学科建设
 学位授权点 
 研究团队 
 规章制度 
 行业信息 
当前位置: 首页>>学科建设>>研究团队>>正文

岩土工程地质环境与灾害防控研究团队
2020-09-28 15:44  

 

岩土工程地质环境与灾害防控研究团队面向国家社会经济建设发展、重大工程建设所涉及的建筑工程、道路工程、桥梁工程、隧道工程、地震动工程等面临的岩土工程地质环境与灾害防控安全需求,针对地质灾害、寒区工程冻害、地震震害、地下工程围岩等灾害形成和防控的关键科学问题,以岩土工程地质环境因素作用下的岩土体变形、破坏、运动机理及其工程技术防控研究为核心,继承和发展学科研究中先进理论方法、数值模拟技术和试验技术,通过对典型重大灾害点的深化调查、区域规律分析与灾害过程环境因素耦合机制的研究,结合室内动力学试验、野外现场测试试验、理论分析和数值分析,揭示岩土工程地质环境与灾害的形成机理、两者之间的耦合响应机制;探索岩土工程灾害的调控原理、方法、技术以及三者的科学配置,为岩土工程建设与环境安全提供理论依据和关键参数及其技术支撑。

1岩土工程地质环境与灾害

 

岩土工程地质环境与灾害防控团队目前形成了以四川省学术技术带头人后备人选樊晓一教授为学术带头人,由4位博士学位的全职教师和6名研究生组成的研究团队,其中正高1名,讲师4名。团队先后承担了国家自然科学基金,国家科技支撑计划项目子课题、科技部国际合作项目子课题、四川省科技厅项目等科研项目。在各类学术刊物上发表SCIEICSCD等科研论文近150余篇,获国家发明专利和实用新型专利10余件。

2 团队成员

团队目前的主要研究方向包括地质灾害防灾减灾、冻土与寒区工程、地下工程围岩稳定性、地震动工程,具体如下:

一、地质灾害防灾减灾

1.岩土体与下垫面地形条件对滑坡运动参数的作用机制及主控关系

研究滑坡岩土体参数分析-运动场地地形参数量化-岩土体与地形条件耦合作用-滑坡非线性运动学参数描述-滑坡高速、远程运动的主控因素;建立坡脚型、阶梯型、凹面型、沟谷型、偏转型、堵江型滑坡运动场地类型及其对滑坡高速远程运动的控制作用;为评估灾难性滑坡的致灾范围和致灾强度提供了理论基础和技术支撑。

 

 

          3滑坡位移演化多重分形模型         4滑坡运动参数的主控影响因素及分类指标体系

2.滑坡启动-运动-堆积全过程致灾机理

揭示了滑坡运动与堆积区的坡度差和颗粒级配对碎屑流运动参数的作用机制,加速运动阶段、持速运动阶段和减速运动阶段的速度及能量分布模式;研究了不同地形条件下滑坡碎屑流运动模型、物理模型及致灾动能演化时程;构建了基于灾害物理机制与动力学模型的滑坡能量耗散机制,滑坡能量转化的时程关系。实现了重大滑坡动力过程模拟、定量风险预测和评估。

 

5滑坡碎屑流启动-运动-堆积全过程能量演化

3.滑坡碎屑流对拦挡结构的冲击机制

针对滑坡碎屑流冲击拦挡结构的力学效应,阐明不同级配滑坡岩土体运动过程中的运动学及动力学参数演化特征并提出滑坡体等效冲击力及等效冲击位置,量化滑坡碎屑流对承灾结构冲击作用的空间分布特征,建立考虑滑槽基底摩擦角、挡墙摩擦角和碎屑流的冲击速度的碎屑流冲击瞬时和连续性力学模型以及碎屑流冲击力及其作用高度的计算方法。

 

 

6滑坡碎屑流对拦挡结构的冲击机制及力学计算模型

二、冻土与寒区工程

1.寒区工程多物理场耦合模型及数值模拟

提出了土体冻结过程未冻水模型,揭示了土体冻融过程未冻水滞后特性;发现了冻融循环过程土体变形特性,提出了土体变形变化模式;确定了冻融过程土体导热系数变化规律及影响机制,提出了冻融过程土体导热系数通用计算方法。建立了库水-混凝土面板-坝体系统的水--力相互作用模型,并对寒区水库大坝温度场、水分场以及变形变化过程进行了数值模拟,明确了寒区水库大坝冰冻害特征及成因。以上研究完善了冻土水热力耦合理论,为寒区工程水热力多物理场耦合模拟中未冻水模型及导热系数模型选取与冻融变形预测提供理论基础。

 

7未冻水模型计算结果对比       8导热系数模型计算结果对比        9冻融变形变化模式

 

 

          10模型计算温度场                            11模型计算未冻水含量

2.寒区工程冻害机理与防治技术

揭示了不同面层路基土体水热特性,提出了季节冻土区新型路基防冻结构及其施工方法。开展了寒区水库大坝水热力相互作用室内试验,提出了寒区水库水温动态监测装置及冰层厚度反演方法,研发了寒区水库大坝冰冻害系列防治技术,为寒区水库大坝冰冻害防治提供技术支撑。

 

 

