快速隆升典型河段岸坡多尺度等效结构模型与不确定灾变演化

This study chooses the bank slopes of Xulong hydropower reservoir area in upper reaches of Jinsha River as the research object. The geological background of the slopes is characterized by rapid uplift. This study focuses on multiscale rock mass structures, and carries out the researches on rock mass structural analysis - equivalent structural simulation - bank slope uncertainty catastrophe evolution. The equivalent structural model, which applies continuous medium model to analyze discontinuous rock mass media problems, is generated based on REV size effect principle and the equivalent physical and mechanical parameters. Then, the stress-strain state and the structural response of the bank slopes in rapid uplift (valley cutting) geological environment are analyzed based on the equivalent structural model. Subsequently, the boundary condition such as the crustal stress is superimposed to generate the technology of the rapid simulation of the bank slopes with three-dimensional structures. Finally, the catastrophic evolution uncertainty of the high and steep slopes is researched based on statistical method. The results of the study provide key catastrophic parameters for engineering countermeasures, and offer scientific guidance for development and protection of other Hydropower Stations which is located in rapid uplift geological environment, Southwest China.

本项目选取金沙江上游旭龙水电站库区岸坡为研究对象。以其快速隆升为特殊地质背景，以多尺度岩体结构为研究核心，设计了岩体结构分析-岩体等效结构模拟-岸坡不确定灾变演化的研究思路。基于复杂结构裂隙岩体REV尺寸效应原理及其等效物理力学参数，建立多尺度等效结构模型，即以连续介质模型分析复杂不连续岩体介质问题的岩体力学理论。以等效结构模型为技术手段，分析快速隆升（河谷下切）地质环境下岸坡的应力应变状态与结构响应。叠加地应力等边界条件，建立三维结构岸坡的快速模拟技术。采用统计学方法研究高陡岩质斜坡灾变演化的不确定性，为工程对策提供关键灾变参数，为西南快速隆升地质环境下诸河水电站的开发与保护提供科学指导。

项目以裂隙岩质斜坡为研究对象，以快速隆升为特殊地质背景，进行岩体结构分析-岩体等效结构模拟-岸坡多尺度稳定性分析。. 主要研究内容为：以多尺度结构面分布特征与规律为依据，采取不同方法进行多尺度结构面表征。针对中尺度结构面（即随机结构面）进行快速三维裂隙网络模拟，并以其几何与力学特征为主控因素，分析其尺寸效应并确定表征单元尺寸。在表征单元尺寸基础上，结合室内物理模型试验与数值模拟，确定岩体等效物理力学参数。将中尺度结构面与大尺度确定性结构面结合，考虑小尺度裂隙对岩体强度的削弱作用，进行以多尺度裂隙系统为特征的岩质斜坡稳定性评价。. 基于上述研究内容，本项目取得的主要研究成果包括：①无人机航空摄影和数字近景摄影测量结合，构建了岸坡多尺度结构面调查方案；②揭示坡表与岩体内部裂隙参数间的关系，构建了一套服务大、小窗口数据的快速岩体结构模拟系统，有利于为岩体工程分析提供更为精确与简便的内部边界参考；③基于裂隙岩体几何与力学特征，创新了裂隙岩体多维尺寸效应与表征单元确定方法，揭示了裂隙岩体各向异性与空间变异性；④采用等效的思想综合考虑密集层理和断续裂隙的影响，提出了等效弹性模量的解析表达式以及修正的Jennings抗剪强度准则，合理评价了裂隙岩体等效物理力学参数；⑤基于不同尺度裂隙发育特征，构建了多尺度裂隙系统控制下的岸坡模型并评价了稳定性，揭示了不同尺度裂隙对斜坡稳定性的劣化作用。. 上述研究结果共发表论文25篇，SCI收录18篇，包括中科院分区I区7篇(均为top)，II区6篇(2篇top)。研究成果对高陡裂隙岩质斜坡防控提供重要参考，且已成功应用于西南山区诸如大溪沟、簇头沟等区域的岩体结构分析、吉林省长春市永吉县城市防洪工程岩质高边坡设计，具有一定的应用前景与经济社会价值。