响规律，预测了多场耦合条件下工程屏障的力学缓冲性能。是代表性论文【8】的通讯作者/第一作者，旁证材料见附件8。陈宝5副教授同济大学同济大学主要研究人员。创新点【5】主要贡献人，投入工作量50%。研发了温度-化学控制饱和/非饱和渗透装置及高压固结试验装置，参与热化作用下膨润土持水、饱和/非饱和渗透试验机理分析及模型构建工作。是代表性论文【1】的作者，旁证材料见附件1。秦爱芳6教授上海大学上海大学主要研究人员。创新点【5】主要贡献人，投入工作量50%。结合分形理论和膨润土微观结构变化规律，构建了考虑温度影响的饱和/非饱和渗透修正模型。是代表性论文【10】的通讯作者/第一作者，旁证材料见附件10。乌东北7副教授同济大学同济大学主要研究人员。创新点【2】、【5】主要贡献人员，投入工作量40%。揭示了化学作用下膨润土土微观结构变化规律，为评价多场耦合条件下工程屏障的力学缓冲性能提供了理论依据。是代表性论文【3】、【6】、【9】的通讯作者/第一作者，旁证材料见附件3，6，9。4、代表性论文代表性论文专著目录序号论文、专著名称刊名作者1TemperatureeffectsontheunsaturatedpermeabilityofthedenselycompactedGMZ01bentoniteunderconfinedconditionsEngineeringGeologyYeWeimin,WanMin,ChenBao,ChenYonggui,CuiYujun,WangJu2Swellingofcompactedsand-bentonitemixturesAppliedClayScienceSunDe-an,CuiHongbin,SunWenjing3Eu(III)adsorptionusingdi(2-thylhexly)phosphoricacid-immobilizedmagneticGMZbentoniteChemicalEngineeringJournalChenYonggui,ZhuBaohui,WuDongbei,WangQigang,YangYuhui,YeWeimin4Removalofchromium(III)fromaqueoussolutionsbyadsorptiononbentonitefromGaomiaozi,ChinaEnvironmentalEarthSciencesChenYonggui,HeYong,YeWeimin5EffectofdegreeofsaturationonmechanicalbehaviourofunsaturatedsoilsanditselastoplasticsimulationComputersandGeotechnicsSunDe-an,SunWenjing,XiangLi6Adsorptionoflanthanumbymagneticalginate-chitosangelbeadsJournalofChemicalTechnologyandBiotechnologyWu,Dongbei;Zhang,Ling;Wang,Li7AnexperimentalstudyofthewatertransferthroughconfinedcompactedGMZbentoniteEngineeringGeologyYeWeimin;CuiYujun,QianLixin.8Coupledmodellingofhydro-mechanicalbehaviourofunsaturatedcompactedexpansivesoilsInternationalJournalforNumericalandAnalyticalMethodsinGeomechanicsSunWeijing,SunDe-an9Adsorptionoflanthanum(III)fromaqueoussolutionusing2-ethylhexylphosphonicacidmono-2-ethylhexylester-graftedmagneticsilicananocompositesJournalofHazardousMaterialsWuDongbei,SunYanhong,WangQigang10AnalyticalsolutiontoonedimensionalconsolidationinunsaturatedsoilsAppliedMathematicsandMechanicsQinAifang,ChenGuangjing,TanYongwei,SunDe-an