長江科學(xué)院水工巖石力學(xué)與工程應(yīng)用研究進展

鄔愛清

(長江科學(xué)院 水利部巖土力學(xué)與工程重點實驗室,武漢 430010)

1 研究背景

自1956年開展丹江口工程壩基巖石力學(xué)試驗及1958年10月國家科學(xué)技術(shù)委員會在長江科學(xué)院成立三峽巖基專題研究組開展三峽工程巖石力學(xué)研究以來，長江科學(xué)院的巖石力學(xué)研究專業(yè)發(fā)展至今已有65年歷史，是國內(nèi)最早系統(tǒng)開展巖石力學(xué)研究的主要單位。60多年來，圍繞丹江口、葛洲壩、三峽等重大工程建設(shè)對巖石力學(xué)研究需求，長江科學(xué)院在巖石力學(xué)專業(yè)方面始終以解決工程建設(shè)面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題為目標(biāo)，以持續(xù)創(chuàng)新為驅(qū)動力，理論與實踐相結(jié)合，在巖石力學(xué)研究方法、研究途徑和測試與分析技術(shù)等方面進行了系統(tǒng)創(chuàng)新，提出了認(rèn)識巖體、利用巖體和加固巖體的水工巖石力學(xué)研究基本思路，結(jié)合工程實踐與科研成果，撰寫了《水工巖石力學(xué)》等多部巖石力學(xué)綜合性研究專著[1-3]。

在行業(yè)技術(shù)推廣和引領(lǐng)方面，組織全國力量，編制了第一部巖石分級國家標(biāo)準(zhǔn)《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50218-94)[4]，主持編制水利水電工程行業(yè)綜合性巖石力學(xué)試驗規(guī)程《水利水電工程巖石試驗規(guī)程》(SL 264—2001)[5]等規(guī)程規(guī)范。

繼三峽等重大工程巖石力學(xué)研究與實踐之后，長江科學(xué)院的巖石力學(xué)專業(yè)緊密結(jié)合新時期國家水利水電、能源及交通等領(lǐng)域工程建設(shè)和基礎(chǔ)性科研研究需求，在基礎(chǔ)理論與數(shù)值方法、巖石力學(xué)試驗方法與技術(shù)、巖體地應(yīng)力測量技術(shù)與地應(yīng)力場、巖體地球物理與超前探測技術(shù)、巖土及結(jié)構(gòu)錨固與加固技術(shù)以及在巖體工程中的應(yīng)用與實踐等方面取得新的重要進展。本文依據(jù)10余年來已發(fā)表的相關(guān)文獻，就上述取得的研究進展進行了較為全面的綜述與梳理，并簡要敘述了面臨的任務(wù)與挑戰(zhàn)。

2 基礎(chǔ)理論與數(shù)值方法

2.1 工程巖體分級理論

以長江科學(xué)院為主編單位，會同東北大學(xué)等9家參編單位，歷時5 a, 對原國家標(biāo)準(zhǔn)《工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50218—94)進行修訂，新標(biāo)準(zhǔn)于2015年由住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部批準(zhǔn)實施。新標(biāo)準(zhǔn)在修訂過程中，經(jīng)廣泛調(diào)查研究，認(rèn)真總結(jié)原標(biāo)準(zhǔn)實施來的實踐經(jīng)驗，對原標(biāo)準(zhǔn)進行了系統(tǒng)的修訂和完善，主要內(nèi)容包括：

(1)在原有樣本數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，新增了54組樣本數(shù)據(jù)，重新進行了回歸分析，論證了巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ計算公式的有效性，并對BQ公式進行了局部修訂。

(2)增加了邊坡工程巖體質(zhì)量指標(biāo)的計算、邊坡工程巖體級別的劃分以及邊坡工程巖體自穩(wěn)能力的確定等內(nèi)容。

(3)依據(jù)基于巖體質(zhì)量級別的試驗資料統(tǒng)計結(jié)果，將巖體及結(jié)構(gòu)面物理力學(xué)參數(shù)與巖體基本質(zhì)量級別相對應(yīng)，以反映巖體基本質(zhì)量下的力學(xué)屬性。

(4)收集與整理了不同巖體級別條件下的巖石地基現(xiàn)場載荷試驗資料，對巖石地基承載力進行了論證。

上述研究成果進一步完善和發(fā)展了我國工程巖體分級標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)涵[6-10]。

