获奖等级：一等奖

项目名称：坡面地质动力灾害柔性防护系统理论、技术及应用

作为2021年度中国公路学会科学技术奖一等奖获奖项目，“坡面地质动力灾害柔性防护系统理论、技术及应用”项目突破了多项技术难题，研究成果显著提升了柔性防护系统的可靠性，极具推广价值和应用前景。由中国工程院院士郑颖人、任辉启、岳清瑞等专家组成的评价委员会评价该项目核心成果处于国际领先水平。

研究团队应运而生

我国国土面积约2/3为山地，自古以来便是滑坡、崩塌、落石、泥石流等坡面地质灾害高发国家。加之近年来地壳运动活跃、地震频发，特别是2008年汶川特大地震以来，使得西部山区地质环境进一步破碎，岩土体稳定性大大降低。据统计，近年来我国坡面地质动力灾害呈逐年剧增的趋势，危害性、影响性日益增大，灾害防治所面临的形势愈加严峻。坡面地质灾害易使交通枢纽中断，对物流运输、救灾保通形成严重威胁，已成为公路和铁路运输部门最关心的问题之一。

组图：各领域中突出的坡面地质动力灾害问题

柔性防护系统源于欧洲，早期主要用于潜艇和鱼雷拦截，二战结束后被逐步应用于坡面地质灾害的防治。我国于20世纪90年代首次引入柔性防护技术，在近20年的应用中暴露出诸多问题，根本问题表现为系统远达不到预期防护性能，出现大量失效并导致基础设施被破坏，严重影响人民生命财产安全。究其原因，主要是忽略了系统防护性能与系统结构体系的关联性，仅通过核心部件如耗能器的能力代替系统的防护性能，致使防护系统缺乏科学的整体结构设计方法和性能控制手段。加之柔性防护系统具有复杂的结构力学行为，其工作状态伴随着强冲击、大变形、大滑移等，具有极强的多重非线性耦合特征，其精细化分析计算是长期无法突破的难题，更无法考虑灾害类型、地质条件、致灾体动力特征和防护需求等各种复杂因素的影响。同时，传统的柔性防护技术存在防护性能偏低、可恢复性差、性能容易劣化等突出问题，一定程度上限制了其工程应用。此外，柔性防护系统整体性能检验评价技术在我国长期处于空白状态，导致系统性能的可靠性评估无法开展。随着“西部大开发”“一带一路”和“交通强国”等一系列国家政策的深入实施，以公路和铁路为代表的基础设施建设将在我国西部，以及境外艰险山区大规模开展，存在大量诸如高位高动能危岩落石等复杂坡面地质动力灾害防治难题亟待攻克。

2010年，在交通运输部、科技部的持续资助下，西南交通大学、交通运输部公路科学研究院、成都西南交通大学设计研究院有限公司、四川奥思特边坡防护工程有限公司、四川省交通勘察设计研究院有限公司、四川省公路规划勘察设计研究院有限公司、香港理工大学土木及环境工程学系、布鲁克（成都）工程有限公司、成都希尔特科技有限公司、四川奥特机械设备有限公司10家单位共同组成了研究团队，对防护系统动力学行为、设计方法、性能提升技术、试验检测及性能评价技术等关键问题开展研究，研发新型高性能防护产品，全面提升坡面地质动力灾害防治技术水平。

突破三项技术难题

研究团队历经11年，突破了“柔性防护多柔体动力学理论”“防护系统设计与性能提升技术”“试验检验装备与评价技术”等3个核心难题，共同完成了 “坡面地质动力灾害柔性防护系统理论、技术及应用”项目。

柔性防护多柔体动力学理论

为破解柔性防护系统长期以来无法解决的精细化分析计算难题，研究团队创建了柔性防护系统多柔体动力学理论与计算方法，创建了考虑多重非线性的多柔体系统动力学模型，包括建立了多体柔性防护系统动力学模型，计算精度提升约1倍，提出了海量离散态柔性网的薄膜等效方法，计算效率提升超10倍，解决了柔性防护系统的精细化动力计算和大规模计算难题。研究团队提出了用于动力多灾害柔性防护分析的多场、多介质及多尺度耦合模型，解决了柔性防护动力过程的多物理现象耦合反演分析难题，揭示了防护系统耗能器、钢丝绳、网片等关键部件的环境腐蚀及累积冲击损伤演化规律，建立了系统服役期性能劣化评价方法，突破了柔性防护系统全生命周期性能演化分析评价关键问题。