12冻害防治热管技术                        13 冻害防治保温蓄热防冻结构

          

14季节冻土区新型路基防冻结构                        15水温动态监测装置

 

16气泡防冻系统

三、地下工程围岩稳定性

1.复杂地下洞室群围岩稳定性分析及开挖施工优化

通过对巴底、沂蒙、丰宁抽水蓄能电站,山西省小浪底引黄工程,山西省中部引黄工程等地下洞室群稳定性分析工程。通过建立复杂地下洞室群三维有限元计算模型,导入有限差分计算软件FLAC3D中进行围岩稳定性分析并进行开挖工序优化。

 

17地下厂房三维计算模型

 

18地下厂房围岩塑性区分布及锚杆轴力计算

2.高地应力地区地下洞室围岩劈裂破坏计算模型

根据高地应力地区围岩劈裂破坏特征,结合能量耗散理论,采用劈裂破坏准则,建立考虑能量耗散的横观各向同性计算模型。计算某水电站地下洞室群开挖工程过程中围岩劈裂破坏区域范围,获得了不同洞室岩桥中围岩的位移及劈裂破坏的特征。

 

19岩石加卸载力学特性及能量耗散模型简化

 

20地下洞室群开挖过程中围岩劈裂破坏区域       21地下洞室围岩监测位移值与计算对比

3.含贯穿裂隙类岩石试件水力耦合力学性能试验研究及数值模拟

配比浇筑了类岩类岩石试件,设计了注水密封装置和注水设备。进行了不同围压、不同注水压力、不同注水速度条件下,岩石裂隙起裂及扩展试验,并进行了数值模拟.

 

 

22试验密封装置与注水装置

 

23水压致裂裂纹扩展及水压力-时间曲线                图24数值计算结果与试验对比

4.流体在孔(裂)隙的非线性流动特征研究

根据CT建立试件内部空间数值计算模型,采用非恒定流速进行数值试验,并以此确定试件内部流体非线性流态发生临界条件及非达西流系数

 

25非线性流临界条件的确定

  

26试件内部空间非线性流态发生时临界流速的确定      27试件非达西流系数的确定

5.并行小间距隧道围岩及支护结构力学特性分析

考虑支护力条件,推导了深埋并行双洞隧道围岩应力弹性显示解析解,对并行双洞隧道围岩应力的分布特性进行了分析。在此基础上,基于弹塑性破坏准则,对双洞隧道中夹地层的初始破坏模式进行了分析。研究成果对并行小间距隧道的初步设计具有一定的借鉴意义。

通过模型试验系统分析了不同埋深条件下(竖向荷载)并行小间距隧道围岩荷载释放规律及变形特性,揭示了非对称小净距隧道支护结构的受力特性,同通过数值模拟方法对模型试验结果进行了验证。结果表明,并行小间距隧道中夹地层应力大小及释放方向随施工过程不断地变化,从而引起隧道支护结构受力特性发生改变。

 

28并行小间距隧道围岩应力特性及破坏模式理论分析

 

29并行小间距隧道围岩及支护结构受力特性研究

6. 并行小间距隧道围岩稳定性定量分析方法

对并行小间距隧道的施工过程进行了数值模拟,同时结合岩土材料的剪切和拉伸屈服状态,定义了破坏严重度指标,定量地评价了并行小间距隧道围岩的整体稳定性及中夹地层的安全性分区演化规律。提出了不同围岩级别下并行小间距隧道的合理施工方案,为并行隧道施工方案的优化提供了依据。

 

30隧道围岩稳定性定量评价方法

四、地震工程

1.地震动工程特性研究

地震动是引起震害的外因,其作用可类比于结构分析中的外荷载,它是连接地震与结构抗震的桥梁。由于地震是一种随机事件,地震动也带有很大的不确定性,因此通常采用统计学方法来研究地震动的工程特性,旨在更加全面、准确地把握地震动,使工程抗震分析更加合理、具有代表意义。为此我们做了一系列研究,包括:水平向地震动衰减关系、竖向地震动衰减、阻尼比修正系数、脉冲型地震动、地震动持时等方面。未来,我们计划结合具体工程结构物(包括建筑结构、油气平台、边坡、土工结构等)进一步研究地震动工程特性的影响。

 

31日本俯冲带地区不同类别地震的反应谱、竖向/水平向加速度及加速度谱阻尼比修正系数

2.地震预警理论与算法研究

地震预警是一种新兴的实时地震减灾技术,对高速铁路、核电站、化工厂为代表的自动化系统有良好的减灾效果。但是,目前的预警精度仍需提高,其基本技术(实时地震定位、震级估算、预警目标场地的地震动预测、地震紧急处置措施)仍有待完善。为此,我们针对提高预警目标地区地震动预测精度展开研究,提出一种原创性的预警算法——SP波反应谱比值模型。未来研究成果可在城市燃气管网中进行地震预警探索。

 

32高铁地震预警概念示意及测试结果图

 

关闭窗口
地址:四川省成都市新都区西南石油大学    邮编:610500    电话:028-83037605  83037609    蜀ICP备05006388号
版权:西南石油大学土木工程与测绘学院  Copyright 2014 - 2015. All Rights Reserved.