2.2 工程巖體分析方法

在空間軸對稱彈性理論研究方面，任放等[11]系統(tǒng)推導(dǎo)了圓柱孔軸對稱分析中多個延伸問題的解析解，并給出了數(shù)值計算策略。

針對巖體復(fù)雜條件地應(yīng)力場測試點變異性特點及地應(yīng)力張量可視化表述難題，盧波等[12]提出了在同一個全空間赤平投影圖上表達(dá)所有測點地應(yīng)力張量全空間赤平投影法，是一種表征巖體三維地應(yīng)力張量的“CT可視化”分析方法。

在裂隙巖體本構(gòu)模型研究方面，黃書嶺等[13-14]將組成巖體的母巖與結(jié)構(gòu)面力學(xué)特性分別識別和模擬，建立了考慮一組節(jié)理面的層狀巖體和多組節(jié)理面的裂隙巖體力學(xué)本構(gòu)模型，并嵌入FLAC 3D軟件，用以描述裂隙巖體在變形和強度方面的各向異性及應(yīng)力應(yīng)變硬化-軟化過程特征。

在巖體結(jié)構(gòu)塊體穩(wěn)定性分析方面，Zhang等[15]將關(guān)鍵塊體理論與三維巖體裂隙切割技術(shù)結(jié)合起來，實現(xiàn)了洞室開挖巖體三維隨機可移動塊體的識別與支護策略分析。

張雨霆等[16-17]將巖體中的結(jié)構(gòu)面納入數(shù)值模擬分析中的網(wǎng)格模型，提出了巖石塊體識別的單元重構(gòu)-聚類方法。進一步引入界面單元技術(shù)，實現(xiàn)圍巖中的塊體滑移和脫離母巖的模擬，并提出了基于數(shù)值分析的塊體運動形式判別方法，由此實現(xiàn)巖體塊體的識別與穩(wěn)定性評價。

2.3 巖體非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論

鄔愛清等[18]將非連續(xù)變形分析(DDA)方法全高階多項式位移函數(shù)屬性應(yīng)用于力、溫度等場理論解析函數(shù)逼近問題的研究，提出了一個逼近彈性力學(xué)連續(xù)位移函數(shù)的全多項式位移函數(shù)逼近方法，并進行了算例驗證。

為滿足塊體系統(tǒng)應(yīng)力應(yīng)變計算精度與計算效率要求，Lu等[19]在已有的一階及高階位移函數(shù)全多項式基礎(chǔ)上，提出了塊體系統(tǒng)高-低階混合算法及總體方程最優(yōu)圖形法存儲技術(shù)。

針對DDA方法采用隱式求解中因總體剛度矩陣求解對計算效率的限制問題，徐棟棟等[20-21]提出了一種基于顯式時間積分的二維顯式DDA計算方法，為構(gòu)建顯式DDA計算平臺提供了理論基礎(chǔ)。在三維DDA的理論研究方面，提出了一種新的接觸勢控制的三維DDA計算方法，以替代接觸罰函數(shù)控制法，通過算例驗證了算法的有效性。

在裂隙巖體滲流分析方面，Zhang等[22-23]將巖體三維裂隙網(wǎng)絡(luò)、數(shù)值流形覆蓋技術(shù)與滲流控制方程相結(jié)合，提出了基于裂隙滲流控制的裂隙巖體滲流計算新方法。

2.4 巖體破壞細(xì)觀機理

丁秀麗等[24-26]基于ABAQUS中的主-從接觸算法功能研究，并融合細(xì)觀結(jié)構(gòu)模型生成技術(shù)及巖土體滲流與強度理論，實現(xiàn)了非飽和土石混合體有限元細(xì)觀數(shù)值模型試驗，并系統(tǒng)研究了界面特性、含石量及飽和度等對土石混合體力學(xué)特性的影響。基于PFC3D三維顆粒流分析理論與軟件，引入顆粒接觸模型(BPM)和顆粒集合體Clump單元生成技術(shù)，并依據(jù)錦屏一級地下廠房大理巖樣掃描電子顯微鏡(SEM)礦物掃描和巖樣試驗結(jié)果，建立細(xì)觀力學(xué)數(shù)值模型，研究了應(yīng)力狀態(tài)與應(yīng)力路徑等因素對大理巖變形破裂演化的控制與作用規(guī)律。

