水动力作用下土体结构破坏和致灾机理研究

水动力作用往往造成土体结构破坏（如库岸滑坡和堤坝溃决），导致严重的自然或工程水环境灾害。水动力与土体结构的相互作用、水渗流导致的土体介质变形和破坏是其中的关键科学问题。但由于以往的研究更多地关注工程实际问题的具体特点，迄今仍缺乏对这一共性科学问题的深入研究，尚无具有坚实力学基础的预报理论。为此，本项目将重点研究水土混合介质的渗流和强度等力学特性的变化规律，揭示在水渗流作用下土体结构破坏的力学机制，提出水动力与土体结构相互作用的耦合建模方法。以库岸滑坡和堤坝溃决为对象，研究这类典型水环境灾害从孕育到发生的临界条件的诊断方法和可能的控制措施，为减轻和防治这类水环境灾害提供一定的科学依据。本项目通过对水环境灾害共性科学问题的研究，将促进力学与水利学科的交叉与融合，进一步深化对多相、多组分、多过程、多尺度力学问题的认识，丰富和发展环境力学这一新兴学科的内容、方法和理论。

水动力作用往往造成土体结构破坏，如：库岸滑坡、堤坝溃决等，导致严重的自然或工程灾害。水动力与土体结构的相互作用、渗流导致的土体变形和破坏是其中的关键科学问题。以往更关注工程问题的具体特点，迄今仍缺乏对这一共性科学问题的深入研究，尚无具有坚实力学基础的预报理论。本项目重点研究水土混合介质的力学特性，揭示渗流作用下土体结构破坏的力学机制，发展水动力与土体结构相互作用的耦合建模方法，研究库岸滑坡和堤坝溃决这类典型水环境灾害孕育和发展过程，发生的临界条件。.四年来，通过理论分析、实验研究、物理建模、数值模拟等途径，圆满完成了计划任务，在基础数据积累、复杂含水土体力学特性以及水土耦合的理论、机理与建模等方面取得显著进展，同时对我国典型滑坡、溃坝实例开展工程应用研究，取得如下成果:.1. 提出了数值三轴仪的概念，并采用改进的离散元方法，从土体细观结构入手，研究了土体的宏观力学特性；提出了裂隙介质宏观特性的统计描述方法和裂隙网络等效渗透率张量的算法；采用室内实验，研究了颗粒级配特性、干密度、粘性土含量等对粘聚力、摩擦角的影响规律。2.采用室内实验，研究了堤坝在水流作用下的冲刷破坏机制，并建立了水流与堤坝溃决过程的双层积分耦合模型。针对管涌、流土导致的堤防溃决问题，建立了渗透破坏导致土体流失过程的物理模型，分析了渗透破坏导致堤防垮塌的机理。详细分析了土体特征参数、降雨、库水位涨落对边坡稳定性的影响规律，并建立了降雨/库水位涨落与库岸边坡失稳的耦合动力学模型。3. 作为研究案例，成功模拟了唐家山堰塞坝的溃决过程；分析了重庆汪家院子、农机技校、万州花园三个典型滑坡体的渗流场及稳定性；研究了长河坝水电站孔隙水、土体、结构的耦合作用及其对坝体稳定性的影响。4. 积累了大量有关溃坝和滑坡的实验和现场观测数据，形成了数据集，包括：岩土体特性、三峡地区滑坡区水文地质环境监测、唐家山堰塞体溃决过程、西南地区若干水电站坝基地质和坝工设计以及溃坝水槽试验等数据，可供后续进一步研究所利用。5.发表了学术论文85篇，其中SCI收录的期刊论文23篇，大会邀请报告6篇。项目组成员吴梦喜获中国电力建设集团有限公司（部级）科技进步三等奖。.项目通过对水文灾害中水土耦合这一共性科学问题的研究，促进了力学与水利学科的交叉与融合，丰富和发展了环境力学学科内容、方法和理论，为应对重大自然灾害早期预警和减灾策略提供科学依据