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。     

某水电站地下厂房区域初始地应力场研究

岩体初始地应力场是影响岩体变形与稳定的主要力源,也是岩土工程设计和施工中考虑的主要因素之一,尤其是在大型地下工程建设中显得尤为重要.根据某水电站厂区的地质条件及地应力实测资料,运用有限元数值分析方法,对坝址区初始应力场进行了回归反演分析,通过多方案筛选,取得了较为客观合理的初始地应力场,为地下厂房的设计和施工提供了可靠依据,其方法可供类似工程参考.     

含竖向裂缝的近水平层状岩体边坡的动力学分析

红层中的近水平岩层在天然状态下稳定性高,但爆破开挖会造成竖向裂缝的扩展,连续降雨也会诱发岩体沿软弱夹层的滑动破坏,因此对竖向裂缝在爆破荷载下的起裂、扩展效应分析是有意义的。以岩体中竖向裂缝尖端在水平拉应力下的应力分布为出发点,通过强度因子K1推导张开型裂缝周围在水平荷载下的应力场,说明裂缝尖端的应力集中是裂缝的起裂、扩展的关键,采用格里菲斯(Griffith)能量准则对其进行实现,并推导岩体断裂后沿岩层面剧动距离的计算方法,采用拟静力法计算爆破对边坡的荷载影响,从而反算出防止边坡裂缝扩展所需要的炸药量和位置。最后用实例说明方法的应用性和可行性。     

印尼某堆石坝坝体-溢洪道结构接触特性

印尼JATIGEDE黏土心墙堆石坝将溢洪道直接设置在由散粒体构成的坝体上,左右边墙直接与堆石坝黏土心墙相接,形成了国内外罕见的堆石坝坝型,坝体、溢洪道及坝体-溢洪道接触部位受力特性直接影响到工程的长期运行稳定性。基于三维非线性有限元法,在坝体渗流场分析的基础上,系统研究正常运行工况下堆石坝坝体、溢洪道结构以及坝体-溢洪道接触部位的应力、变形规律。结果表明:堆石坝坝体与溢洪道接触部位应力应变规律与常规心墙堆石坝有显著差异;坝体与溢洪道接触部位坝体土安全系数较低,应力集中明显,应力水平较高;坝体沉降、渗透比降、应力水平等均满足设计控制标准,大坝结构设计方案合理。     

考虑暴雨入渗的覆盖层滑坡体渗流特性及稳定性评价

为了分析雅砻江流域卡拉水电站上游库区上田镇滑坡体受暴雨影响程度,选取了上田镇滑坡体典型断面,建立二维饱和-非饱和渗流计算模型,采用有限元法模拟了暴雨入渗过程。根据模拟结果分析了在暴雨入渗条件下蓄水前后的工程边坡的渗流特性及应力分布,并对边坡稳定性和边坡防护措施效果进行评价,结果表明,暴雨入渗会引起边坡的稳定性降低,并可能引起边坡失稳。有限元法对分析边坡稳定性有实际的指导意义。     

基于三维损伤流变理论下某调压井群围岩时效稳定性研究

拟建的某水电站调压井区域围岩岩性为石英云母片岩,勘探及室内试验发现其岩体属于片理构造发育明显的软岩,具有较典型的横观各向同性流变特征。由于区域地应力水平较高,工程施工期及运行期围岩流变现象可能显著影响岩体稳定性及衬砌结构特性。本文在全面反映区域地质构造、调压井结构形式及地应力场的基础上,建立了三维数值计算模型,同时考虑施工时序及支护衬砌措施,应用根据室内试验及现场监测资料建立的横观各向同性岩体粘弹塑性损伤本构模型,采用FLAC3D软件研究了调压井群施工期和运行期围岩稳定性及衬砌结构安全性。结果表明：施工开挖过程中围岩在流变效应的显著影响下,其变形量随时间有所增加,及时喷锚支护对围岩变形的限制作用显著,开挖完成后500d后围岩位移趋于收敛;开挖完成后围岩整体处于受压状态,施作二次衬砌有利于围岩应力场均匀化重新分布;运行期调压井衬砌变形量值增长速率随时间逐渐减小,其中2年内变形量约占长期（50年）变形量的54%,调压井围岩及衬砌结构运行1年后应力水平基本趋于稳定,运行期内调压井围岩应力水平变化幅度很小。     

基于复变理论的城门洞型隧洞围岩黏弹性位移解析解（研究生论坛）

围岩蠕变特性是影响隧洞长期稳定性的主要因素,目前对黏弹性位移仅得到圆形、椭圆形和矩形等简单边界的解析表达式,而对城门洞型隧洞,则尚未提出较精确的黏弹性位移计算式。基于任意边界的围岩弹性位移的计算过程,运用复变函数理论,根据实际情况简化计算模型,推导了城门洞型隧洞围岩边界位移的弹性解析解,再根据弹性-黏弹性对应原理,通过Laplace变换及其逆变换进一步得到了城门洞型隧洞边界位移的黏弹性解析解。结合某软岩隧洞工程,开展解析解、弹性有限元及FLAC3D流变分析,计算表明：三种计算方法洞室边界黏弹性变形规律基本相似,初始弹性变形吻合较好,且黏性变形的演变规律与数值分析及现场实测结果基本一致,表明应用文中方法的实用性和可靠性。     

碾压混凝土重力坝坝基稳定性研究

以某在建混凝土重力坝工程为研究对象,在全真模拟坝基的岩体及各类结构面的基础上,采用三维非线性有限元法,研究天然地基及加固地基条件下坝基岩体及结构面的工作性态,坝基中各类不利地质构造组合所构成滑面的抗滑安全系数,揭示坝基可能的破坏部位、机理和滑移形式,为坝基的加固处理提供依据,对坝基系统抗滑稳定性作出评价。     

基于块体理论的大型地下洞室围岩稳定性分析

在地下洞室的开挖过程中围岩大多以块体的形式发生失稳破坏,因而研究洞室围岩的不利组合以及关键块体的结构形式、失稳模式、稳定性等有着十分重要的工程意义。本文以西南某大型水电站地下洞室群开挖稳定性问题为例,根据关键块体理论的基本原理,对地下厂房洞室群围岩局部块体稳定性进行了系统研究,并提出了相应的支护措施建议。文章引入块体理论,介绍了基于块体理论的软件——uNwEDGE,结合该电站大型地下厂房厂区地形地质条件,研究不同结构面组合条件下洞室围岩的可能滑动形式及滑动安全系数,对地下洞室的围岩稳定性进行评价,从而为地下洞室的施工提供了有益的参考。     

基于有限元法的土石坝渗流特性及防渗效果研究

土石坝的渗流控制是保证尾矿库坝体安全的一项重要措施,也是病险尾矿库整治的主要内容之一。以某矿山病险尾矿库土石坝工程为对象,采用有限单元法,揭示施加塑性防渗墙前后坝体及坝基渗流情况,对比加固前后坝体渗流量和测压管水头的变化,分析了防渗墙加固方案的必要性和合理性,研究成果为土石坝除险加固的设计施工提供了参考依据。