山体滑坡灾害防治中的关键力学问题研究

山体滑坡灾害防治中的关键力学问题研究

"山体滑坡灾害防治中的关键力学问题研究"是科学院基础局结合资环局、高技术局重点支持的方向性项目之一，本项目的承担单位包括：中国科学院力学研究所，中国科学院地质研究所，中国科学院成都山地灾害研究所和中国科学院武汉岩土力学研究所，科学院投入资金400万元，政府和企业匹配资金500万元，项目于2002年6月启动，时间为3年。

本项目以山体滑坡防治为背景，将地学、力学和工程技术紧密地结合起来，在充分研究影响滑坡的地质条件、岩土特性、水的作用主要因素的基础上，揭示岩体和滑坡体两类山体在重力、动荷载作用下以及水渗流和开挖过程中的变形、破坏机理；针对典型的滑坡，抓住影响山体稳定性的关键因素，为山体稳定性判别、滑坡预测以及工程优化提供可靠的理论依据，研究成果应用于典型滑坡并发挥作用。

主要研究内容包括：

1、建立合理的工程地质力学模型，将地质环境描述定量化。

2、研究探测、描述以及反演裂隙岩体、破碎岩体和土石混合体力学特性的方法。

3、研究库水涨落和降雨在裂隙岩体、土石混合体的渗流场以及对土体软化的影响。

4、对典型山体研究滑坡的机理，找出山体滑坡的关键因素，给出山体变形、破坏的规律和影响山体稳定性的条件。

5、研究成果与工程实践相结合，开展滑坡预测与控制方法的研究。

本项目由郑哲敏院士、王思敬院士、崔俊芝院士和葛修润院士担任科学研究顾问，中国科学院力学研究所博士李世海研究员担任首席科学家，项目下设6个子课题，力学所博士研究员李世海、丁桦、刘清泉，地质所博士李晓副研究员，山地所乔建平研究员，岩土所冯夏庭研究员分别担任各子课题负责人。

总体介绍

山体滑坡灾害防治中的关键力学问题研究

项目首席科学家：李世海

1、预期目标

（1）建立能够描述非连续介质的力学模型，给出裂隙、破碎岩体和土石混合体随机模型的计算方法。

（2）给出破碎岩体和土石混合体渗流场随库水涨落和降雨的变化规律。

（3）给出考虑地质因素、水的影响和岩土特性的条件下，可为实际工程接受的用于山体稳定性评价、滑坡预测和工程设计中推力计算的计算软件。

（4）给出山体滑坡工程设计及加固的优化设计方法。

（5）给出能够预测降雨、开挖导致滑坡的理论模型。

2、研究内容

（1）建立合理的工程地质力学模型，将地质环境描述定量化。

（2）研究探测、描述裂隙岩体、破碎岩体和土石混合体的方法

（3）研究库水涨落和降雨在裂隙岩体、土石混合体的渗流场以及对土体软化的影响。（4）针对典型山体研究滑坡的机理，找出山体滑坡的关键因素，给出山体变形、破坏的规律和影响山体稳定性的条件。

（5）将研究成果与工程实践相结合，开展滑坡预测与控制方法的研究。

3、研究意义

（1）将力学、地学和工程科学紧密结合起来，充分发挥中国科学院的综合优势，提高我国滑坡灾害防治的科学技术水平，为解决国家大型工程建设中的灾害治理需求做出重要的贡献。

（2）国家实施西部开发战略，大力开展水电、交通基础设施建设，遇到大量的山体滑坡问题。一方面要合理选址避开滑坡危险区；另一方面对影响运营的滑坡进行防治。（3）三峡库区要在2003年开始蓄水，库区特殊的地质条件、运营后每年40米的水位涨落差和两年内抢救性工程遗留的问题都迫切需要研究滑坡问题。

（4）滑坡研究涉及的科学问题属于目前力学研究的前沿问题，有待于在非连续介质力学模型、地质环境定量描述及岩土本构关系的研究方面取得进展。

子项目一

滑坡地质力学模型与稳定性评价研究

课题负责人：李晓

1、预期目标

对三峡库区蓄水斜坡进行地质力学分类的基础上，重点选择在库区广泛分布且对移民迁建有重要影响的古滑坡体开展研究，建立典型滑坡的工程地质与水文地质模型，揭示滑坡的地质成因与演化过程，为总项目的力学分析提供地质基础。

对三峡库区乃至我国西部广泛分布的土石混合体进行试验与理论研究，揭示其工程地质力学特性，提出一套地质力学描述、室内外试验与计算分析方法，以填补国内外空白。将综合地质定性评价与多种模型定量计算相结合，揭示复杂岩土体在库水位涨落和降雨共同作用下，滑坡区地下水动力场变化规律，对土－岩－水相互作用下的滑坡稳定性进行分析评价，为库区滑坡防治提供科学指导。

2、主要研究内容和创新点

（1）滑坡形成与演化过程

通过野外地质调查，对三峡库区蓄水斜坡的类型进行地质力学分类。针对库区典型滑坡，踏勘滑坡区的地理与地质环境，查明滑坡地质成因、滑体结构与物质组成以及滑坡区水文地质条件，概化出滑坡体的工程地质与水文地质模型，并对滑坡的形成条件、活动历史与演化过程进行研究。

创新点：通过典型实例研究，提出三峡库区滑坡类型识别方法，建立古滑坡历史活动性的评价方法，用过去推测现在和未来。这是将传统地质方法的拓展和充实，是目前尚未深入研究的新方向。可望提供一种古滑坡判别与稳定性评价的地质力学新方法，为库区滑坡勘探和防治提供科学指导。

（2）土石混合体地质力学特性及数值仿真试验

通过野外和室内试验，揭示土石混合体变形破坏机理；利用数码摄像、自动图像识别和计算机数值仿真技术，建立土石混合体的精细结构力学模型，对其工程地质力学特性进行数值仿真试验研究，提出一套合适的地质力学描述、室内试验测试与计算分析方法。创新点：土石混合体在我国尤其在三峡库区广泛分布，现有理论尚不能对这具有高度非均质、非连续、非线性的复杂地质材料进行描述和概化，也没有合适的室内试验和计算方法。通过本项研究可望获得土石混合体变形破坏机理、精细结构力学模型、数值仿真试验方法等原始创新性成果。

（3）蓄水斜坡稳定性的工程地质力学综合评价

通过典型实例研究，确定滑坡岩土体物理力学与渗流力学参数；建立滑坡区地下水动力场的物理模型与模拟方案，研究滑坡地下水动态模拟方法；在考虑地下水动力场变化下，对典型滑坡的稳定性进行工程地质力学综合评价，提出滑坡防治的关键部位及其工程对策。

创新点：利用地质定性分析与力学定量计算相结合、确定性方法和不确定性方法相结合、单一模型和多种模型相结合的工程地质力学综合评价方法，进行滑坡体模型概化、参数确定和稳定性评价。