建筑工程安全大型水利水電工程高陡邊坡全生命周期性能演化與安全控制

建筑工程安全大型水利水電工程高陡邊坡全生命周期性能演化與安全控制項目名稱：大型水利水電工程高陡邊坡全生命周期體及結(jié)構(gòu)性能演化等視角，凝練出擬解決的三個關(guān)鍵科學(xué)問題。運行期邊坡性能演化產(chǎn)生重要影響。邊坡開挖擾動效應(yīng)控制方法等問題。傳遞模式，錨索與砂漿、砂漿與巖體之間存在應(yīng)力傳遞與變形協(xié)調(diào)過程。顯然，簡單地考慮錨固力或錨固件自身剛度的錨固設(shè)計方法尚不足于揭示邊坡巖體真問題。與非飽和區(qū)演化特征、邊坡巖體飽和/非飽和滲流及其與應(yīng)力/變形的耦合機理、計方法。礎(chǔ)、力學(xué)模型與參數(shù)。的環(huán)境不同往往具有不同的演化特征。非均勻巖體時效力學(xué)特性的多尺度模型等。工程措施的耐久性與功能失效機制以及高陡邊坡變形與穩(wěn)定性演化規(guī)律。本科學(xué)問題是大型水利水電工程高陡邊坡全生命周期性能演化與安全控制陡邊坡全生命周期性能演化的時效力學(xué)模型。復(fù)雜環(huán)境下大型水利水電工程高陡邊坡全生命周期性能演化是不可避免的 的局限，建立包含邊坡變形和穩(wěn)定性的綜合安全指法研究是實現(xiàn)邊坡安全控制的有效手段。全生命周期安全控制的策略、方法、途徑與時機等。電工程建設(shè)與運行安全、防災(zāi)減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)。(1)深切河谷演化模式及邊坡地應(yīng)力特征(2)高陡邊坡深部裂縫地質(zhì)力學(xué)模式(3)邊坡巖體開挖擾動區(qū)的形成與演化機制(4)高陡邊坡開挖擾動效應(yīng)控制方法(1)錨固體系力學(xué)作用機制與結(jié)構(gòu)強度效應(yīng)(2)邊坡錨固與聯(lián)合加固措施的協(xié)同作用機制(3)邊坡錨固體系性能演化機制及其耐久性(4)邊坡錨固體系工作性態(tài)及健康診斷方法(5)邊坡錨固體系安全控制標(biāo)準(zhǔn)與評價方法(1)強卸荷邊坡巖體滲透特性及其尺度效應(yīng)(2)高滲壓作用下邊坡巖體的滲流運動規(guī)律(3)強霧化區(qū)邊坡巖體水氣兩相流運動特性(4)高陡邊坡巖體非線性滲流分析與控制(1)復(fù)雜荷載下巖體時效特性的宏細觀機制(2)庫水變幅帶裂隙巖體水力風(fēng)化耦合機理(3)錨固巖體的時效力學(xué)特性及多尺度模型(4)邊坡巖體損傷演化宏細觀數(shù)值分析方法(1)開挖與錨固過程高陡邊坡變形與穩(wěn)定性動態(tài)特征(2)大壩澆筑與蓄水過程邊坡變形與穩(wěn)定性動態(tài)特征(3)暴雨與庫水位驟變條件下高陡邊坡變形破壞機制(4)強震作用下高陡邊坡巖體動力變形與穩(wěn)定性特征(5)高陡邊坡變形與穩(wěn)定性演化規(guī)律與數(shù)值分析方法(1)高陡邊坡變形與穩(wěn)定性綜合評價指標(biāo)體系(2)高陡邊坡性能多源信息融合與評估方法(3)基于性能演化的高陡邊坡動態(tài)設(shè)計方法(4)高陡邊坡全生命周期性能監(jiān)測預(yù)警與安全控制工程作用效應(yīng)、時效力學(xué)特性、邊坡與壩體-庫水相互作用以及性能演化機制的我國在高陡邊坡研究領(lǐng)域的國際地位和學(xué)術(shù)影響力。），議1項；工程研究的高水平隊伍，形成本領(lǐng)域優(yōu)秀創(chuàng)新程建設(shè)與運行安全基礎(chǔ)研究的原始創(chuàng)新和集成創(chuàng)新。