浅埋岩体隧洞初始地应力场位移反分析方法研究

对于隧洞开挖数值计算问题,能否合理的模拟初始地应力场是技术关键.由于在浅埋岩体隧洞数值计算过程中,初始地应力场控制隧洞围岩变形规律,岩体力学参数控制围岩变形大小.根据初始地应力场的数值计算方法,假设垂直方向的初始地应力为岩体自重,在考虑两个水平方向的初始地应力不相等基础上,提出了以开挖相对位移比例和开挖相对位移增量比例为对象的浅埋隧洞初始地应力场反分析方法,并且通过-简单隧洞反分析实例,说明了该方法简单易行、结果合理,符合工程实际.  

山区河流水灾害问题及应对

全球重大自然灾害正深刻影响着人类的生存和发展,如何更有效地应对各类自然灾害尤为重要。2008年"5·12"汶川大地震后,"地球人都要有灾害意识,地球人都要有灾害教育"已深入人心,中国人的灾害意识和防灾技术水平均得到了较大幅度的提升。由于独特的区域地质构造、地形地貌和水文气象等条件,中国西部地区一直是水灾害频发的区域,防灾减灾工作已成为影响区域社会经济及国家整体发展的重要方面。作为国家布局在西部的高水平研究型综合大学,四川大学传承和创新了都江堰的治水智慧,在应对高坝泄洪与防洪安全、高坝工程结构安全、山洪泥沙灾害与滑坡防治、流域生态环境保护等山区水灾害方面进行了积极探索,取得了一系列重要成果。主要有:1)开发细观实验与模拟技术,揭示了高坝水力学复杂水流现象的细观机理,建立了更加可靠的判别准则和计算方法,形成系统的细观水力学体系,并创新地提出了多级泄洪原理与技术;2)原创性地提出了地质力学模型破坏模拟与综合法试验新技术,揭示了高坝工程整体结构安全响应机制,建立了能够准确反映受复杂地质环境及超标洪水等因素影响下高坝-坝基-库水整体结构安全评价体系;3)揭示了山洪与泥沙共同作用下"小水大灾"机制,提出了特大山洪泥沙灾害"降阶防控"技术,将山洪泥沙灾害致灾不确定性降到可防控范围;4)引入应用三维激光扫描仪等新设备与技术实现了滑坡变形监测从"点、线、面"拓展到三维空间整体,提升了水动力型滑坡的灾害监测预警水平以及灾害应急响应能力;5)针对滑坡-堰塞坝物质组成和结构特性变异性大的问题,提出了滑坡-堰塞湖分类应急处置与综合治理技术;6)针对西南地区地理、生态与环境特点,提出了生态需水配置和过鱼、梯级水库水温预测成套方法和低温水控制、高坝泄水总溶解气体(TDG)过饱和的预测与调控等一整套维护水生生物生境的关键技术,将生态环境保护研究从工程局部及单一水环境领域,拓展到山区流域整体系统并形成多学科领域交叉的综合科学技术体系。最后,针对中国西部山区河流水灾害的特点以及国家防灾减灾救灾的总体需求,提出了变化环境下的水灾害形成与演化、耦合致灾机理与临界判据、水灾害动力灾变机制与演化过程、突变河流的生境-生物相互作用机制、灾变河流的生态演变机制和新平衡态、水灾害监测预警和风险评估、基础大数据库与云平台、水灾害流域协同管理与灾后重建等一系列山区水灾害领域的重大前沿科学技术问题,有助于促进下一步防灾减灾相关学科领域研究工作的发展。  

滑坡-堰塞湖应急处理与引流泄水优化技术

堰塞湖的应急处理应按照"科学、安全、主动、快速"的原则,结合具体地形地质环境条件制定一套操作可行且快速有效的措施,在较短时间内最大可能地降低或排出堰塞湖内拦蓄的大量湖水,控制堰塞湖的潜在威胁。综合考虑堰塞湖的坝高、库容、物质组成及危险等级等相关条件的差异,常用的处置方式有开挖泄流槽、开挖引水泄流隧洞、爆破拆除、临时加固、非工程应急避险措施。其中,开挖泄流槽、引流泄水紧急处置堰塞湖的方法适用性广、可操作性强。在实际工程抢险过程中,开挖泄流槽的确定需要重点解决3个关键问题:进水口部位、泄水槽中心线位置及泄流断面形状和尺寸。本文在分析堰塞湖溢流特性的基础上,提出一种行之有效的堰塞湖泄流槽设计及优化技术。该技术基于堰塞坝三维激光扫描高精度DEM模型,采用D8算法模拟水流在堰塞坝上的流动状态,根据堰塞湖溢流时水流总是沿坡降最陡方向流动的特性,寻找出堰塞湖的最优泄水路径。结合现场地质、水文等实际情况,优化计算结果,确定泄水槽中心线并设计泄水槽横断面;复核过流能力和开挖方量,并最终确定设计方案。应用提出的方法对鲁甸红石岩堰塞湖引流泄水方案进行设计,分析结果与实际采用的方案比较一致。  

