高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)方法研究

本項(xiàng)目目的是以宜陽縣錦屏山采石場地質(zhì)環(huán)境治理項(xiàng)目為依托，基于生態(tài)地質(zhì)學(xué)理論的地境再造技術(shù)，探討和完善高陡巖質(zhì)邊坡植被覆綠的技術(shù)方法，并利用山體水汽場監(jiān)測數(shù)據(jù)揭示邊坡內(nèi)部溫濕度是否能夠滿足植被成活和持續(xù)生長的需求，進(jìn)而建立并完善高陡巖質(zhì)邊坡地境再造覆綠新技術(shù)新理論，為解決我省大面積露天礦山生態(tài)環(huán)境治理提供有效的技術(shù)手段和可行的解決方法。取得的主要成果如下:（1）通過對河南宜陽地區(qū)典型巖質(zhì)邊坡水汽場的監(jiān)測，初步掌握了水汽場分布、運(yùn)移及時空變化規(guī)律，構(gòu)建了巖質(zhì)邊坡水汽場計(jì)算模型，以巖體裂隙內(nèi)的溫度、水汽濕度和含水量的可持續(xù)性作為評估生態(tài)適宜性的量化指標(biāo)，提出了植被地境再造技術(shù)的生態(tài)地質(zhì)學(xué)指標(biāo)，有創(chuàng)新性。（2）結(jié)合試驗(yàn)和監(jiān)測研究工作，總結(jié)提出了""高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)和方法""，首次從熱力學(xué)平衡角度出發(fā)，提出用水汽監(jiān)測數(shù)據(jù)推求裂隙巖體含水率、含水量的完整科學(xué)思路及較高可信度的定量計(jì)算方法，可用于實(shí)踐；水汽場研究成果從理論上證明高陡巖質(zhì)邊坡地境再造技術(shù)的理論合理性，且該理論成果具有重要的生態(tài)科學(xué)價值。 科技創(chuàng)新及推廣應(yīng)用如下:（1）首次提出裂隙巖體水汽場的定義和內(nèi)涵；通過大量的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)研究了裂隙巖體非飽和帶中水汽場的時空分布規(guī)律，首次對水汽相態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)理進(jìn)行了深入研究；首次證實(shí)在暖溫帶地區(qū)巖體裂隙深度大于0.5m是植被生長的必要條件。（2）首次從熱力學(xué)平衡角度出發(fā)，提出用水汽監(jiān)測數(shù)據(jù)推求裂隙巖體含水率、含水量的完整科學(xué)思路及較高可信度的定量計(jì)算方法，可用于實(shí)踐；（3）水汽場研究成果從理論上證明高陡巖質(zhì)邊坡地境再造技術(shù)的理論合理性，且該理論成果具有重要的生態(tài)科學(xué)價值。,本項(xiàng)目目的是以宜陽縣錦屏山采石場地質(zhì)環(huán)境治理項(xiàng)目為依托，基于生態(tài)地質(zhì)學(xué)理論的地境再造技術(shù)，探討和完善高陡巖質(zhì)邊坡植被覆綠的技術(shù)方法，并利用山體水汽場監(jiān)測數(shù)據(jù)揭示邊坡內(nèi)部溫濕度是否能夠滿足植被成活和持續(xù)生長的需求，進(jìn)而建立并完善高陡巖質(zhì)邊坡地境再造覆綠新技術(shù)新理論，為解決我省大面積露天礦山生態(tài)環(huán)境治理提供有效的技術(shù)手段和可行的解決方法。取得的主要成果如下:（1）通過對河南宜陽地區(qū)典型巖質(zhì)邊坡水汽場的監(jiān)測，初步掌握了水汽場分布、運(yùn)移及時空變化規(guī)律，構(gòu)建了巖質(zhì)邊坡水汽場計(jì)算模型，以巖體裂隙內(nèi)的溫度、水汽濕度和含水量的可持續(xù)性作為評估生態(tài)適宜性的量化指標(biāo)，提出了植被地境再造技術(shù)的生態(tài)地質(zhì)學(xué)指標(biāo)，有創(chuàng)新性。（2）結(jié)合試驗(yàn)和監(jiān)測研究工作，總結(jié)提出了""高陡巖質(zhì)邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)和方法""，首次從熱力學(xué)平衡角度出發(fā)，提出用水汽監(jiān)測數(shù)據(jù)推求裂隙巖體含水率、含水量的完整科學(xué)思路及較高可信度的定量計(jì)算方法，可用于實(shí)踐；水汽場研究成果從理論上證明高陡巖質(zhì)邊坡地境再造技術(shù)的理論合理性，且該理論成果具有重要的生態(tài)科學(xué)價值。 科技創(chuàng)新及推廣應(yīng)用如下:（1）首次提出裂隙巖體水汽場的定義和內(nèi)涵；通過大量的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)研究了裂隙巖體非飽和帶中水汽場的時空分布規(guī)律，首次對水汽相態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)理進(jìn)行了深入研究；首次證實(shí)在暖溫帶地區(qū)巖體裂隙深度大于0.5m是植被生長的必要條件。（2）首次從熱力學(xué)平衡角度出發(fā)，提出用水汽監(jiān)測數(shù)據(jù)推求裂隙巖體含水率、含水量的完整科學(xué)思路及較高可信度的定量計(jì)算方法，可用于實(shí)踐；（3）水汽場研究成果從理論上證明高陡巖質(zhì)邊坡地境再造技術(shù)的理論合理性，且該理論成果具有重要的生態(tài)科學(xué)價值。 2100433B