大尺寸結(jié)構(gòu)面剪切-滲流耦合試驗系統(tǒng)、預(yù)應(yīng)力錨固機理試驗系統(tǒng)、錨固體系應(yīng) 壞特征。建立我國西南地區(qū)深切河谷地質(zhì)演化模式及河谷邊坡地應(yīng)力場地質(zhì)力學(xué)模協(xié)調(diào)過程，建立大型錨固體系的結(jié)構(gòu)性強度模型。狀態(tài)與健康診斷方法，構(gòu)建邊坡錨固體系安全控制標(biāo)準(zhǔn)與評價方法。滲流運動的各向異性、尺度效應(yīng)、非飽和性以及滲流與應(yīng)力/變形的耦合特性。立錨固巖體時效本構(gòu)模型，提出邊坡錨固巖體損傷演化的宏細觀數(shù)值分析方法。建立高陡邊坡全生命周期變形與穩(wěn)定性分析方法，研究邊坡在開挖、錨固、高陡邊坡性能評估方法。坡穩(wěn)定性監(jiān)測與安全預(yù)警平臺，建立高陡邊坡全生命周期安全控制理論與方法，形成一套基于全生命周期性能演化的高陡邊坡設(shè)計、評價與安全控制理論體系。述相關(guān)研究成果。編寫項目研究報告、完成結(jié)題驗收工作。與安全控制問題開展基礎(chǔ)研究。本研究體現(xiàn)如下三個然演化、工程作用、運行環(huán)境組成了復(fù)雜的廣義耦合系統(tǒng)（如圖2所示它們從而為研究高陡邊坡全生命周期性能演化規(guī)律奠定基礎(chǔ)。(2)復(fù)雜環(huán)境下高陡邊坡全生命周期性能演化具有宏細觀動力學(xué)機制的思性能演化的細觀機制是正確建立邊坡變形與穩(wěn)定性宏觀規(guī)律的基礎(chǔ)。化規(guī)律為核心，統(tǒng)籌兼顧設(shè)計、施工和運行不同階段的安全控制。流力學(xué)、損傷力學(xué)、水利水電工程、安全工程、系統(tǒng)工程等多學(xué)科理論與方法，控制的應(yīng)用研究。本項目運用工程地質(zhì)、力學(xué)、水利水電工程及安全工程等學(xué)科的基本理論、示范。各課題研究工作擬采取如下技術(shù)路線。工程性質(zhì)評價方法。運用時域和空間場疊加原理，研究邊坡巖體開挖應(yīng)力重分揭示邊坡巖體的動力損傷機理，基于鉆孔電視、CT掃描和開挖前后巖體聲波對比檢測，建立巖體動力損傷安全判據(jù)。開展含節(jié)理邊坡開挖松動室內(nèi)模型試驗，制，確定不同巖體應(yīng)力水平、巖性及卸載速率下邊坡巖體開挖松動區(qū)分布規(guī)律。累積損傷效應(yīng)及演化規(guī)律；通過室內(nèi)試驗研究開挖擾動區(qū)巖體的時效力學(xué)特性，陡邊坡開挖損傷、松動及變形漸進發(fā)展過程，揭示開挖擾動區(qū)的時空分布特征，最終確定開挖擾動區(qū)巖體力學(xué)參數(shù)。的邊坡開挖優(yōu)化設(shè)計方法。作用機制。成果，分析銹蝕分布規(guī)律以及長期影響因素，提出錨固體系健康狀況辨識指標(biāo)，技術(shù)，研發(fā)復(fù)雜環(huán)境下錨索腐蝕破壞及健康診斷檢測與監(jiān)測技術(shù)。善的邊坡巖體錨固優(yōu)化設(shè)計與預(yù)應(yīng)力錨固體系長期性能評價方法體系。體的滲透特性演化規(guī)律。何形態(tài)和持水機制的水氣兩相流模型。通過現(xiàn)場降雨入滲試驗和鉆孔壓水試驗，研究邊坡巖體的降雨入滲機制以及飽和/非飽和滲流運動規(guī)律，建立邊坡巖體降雨入滲率模型、高滲壓條件下的滲流模型等。暴雨、泄洪霧化條件下的三維滲流場模擬與驗證。別建立邊坡巖體的短期、長期多尺度力學(xué)模型和短長期水-力耦合多尺度模型。學(xué)行為。下巖體的短長期水-力耦合多尺度模型。通過擬環(huán)境試驗，得到不同風(fēng)化程度的錨固機理及性能演化的錨固巖體時效力學(xué)模型。