建筑工程安全大型水利水电工程高陡边坡全生命周期性能演化与安全控制

建筑工程安全大型水利水电工程高陡边坡全生命周期性能演化与安全控制项目名称：大型水利水电工程高陡边坡全生命周期体及结构性能演化等视角，凝练出拟解决的三个关键科学问题。运行期边坡性能演化产生重要影响。边坡开挖扰动效应控制方法等问题。传递模式，锚索与砂浆、砂浆与岩体之间存在应力传递与变形协调过程。显然，简单地考虑锚固力或锚固件自身刚度的锚固设计方法尚不足于揭示边坡岩体真问题。与非饱和区演化特征、边坡岩体饱和/非饱和渗流及其与应力/变形的耦合机理、计方法。础、力学模型与参数。的环境不同往往具有不同的演化特征。非均匀岩体时效力学特性的多尺度模型等。工程措施的耐久性与功能失效机制以及高陡边坡变形与稳定性演化规律。本科学问题是大型水利水电工程高陡边坡全生命周期性能演化与安全控制陡边坡全生命周期性能演化的时效力学模型。复杂环境下大型水利水电工程高陡边坡全生命周期性能演化是不可避免的 的局限，建立包含边坡变形和稳定性的综合安全指法研究是实现边坡安全控制的有效手段。全生命周期安全控制的策略、方法、途径与时机等。电工程建设与运行安全、防灾减灾提供科学依据。(1)深切河谷演化模式及边坡地应力特征(2)高陡边坡深部裂缝地质力学模式(3)边坡岩体开挖扰动区的形成与演化机制(4)高陡边坡开挖扰动效应控制方法(1)锚固体系力学作用机制与结构强度效应(2)边坡锚固与联合加固措施的协同作用机制(3)边坡锚固体系性能演化机制及其耐久性(4)边坡锚固体系工作性态及健康诊断方法(5)边坡锚固体系安全控制标准与评价方法(1)强卸荷边坡岩体渗透特性及其尺度效应(2)高渗压作用下边坡岩体的渗流运动规律(3)强雾化区边坡岩体水气两相流运动特性(4)高陡边坡岩体非线性渗流分析与控制(1)复杂荷载下岩体时效特性的宏细观机制(2)库水变幅带裂隙岩体水力风化耦合机理(3)锚固岩体的时效力学特性及多尺度模型(4)边坡岩体损伤演化宏细观数值分析方法(1)开挖与锚固过程高陡边坡变形与稳定性动态特征(2)大坝浇筑与蓄水过程边坡变形与稳定性动态特征(3)暴雨与库水位骤变条件下高陡边坡变形破坏机制(4)强震作用下高陡边坡岩体动力变形与稳定性特征(5)高陡边坡变形与稳定性演化规律与数值分析方法(1)高陡边坡变形与稳定性综合评价指标体系(2)高陡边坡性能多源信息融合与评估方法(3)基于性能演化的高陡边坡动态设计方法(4)高陡边坡全生命周期性能监测预警与安全控制工程作用效应、时效力学特性、边坡与坝体-库水相互作用以及性能演化机制的我国在高陡边坡研究领域的国际地位和学术影响力。），议1项；工程研究的高水平队伍，形成本领域优秀创新程建设与运行安全基础研究的原始创新和集成创新。大尺寸结构面剪切-渗流耦合试验系统、预应力锚固机理试验系统、锚固体系应 坏特征。建立我国西南地区深切河谷地质演化模式及河谷边坡地应力场地质力学模协调过程，建立大型锚固体系的结构性强度模型。状态与健康诊断方法，构建边坡锚固体系安全控制标准与评价方法。渗流运动的各向异性、尺度效应、非饱和性以及渗流与应力/变形的耦合特性。立锚固岩体时效本构模型，提出边坡锚固岩体损伤演化的宏细观数值分析方法。建立高陡边坡全生命周期变形与稳定性分析方法，研究边坡在开挖、锚固、高陡边坡性能评估方法。坡稳定性监测与安全预警平台，建立高陡边坡全生命周期安全控制理论与方法，形成一套基于全生命周期性能演化的高陡边坡设计、评价与安全控制理论体系。