盧波等[27]基于混合高階DDA數(shù)值方法及程序編制研究成果，研發(fā)了電液伺服試驗閉環(huán)控制數(shù)值模擬技術(shù)，建立了能夠同時實現(xiàn)剛性試驗機的理想剛性和電液伺服試驗機的伺服控制機制的巖石應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)^程試驗數(shù)值模擬方法。基于巖石試樣的數(shù)值試驗，揭示了剛性伺服試驗系統(tǒng)中，加載框架系統(tǒng)剛性和加載速率等對巖石破裂過程的影響規(guī)律。

3 巖石力學(xué)試驗方法與技術(shù)

3.1 試驗新技術(shù)

針對錦屏二級引水隧洞、白鶴灘等工程現(xiàn)場高應(yīng)力及復(fù)雜地質(zhì)條件下的巖石力學(xué)試驗技術(shù)，長江科學(xué)院在高應(yīng)力及復(fù)雜應(yīng)力條件下的巖石力學(xué)試驗技術(shù)研究方面取得新進展[28]。研制出YXSW-12型微機伺服控制現(xiàn)場巖體真三軸試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供15 MPa圍壓和20 MN軸向載荷，試樣尺寸50 cm×50 cm×100 cm(長×寬×高，下同)，可獲得高壓真三軸復(fù)雜應(yīng)力路徑條件的全過程應(yīng)力-應(yīng)變試驗曲線。在現(xiàn)場巖體流變試驗方面，研制出RXJZ-20000型微機伺服控制巖體真三軸蠕變試驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有高應(yīng)力、大尺寸、實時采集等特點[29-30]。

為研究高應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜應(yīng)力路徑條件下巖石的變形與強度特征，李維樹等[31]采用將錦屏深部試驗平洞作為鉛直向反力承載系統(tǒng)，并構(gòu)建水平反力框架系統(tǒng)，基于高應(yīng)力滾軸絲杠伺服控制技術(shù)，研制出LWZ-10000型中尺寸巖樣真三軸試驗系統(tǒng)，并對錦屏大理巖進行了試驗研究。該試驗系統(tǒng)，軸向載荷10 000 kN, 側(cè)向載荷4000 kN, 試樣尺寸范圍在10 cm×10 cm×20 cm和15 cm×15 cm×30 cm之間。

為突破能反映巖體特性、巖體結(jié)構(gòu)、初始應(yīng)力及應(yīng)力路徑等多因素交互影響的水巖作用機制試驗研究瓶頸，基于構(gòu)造外置式大尺寸密封試驗倉，并將巖體試樣與力學(xué)試驗裝置置于試驗倉的巖體水力耦合試驗新思想，鄔愛清等[32-33]研制出HMTS-1200型裂隙巖體水力耦合真三軸試驗系統(tǒng)和HMSS-300型水力耦合剪切試驗系統(tǒng)，并針對溪洛渡玄武巖壩肩巖體及層間錯動帶進行了現(xiàn)場試驗研究。水力密封倉直徑1.6 m, 內(nèi)水壓力可達(dá)3 MPa, 可以模擬300 m級高壩運行相關(guān)巖體水力耦合問題。

3.2 復(fù)雜巖體力學(xué)特性

針對深埋隧洞圍巖卸載路徑條件下的巖體變形破壞特性與強度參數(shù)問題，周火明等[34]在現(xiàn)場2 500 m以下深埋試驗平洞內(nèi)開展了大理巖原位高壓真三軸卸荷試驗，并研究了大理巖卸載路徑下巖體的強度參數(shù)變化規(guī)律。試驗尺寸50 cm×50 cm×100 cm，中主應(yīng)力11.2 MPa, 最大破壞軸向壓力104.48 MPa。

針對深部巖體強度參數(shù)特征問題，鄔愛清等[35]基于不同尺度(室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)尺寸、中等尺寸、米級大尺寸)大理巖樣加卸載三軸力學(xué)試驗，系統(tǒng)研究了巖樣尺度、應(yīng)力水平及加卸載路徑等因素對巖石強度特性與參數(shù)取值的影響規(guī)律。

