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

美项目痕名称冠：屋大型登水利农水电那工程扛高陡丽边坡练全生络命周森期性扩能演气化与群安全杏控制圣首席风科学姓家：抖周创闻兵尽武汉邮大学畏起止即年限渴：需20烈11辽.1弟1-烟20秃16山.8纺依托呀部门勾：贞教育唉部罩湖村北省能科技遵厅一、关键科学问题及研究内容（一）拟解决的关键科学问题根据国家水利水电工程建设重大需求、相关学科国际学术前沿和国内外研究现状，本项目紧密围绕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理论问题，从河谷演化与边坡岩体工程地质特征、边坡岩体工程作用、边坡岩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。科学问题一：高地应力区高陡边坡岩体工程作用机制与效应西南高地应力区自然河谷边坡经过长期的地质演化，原岩应力强烈卸荷，形成了独特的高陡边坡坡体结构。深切河谷演化模式、地应力特征和坡体结构控制自然边坡稳定性，并对高陡边坡岩体开挖、锚固支护、渗流控制等工程作用效应、运行期边坡性能演化产生重要影响。边坡岩体开挖过程中，岩体应力重分布及储能释放，导致岩体变形甚至局部破坏，形成开挖扰动区（EDZ）。边坡岩体结构特征、地应力水平、开挖方式与程序等对EDZ的孕育、发展和演化起控制作用。对于岩体爆破开挖，在爆炸荷载与开挖卸荷耦合作用下岩体发生损伤、裂纹扩展，甚至局部失稳。因此，需要研究爆破荷载与开挖荷载的耦合作用机制、爆破损伤与卸载松动机理、反复扰动的损伤累积效应、边坡岩体EDZ形成与演化、边坡开挖扰动区岩体的力学行为、高陡边坡开挖扰动效应控制方法等问题。预应力锚索及抗剪洞、锚固洞等加固措施具有复杂的加固机理。就预应力锚索加固而言，预应力通过锚索传递至孔底，而且不同的锚固方式具有不同的应力传递模式，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实的锚固效应。因此，需要研究锚固件和岩体的相互作用机制、锚固与联合加固措施的协同作用机制、锚固岩体的变形与结构强度特性以及锚固岩体力学行为等问题。水利水电工程高陡边坡渗流涉及天然强降雨或泄洪雾化雨入渗机理、饱和区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、库水位骤变条件下边坡岩体渗流特性及其对边坡稳定性的影响等。因此，需要研究边坡岩体的地质特征对其渗透特性及渗流运动的控制作用，揭示边坡岩体渗流运动规律，建立排水孔（幕）结构的精细化分析方法以及边坡渗流控制的优化设计方法。本科学问题旨在揭示复杂地质条件下高陡边坡岩体开挖、锚固、渗控的工程作用机制及其力学效应，为工程边坡岩体变形与稳定性演化机制研究提供地质基础、力学模型与参数。科学问题二：复杂环境下高陡边坡变形与稳定性演化机制在全生命周期中高陡边坡岩体物理力学性质、锚固体系以及渗流控制系统的性能演化具有内在的动力学机制与模式。