述相关研究成果。编写项目研究报告、完成结题验收工作。与安全控制问题开展基础研究。本研究体现如下三个然演化、工程作用、运行环境组成了复杂的广义耦合系统（如图2所示它们从而为研究高陡边坡全生命周期性能演化规律奠定基础。(2)复杂环境下高陡边坡全生命周期性能演化具有宏细观动力学机制的思性能演化的细观机制是正确建立边坡变形与稳定性宏观规律的基础。化规律为核心，统筹兼顾设计、施工和运行不同阶段的安全控制。流力学、损伤力学、水利水电工程、安全工程、系统工程等多学科理论与方法，控制的应用研究。本项目运用工程地质、力学、水利水电工程及安全工程等学科的基本理论、示范。各课题研究工作拟采取如下技术路线。工程性质评价方法。运用时域和空间场叠加原理，研究边坡岩体开挖应力重分揭示边坡岩体的动力损伤机理，基于钻孔电视、CT扫描和开挖前后岩体声波对比检测，建立岩体动力损伤安全判据。开展含节理边坡开挖松动室内模型试验，制，确定不同岩体应力水平、岩性及卸载速率下边坡岩体开挖松动区分布规律。累积损伤效应及演化规律；通过室内试验研究开挖扰动区岩体的时效力学特性，陡边坡开挖损伤、松动及变形渐进发展过程，揭示开挖扰动区的时空分布特征，最终确定开挖扰动区岩体力学参数。的边坡开挖优化设计方法。作用机制。成果，分析锈蚀分布规律以及长期影响因素，提出锚固体系健康状况辨识指标，技术，研发复杂环境下锚索腐蚀破坏及健康诊断检测与监测技术。善的边坡岩体锚固优化设计与预应力锚固体系长期性能评价方法体系。体的渗透特性演化规律。何形态和持水机制的水气两相流模型。通过现场降雨入渗试验和钻孔压水试验，研究边坡岩体的降雨入渗机制以及饱和/非饱和渗流运动规律，建立边坡岩体降雨入渗率模型、高渗压条件下的渗流模型等。暴雨、泄洪雾化条件下的三维渗流场模拟与验证。别建立边坡岩体的短期、长期多尺度力学模型和短长期水-力耦合多尺度模型。学行为。下岩体的短长期水-力耦合多尺度模型。通过拟环境试验，得到不同风化程度的锚固机理及性能演化的锚固岩体时效力学模型。究，对边坡岩体的时效力学模型和数值分析方法进行初步验证和应用。岩体变形计算分析，研究施工期边坡岩体的开挖方式、顺序、速度与锚固时机、形和稳定性的动态演化特性。依托锦屏一级和大岗山等大型水电工程高陡边坡，采用大型数值模拟技术，响；从岩体水-力耦合模型出发，研究不同蓄水速度对边坡渗流场、岩体应力及的库水位骤变临界条件，揭示全生命周期内边坡在暴雨/泄洪雾化和库水位反复-坝体-库水三维动力特性模拟，研究边坡变形与稳定性的水库动水压力效应。则，考虑国内风险接受水平及风险决策的倾向性，提出高陡边坡风险接受准则。采用马尔可夫链-贝叶斯法等多维数据动态分析方法，对多源监测信息进行性因素，建立高陡边坡失事概率演化模型，提出边坡失事的动态风险评估方法。程与非工程措施相配套的、基于高陡边坡全生命周期性能演化的安全控制理论。考虑爆炸荷载与开挖载荷瞬态卸荷联合作用效应的高陡边坡岩体开挖扰动区分河谷边坡演化与岩体工程作用对高陡边坡稳定性起控制作用的学术思想。坡岩体的水力风化耦合机理以及考虑锚固体系性能劣化机制的边坡锚固岩体多点体现了复杂环境下高陡边坡全生命周期性能演化具有宏细观动力学机制的学术思想。综合考虑变形与稳定性演化特征的高陡边坡性能评价指标体系和基于多源于全生命周期性能演化的高陡边坡设计、监测预警以及安全控制的理论与方法，利水电工程高陡边坡安全控制贯穿于工程设计、施工和运行全过程的学术思想。