理;其次,根据实验结果,研究降雨-库水位变动联合作用下库岸滑坡演化的固(M)-液(H)-化学(C)相互作用的时序、空间、量化因果关系,建立M-H-C耦合条件下的滑坡演化的多尺度多维非线性本构模型,揭示渗流场、应力场、化学场的变化和耦合规律。针对库水变动带饱和-非饱和岩土特性,结合包气带优势流野外示踪技术和其它探测手段,基于非达西流的库岸滑坡渗流场,开展降雨-库水位变动联合作用下的室内物理模型试验和现场原位模型试验,并与数值仿真、现场实时监测数据进行对比分析,揭示库岸滑坡在降雨-库水位变动联合作用下的滑坡演化与致灾机理。
以西南三江地区为例,建立工程卸荷高陡斜坡的实体模型,研究不同高地应力不同工程卸荷方式下滑坡的启动条件和主控因素,提出高地应力区工程卸荷滑坡模式。研究工程卸荷滑坡运动过程,划分卸荷滑坡演化阶段,解析各阶段的运动特征,揭示高地应力区工程卸荷滑坡的演化机理。依据运动学和动力学理论,研究高地应力区卸荷灾变滑坡运动学特征及致灾征兆,建立卸荷滑坡演化过程的非连续介质力学数值仿真模型,揭示工程卸荷条件下滑坡快速启动、高速运动和远程堆积等引起的破坏效应。确定高地应力释放速率、量级等致灾因子及其阈值,提出灾变滑坡的判别方法,揭示工程卸荷条件下重大灾变滑坡致灾机理。 (3)滑坡-防治结构体系相互作用与长期安全性研究
进行重大工程灾变滑坡典型防治结构实体材料模型试验和数值模拟,研究滑坡演化过程中作用于防治结构上荷载的动态规律;研究各类型防治结构承载特性和滑坡-防治结构体系的应力应变响应规律,建立相互作用模型,提出变形协调方程,揭示各类型滑坡-防治结构相互作用机理;采用流变试验、数值模拟等手段,揭示复杂条件下下岩土体流变特性及其对滑坡-防治结构体系内力的影响;基于多场信息采集和现场长期监测结果,建立工程尺度下地质体与防治结构体系的流变模型;揭示多因素耦合作用下滑坡-防治结构体系的非线性变形破坏时效规律。进行物理模型试验和数值模拟,研究不同滑坡类型不同演化阶段植入防治工程后的演化规律,比较不同防治工程结构防治效果,提出滑坡-防治工程结构适宜性评价方法。建立长期安全性组合评价模型及相应的判别标准,构建滑坡-防治工程结构长期安全性综合评价体系。
(4)重大工程灾变滑坡演化多场信息表征与状态判识
以长江三峡及西南三江地区重大工程灾变滑坡为例,运用系统论、信息论和
现代工程地质学等研究方法,研究物质能量交换条件下滑坡地质系统演化过程的力学、物理、化学等多场信息的描述与处理方法、岩土体物质组成与结构的演变及能量耗散效应规律。以“3S”技术、分布式光纤传感技术、声发射技术、同位素示踪技术为主要手段建立多场信息采集高新技术系统,提取滑坡多场信息特征,进行多场数据的融合与建模,利用模式识别技术建立滑坡多场演化灾变模式及识别方法。结合滑坡演化机理分析与实时监测系统,建立多场耦合作用模式下的灾变滑坡判据体系,划分演化阶段,实现滑坡过程状态判识。 (5)重大工程灾变滑坡演化过程控制理论
基于长江三峡及西南三江地区典型重大工程灾变滑坡演化过程和致灾机理,结合工程地质类比法、自然历史分析法等预测预报方法与多场信息滑坡过程状态判识方法,根据不同孕灾模式下不同演化阶段的特点,确定滑坡演化过程预测综合判据与阈值,提出滑坡演化过程预测预报方法。采用系统论、信息论、控制理论及现代工程地质理论,确定滑坡演化控制关键因素与最佳控制时间等。根据滑坡演化阶段特点开展滑坡演化过程控制优化理论与方法研究,构建重大工程灾变滑坡演化过程控制技术方法体系。基于滑坡演化过程控制信息数据库,采用概率方法、统计方法、不确定性方法,建立滑坡演化过程控制效果评价指标体系并提出相应的方法体系。最终建立基于滑坡演化、致灾机理、相互作用机理、过程预测、过程控制与效果评价的重大工程灾变滑坡演化过程控制理论。
