Question

主要研究内容、方法及技术路线

Answer 1

1. 3. 1 研究内容

根据课题研究的需要，本书的研究重点是斜坡演变的内外动力作用机制及成灾危险性评价，选择的示范研究区为金沙江虎跳峡河段。具体的研究目标是结合金沙江虎跳峡水电开发中的斜坡变形破坏问题，对斜坡演变的动力地质作用机制及作用过程进行研究，建立斜坡演变的内外动力耦合作用模式，为以后的斜坡灾害深入研究提供科学依据。通过对该地区典型斜坡灾害的变形破坏与内外动力地质作用的相关性剖析，获得表征内外动力耦合作用空间强度差异性分布的地质动力区划指标体系，并将其应用到斜坡灾害危险性定量评价中，用以指导工程决策和环境管理。具体研究内容可概括为:

1) 虎跳峡工程区及其影响带的地质背景与河谷斜坡变形破坏体赋存环境的调查与研究，是整个课题的地质基础。因此，在前人研究成果的基础上，进一步分析研究区特殊的地质构造、地形地貌、新构造运动、水文气象等内、外动力条件，以加深对河谷斜坡演变的环境系统的认识。

2) 对金沙江虎跳峡河段 ( 其宗-大具) 斜坡变形破坏类型、规模、数量、空间分布规律及其活动性进行系统的分析和总结，研究基本环境条件 ( 或环境场) 对斜坡变形破坏的综合效应，为斜坡灾害的形成机理和危险性评价提供参考依据。

3) 通过斜坡变形破坏与地质动力因子的相关性分析，研究内、外动力地质作用下斜坡变形破坏体的形成演化、发育频率和空间分布特征，并在定量意义上揭示了各动力因子对斜坡变形破坏的主次关系，为斜坡演变机制分析及成灾危险性评价提供科学依据。

4) 对虎跳峡河段典型斜坡演变机制进行重点剖析，查明区域斜坡演变的地质背景与内、外动力地质作用机制及作用过程。分析了斜坡演变的内、外动力作用的耦合要素及其演变效应，综合确定虎跳峡地区河谷斜坡演变的内外动力耦合作用模式。

5) 模拟河谷大规模反倾岩体在漫长的地质历史时期中的重力时效性弯曲变形和累进性剪切破坏模式，进而研究其在库水位骤降与地震作用下反倾斜坡的动力稳定性; 探索岩质斜坡最危险滑裂面全局优化算法。

6) 以下咱日堆积体为重点，通过对其成因模式、岩土体介质的物理力学性质的试验研究，揭示堆积体斜坡稳定性的影响因素，利用强度折减有限元方法对该堆积体在不同工况下的三维稳定性、塌岸及失稳模式等问题进行分析，为水电建设提供了重要的科学依据。

7) 根据内外动力耦合作用强度的空间差异性特征，将统一的地质动力区划模型纳入到斜坡灾害危险性评价研究中，建立地质动力区划指标体系及强度等级，对虎跳峡河段斜坡灾害危险性进行定量评价。

1. 3. 2 研究方法与技术路线

1) 通过广泛的资料 ( 包括国内外文献、区域地质调查报告、现场勘察资料等) 收集和野外实地调查，在总结前人研究成果的基础上，采用原始资料统计、地质历史对比和地质类比等方法，进一步分析虎跳峡河段的区域地质背景，包括地形地貌、地层岩性、地质构造、水文气象条件和新构造运动特征等。

2) 根据实地调查、遥感图像和航片解译成果，收集整理有关虎跳峡库区其宗—大具段斜坡变形破坏体 ( 包括斜坡变形体、滑坡体和崩塌体) 的基本信息，建立斜坡变形破坏体数据库，进而分析斜坡变形破坏体的发育状况 ( 如类型、规模和数量等) 、空间分布规律及与基本环境条件 ( 或静态环境因子) 的关系。

3) 采用单因相关分析方法剖析斜坡变形破坏与各种地质动力作用因子之间的关系，研究内、外动力作用下斜坡变形破坏体的发育频率、规模和空间分布特征; 采用定性与定量相结合的效果测度分析模型 ( EMA) ，对斜坡变形破坏与主要动力地质作用进行关联度综合量化分析，并确定了影响河谷岸坡稳定的关键性动力因子，从定量的角度探讨研究区各种动力地质作用对斜坡变形破坏的主次关系。

4) 以两家人大型松散堆积体、龙蟠右岸斜坡变形体和滑石板堆积体滑坡为典型实例，采用工程地质力学分析方法重点剖析虎跳峡工程区斜坡演变的成因机制，并建立了虎跳峡河谷地区斜坡演变的内外动力耦合作用的基本模式 ( 或概念模型) ，并对堆积体滑坡的滑动周期进行了初步的分析预测。

5) 基于反倾岩体变形破坏的时效性，引入强度折减法来分析并以安全系数来评价反倾岩体边坡的稳定性，并从边坡变形演化过程中剪切屈服区的扩展方式中，提出了 “软基效应”和 “互层效应”共同作用下大规模反倾岩体的 “累进剪切破坏模式”。运用离散元进行变形岩体的全时程动力分析，指出地震惯性力作用引起的剪应力积聚效应和超静孔隙水压力累积效应是导致斜坡失稳的内在机理。将遗传算法和 Sarma 法相结合，并引入保持最优的灾变策略，提出适用于岩质边坡最危险滑裂面分析的 GA-Sarma 算法。

6) 对下咱日堆积体的研究，我们首先从堆积体的地质结构调查入手，通过野外地质特征和钻孔特征的综合分析，研究堆积体的成因类型和形成演化历史; 通过现场大型直剪试验、推剪试验、粒度分析和大尺度单环渗透试验，对五类堆积体的物理力学性质取得全面的认识; 通过典型采样的室内力学试验和细观结构分析，研究堆积体变形破坏规律及其结构控制机理; 通过综合分析建立的地质模型和强度折减少有限元数值模拟技术，研究堆积体在不同工况条件下的二维和三维稳定性。

7) 在典型斜坡演变机制分析的基础上，基于内外动力耦合作用强度的空间差异性特征，应用模糊综合评判 ( FCJ) 与地理信息系统 ( GIS) 相结合的方法，建立了地质动力区划指标体系及强度等级，并结合静态环境条件 ( 包括岩土体类型、岸坡结构及坡型等) ，预测工作区不同区段未来可能发生斜坡灾害的程度。地质动力区划方法为斜坡灾害危险性评价方法的研究提供了新的思路。

本书的研究技术路线如图 1. 3. 1 所示。

图 1. 3. 1 研究技术路线图