究，對邊坡巖體的時效力學(xué)模型和數(shù)值分析方法進行初步驗證和應(yīng)用。巖體變形計算分析，研究施工期邊坡巖體的開挖方式、順序、速度與錨固時機、形和穩(wěn)定性的動態(tài)演化特性。依托錦屏一級和大崗山等大型水電工程高陡邊坡，采用大型數(shù)值模擬技術(shù)，響；從巖體水-力耦合模型出發(fā)，研究不同蓄水速度對邊坡滲流場、巖體應(yīng)力及的庫水位驟變臨界條件，揭示全生命周期內(nèi)邊坡在暴雨/泄洪霧化和庫水位反復(fù)-壩體-庫水三維動力特性模擬，研究邊坡變形與穩(wěn)定性的水庫動水壓力效應(yīng)。則，考慮國內(nèi)風(fēng)險接受水平及風(fēng)險決策的傾向性，提出高陡邊坡風(fēng)險接受準(zhǔn)則。采用馬爾可夫鏈-貝葉斯法等多維數(shù)據(jù)動態(tài)分析方法，對多源監(jiān)測信息進行性因素，建立高陡邊坡失事概率演化模型，提出邊坡失事的動態(tài)風(fēng)險評估方法。程與非工程措施相配套的、基于高陡邊坡全生命周期性能演化的安全控制理論。考慮爆炸荷載與開挖載荷瞬態(tài)卸荷聯(lián)合作用效應(yīng)的高陡邊坡巖體開挖擾動區(qū)分河谷邊坡演化與巖體工程作用對高陡邊坡穩(wěn)定性起控制作用的學(xué)術(shù)思想。坡巖體的水力風(fēng)化耦合機理以及考慮錨固體系性能劣化機制的邊坡錨固巖體多點體現(xiàn)了復(fù)雜環(huán)境下高陡邊坡全生命周期性能演化具有宏細觀動力學(xué)機制的學(xué)術(shù)思想。綜合考慮變形與穩(wěn)定性演化特征的高陡邊坡性能評價指標(biāo)體系和基于多源于全生命周期性能演化的高陡邊坡設(shè)計、監(jiān)測預(yù)警以及安全控制的理論與方法，利水電工程高陡邊坡安全控制貫穿于工程設(shè)計、施工和運行全過程的學(xué)術(shù)思想。以西南地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件及運行環(huán)境下大型水利水電高陡邊坡工程為研究對象，性動態(tài)特征和安全控制問題。研究對象具體，研究重點突出，科學(xué)問題明確。了河谷邊坡演化、巖體工程作用與運行環(huán)境共同對高陡邊坡穩(wěn)定性起控制作用、復(fù)雜環(huán)境下高陡邊坡全生命周期性能演化具有宏細觀動力學(xué)機制以及水利水電于解決我國西南地區(qū)大型水利水電工程安全與高效運行問題具有前瞻性。變形與穩(wěn)定性演化規(guī)律，并強調(diào)高陡邊坡全生命周期性能評估與安全控制。球空間信息和全數(shù)字攝影測量技術(shù)實現(xiàn)對邊坡變形動態(tài)特征的實時獲取與反饋；高陡邊坡領(lǐng)域具有先進性。項目研究的可行性和取得重大創(chuàng)新性研究成果的可能性。驗和應(yīng)用研究創(chuàng)造了條件。 與動態(tài)反饋、巖土工程滲流分析與控制、巖土力學(xué)數(shù)值模擬等方面的科研工作，規(guī)模數(shù)值模擬、高邊坡巖體安全控制等方面具有良好的理論基礎(chǔ)和研究積累。也強調(diào)工程設(shè)計對邊坡性能的調(diào)控作用以及運行階段邊坡變形與穩(wěn)定性狀態(tài)的確的技術(shù)途徑?；瘷C制、性能評估與安全控制等方面取得理論突破，實現(xiàn)預(yù)期研究目標(biāo)。各課題之間的關(guān)系如下：系的性能演化與耐久性、錨固特性安全控制方法等，研究對象既涉及開挖邊坡，計與安全控制理論體系。研究目標(biāo)：能演化與安全控制提供邊坡地質(zhì)模型、巖體力學(xué)參數(shù)。