中国西南地区地处青藏高原东侧,受高原第四纪以来持续隆升的影响,金沙江及其主要支流(雅砻江、大渡河、岷江)以及澜沧江、怒江等深切成谷,形成高山峡谷和高边坡的地貌景观;由于高边坡失稳造成的崩滑地质灾害不仅发生频率高,并且具有规模大、机理复杂、危害大、防治难度高的特点,在全世界范围内也具有典型性和独特性,构成影响和制约这一地区社会经济发展和西部大开发重大工程建设的关键技术难题。
从二十世纪80年代起,实验室就开始了对这一问题的探索与开拓,先后得到了国家杰出青年科学基金、教育部跨世纪优秀人才计划基金、两项国家自然科学基金重点项目和若干国家自然科学基金面上项目的资助,并承担了包括国家“七.五”、“八.五”、“九.五”重点科技攻关项目、国土资源部重点科技项目、国家重大工程建设和重大地质灾害防治项目等在内的60余项相关课题。通过三代人20年持续不断的探索与实践,在深刻认识中国西南地区特殊地质环境条件形成机理及发育特征的基础上,提出了具有针对性的以“地质过程机制分析-量化评价”为核心的学术思想体系,和以“系统工程地质分析”为主体的评价方法和应用技术体系,形成了“复杂岩体结构精细描述和建模”、“边坡变形破坏机理模式及变形稳定性评价方法”和“地质灾害过程模拟与过程控制”三大支撑技术,并取得了以下的理论与技术创新。
(1)提出了基于变形理论的高边坡稳定性评价和灾害控制的学术思想。通过长期研究实践,认识到高边坡及其滑动面的形成具有复杂的变形破坏演变过程,只有当变形达到一定程度,滑动面才会最终贯穿形成滑坡灾害。因此,对特定的高边坡,通过追踪边坡变形的发展,评价其变形稳定性,并在滑动面形成和贯穿之前进行变形控制,就能有效地防止高边坡的失稳破坏。这就是基于变形理论的高边坡稳定性评价和灾害防治的主体学术思想。显然,这一理论较传统“强度稳定性”理论更符合西南地区实际,并能节省大量的高边坡处置经费。
(2)提出了基于"变形理论"的高边坡稳定性评价和灾害防治分析技术和方法体系。该体系以复杂岩体结构精细描述和准确的地质模型建立为基础,以卸荷条件下边坡的变形-破坏机理研究为桥梁,以现代数值模拟技术为主要手段,从而实现高边坡变形稳定性评价和基于变形控制理论的灾害防治措施优化。
(3)开发了高边坡复杂岩体结构精细描述和建模技术。提出了基于层次模型的结构面分类及其描述的指标体系,建立了一套基于精细描述的现场调查技术与分析评价方法,尤其是针对随机结构面建立了基于交切模型的迹长和连通率概率模型。
(4)提出了西南地区高边坡变形破坏演化的三阶段理论,即伴随河谷下切或开挖过程,由应力释放驱动边坡岩体产生变形和破裂的"表生改造阶段";受边坡内特定不利结构面控制,在重力作用下所发生的"时效变形阶段"和最终的累进性破坏(滑面贯穿)阶段;揭示了不同阶段的基本特征和时、空演化序列。
(5)建立了西南地区典型高边坡变形破坏的地质-力学模型和大型滑坡的发生机理,包括具有代表意义的蠕滑-拉裂-剪段"三段式"机制、"挡墙溃屈"机制、"阶梯状"蠕滑-拉裂机制及高应力条件下的深部拉裂机制等;提出了相应的变形稳定性分析模式和灾害控制原则。
(6)基于变形稳定性分析的总体思路,建立了以"过程模拟和过程控制"为核心的稳定性评价和灾害控制技术体系。提出了基于数值模拟技术的变形稳定性"全过程模拟技术",并解决了诸如复杂环境模拟、复杂过程模拟和复杂介质模拟等诸多关键技术问题;形成了基于变形理论的高边坡稳定性和灾害控制的"过程控制"技术,解决了有关控制原理、目标和实施技术等问题。形成了一套以“变形稳定性分析”为主线,以“变形破坏模式机理分析”为核心,以“过程模拟”和“过程控制”为基本手段的高边坡稳定性评价、灾害预测和防治的技术方法体系和相应的实施技术流程。
本项成果为我国西南地区高边坡稳定性评价及灾害防治提供了较为系统、先进、适用的理论和技术方法。已先后在地质灾害防治、资源开发、交通基础设施建设等领域近100项工程中得到推广,实现了"规模化"应用,解决了国民经济建设和社会发展中与高边坡稳定性评价及其灾害防治相关的诸多重大技术难题,产生了重大社会效益和经济效益。部分应用工程的直接经济效益达4.35亿元,可统计的社会效益达十余亿元。
本项成果先后出版系列专著7部(其中科学出版社3部),在国际刊物及国内核心刊物上发表论文300余篇,培养博士、硕士研究生50余名,先后获省部级科技成果一等奖2项、二等奖4项;2005年该项成果获国家科技进步一等奖,本实验室为唯一获奖单位。
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