高陡边坡性能演化的动力主要来自复杂环境因子，例如库水周期性涨落形成的循环加卸载条件、泄洪雾化形成的干湿循环条件、库水骤变和地震动力形成的瞬态荷载条件。复杂环境下高陡边坡性能演化始于施工期的强烈工程作用，在长期运行过程中表现为边坡岩体与锚固材料性能劣化、结构老化等时效力学特征。对于超大规模高陡边坡，不同部位由于所处的环境不同往往具有不同的演化特征。边坡岩体物理力学性能演化总是从岩石材料的细观尺度开始，逐步过渡到裂隙尺度和岩体结构尺度。在细观尺度上，岩石在复杂荷载作用下微裂纹萌生、扩展、位错，再过渡到裂隙尺度；当新生裂隙与原生节理或裂隙汇聚、贯通后就发展到岩体结构尺度。这一演化过程与边坡岩体地质特征密切相关，同时受控于边坡岩体应力场、渗流场以及环境因子的多场耦合作用。因此，需要研究复杂荷载条件下岩体时效特性的宏细观机制、库水变幅带裂隙岩体水力风化耦合机理以及非均匀岩体时效力学特性的多尺度模型等。往高陡堤边坡止锚固央体系须与渗找流控兄制系省统的株长期到性能玻演化久，一遇方面伙有系炼统自落身的样演化网规律弦，另辅一方时面受惭边坡泛岩体顽物理扶力学峰性能屑演化论的影训响。后例如涂，锚防索钢傲绞线分在应椅力、疫渗流畏、温紧差变叙化、素化学允因子旨的联瓜合作创用下景将发此生一雪定程忧度的亭腐蚀扫，锚路索材考料锈菊胀可灭能引息起砂份浆包沉裹体勉和局排部岩及体开敬裂，吓如果旅再经桑受数姿次极更端工刚况作顺用，荣损伤今就会谨不断砌累积卵，呈矛现出联渐进感破坏摧特征挽，最北后导解致锚笋固体茧系功枪能失惨效。裙受边多坡岩绍体变糊形和冠损伤丽累积班的影所响，书岩体落渗透堆性、溉渗透升路径丈将发婆生变歇化，少防渗抹体系断可能摆丧失跳功能您，一识些排共水孔币幕也会可能盲因为摆淤堵腰而失渐效。辈因此砖，需激要研掉究复掩杂环妥境下记岩体灯及筒工程迅措施滔的耐辜久性关与功起能失县效机傍制瓦以及驳高陡组边坡颜变形脊与稳油定性聚演化押规律经。目本科辆学问祖题是红大型绵水利跨水电掏工程疑高陡赴边坡扇全生委命周迹期性测能演耳化与包安全柱控制礼理论脊研究真的核阻心科绳学问链题，吩旨在倡揭示翼不同梳环境夕下高贤陡边师坡性忠能演馒化机码制，矮建立杆高陡疑边坡甩全生倚命周垃期性卫能演崖化的鸦时效种力学何模型热。荣科学招问题婚三：葛高陡枪边坡厉全生肉命周术期性悉能评恼估与步安全残控制巡理论辟复杂趴环境上下大差型水悦利水债电工岂程高主陡边靠坡全阳生命元周期伯性能绕演化箩是不悼可避辈免的矛客观砌现象炼。只都有揭腔示性龙能演商化规公律，带建立窗演化控模型喝，才昼能做服到科曲学设么计、貌准确管评估呢、适舰时控鬼制。惊安全乏指标插体系渡是进冶行厨高陡垃边坡色性能脸评估董和安教全控臂制的炎依据熄。安哪全指幕标体锋系既条要体坐现边主坡变胜形与迎稳定啦性的胀本质霞特征采，又深要体帝现工奸程安繁全的述客观敌要求粗。鉴导于现方行的撤以边肥坡稳斧定性犯为基刺础的惰安全架系数彩指标诵的不龙足，厨需要遮突破夺单一谁安全技指标榨的局彻限，融建立贩包含副边坡铸变形瓣和稳伏定性抓的综彼合安朴全指仿标体馆系。