本项目总体技术路线见图1。
现场资料收集与野外调研 多学科交叉 集成技术方法 重大工程灾变滑坡区地质过程 工程卸荷区地质过程与重大工程灾变滑坡研究 工程卸荷岩体本构方程破坏判据 岩体卸荷力学试验 重大水利水电工程区地质过程与重大工程灾变滑坡研究 滑坡H-M-C模型 多场耦合试验 非连续介质力学方法 连续介质力学方法 大型水库运行条件下滑坡演化与 致灾机理 ①库水变动带岩土特性研究 ②降雨-库水条件下库岸滑坡渗流特征 ③多场耦合作用下滑坡演化规律 ④大型水库工程重大滑坡致灾机理 高地应力区工程卸荷滑坡演化与致灾机理 ①高陡边坡工程卸荷过程研究 ②工程卸荷作用下滑坡演化过程 ③工程卸荷滑坡致灾机理 ? 滑坡-防治结构相互作用模型 ? 多因素耦合作用下滑坡-防治? 物理模型实验 结构体系的非线性流变模型 ? 数值模拟与仿真 ? 长期安全性评价指标体系与组合评价模型 滑坡-防治结构体系相互作用与长期安全性 ①滑坡-防治结构体系相互作用机理 ②复杂环境条件下滑坡-防治结构变形破坏时效规律 ③滑坡防治效果与防治结构适宜性研究 ④滑坡防治工程长期安全性研究 ? 解构重构理论 ? 信息熵理论 ? 智能控制理论 3S、分布式光纤监测技术 滑模变结构控制技术 协调切换技术 重大工程灾变滑坡演化多场信息表征与状态判识 ①滑坡物质能量特征信息获取与识别 ②滑坡演化多场信息融合与建模 ③滑坡信息时空演化规律与状态判识 重大工程灾变滑坡演化过程控制理论 ①滑坡演化过程预测预报理论 ②滑坡演化过程控制关键因素研究 ③滑坡演化过程控制技术方法 ④滑坡演化过程控制评价体系 为重大地质灾害预测与防治提供关键理论,促进相关学科基础理论发展 图1 总体技术路线框图
本项目实现首席科学家领导下的项目专家组负责制,首席科学家对项目的执行全面负责,项目专家组负责项目的学术组织与具体实施。课题组长负责各课题的组织与实施。首席科学家和项目专家组依据《国家重点基础研究发展规划项目管理暂行办法》的规定履行职责。
本项目设立首席科学家、课题组长和专家组联席会议制度,定期检查、交流、会商进展。首席科学家依托联席会议整合资源、及时部署,保障协同攻关力度。本项目搭建专门的网络平台,供项目组成员共享信息、及时交流。
通过项目的实施,培养一大批具备全局环境意识,注重工程伦理,具有深厚理论基础的应用基础研究的青年人才,为协调人类工程活动与地质环境,促进我国中西部重大工程影响区域经济社会和谐发展储备高端人力资源。
本项目提出的研究内容和关键科学问题,在本项目研究骨干队伍中已经具有良好的研究工作基础和研究构想。研究方案和学术思路的确定,考虑了国际上学科前沿的发展趋势和学术队伍的优势,突出了有限度的研究重点和内容,是能够完成预定研究目标的。
3 与国内外同类研究工作相比,本项目的创新和特色 (1)创新点
① 提出基于地质过程的重大工程灾变滑坡演化机理
通过长江三峡及西南三江等典型地区的剖析,研究地质体及其表生作用过程、构造活动过程、地貌改造过程与滑坡时空分布之间的关系,建立我国重大工程灾变滑坡区滑坡孕灾模式,揭示复杂环境条件下水库和工程卸荷滑坡的演化与致灾机理。
② 揭示滑坡-防治结构相互作用机理
以库水位波动、降雨等作用下典型重大工程灾变滑坡-防治结构体系的演化规律及其变形破坏时效规律为基础,建立滑坡-典型防治结构协同工作模型与滑坡-防治结构体系变形协调方程,揭示滑坡-防治结构相互作用机理。
③ 形成滑坡多场特征信息采集技术和预警新体系
借鉴信息和光电传感等高技术领域中的最新研发成果,结合滑坡多场特征信息和发生与发展的规律,研发和集成出与常规监测方法相融合的、适合滑坡演化
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