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项目年度编号
2300190414
中图分类号
TU45
成果公布年份
2023
成果简介
1.项目研究内容简介：
近年来，随着国家经济实力的增强、综合国力的提高，我国开始了大规模的重大岩土工程建设，且工程所处环境逐渐向深地、寒区等发展，如川藏铁路、青藏公路等国家重大工程，这将迎来更多工程技术挑战。但是由于工程环境和风险机理的复杂性，还没有形成一套普遍公认的、符合中国国情并且有效应用于实践的岩体工程风险评估理论和方法。由此可见研究岩体工程灾害风险，尤其是温度、水、地应力三场耦合的特殊环境下的岩体工程地质风险机理分析与监测防控技术具有重要的理论意义和现实价值。
该项目综合采用试验研究（微细观测试、静态力学试验和动态力学试验）、理论分析和数值模拟相结合的方法，以各类特殊、复杂的地质环境中的^石类材料作为研究对象，针对特殊环境下岩体工程灾害力学机理、岩体工程风险源分析及监测设备以及工程地质灾害风险评价及防控体系等方面开展了全面系统的研究与开发，形成一套集机理分析、智能监测和风险防控于一体的岩体工程风险评价体系。该项目属于地质灾害监测预报与防治领域的应用基础研究，是融合了地质资源与地质工程、安全科学与工程、土木工程、信息工程等四大学科的交叉前沿领域，研究成果服务于工程地质领域相关的灾害机理分析、动态力学性能与抗爆分析、岩体结构变形监测及防控技术等专业技术领域。主要研究内容如下：
(1)多场耦合的特殊环境下岩体工程灾害力学机理研究系统研究了环境温度（高温和冻融循环）、冷却方式、水浴作用、围压、加载率等因素对岩石类材料的微结构、抗冲击压缩强度、劈裂拉伸强度、峰值应变、弹性模量、破坏模式等物理、力学性能的影响规律；揭示了“温度场-渗流场-应力场”三场耦合作用下，岩石的损伤演化过程及强度劣化机理：创新性地构建了能够考虑损伤的岩石类材料粘弹塑性动态本构方程I明确了众多影响因素对材料强度的全局敏感性。揭示了高地应力下地下岩体工程的硬岩岩爆、软岩大变形、岩体开裂、崩塌等地质灾害发生机理，为岩体工程灾害治理、防护结构抗震设计、岩体工程防爆抗爆等工程提供力学理论基础。
(2)岩体工程地质灾害风险源分析及监测设备研发基于灾害机理研究，针对关键风险要素，研发了能够监测地质环境状态（温湿度、风速、降雨等）、岩土体多维变形和开裂、工程实施过程收敛、沉降、振动等风险全要素的一系列高精度、多维度智能监测装备，主要包括：多维激光变形监测仪、工程环境全要素监测箱等智能监测设备，结合物联网技术构建了地质灾害和工程风险实时监控云平台，实现对隧道等地下岩体工程结构开裂、结构不稳定状态等方面的智能化实时监测。监测设备已经在多个重大项目和地质灾害点应用，获得较好的社会和经济效益。
(3)工程地质灾害综合风险评价及韧性防控体系研究项目基于自主研发的工程风险智能监测设备和系统，实现对特殊地质条件下的岩土体边坡、大型土木工程施工、大型地下空间开发等重大项目的实时监测，建立灾害监测大数据库，构建了“全要素、全方位、全系统”的综合风险评价指标体系，基于贝叶斯、神经网络等人工智能方法实现综合风险动态评价分析，在此基础上构建了相应的风险预警及韧性防控体系，将研究成果开发成信息化智能分析系统，建立实施分析预警平台，可以为各类岩土工程、土木工程的顺利实施提供智能分析和控制技术保障。
2.项目研究成果简介：项目研究始于2009年，围绕着岩体工程地质风险机理分析与监测防控技术研究领域，该团队成员承担了国家级课题6项，省部级课题13项，其他社会服务类项目22项；获得陕西省优秀博士论文奖2项，省部级科技奖励6项，其他奖项4项：在国内外重要学术期刊上发表高水平论文97篇，出版相关专著与教材5部，参与编制地方和团体技术规范3部，取得发明专利、实用新型专利和软件著作权48项，其中已转化5项；先后培养博士后研究人员1名，博士6人，硕士53人，发表博、硕士学位论文25篇；并带领学生参加"挑战杯"、"互联网+"、"创青春"、"国际数学建模"等科技竞赛获得国家奖、省奖13次；获批陕西省科技创新团队，即“地质灾害与工程风险监测及防控科技创新团队”，陕西秦创原“科学家+工程师”队伍建设项目，即“智能化灾害风险监测及防控装备研制与技术开发”。
项目团队成员融合了安全科学与工程、地质资源与地质工程、土木工程以及信息工程等学科，研发的智能监测设备和分析系统曾参加陕西省科技工作者创新创业大赛获得金、银奖、铜奖共5项，获得陕西省春种计划支持，成功孵化了西安君亦安全科技有限公司。项目在灾害机理方面进行大量实验研究、理论分析、数值模拟研究等，针对灾害进行相应监测设备开发、大数据分析、智能识别与预警研究，具有显著创新性、交叉性、综合性、实用性等特色。开发出的相应监测设备和软件系统也成功应用于隧道等特殊地质条件下地下空间开发的岩体工程风险控制和应急管理实践中，如贵南高铁九万大山一号隧道等重大项目的变形监测，实现智慧监测监控技术的成果转化，带来了较好经济、社会和安全效益。研究成果理论分析深入、技术开发先进、应用效果显著，处于国内外同行领先水平。
完成单位
长安大学 陕西科技控股集团有限责任公司 西南科技大学
完成人
翟越 董琪 李艳 王会峰 郭辉 李宇白 孟凡东 梁文彪 屈璐
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