3.3 規(guī)范編制

主持編制行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《巖石三軸試驗儀校驗方法》 (SL 119—2012)、《水利水電工程巖石試驗規(guī)程》(SL/T 264—2020)、《核電廠工程巖土試驗規(guī)程》(NB/T 10664—2021) 3部，團體標(biāo)準(zhǔn)《巖體真三軸試驗現(xiàn)場試驗規(guī)程》(CSRME 004—2020)1部[36-39]。作為主要單位，參與編制國家標(biāo)準(zhǔn)《工程巖體試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50266—2013)[40]。

4 巖體地應(yīng)力測量技術(shù)與地應(yīng)力場

4.1 復(fù)雜條件地應(yīng)力測試技術(shù)

劉允芳等[41]針對空心包體式鉆孔三向應(yīng)變計等應(yīng)變式鉆孔解除類地應(yīng)力測試精度提高問題，提出了將解除巖心放入圍壓加載裝置，并利用其試驗成果修正原始解除應(yīng)變實測值的方法。

韓曉玉等[42]基于提出的地應(yīng)力測量精度的定量表述，通過建立有針對性的數(shù)值分析模型，定量研究了空心包體式地應(yīng)力測量構(gòu)件的介質(zhì)參數(shù)對應(yīng)變片變形和測量精度的影響規(guī)律。

針對極高地應(yīng)力條件下的地應(yīng)力測試技術(shù)問題，李永松等[43]基于引進的鉆孔孔壁切縫解除法設(shè)備，通過數(shù)值模擬與現(xiàn)場測試，研究了該技術(shù)在錦屏二級引水隧洞極高地應(yīng)力測試中的實施效果。

艾凱等[44]綜合應(yīng)用刻槽解除法和同一刻槽狹縫法變形試驗，獲得錦屏二級引水隧洞極高地應(yīng)力隧洞圍巖表層巖體應(yīng)力測試值，最大測值達(dá)80 MPa。

針對白鶴灘壩基柱狀節(jié)理巖體隱形裂隙發(fā)育，巖心獲取率低，巖塊中地應(yīng)力測試難度大等問題，劉元坤等[45]研制出新型鉆孔孔底應(yīng)變解除測試裝置，并獲得壩基柱狀節(jié)理巖體中巖塊內(nèi)的應(yīng)力測試值。

在水壓致裂地應(yīng)力測試技術(shù)研究方面，針對繩索取芯鉆探新技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜地質(zhì)勘探背景趨勢，以繩索取芯鉆桿條件的巖體地應(yīng)力測試為對象，鄔愛清等[46]研制出一種新型繩索取芯鉆桿內(nèi)置式雙管水壓致裂地應(yīng)力測試方法和相應(yīng)裝置，解決了復(fù)雜欠穩(wěn)定地層鉆孔地應(yīng)力測量難題。該技術(shù)成功應(yīng)用于滇中調(diào)水工程，最大測試深度724 m。

4.2 復(fù)雜條件地應(yīng)力場研究

針對復(fù)雜地質(zhì)條件地應(yīng)力場分布特征識別問題，尹健民等[47]提出了地應(yīng)力場模擬的多元信息集成研究方法，并將其應(yīng)用于白鶴灘水電站工程區(qū)域地應(yīng)力場分布特征研究。

應(yīng)用地應(yīng)力測量成果研究區(qū)域性斷層活動特性評價方面取得新成果。周春華等[48]基于阿爾泰山前活動斷裂帶2個深孔地應(yīng)力測試結(jié)果，并結(jié)合斷層滑移理論分析，研究了所涉及斷層的活動穩(wěn)定性。付平等[49]基于滇中調(diào)水香爐山隧洞3個活動斷層附近的深孔地應(yīng)力測試結(jié)果，對活動斷層的滑移屬性及黏滑穩(wěn)定性狀態(tài)進行了分析與評價。

長江科學(xué)院在高地應(yīng)力地下洞室開挖巖爆監(jiān)測方法與技術(shù)方面取得重要進展。周朝等[50-51]應(yīng)用ESG微震監(jiān)測技術(shù)對荒溝地下廠房施工開挖進行了微震監(jiān)測，并提出了以微震視體積確定巖體損傷尺度和考慮累計損傷效應(yīng)的巖體劣化模型。周春華等[52]結(jié)合某抽水蓄能電站地下廠房開挖巖爆監(jiān)測實踐，提出了基于微震與電磁輻射聯(lián)合監(jiān)測的巖爆多元信息預(yù)警方法，并給出了各監(jiān)測指標(biāo)的預(yù)警閾值。