研究內(nèi)容： 邊坡變形破壞之間的關(guān)系，揭示典型河谷邊坡應(yīng)力場演化規(guī)律。與識別方法。研究邊坡開挖引起的巖體應(yīng)力場動態(tài)調(diào)整力學(xué)過程,揭示開挖瞬態(tài)卸荷和爆高陡邊坡巖體開挖擾動區(qū)演化的時效分析模型。應(yīng)力區(qū)高陡邊坡開挖優(yōu)化設(shè)計方法。研究目標(biāo)：特性研究提供理論依據(jù)。研究內(nèi)容：構(gòu)強度形成機制，建立錨固巖體結(jié)構(gòu)強度模型。立錨固體系與聯(lián)合加固措施的優(yōu)化設(shè)計方法。制，提出錨固體系耐久性的評價指標(biāo)。態(tài)和健康診斷方法。反饋、數(shù)值模擬的綜合方法，建立預(yù)應(yīng)力錨固體系安全評價方法。研究目標(biāo)：環(huán)境下高陡邊坡變形與穩(wěn)定性分析以及全生命周期性能評估提供理論基礎(chǔ)。研究內(nèi)容：適用于工程尺度滲流分析的邊坡巖體均化滲流模型。研究暴雨、長歷時泄洪霧化雨作用下邊坡巖體的入滲機制和坡面產(chǎn)流規(guī)律，建立邊坡巖體降雨入滲率計算模型。研究結(jié)構(gòu)面的持水機理和非飽和滲流特性，飽和滲流模型?？刂苾?yōu)化設(shè)計方法。研究目標(biāo)：雜環(huán)境下高陡邊坡巖體性能演化規(guī)律研究提供理論基礎(chǔ)。研究內(nèi)容：宏觀時效力學(xué)模型與細觀機制的定量關(guān)系。的演化規(guī)律以及礦物成分和細觀結(jié)構(gòu)的變化特征，分析飽和巖體時效變形機試驗，建立風(fēng)化狀態(tài)與時效變形之間的耦合關(guān)系。飽和-非飽和巖體的時效變形機制，研究錨固巖體長期時效宏細觀水-力耦合模錨索銹蝕及性能演化的錨固巖體時效力學(xué)模型。坡安全監(jiān)測數(shù)據(jù)分析和驗證時效力學(xué)模型。研究目標(biāo)：化機制”，研究高陡邊坡施工期變形與穩(wěn)定性動態(tài)特征，揭示邊坡與大壩-庫水衡法，為研究高陡邊坡全生命周期變形與穩(wěn)定性演化規(guī)律提供理論依據(jù)。研究內(nèi)容：基于高陡邊坡開挖擾動效應(yīng)和錨固機理研究成果，分析施工過程中開挖布局、順序、速度與錨固時機、強度、布局等關(guān)鍵因素對邊坡巖體應(yīng)力、變形的影響規(guī)律，揭示開挖擾動區(qū)范圍與分布特征、錨固元件內(nèi)力分布及其與圍巖相互作用機制，闡明施工過程中邊坡變形和穩(wěn)定性的動態(tài)特性。研究大壩澆筑對邊坡穩(wěn)定性的影響以及邊坡變形對壩體應(yīng)力與變形的影響，揭示邊坡與壩體的相互作用機制，提出大壩澆筑最佳時機；基于巖體水-力耦合模型，研究在不同水庫蓄水速度下邊坡滲流場特征及其對邊坡穩(wěn)定性的影響，揭示高陡邊坡在蓄水過程中的變形與穩(wěn)定性動態(tài)特征。根據(jù)巖體的飽和/非飽和滲流模型，研究暴雨/泄洪霧化條件下高陡邊坡的滲流、變形和穩(wěn)定性演化規(guī)律；研究庫水位驟升、驟降速度對邊坡變形和穩(wěn)定性的影響，提出滿足邊坡穩(wěn)定要求的庫水位驟變臨界速度；揭示暴雨/泄洪霧化和庫水位反復(fù)漲落條件下高陡邊坡巖體變形破壞機制?；趲r體動力本構(gòu)模型，研究高陡邊坡在不同地震動輸入方式下的動力響應(yīng)以及不同坡高、坡度、庫水位條件下邊坡的動力放大效應(yīng)；研究強震對錨固體系性能的影響及損傷累積效應(yīng)；研究強震作用下邊坡-壩體-庫水三維動力響應(yīng)，分析水庫動水壓力對邊坡變形與穩(wěn)定性的影響，揭示高陡邊坡在強震作用下的動力變形及穩(wěn)定性動態(tài)特征。