雹对于干长服乡役期洞的高巷陡边章坡，释需要炭基于顺性能梯演化悦模型淡，并午结合写边坡检监测绩反馈锁分析妄成果枕，评斥估边掀坡演添化阶逃段与青稳定搂状态未，综相合评骄价边班坡安辩全性扁及潜招在风另险。非这就密需要僚研究恨基于炉多源式信息周融合鹊的高抚陡边辨坡性削能评晕估方补法。愈对于卡在役凭高陡愈边坡部，通足过性氧能评粮估给缴出健徒康诊魄断与结安全漆预警捕；对场于拟域建工梅程，贵重要杀的是伯基于仇全生管命周问期性本能演烟化规甚律进始行边增坡设辫计。谁因此制，贯开展暗基于崖多源恋信息档融合呈的伶高陡查边坡铲性能哥评估芝方法冻研究歉是实籍现边字坡塌安全说控制构的有隙效手嗓段妻。煌施工北期安吴全控次制主搏要是透根据省边坡拖岩体壳工程堤作用旱机制竭与效急应，培进行心岩体蝶开挖作控制馆、锚例固控把制、扰渗流钥控制锣等；帮运行光期主虽要是户基于闲边坡丹性能鄙演化叙规律评，调步控库秘水位售变化族速率申、泄哈洪量嫂、边课坡排枕水、纽锚固益体系杜工作敬状态紧等。熄因此风，需堪要研迷究高医陡边艘坡全汽生命帝周期鲁安全倒控制筛的策势略、容方法虚、途忘径与鹅时机饿等。煌本科虽学问认题旨萄在建哲立高哗陡边数坡全犹生命舍周期熊性能士评估翅方法铺，形访成一僻套基拿于全政生命税周期猪性能烟演化章的高火陡边妖坡设市计方日法、堵安全巩预警壳与安矛全控评制理皮论，主为大优型水非利水卖电工胡程建栋设与警运行响安全趴、防凯灾减柿灾提鞭供科辛学依扶据。抽（二畅）主投要研示究内话容练围绕走上述丽关键芝科学法问题棋，重岁点研末究高音陡边快坡开虹挖、脏锚固触与渗泄流控污制的吉工程重作用盟机制情；复赢杂环芽境下迈高陡塞边坡庸岩体闭的时既效力挺学特糊征解、领锚固泡体系布与渗巾流控遥制系扣统的药性能勉演化核机制抹；高乔陡边猴坡全反生命枣周期它的变站形与幸稳定谣性演聚化规伞律；冬以及捕高陡语边坡屿全生矩命周普期性除能评谊估与淡安全梨控制盘等内漂容。默具体讯开展榆以下庙6个动方面踏的研竟究。早1、评高地省应力欢区河驰谷边裤坡岩夺体开东挖扰咳动机慢制服深切仪河谷挺演化泪模式滋及焦边坡羽地应妈力特障征级高陡式边坡毙深部依裂缝嚷地质笨力学邻模式汽边坡蛇岩体著开挖保扰动为区的当形成宵与演堡化阔机制端高陡壁边坡暮开挖酒扰动望效应弱控制叙方法见2、箭高陡凭边坡玩岩体吨锚固押机理付与性盐能演贴化特虑征迫锚固病体系也力学蚂作用让机制嫩与结笼构强撒度效絮应若边坡洪锚固香与联狱合加泊固措代施的岂协同毯作用肺机制扎边坡腰锚固育体系落性能沙演化显机制持及其眯耐久廊性淹边坡递锚固女体系充工作沙性态俊及健框康诊筹断方友法场边坡虑锚固恒体系义安全偏控制讽标准盲与评奔价方翻法虑3、兵高陡离边坡避岩体移渗透馋特性恐与渗仿流控庙制机拼理暑强卸寄荷边螺坡岩药体渗攻透特宪性及精其尺害度效侧应敲高渗池压作俗用下趋边坡随岩体厉的渗额流运阁动规锦律献强雾重化区震边坡浴岩体基水气旗两相孟流运避动特室性央高陡系边坡询岩体蜘非线拳性渗疫流碰分析孔与控荒制胃4、蚊复杂移环境淋下工伶程边痕坡岩族体时闭效力喉学特心性危复杂岛荷载冬下岩乌体时逆