组图：多介质灾害防护系统耦合分析方法

组图：复杂柔性防护系统非线性设计方法

组图：标志性足尺冲击试验

防护系统设计与性能提升技术

为解决防护系统性能设计难题，研究团队提出了柔性防护系统的性能设计与提升技术；提出了基于力平衡、能量分配和演化控制的“力平衡+”设计方法。同时，提出了基于能量时空演化的4D柔性防护设计方法，实现了由“拦截”向“拦截+疏导”的防护策略转变，突破了点式集中拦截的技术局限。开发了NIDA-Barrier软件平台，实现了柔性防护系统商用设计软件零的突破。开发了每米240千焦级大功率耗能器和50000千焦级柔性防护系统，比欧美同类产品性能提升超3倍。研究团队研发了用于多场景防护的谱系化高性能防护产品，形成了综合立体防护技术，对高位高动能致灾体防治技术难题的解决提供了重要支撑。

组图：大型足尺冲击试验平台及测试装备

试验检验装备与评价技术

为了弥补柔性防护系统整体性能检验评价技术在我国的空白，研究团队研发了柔性防护系统性能试验检验装备与评价技术，以及以亚洲最大规模的落石冲击试验台系统为代表的成套试验装备，攻克了三维空间运动轨迹分析和“动力-位移”数据同步采集技术难题，开展了多项引领性标尺性试验，并积累了超过300次足尺冲击原始试验数据，建立了标准化试验检测技术，形成了基于性能目标的系统分级设计评价方法。成果入编两部行业标准和6部其他标准，为建立涵盖产品、检验试验及工程建设全链条的柔性防护技术国家标准体系提供了重要支撑。

推广前景十分广阔

项目成果技术显著提升了柔性防护系统的可靠性和可维护性，指导了坡面地质灾害的防治，减少了刚性拦挡工程量、降低了施工难度、节约了工程造价、缩短了施工周期，提高了灾害防治能力和效率。其中，研究成果的柔性防护技术具有更高的防护能级和更好的场景适应性，在满足性能需求的同时开挖量小、混凝土圬工工程量小，甚至在外观和功能上均能与边坡植被相结合，形成有机整体，属于典型的环境友好型工程结构。因此，既符合我国 “加强安全应急保障体系建设”的规划要求，也符合“建设资源节约型、环境友好型社会”的政策要求，极具推广价值和前景。

目前，该项目研究成果已在汶马高速、都汶高速、映汶高速、黔渝高速、晋济高速、清连高速、共玉高速、国道318线川藏公路、川九公路等上百条国内公路干线中得到了实际应用。同时，还在铁路、水电、矿山、文旅等行业领域的地质灾害防治中获得推广。

研究成果的应用不仅在减少重大地质灾害处治费用、减少刚性拦挡工程和减少更换维护等方面节省了大量建造和运营成本，也为灾区公路保通和重建做出了重大贡献，并还将为川藏铁路等国家重大战略工程建设提供保障，具有显著的社会经济效益。

此外，该项目研究的柔性防护系统性能也完全满足欧、美发达国家技术标准要求，且性价比更高，在海外市场也极具竞争力，目前已推广至印度、马来西亚、毛里求斯、阿曼及中国台湾和中国香港等地，对“一带一路”沿线国家交通建设和其他海外工程建设形成了有力助推。

组图：项目应用情况

主要完成单位简介

西南交通大学

西南交通大学是教育部直属全国重点大学，国家首批“双一流”“211工程”“特色985工程”“2011协同创新计划”重点建设并设有研究生院的研究型大学，坐落于中国历史文化名城、国家中心城市——四川成都。

学校以工见长，设有27个学院，拥有交通运输工程、机械工程两个一级国家重点学科，车辆工程、桥梁与隧道工程等10个二级学科国家重点学科，18个一级学科博士学位授权点，3个博士专业学位授权类别，41个一级学科硕士学位授权点，11个博士后科研流动站。交通运输工程学科位居全国第一（A+）并进入国家“双一流”建设序列，土木工程学科位居全国第七（A-）。

学校防护结构研究中心成立于2008年，是“坡面地质动力灾害柔性防护系统理论、技术及应用”项目第一完成单位的核心完成团队，是经西南交通大学土木学院批准成立的专门从事防护结构工程研究的研究机构。中心依托陆地交通地质灾害防治技术国家工程实验室，长期从事环境灾害的结构防护理论及技术研究，是国内最早系统性开展柔性防护结构研究的机构，在多柔体系统冲击动力学计算理论、防护产品测试试验平台装备、高性能柔性防护产品研发等方面实现了全面突破。

该中心拥有一支由教授、副教授、讲师及硕博士研究生组成的研究队伍，研究人员达20人，中心已经建成亚洲最大的落体冲击试验台系统，形成了完备的防护结构研究试验装备。此外，该中心主持在研的纵向、横向项目12个，科研经费逾2000万元，涵盖了国家科技重点专项、国家自然科学基金、四川省科技计划重点项目、铁路总公司科技研发重点项目、教育部博士点基金、四川省交通运输厅科技研发项目、山西省交通科技研发项目、广西交通科技研发项目、深圳高速集团科技研发项目等。