劉允芳等[53]系統(tǒng)總結(jié)了長江科學(xué)院地應(yīng)力測量方法的發(fā)展及工程應(yīng)用，出版《地應(yīng)力測量方法和工程應(yīng)用》專著。

5 巖體地球物理與超前探測技術(shù)

5.1 巖體與錨固體無損探測技術(shù)

在邊坡巖體卸荷風(fēng)化分帶無損探測方面，肖國強等[54-55]提出并運用小排列折射波法來直接獲得未卸荷風(fēng)化巖體波速，并在烏東德水電站、姚家坪水電站等工程的邊坡卸荷帶劃分中得到應(yīng)用。

在錨桿無損質(zhì)量檢測方面，肖國強等[56]針對錨桿底部弱反射波信息難以識別和提取的問題，提出了瞬時振幅、瞬時頻率和瞬時相位等參數(shù)相結(jié)合識別方法，并在工程中得到運用?；趲r體錨索質(zhì)量檢測技術(shù)與應(yīng)用成果，主持編制行業(yè)規(guī)程《水電水利工程錨索施工質(zhì)量無損檢測規(guī)程》(DL/T 5820—2021)[57]。

5.2 超前探測技術(shù)

在地質(zhì)超前探測技術(shù)研究方面，付代光等[58]針對低敏感性的軟夾層橫波速度和厚度反演精度低及反演解的評價問題，將多模式及改進的非線性貝葉斯方法和貝葉斯信息準(zhǔn)則(BIC)相結(jié)合反演獲得軟夾層橫波速度和厚度，取得了較好效果。周黎明等[59]針對水利水電洞室具有規(guī)模大、尺寸大的特點，研究了影響TSP(超前地質(zhì)預(yù)報)數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵因素，并將改進的 TSP 方法應(yīng)用到烏東德水電站的泄洪洞和導(dǎo)流洞中，獲得了大尺寸工作面水工洞室超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果，驗證了 TSP技術(shù)在水電水利地下工程中應(yīng)用的可行性和有效性。張楊等[60]根據(jù)隧道超前預(yù)報可能遇到的不良地質(zhì)體，構(gòu)建地球物理模型，基于完全匹配層(PML)的吸收邊界條件，開展時域有限差分算法(FDTD)地質(zhì)雷達(dá)正演模擬。Zhou等[61]針對地震數(shù)據(jù)成像精度問題，提出一種角度域照明補償?shù)姆瓷洳ㄗ钚《四鏁r偏移方法。

結(jié)合多年來在超前探測方面的研究成果與工程實踐，長江科學(xué)院主持編制行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《水利水電地下工程超前預(yù)報技術(shù)規(guī)程》(DL/T 5783—2019)[62]。

6 巖土及結(jié)構(gòu)錨固與灌漿加固技術(shù)

6.1 巖土與結(jié)構(gòu)錨固技術(shù)

在預(yù)應(yīng)力錨桿長期服役性能研究方面，朱杰兵等[63-64]基于室內(nèi)模型觀測，研究了不同溶液酸堿度及含氧率等條件對預(yù)應(yīng)力錨桿的腐蝕特性及發(fā)展過程。

在極高地應(yīng)力洞室錨固性狀研究方面，董志宏等[65]基于錦屏一級極高地應(yīng)力條件地下廠房圍巖預(yù)應(yīng)力錨索監(jiān)測及數(shù)值分析，系統(tǒng)分析了高應(yīng)力區(qū)大型洞室預(yù)應(yīng)力錨索時效受力特征及長期承載風(fēng)險。

針對有壓預(yù)應(yīng)力涵管錨固力分布特性問題，鄔愛清等[66]結(jié)合吉林中部引水工程極度嚴(yán)寒區(qū)內(nèi)徑為5.1 m的超大直徑現(xiàn)澆混凝土預(yù)應(yīng)力輸水涵管結(jié)構(gòu)受力與建造技術(shù)問題，在現(xiàn)場開展了1∶1超大直徑高水壓無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力涵管現(xiàn)場模型試驗，研發(fā)了整套高水壓大直徑涵管模型試驗與觀測技術(shù)。試驗中，涵管中最大充水水頭60.2 m。結(jié)合數(shù)值模擬，系統(tǒng)研究了涵管中無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)及混凝土涵管結(jié)構(gòu)應(yīng)力與變形過程規(guī)律。