隨著我國西電東送、南水北調(diào)等大型能源工程的不斷開發(fā)建設(shè)，開挖擾動作用下的高陡巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性問題將日益突出。本課題以正在施工中的四川省大渡河大崗山水電站右岸邊坡為研究背景，該邊坡自然高度在600 m以上，開挖坡高達(dá)400 m之巨，通過對開挖擾動下巖質(zhì)邊坡的現(xiàn)場微震監(jiān)測、理論分析以及數(shù)值模擬試驗(yàn)等手段，深入研究高陡巖質(zhì)邊坡在開挖、固結(jié)灌漿、加固措施和大壩蓄水及庫水位驟升驟降等作用下其內(nèi)部巖石微破裂萌生、發(fā)育、擴(kuò)展、貫通與相互作用誘致邊坡宏觀的可能失穩(wěn)破壞模式與機(jī)理，以及特殊的處理措施；提出一套適用于西部水電站開挖擾動作用下高陡巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價機(jī)制與災(zāi)害預(yù)警設(shè)計(jì)方法，對于西部大型水電樞紐工程的高邊坡安全運(yùn)營具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。

本項(xiàng)目以西南地區(qū)大型水電工程巖質(zhì)邊坡為研究背景，基于“巖質(zhì)邊坡細(xì)觀巖體微破裂聚積和演化漸進(jìn)發(fā)展是邊坡宏觀失穩(wěn)前兆”的學(xué)術(shù)思想，將巖質(zhì)邊坡微震活動監(jiān)測與應(yīng)力場數(shù)值分析相結(jié)合，通過應(yīng)力場的演化來解讀邊坡巖體漸進(jìn)破裂誘發(fā)失穩(wěn)過程中的微震活動性規(guī)律，建立了考慮微震效應(yīng)的三維彈性損傷演化本構(gòu)模型，以巖石介質(zhì)變形過程中的微破裂積累造成的力學(xué)性質(zhì)弱化來反映巖石宏觀變形非線性的本質(zhì)特征，探討工程擾動作用下水電高陡巖質(zhì)邊坡微破裂萌生、發(fā)育、演化、繁衍及相互作用對其宏觀結(jié)構(gòu)破壞過程中微震活動性的影響，包括邊坡巖體破裂過程中的微震時空分布規(guī)律及其失穩(wěn)的前兆模式，揭示了巖質(zhì)邊坡微震活動性、背景應(yīng)力場演化與工程擾動之間的聯(lián)系，提出一套適用于西南地區(qū)工程擾動作用下水工高陡巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價機(jī)制與災(zāi)害預(yù)警設(shè)計(jì)方法。項(xiàng)目研究成果成功推廣應(yīng)用到金沙江白鶴灘水電站左岸邊坡穩(wěn)定性評價和大渡河猴子巖水電站地下洞室群圍巖穩(wěn)定性分析中，促進(jìn)了西南地區(qū)水利水電工程技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，取得了一定的社會效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益。 項(xiàng)目的研究成果最終形成的研究論文被SCI收錄5篇，EI收錄10篇；獲得中國巖石力學(xué)與工程學(xué)會科技進(jìn)步一等獎1次，四川省科技進(jìn)步三等獎1次；參加國際、國內(nèi)學(xué)術(shù)會議12次，培養(yǎng)博士生2人，碩士生1人。超額完成項(xiàng)目的預(yù)期目標(biāo)。 2100433B

爆破動力擾動是高陡邊坡巖體失穩(wěn)的常見誘因。本項(xiàng)目以大型水利水電工程高陡邊坡巖體開挖爆破對邊坡穩(wěn)定性的擾動為研究主線，采用理論分析、數(shù)值模擬與現(xiàn)場試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，研究了爆破動力擾動下高陡邊坡巖體的穩(wěn)定性。項(xiàng)目分析了邊坡體中爆破振動荷載的傳播與衰減規(guī)律及其頻譜特性，揭示了邊坡爆破振動放大效應(yīng)的產(chǎn)生機(jī)理；研究了爆破振動參數(shù)間的內(nèi)在關(guān)系及潛在滑坡體的受力特征，建立了爆破振動作用下邊坡動力穩(wěn)定性的力學(xué)模型及其安全判據(jù)，研究了基于剛體極限平衡法的高陡邊坡爆破動力穩(wěn)定性分析方法，提出了邊坡爆破動力穩(wěn)定性控制標(biāo)準(zhǔn)的確定方法。研究成果在大型水利水電工程建設(shè)、露天礦山開采、交通工程建設(shè)等領(lǐng)域具有廣闊的工程應(yīng)用前景。結(jié)合項(xiàng)目研究，已發(fā)表論文14篇，其中SCI收錄4篇，EI收錄7篇；獲授權(quán)發(fā)明專利3項(xiàng)，受理發(fā)明專利10余項(xiàng)，并獲國家科技進(jìn)步獎1項(xiàng)，培養(yǎng)研究生5名。 2100433B