四川奥思特边坡防护工程有限公司

四川奥思特边坡防护工程有限公司（简称“奥思特公司”）成立于2005年，是集边坡柔性防护系统产品研发、生产制造、勘察咨询、工程施工为一体的高新技术企业。公司业务涵盖铁路、公路、水电、地灾等多个领域，工程项目遍及中国大陆、港台地区、东南亚及欧美地区，是边坡防护行业国际知名的领军企业。

奥思特公司长期坚持“引领技术创新、推动行业进步”的发展理念，与西南交通大学、成都理工大学等展开了十余年的校企合作，建立了以博士、硕士研究生为主的科研团队，十多年来科研经费投入达到1.4亿元。奥思特公司联合西南交通大学，于2011年修建了亚洲第一个足尺落石冲击试验平台，引进了欧盟ETAG027落石冲击检测方法，开展了百余次落石冲击试验，并完成了亚洲最大能级5000千焦被动防护产品的研发试验，达到世界领先水平。2012年首次提出了以“引导、控制、消能”为理念的引导网，先后开展了贵州威宁爆破试验、重庆涪陵爆破试验、重庆涪陵原位足尺试验等多个世界首创试验，充分验证了帘式网在大方量、连续冲击作用下防护效果，实现了万千焦级的综合防护耗能，取得了柔性防护结构领域的突破性进展。基于大量的基础试验与长期的科研投入，目前已全面掌握柔性防护技术，研发了主动防护系统、被动防护系统、引导防护系统、柔性棚洞等全系列产品，获得实用新型专利70余项，发明专利8项。并积极推动行业进步，参与编制了原国家铁路局《铁路边坡柔性被动防护产品落石冲击试验方法与评价》（TB/T3449-2016）、交通运输部标准《边坡柔性防护网系统》（JT/T1328-2020）、中国地质灾害防治工程行业协会标准《危岩落石柔性防护网工程技术规范》(T/CAGHP066-2019)等多部标准。

多年来，奥思特完成了多项重难点边坡防治工程，取得良好的工程应用效果。北京门头沟、三温路、灵山路多次落石崩塌、引导网均成功拦截；宝成线、渝怀线被动防护系统成功拦截大方量落石，保护线路安全；广州清连高速引导网工程，成功解决坡体施工扰动的技术难题，取得良好防护效果。2008年灾后重建，都汶桃关柔性棚洞多次拦截落石，保证道路通行安全。奥思特公司始终秉持“关爱生命、守护安全”的理念，坚持“追求品质，成就卓越”的宗旨，承担社会责任，与社会各界共同推动行业进步。

四川省交通勘察设计研究院有限公司

四川省交通勘察设计研究院有限公司是一家以水运、公路勘察设计为主的综合性交通勘察设计单位。

作为巴蜀大地交通发展的先行者、参与者、见证者，持续为交通运输发展规划和交通项目实施运营贡献智慧。完成了《四川省水路运输发展规划》等规划编制和四川“四江六港”、黄河航道整治等水运建设项目勘察设计工作；承担了德昌至会理、G4216线宜宾新市至攀枝花段（国内单体投资最大的高速公路）等550 0多公里高速公路前期工作、勘察设计1650余公里、代部厅咨询审查650 0多公里;完成了国道318东俄洛至海子山等国省干线公路12000多公里勘察设计工作，独立承担的理塘至亚丁公路深入践行“生态保护优先、旅游融合发展”设计理念，被评为“中华人民共和国成立70周年公路交通勘察设计经典工程”；积极投身“5.12”汶川特大地震、甘洛县“ 7. 2 9”特大暴雨等重大自然灾害抢险救灾和灾后恢复重建工作；多次主编、参编交通运输部组织的相关专业标准规范，以及专业书籍编著和修订；开展BIM研发应用和机载激光雷达、GIS地理模型等勘察设计技术革新，被交通运输部评定为BIM技术应用行业研发中心；公司160余项勘察设计成果获国家、部、省奖励，荣获全国文明单位、交通运输部“文化建设示范单位”等60余项荣誉称号。

该项目以四川省交通勘察设计研究院有限公司隧道与地下工程设计分院为主要团队，分院现有员工30人，其中正高级工程师4人、高级工程师12人，长期致力于山区公路隧道工程、防护工程的设计与研究工作。近年来，主持交通运输部重点科技项目两项、四川省交通运输科技项目近10项；主编地方标准两部、全国性团体标准4部；取得发明专利19项，实用新型专利100余项，外观专利20余项，发表论文80余篇；获得省部级勘察设计及咨询奖20余项，省部级科学技术奖8项。在隧道工程数字化转型、超长隧道设计建造技术、明洞与棚洞技术、隧道抗震减灾技术等方面取得了丰硕成果，总体达到国际先进水平，在国内有一定影响力。

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