设为首页   |   加入收藏
当前位置: 首页 >> 研究与成果 >> 理论和技术创新

理论和技术创新

5年来的主要理论创新有:

①揭示了地震条件下斜坡动力响应规律与地震触发滑坡机理。在斜坡地震动响应方面,系统地揭示了斜坡地面动力响应的高程效应、方向效应、共振效应、地形效应,发现斜坡具有渐进增长型、内凹型、外凸型三类动力响应类型以及1.5-3.0倍的PGA放大系数,突破了原随斜坡高程增加PGA单调递增的认识,为斜坡抗震加固设计提供了科学依据。在地震滑坡机理方面,揭示了强震条件下斜坡以“拉裂”为主的启动失稳机理;振动条件下因软硬岩非协调变形导致的滑带震动碎裂与强度骤降机理;滑坡高速运动过程中剪切强度随运动速度增大不断下降的远程运动机理,为科学合理地解释汶川地震地质灾害的一系列特殊现象提供了理论依据。

②揭示了强震区大型泥石流动力特性和长期效应。汶川地震后的多长大型泥石流灾害表明,强震区泥石流形成条件、启动模式以及运动堆积特征都与常规非震区泥石流具有显著差别。若采用现行泥石流防治规范开展强震区泥石流灾害防治设计,很难达到治理效果。为此,组织相关团队通过对汶川地震重灾区和其它地震区(舟曲)的多场大型泥石流灾害现场调查、观测,结合大量的室内模拟试验研究,全面查明了强震区泥石流的动力特性和长期动态演变规律,揭示了强震区大型泥石流的堵溃效应,建立了泥石流的临界判别模型和规模计算模型。同时,查明了强震区大规模大范围泥石流活动特征、空间和时间分布规律以及灾害链效应,建立了强震区泥石流活动的长期预测模型,为强震区泥石流灾害防治及泥石流防治规范的修订完善提供了重要的理论和技术支撑。

③建立了更科学合理的滑坡、泥石流预警模型。传统滑坡预报思路是使用各种不同的数学模型去拟合监测曲线,并作外推预测,这种不具地质和力学内涵的纯数学预报方法,不具“先验性”和“针对性”,很难在滑坡发生前作出真正准确的预报。相关团队通过大量滑坡监测实例分析、数值和物理模拟,揭示了不同受力条件所对应的滑坡变形-时间曲线类型和特征,将拟合外推预警发展为物理预警和时空综合预警,提出了改进切线角、加速度、稳定性系数等定量预警判据,建立了滑坡四级预警级别综合划分标准。为了克服现行泥石流预警模型只考虑了雨量条件,没考虑暴发泥石流流域和沟谷的具体地形地质条件,缺乏针对性的问题,相关团队通过大量野外调查和泥石流资料的分析研究,归纳总结出影响泥石流暴发的50余个因素,将其归纳为地形、地质和降雨三大类,并各用一无量纲因子来分别量化表述这三类因素,由此建立了能同时考虑地质、地形和雨量条件的泥石流预警模型,大大提高了泥石流预警的针对性和准确性。

5年来的主要技术创新有:

①研发了凝结时间可控的全新灌浆材料,解决了复杂环境灌浆多个难题。灌浆加固是处理西部不良地质体的重要工程措施,但采用现有的各种添加剂形成的浆液存在流动速度不能人为控制、强度损失、污染严重等多方面缺陷。相关团队通过对添加剂纳米尺度的微观结构分析,创新性地提出了溶剂化膜理论,据此配制出流动速度可完全控制的粘度时变性浆液外掺剂,解决“顺缝跑、灌不住”的难题。研发了系列水泥基粘度时变性灌浆材料,解决了速凝灌(注)浆材料强度损失这一难题。研制了灌浆扩散测试系统,实现了根据现场条件进行浆液扩散规律的室内模拟与预演,解决了复杂地质环境条件的可控灌浆工艺,大大减少了灌浆过程中材料消耗和环境污染。相关成果获中国专利金奖和四川省专利特等奖。

提出了“水砂分流”、“水石分治”、“柔性排导槽”等泥石流治理新思路、新工艺,解决了汶川地震区特大泥石流灾害的治理难题。汶川地震区泥石流具有高位、大纵坡、易堵溃、大流量、强破坏性等特点,防治难度极大,有些泥石流沟(如清平文家沟)的防治曾被认为是世界性难题。实验室相关团队在对汶川地震灾区泥石流物源、地形、启动条件及暴发模式等进行深入研究基础上,提出了多种震区泥石流防治的新思路、新工艺。例如,针对文家沟物源异常丰富和集中(约50×106m3),上游呈盆状汇水,集中水流冲刷集中堆积物形成表面“拉槽”的泥石流暴发特点,结合当地地形条件,创造性地提出了通过在集中物源区上游修改引水隧洞来实现“水砂分流”;采用钢筋石笼铺设的“柔性排导槽”来自适应和自我修复槽底因冲刷掏蚀产生的沉降和局部垮塌,成功地治理了文家沟泥石流灾害。相关思路后经设计单位和专家的不断修正完善,上升成为治理汶川地震灾区特大泥石流灾害的“绝招”,成功地治理了清平走马岭沟,映秀红椿沟、烧房沟、牛眠沟等多个特大型泥石流灾害。2011-2014年间,上述相关区域又暴发过多场强降雨,尤其是2013年7.10强降雨,在都江堰、清平等地累计雨量接近甚至超过1000mm,日降雨量接近甚至超过400mm,雨强远超2010年8.13强降雨,但因上述治理工程和监测预警工程很好地发挥了效果,相关流域未产生大的泥石流灾害,也未造成人员伤亡。原国土资源部徐绍史部长称汶川地震灾区三大片区泥石流治理工程“攻克了世界级的治理难题、建造了世界级的宏伟工程、创造了治理史上的奇迹”。

研发了系列大型物理模拟和观测试验技术,提升了我国地质灾害试验模拟与观测能力和水平。本评估期内,实验室先后与多家科研机构联合研发和提升改造了大型土工离心机、大型振动台、大型崩滑灾害模拟试验系统,极大地提升了我国大尺度、逼近真实环境条件的地质灾害模拟实验能力。同时,本评估期内先后添置了多种型号的无人机、三维激光扫描仪、地形微变监测系统,及相关后处理软件。组织团队对高精度对地观测技术进行创新攻关,很好地解决联合利用无人机、三维激光扫描仪、三维摄影测量等现代手段,快速获取高精度(厘米级)三维DEM数据,以及野外现场快速编录和成图等高新技术,目前相关技术已在国土资源和地质灾害调查中得到推广应用,极大提升了我国地质灾害调查能力和水平。