研究能夠考慮巖體裂隙擴展的數(shù)值流形元方法，發(fā)展邊坡穩(wěn)定性分析的矢量和方法；研究能模擬極端條件下邊坡巖體失穩(wěn)過程的不連續(xù)變形分析方法；發(fā)展基于關(guān)鍵塊體理論的三維嚴格極限平衡法；結(jié)合典型工程開展數(shù)值模擬，揭示邊坡變形與穩(wěn)定性演化規(guī)律，通過現(xiàn)場監(jiān)測和物理模擬試驗驗證方法的合理性。研究目標(biāo)：技術(shù)支撐。研究內(nèi)容：重的綜合評價指標(biāo)體系。震等建立高陡邊坡工程地質(zhì)信息和安全監(jiān)測信息可視化分析系統(tǒng)；研究高陡模型，建立基于多源信息的高陡邊坡風(fēng)險評估方法。計，以及基于施工地質(zhì)信息和安全監(jiān)測信息不斷更新的設(shè)計方案動態(tài)優(yōu)化方法。研究適合于反映水利水電工程高陡邊坡性能演化的微破裂實時監(jiān)測技術(shù)與過程的高陡邊坡安全控制策略、控制方法、控制時機與具體實施方案。第年1.研制和改進項目研究所需的試驗驗系統(tǒng)、大尺寸結(jié)構(gòu)面剪切-滲理試驗系統(tǒng)等。2.研究西南深切河谷演化模式與邊效應(yīng)。3.開展含多組節(jié)理的大比尺錨固巖錨固機制與綜合力學(xué)效應(yīng)。4.研究巖塊、裂隙及巖體在變形、的變化及其與細觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系。6.研究高陡邊坡施工期變形與穩(wěn)定和研制。2.建立我國西南地區(qū)典型深切河谷析模型。3.揭示錨固體系應(yīng)力傳遞機制和變體系結(jié)構(gòu)性強度模型。4.初步建立邊坡巖體三個不同尺度原理的巖體滲透特性的應(yīng)力/變形耦合模型。5.初步建立高陡邊坡基于性能的風(fēng)值分析方法。7.研究高陡邊坡確定性和不確定性體系。1.研究深切峽谷地質(zhì)力學(xué)模式以及機理與邊坡巖體松動力學(xué)機制。2.研究預(yù)應(yīng)力錨固體系與抗滑樁、3.開展高滲壓條件下巖體結(jié)構(gòu)面滲線性滲流運動規(guī)律。4.開展天然巖樣微細觀接觸本構(gòu)理性能演化過程等因素對巖石短-長期宏觀力學(xué)行為的影響。5.研究能夠考慮裂隙擴展的數(shù)值流量和方法；研究大壩澆筑時機、澆筑速度對邊坡性能的影響。6.高陡邊坡監(jiān)測預(yù)警方法研究，開2.揭示預(yù)應(yīng)力錨固體系的錨固力學(xué)損傷檢測的技術(shù)和方法。3.建立高滲壓條件下巖體結(jié)構(gòu)面的流的非線性特征。4.建立天然巖樣的多尺度短長期力為的影響規(guī)律。5.發(fā)展考慮坡內(nèi)裂隙擴展的數(shù)值流程邊坡應(yīng)力及變形的變化規(guī)律。融合分析方法研究。7.進行中期總結(jié)。6.初步建立邊坡多源信息融合的性高陡邊坡性能演化預(yù)測模型。8.完成項目的中期評估。程中變形協(xié)調(diào)與應(yīng)力分擔(dān)機制、錨固體系性能演化的損傷機制、邊坡錨固體系的群錨效應(yīng)。1.揭示河谷邊坡深部裂縫的發(fā)育體累積損傷判據(jù)與時效分析模型。出錨固體系性能衰變和長期演3.建立基于微震活動性的滲透性氣兩相流運動模型。4.建立非飽和條件下巖體的短長體滲流運動的均勻化分析。為的影響，完善多尺度水-力學(xué)飽和度的影響。5.研究暴雨/泄洪霧化條件下高陡度對邊坡變形和穩(wěn)定性的影響。態(tài)設(shè)計方法。期水-力耦合多尺度模型。5.建立高邊坡在暴雨/泄洪霧