玻璃天窗开合屋盖结构拼装定位控制及施工监测研究

玻璃天窗开合屋盖结构是未来商业建筑的一种重要发展趋势,本文结合贵阳市西南国际商贸城玻璃天窗开合屋盖结构施工与监测,介绍了玻璃天窗异于其他开合屋盖结构体系的特点。由于其屋面材料具有自重大、易劳损的特点,玻璃天窗开合屋盖结构的制作、拼装和定位直接影响到开合机械运行的安全和稳定,故此类玻璃天窗开合屋盖结构的拼装和定位要求具有更高的安装精度。本文对玻璃天窗开合屋盖结构的构件制作、工艺流程及控制要求、屋盖结构支座定位、钢结构箱梁拼装及吊装方法、玻璃天窗网架及轨道安装方法等关键技术进行了总结。同时,还对工程现场的屋盖体系在不同受力工况和运行状态下振动信号和振动频率进行了监测研究,分析结果表明此项目开合屋盖拼装定位控制的施工方法和工艺流程完全能达到开合机械运行的精度要求,确保了玻璃天窗开合屋盖体系的安全和稳定,也为其他同类工程的玻璃天窗开合屋盖结构拼装定位控制及施工提供了参考依据。  

基于物理模型试验的堰塞坝冲刷溃决过程研究

我国是堰塞湖灾害最严重的国家之一，堰塞湖对上游淹没区和下游溃决演进区的人民生命财产安全构成巨大危险，深入掌握堰塞坝冲刷溃决过程可为应急泄流道的设计和下游应急避险措施的制定等提供重要科技依据。本文以2018年金沙江白格滑坡堰塞湖事件为研究背景，采用室内物理模型试验的手段对堰塞坝冲刷溃决过程进行了系统研究。试验结果表明：堰塞坝冲刷溃决过程一般可分为四个阶段：过流孕育阶段、溯源侵蚀阶段、溃坝发展阶段以及河床再平衡阶段，当溯源冲刷的陡坎追溯到上游坡顶，泄流槽进口断面在侵蚀作用下突然拓宽，泄流槽将连通形成底坡i>0的斜坡道，进而导致水流流速和流量突然增大，堰塞坝进入溃决快速发展的阶段。试验进一步探究了泄流槽开挖位置、开挖深度和宽度对溃决过程的影响。研究发现：当泄流槽开挖宽度不变，深度增大时，洪峰流量降低、峰现时间延迟、溃决流量过程线更为平坦；当泄流槽开挖深度不变，随宽度增大峰现时间延迟。最后，对泄流槽的优化设计提出了建议：泄流槽位置宜布置在坝顶高程最低的垭口，以减小洪峰流量，缩短溃决历时；开挖泄流槽时应优先考虑加大泄流槽深度，最大限度地降低溃决时的堰塞湖水位。  

堰塞湖风险评估快速检测与应急抢险技术和装备研发研究构想与成果展望

我国堰塞湖灾害发生频率高、分布范围广、受灾群众多、经济损失大,提升堰塞湖灾害防灾减灾救灾能力是国家重大需求。目前,我国堰塞湖风险快速评估与应急抢险技术和装备研究尚处于起步和探索阶段：在理论方面对堰塞坝成生机制及溃决机理尚认识不清；在技术方面目前已有的堰塞湖风险快速评估方法及应急处置装备尚不能满足堰塞湖高效应急抢险的需求。针对堰塞湖风险快速评估与应急处置这一国家重大需求,拟运用现代地质学、水沙动力学与信息学等多学科综合交叉与融合的手段,旨在解决“基于岸坡地质和运动过程分析的堰塞体形成机理、不同结构及变化环境下的堰塞体溃决机理”两大科学问题,突破“堰塞湖多源信息快速感知与动态识别和结构探测技术、基于携砂水流的堰塞体溃决过程模拟技术、考虑结构形态要素的堰塞湖致灾风险评估技术、堰塞湖高效排水疏通及堰塞体流道控制技术”四大关键技术,形成完善的堰塞湖风险评估体系及应急抢险成套技术和装备。通过开展堰塞体形成与溃决机理及溃决过程、多源信息快速感知与探测、险情应急监控与预警、致灾风险评估、高风险堰塞湖应急处置技术及应急抢险关键装备研发等六个方面的系统研究工作,破解堰塞湖成生及溃决难题,构建堰塞湖风险评估理论体系,最终形成成套堰塞湖应急处置技术和装备并进行示范应用,以期通过协作攻关研究进而提升我国堰塞湖应急处置与抢险水平并为保障人民生命财产安全提供科技支撑。  