以西南地区复杂地质条件及运行环境下大型水利水电高陡边坡工程为研究对象，性动态特征和安全控制问题。研究对象具体，研究重点突出，科学问题明确。了河谷边坡演化、岩体工程作用与运行环境共同对高陡边坡稳定性起控制作用、复杂环境下高陡边坡全生命周期性能演化具有宏细观动力学机制以及水利水电于解决我国西南地区大型水利水电工程安全与高效运行问题具有前瞻性。变形与稳定性演化规律，并强调高陡边坡全生命周期性能评估与安全控制。球空间信息和全数字摄影测量技术实现对边坡变形动态特征的实时获取与反馈；高陡边坡领域具有先进性。项目研究的可行性和取得重大创新性研究成果的可能性。验和应用研究创造了条件。 与动态反馈、岩土工程渗流分析与控制、岩土力学数值模拟等方面的科研工作，规模数值模拟、高边坡岩体安全控制等方面具有良好的理论基础和研究积累。也强调工程设计对边坡性能的调控作用以及运行阶段边坡变形与稳定性状态的确的技术途径。化机制、性能评估与安全控制等方面取得理论突破，实现预期研究目标。各课题之间的关系如下：系的性能演化与耐久性、锚固特性安全控制方法等，研究对象既涉及开挖边坡，计与安全控制理论体系。研究目标：能演化与安全控制提供边坡地质模型、岩体力学参数。研究内容： 边坡变形破坏之间的关系，揭示典型河谷边坡应力场演化规律。与识别方法。研究边坡开挖引起的岩体应力场动态调整力学过程,揭示开挖瞬态卸荷和爆高陡边坡岩体开挖扰动区演化的时效分析模型。应力区高陡边坡开挖优化设计方法。研究目标：特性研究提供理论依据。研究内容：构强度形成机制，建立锚固岩体结构强度模型。立锚固体系与联合加固措施的优化设计方法。制，提出锚固体系耐久性的评价指标。态和健康诊断方法。反馈、数值模拟的综合方法，建立预应力锚固体系安全评价方法。研究目标：环境下高陡边坡变形与稳定性分析以及全生命周期性能评估提供理论基础。研究内容：适用于工程尺度渗流分析的边坡岩体均化渗流模型。研究暴雨、长历时泄洪雾化雨作用下边坡岩体的入渗机制和坡面产流规律，建立边坡岩体降雨入渗率计算模型。研究结构面的持水机理和非饱和渗流特性，饱和渗流模型。控制优化设计方法。研究目标：杂环境下高陡边坡岩体性能演化规律研究提供理论基础。研究内容：宏观时效力学模型与细观机制的定量关系。的演化规律以及矿物成分和细观结构的变化特征，分析饱和岩体时效变形机试验，建立风化状态与时效变形之间的耦合关系。饱和-非饱和岩体的时效变形机制，研究锚固岩体长期时效宏细观水-力耦合模锚索锈蚀及性能演化的锚固岩体时效力学模型。坡安全监测数据分析和验证时效力学模型。研究目标：化机制”，研究高陡边坡施工期变形与稳定性动态特征，揭示边坡与大坝-库水衡法，为研究高陡边坡全生命周期变形与稳定性演化规律提供理论依据。研究内容：基于高陡边坡开挖扰动效应和锚固机理研究成果，分析施工过程中开挖布局、顺序、速度与锚固时机、强度、布局等关键因素对边坡岩体应力、变形的影响规律，揭示开挖扰动区范围与分布特征、锚固元件内力分布及其与围岩相互作用机制，阐明施工过程中边坡变形和稳定性的动态特性。研究大坝浇筑对边坡稳定性的影响以及边坡变形对坝体应力与变形的影响，揭示边坡与坝体的相互作用机制，提出大坝浇筑最佳时机；基于岩体水-力耦合模型，研究在不同水库蓄水速度下边坡渗流场特征及其对边坡稳定性的影响，揭示高陡边坡在蓄水过程中的变形与稳定性动态特征。