效特拌性的智宏细浅观机抵制僚库水营变幅洽带裂殊隙岩假体水逗力风辛化耦燕合机封理惭锚固贫岩体挺的时推效力骂学特消性及从多尺遣度岩模型枯边坡肌岩体趴损伤勾演化餐宏细农观数伪值分员析方赔法批5、期边坡召与坝慌体-男库水烛相互误作用背及稳丧定性麻演化部机制场开挖蜘与锚剥固过组程高盒陡边虏坡变筝形与盏稳定防性动当态特要征费大坝辽浇筑芦与蓄躁水过吨程边川坡变艺形与评稳定张性动劣态特锯征祥暴雨载与库旅水位浅骤变府条件若下高廉陡边速坡变稻形破腿坏机死制浊强震俘作用父下高拨陡边倍坡岩依体动致力变丹形与害稳定沉性特肌征市高陡神边坡台变形夏与稳还定性徐演化别规律行与数异值分骗析方亮法应6、彻高陡中边坡饲全生柳命周芬期性钳能评忍估与小安全璃控制佩高陡雹边坡泽变形嘴与稳浆定性亡综合薪评价贡指标怒体系帅高陡脱边坡狗性能司多源凭信息峰融合风与评扑估方溜法淹基于浩性能往演化节的高吉陡边荡坡动六态设行计方煮法声高陡桨边坡稼全生岗命周求期性凡能监辣测预仰警与吸安全赢控制青本项猛目主游要研俩究内豪容与郑拟解幕决的中关键羞科学粒问题停的关馋系如递图1借所示年。届图1苏项燃目研恋究内滚容与用科学闪问题花之间鸟的关住系颜二、找预期停目标怖（一虏）总筋体目户标越围绕脾大型典水利族水电必工程挪高陡贯边坡扔全生错命周美期安办全控潮制问深题，呈开展蛮高边广坡岩暖体工爬程作替用效粉应、冬时效皂力学素特性险、边杀坡与章坝体壮-库惩水相胀互作坡用以骂及性民能演肿化机皆制的型基础粘研究砍，阐辆明高磁边坡涝岩体服开挖已扰动兄区的阵孕育陈演化辅模式桂、大很型锚斑固体柿系的共结构类强度疲特性毯以及艇高边约坡岩耕体的禽渗流持控制区机理包，揭脾示复央杂环膝境下假高陡凯边坡谊全生苦命周深期的础性能盼演化于规律殿，建炎立枯基于需全生临命周臣期性佩能演钱化的替大型系水利畜水电尝工程究高陡买边坡星变形心与稳景定性米分析苗方法歉，提虚出边然坡性计能综谦合评歉价指姥标体招系与捧多源驱信息转融合辜的评沿估方馒法，话形成猪一套发基于碑全生倘命周昏期性意能演婶化的至高陡塌边坡乔设计调方法王与安疮全控氏制理爪论体膨系，绣为大首型水三利水炊电工诞程高衰陡边疮坡安拆全施恼工和墓运行木提供夸理论梁支撑倘和技驶术平驴台，适显著程提升别我国疯在高冈陡边昨坡研铜究领苗域的或国际考地位威和学哲术影全响力畏。贫(1担)拼在国踏内外乌高水衬平学售术期导刊发境表论草文2就00觉篇（舅其中兽SC榜I、惩EI脏、I惨ST测P收粥录论择文1骡50左篇）遗，出介版专总著6居部尚；萍(2刚)以申请廉国家驱发明春专利滔15摔~2键0项寨，龙提出茅水利丽水电扭工程渔高边贷坡国清家技寻术标线准建翁议1脸项；添(3激)惩培养冶博士车生5狮0名宿，硕巡士生递80庭名，朵凝聚抵和培傻育一怠批从兰事水扮利水晌电高绒边坡宿工程肾研究禾的高胃水平与队伍留，形捎成本撇领域嫁优秀璃创新匪团队络；错(4底)乒建立岸一流摧的高各边坡辨安全商预警小与控惕制综直合研排究平纺台，拘推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