西南地区复杂高陡边坡变形与稳定性分析方法研究简要信息.PDF

中国水科院科学技术奖2011 年度获奖成果汇编 1.2 西南地区复杂高陡边坡变形与稳定性分析方法研究 简要信息 【获奖类型】应用特等奖 【任务来源】自然科学基金雅砻江水电开发联合研究基金重点项目 【课题编号】岩010110 【课题起止时间】2006 年 1 月～2009 年 12 月 【完成单位】中国水利水电科学研究院 【主要完成人】汪小刚、陈祖煜、王玉杰、贾志欣、张伯艳、郭永刚、何传永、 孙 平、赵宇飞、段庆伟、李新强、林兴超、刘立鹏、吴永平 立项背景 随着我国经济的持续快速发展，能源的供求矛盾日益突出。我国西南地区蕴 藏着丰富的水能资源，约占我国可开发水能资源的 60%，因此大规模开发西南地 区水能资源已成为缓解我国能源供求矛盾的重要举措之一。然而，受地质构造和 气候条件的影响，西南地区地形地貌、地质条件十分复杂，在这一地区修建水电 工程，不可避免地会遇到大量复杂的工程技术难题，岩质高陡边坡问题是这些难 题中的突出问题之一。该地区的高边坡具有以下显著特点：(1) 边坡高陡，高度 在 300~1000m；(2) 地应力高，现今边坡内部的水平或近水平应力在 15Mpa 以上； (3) 地震烈度高，部分地段地震烈度高达 9 度；(4) 地质环境和岩体条件复杂； (5) 暴雨和泄洪雨雾强度大、历时长。例如，锦屏一级水电站坝址区谷坡高陡， 边坡高度达千米，左岸拱肩槽部位边坡开挖后存在方量达 300 万 m3 的超大型楔 体稳定问题；左岸山体内存在较大规模的深部裂缝，对山体稳定起着重要的控制 作用；拱座下游侧两岸边坡岩体在泄洪期处于强雾化区，据初步分析，地面降雨 强度最大可达 1000mm/hr 以上。这些特点使得边坡问题的复杂程度和所具有的 挑战性在国际上都是少有的，迫切需要开展深入系统的专项研究工作。 在过去的十几年中，结合已建或在建水电工程中的高边坡问题，曾开展过大 量的科研工作。中国水利水电科学研究院牵头承担的国家“八五”科技攻关项目 “岩质高边坡稳定分析与软件系统”、国家自然科学基金委员会与三峡开发总公 司联合设立的“三峡船闸高边坡国家自然基金项目”，围绕高边坡的稳定和变形 8 特等奖成果 问题，从边坡失稳机理、稳定和变形分析方法、边坡加固技术等方面进行过系统 的研究，并取得了一批国际领先的科研成果，但这些成果还不能完全涵盖和适应 西南地区这样具有特殊工程背景和复杂地质条件的高陡边坡问题，仍有许多不足 亟需解决。 (1) 复杂条件下高边坡变形破坏模式和失稳机理研究。西南地区由于受复杂 地质构造的作用，边坡具有高陡、地应力高、深部卸荷裂隙发育、暴雨强度大、 地震烈度高等特点，因此进一步深入研究这一特定复杂条件下高边坡的变形破坏 机理，具有重要的理论和现实意义。 (2) 复杂条件下高坡稳定与变形分析方法研究。随着近十年来岩土工程技术 和计算机水平的迅猛发展，边坡稳定分析方法的理论和数值计算技术从前二十年 的极限平衡方法，已经发展到了极限分析方法、采用连续介质力学理论的数值分 析方法（如有限单元法等）、采用非连续介质力学理论的稳定分析方法（如块体 理论、离散单元法）、以及其他数值分析方法（如分形法和流形元法）等多种理 论和分析方法并存的时代。但这些变形和稳定分析方法中有不少尚处于探索阶 段，与实际应用还有较大的距离，须加以改进和完善；各方法之间缺少统一的评 判标准，造成分析结果差异很大，难以相互印证。如何运用这些新的边坡稳定分 析方法指导边坡工程的设计和施工，是目前边坡工程实践中遇到的难点问题。 (3) 复杂条件下与高陡边坡开挖相关问题的研究。边坡开挖过