根据岩体的饱和/非饱和渗流模型，研究暴雨/泄洪雾化条件下高陡边坡的渗流、变形和稳定性演化规律；研究库水位骤升、骤降速度对边坡变形和稳定性的影响，提出满足边坡稳定要求的库水位骤变临界速度；揭示暴雨/泄洪雾化和库水位反复涨落条件下高陡边坡岩体变形破坏机制。基于岩体动力本构模型，研究高陡边坡在不同地震动输入方式下的动力响应以及不同坡高、坡度、库水位条件下边坡的动力放大效应；研究强震对锚固体系性能的影响及损伤累积效应；研究强震作用下边坡-坝体-库水三维动力响应，分析水库动水压力对边坡变形与稳定性的影响，揭示高陡边坡在强震作用下的动力变形及稳定性动态特征。研究能够考虑岩体裂隙扩展的数值流形元方法，发展边坡稳定性分析的矢量和方法；研究能模拟极端条件下边坡岩体失稳过程的不连续变形分析方法；发展基于关键块体理论的三维严格极限平衡法；结合典型工程开展数值模拟，揭示边坡变形与稳定性演化规律，通过现场监测和物理模拟试验验证方法的合理性。研究目标：技术支撑。研究内容：重的综合评价指标体系。震等建立高陡边坡工程地质信息和安全监测信息可视化分析系统；研究高陡模型，建立基于多源信息的高陡边坡风险评估方法。计，以及基于施工地质信息和安全监测信息不断更新的设计方案动态优化方法。研究适合于反映水利水电工程高陡边坡性能演化的微破裂实时监测技术与过程的高陡边坡安全控制策略、控制方法、控制时机与具体实施方案。第年1.研制和改进项目研究所需的试验验系统、大尺寸结构面剪切-渗理试验系统等。2.研究西南深切河谷演化模式与边效应。3.开展含多组节理的大比尺锚固岩锚固机制与综合力学效应。4.研究岩块、裂隙及岩体在变形、的变化及其与细观结构的关系。6.研究高陡边坡施工期变形与稳定和研制。2.建立我国西南地区典型深切河谷析模型。3.揭示锚固体系应力传递机制和变体系结构性强度模型。4.初步建立边坡岩体三个不同尺度原理的岩体渗透特性的应力/变形耦合模型。5.初步建立高陡边坡基于性能的风值分析方法。7.研究高陡边坡确定性和不确定性体系。1.研究深切峡谷地质力学模式以及机理与边坡岩体松动力学机制。2.研究预应力锚固体系与抗滑桩、3.开展高渗压条件下岩体结构面渗线性渗流运动规律。4.开展天然岩样微细观接触本构理性能演化过程等因素对岩石短-长期宏观力学行为的影响。5.研究能够考虑裂隙扩展的数值流量和方法；研究大坝浇筑时机、浇筑速度对边坡性能的影响。6.高陡边坡监测预警方法研究，开2.揭示预应力锚固体系的锚固力学损伤检测的技术和方法。3.建立高渗压条件下岩体结构面的流的非线性特征。4.建立天然岩样的多尺度短长期力为的影响规律。5.发展考虑坡内裂隙扩展的数值流程边坡应力及变形的变化规律。融合分析方法研究。7.进行中期总结。6.初步建立边坡多源信息融合的性高陡边坡性能演化预测模型。8.完成项目的中期评估。程中变形协调与应力分担机制、锚固体系性能演化的损伤机制、边坡锚固体系的群锚效应。1.揭示河谷边坡深部裂缝的发育体累积损伤判据与时效分析模型。出锚固体系性能衰变和长期演3.建立基于微震活动性的渗透性气两相流运动模型。4.建立非饱和条件下岩体的短长体渗流运动的均匀化分析。为的影响，完善多尺度水-力学饱和度的影响。5.研究暴雨/泄洪雾化条件下高陡度对边坡变形和稳定性的影响。态设计方法。期水-力耦合多尺度模型。5.建立高边坡在暴雨/泄洪雾