专栏简介:水动力型滑坡灾害机理与防控

<正>水动力型滑坡是指在冰川融雪、降雨、水位变动、地表径流及地下水活动等水动力因素驱动下而发生的斜坡岩土体失稳灾害。中国是世界上滑坡灾害最严重、受灾人口最多的国家,滑坡不仅会对人民的生命财产安全构成巨大威胁,还会对生态环境与基础设施造成严重破坏,提升滑坡防灾、减灾、救灾能力是国家重大需求。西南地区尤其是滑坡灾害的高发  

泥沙补给突变下的山洪灾害研究构想和成果展望

全球山地面积占陆地面积的30%,每年有超过5 000人死于山洪灾害。中国山洪灾害防治区面积占陆地面积的48%,居住人口占全国人口的44.2%。2000年以来,中国每年约1 000人因山洪灾害死亡,山洪灾害死亡人数占洪涝灾害死亡人数的70%左右。山地区域地形险峻,地表破碎,表层风化层厚,局地暴雨频发,洪水陡涨猛落,沟床冲淤调整剧烈,山洪水沙运动耦合致灾突出。山洪灾害防治已成为中国工农业、能源、交通、国防安全等国家重大工程基础建设、区域社会经济发展和人民生命财产安全面临的突出难题,暴雨山洪灾害研究仍是中国当前防洪减灾工作的重点和难点。面对严峻的山洪水沙灾害风险形势,传统忽略泥沙运动影响的防灾理论与技术难以解决山洪水沙耦合致灾问题,无法满足目前重大山洪水沙灾害防治的实际需求,突出表现为泥沙补给突变对重大山洪灾害的成灾效应认识不够、山洪水沙运动耦合成灾区识别不清、山洪水沙灾害防治技术针对性不强、山洪水沙运动防灾减灾的区域联动性考虑不全等。因此,急需通过系统梳理暴雨山洪水沙运动规律,实现山洪水沙耦合成灾理论创新,提出重大山洪水沙灾害的源头治理和区域全面防范的有效措施,显著提高中国山洪水沙灾害防治技术水平,为保障国家重大工程安全和人民生命财产安全提供理论基础和技术支撑。长期以来的暴雨山洪灾害预报预警理论及防治技术研究多以降雨–径流–水位分析为主,以临界降雨/水位阈值条件为判据,较少涉及泥沙补给突变引发的沟床剧烈调整致灾机制,而大量的暴雨山洪灾害现场表明泥沙补给与洪水的耦合作用是重大山洪灾害的关键源动力。"泥沙补给突变下的山洪灾害研究"项目以山区暴雨山洪灾害现场调查与灾害试验反演模拟为基础,采用水文学、土力学、水力学及河流动力学等理论方法和水沙运动数值模拟技术,突出研究山区小流域暴雨洪水、坡地破坏产沙、宽级配卵砾石输沙以及沟床来沙超量补给的水沙运动耦合致灾过程。通过系统研究山地区域暴雨洪水及其产沙特征、复杂沟床输沙动力,以及超量泥沙补给下的水沙运动及其沟床响应规律,以揭示山地区域暴雨山洪过程与泥沙补给突变的沟床响应致灾机理,为山地区域山洪灾害预警及灾害防治提供依据,并及时丰富和完善暴雨山洪灾害所涉及的水沙运动规律与沟床响应致灾防治技术。  

隧洞破碎带围岩失稳破坏模式及控制措施研究

为了解决在隧洞开挖过程中遇到节理带、断层等软弱破碎岩带时，发生大变形、塌方等围岩失稳破坏等问题，需提前或及时做好围岩支护措施，以确保洞室围岩的稳定及施工安全。本文以长河坝水电站泄洪洞工程为研究对象，通过对现场勘测资料、隧洞开挖施工方案及工程地质条件等的综合分析，确定了软弱破碎带围岩稳定的主要影响因素，提出了隧洞破碎带围岩的典型失稳破坏模式。针对隧洞破碎带处围岩的潜在失稳问题，综合采用超前支护、开挖后及时进行喷锚+钢支撑+锚筋束联合支护，并通过有限元手段对隧洞围岩支护方案的加固效果进行了分析。有限元计算结果表明，隧洞破碎带处经及时加强支护后，围岩变形得到有效地控制，避免了洞室围岩失稳破坏现象的发生；现场监测数据及实施效果也表明及时加强支护措施对围岩稳定控制的有效性。  

高地应力条件下大型地下洞室群施工期围岩稳定特征研究

地应力水平高、岩体强度低是锦屏一级水电站地下厂房的主要特征，地下厂房施工期的围岩稳定问题十分突出。结合工程地质力学方法和三维有限元手段，对锦屏一级地下厂房施工过程进行了数值模拟，研究了地下厂房施工期围岩的应力变形规律、稳定性特征及围岩稳定主要影响因素。计算结果表明：围岩的应力变形、稳定状态受到断层、洞室布置及开挖支护程序的影响明显。围岩的应力随着开挖的不断进行而增大，最大应力出现的部位也在不断变化。随着开挖的进行，围岩的变形不断在增大，尤其是边墙的变形。在洞室交叉及断层出露部位，围岩的变形较大，塑性区基本贯通，应加强支护。