重大工程地质灾害的预测理论及数值分析方法研究

技部正式立项，总经费为2900万元(2010-2014)。该项目联合国内大连理工大学、清华大学、北京大学、北京科技大学、中国科学院数学与系统科学研究院、中国科学院地质与地球物理研究所、中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，并与欧盟的英国斯旺西大学、西班牙国际工程数值方法研究中心、德国柏林工业大学、波兰西里西亚工业大学开展广泛的国际合作。它将针对以下三个关键问题进行研究，即复杂地质体破坏状态识别方法、地质体渐进破坏演化规律与预测理论、工程地质灾害成灾过程的跨尺度计算方法。总体目标是：基于将预测地质灾害成灾阶段转化为判断地质体破坏状态的新理念，建立工程地质灾害演化的计算模型；将现场监测和高效率数值计算相结合，建立地质体可测物理量和内部破坏状态之间的联系，形成工程地质灾害预测的理论体系；形成工程地质灾害监测与在线数值分析相结合的预测方法，显著提高我国重大的工程地质灾害的预测水平。

   该项目集中研究与工程问题相关的不同类型地质灾害预测中共性的关键科学问题，发展地质灾害分析的理论模型和数值方法，开发地质灾害预测的集成软件系统，为实现工程地质灾害预测提供理论依据和技术支持。它共设置6个课题，即：工程地质体结构模型与地质状态基本信息分析方法、地质体渐进破坏过程的演化机理及计算模型、地质体碎裂破坏及裂隙介质与流体相互作用模型和数值方法(北京大学)、地质灾害体流动过程及其规律的跨尺度力学方法、面向工程地质灾害模拟的高性能算法、工程地质灾害预测的理论及方法。

   该项目的第二课题“地质体渐进破坏过程的演化机理及计算模型”由我系李锡夔教授负责，主要在动荷载和开挖条件下，针对工程地质灾害在孕育、演化阶段中的成形、发生状态，研究地质体在灾害演化过程由连续介质向离散介质转化的特性，并建立转化过程中类固-液相变的粘-弹-塑性本构模型，揭示地质灾害演化的内在机理；建立地质体局部破坏、贯穿性破坏、碎裂性破坏的破坏准则，并研究地质体内部破裂程度与声发射、波动特性及衰减规律、内部滑移与地表位移、地表裂缝之间的对应关系；建立细观与宏观力学参量对应关系的均匀化方法和局部化模型，并发展地质体宏观连续体模型与细观离散体模型相结合的跨尺度计算模型，并开发相应的计算软件。

   该项目研究是国家实施科学发展战略的重大需求，对于发展工程地质灾害的力学理论和计算方法，实现工程地质灾害的科学预测有着十分重要的意义。

岩土与环境力学实验室

2009-11-2