6.2 巖體隧道錨技術(shù)

巖體隧道錨是通過在山體中開挖隧洞，并建造隧洞混凝土倒塞形錨塞體，使錨體與圍巖共同承擔(dān)懸索橋主纜數(shù)萬噸級載荷，是巖體錨固技術(shù)的新應(yīng)用。在前期重慶鵝公巖長江大橋、滬蓉高速四渡河大橋等懸索橋隧道錨試驗技術(shù)基礎(chǔ)上，近年來，在隧道錨試驗新技術(shù)、承載機理研究等方面取得新進展。龐正江等[67]采用在后錨面應(yīng)用千斤頂加載的后推法試驗技術(shù)，進行了1∶10大尺度條件流紋斑巖隧洞錨縮尺試驗，并應(yīng)用聲發(fā)射等綜合測試技術(shù)監(jiān)測模型錨錠與圍巖變形過程。為揭示隧道錨抗拔作用機制，余美萬等[68]在云南普立大橋現(xiàn)場隧道錨勘探平洞內(nèi)，針對隧道錨“夾持角”效應(yīng)進行了錨錠比尺為1∶25的圓柱形與圓臺性隧道錨抗拔能力模型對比試驗，試驗論證了夾持效應(yīng)作用效果。周火明等[69]基于軟巖條件下的隧道錨1∶10現(xiàn)場縮尺超載破壞模型試驗，研究了軟巖中隧道錨的破壞機理及承載能力。模型試驗中，錨錠長度6 m，考慮前錨室影響，巖體抗拔拉范圍7.8 m。

基于隧道錨系列成果，首次出版了綜合反映隧道錨巖石力學(xué)關(guān)鍵技術(shù)研究進展與成果專著[70]。

6.3 巖體灌漿加固技術(shù)

針對濕磨細(xì)水泥細(xì)度檢測技術(shù)與裂隙巖體灌漿質(zhì)量控制問題，陳昊等[71]通過對比顯微鏡法、沉降法、激光衍射法等不同顆粒細(xì)度檢測方法，研究了適用于濕磨細(xì)水泥特性和灌漿工程需要的光透沉降法細(xì)度檢測技術(shù)，并形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[72]。

針對垃圾填埋場防滲處置技術(shù)，研究了水泥-化學(xué)復(fù)合灌漿技術(shù)，灌漿后的巖體防滲系數(shù)達(dá)10-7cm/s級[73]。

7 工程應(yīng)用與實踐

十余年來，繼三峽、烏江構(gòu)皮灘、烏江彭水、清江隔河巖、清江水布埡等重大工程巖石力學(xué)研究之后，長江科學(xué)院巖石力學(xué)專業(yè)科研人員相繼承擔(dān)了雅礱江錦屏(一級和二級)工程、金沙江烏東德、溪洛渡和白鶴灘工程、新疆QBT工程、巴基斯坦卡洛特水電站、吉林中部引水工程、滇中調(diào)水工程、引漢濟渭工程、湖南矮寨特大懸索橋、川藏鐵路瀘定大渡河特大橋、國家戰(zhàn)略石油儲備湛江洞庫工程等重大工程中的相關(guān)巖石力學(xué)研究工作。在復(fù)雜條件下的高壩壩基巖體特性試驗與質(zhì)量評價、高邊坡與滑坡穩(wěn)定性研究、高地應(yīng)力及復(fù)雜地質(zhì)大跨度高邊墻地下廠房圍巖穩(wěn)定性、深埋超長輸水隧洞巖石力學(xué)綜合研究、大跨度懸索橋隧道錨承載特性評價、核電及石油洞庫相關(guān)巖石力學(xué)研究等方面進行了創(chuàng)新研究與科技攻關(guān)，對工程的建設(shè)起到了重要的技術(shù)支撐作用[74-79]?；谠趲r石力學(xué)領(lǐng)域的長期研究與積累，受水利部主管部門委托，作為主編單位承擔(dān)了《水工設(shè)計手冊》(第2版)基礎(chǔ)理論卷巖石力學(xué)章節(jié)的編制任務(wù)[80]。

2015年，作為第一完成單位完成的《水工巖體特性評價與工程利用關(guān)鍵技術(shù)》獲國家科技進步二等獎。

8 結(jié)論與展望

綜述10余年來在水工巖石力學(xué)與工程應(yīng)用實踐進展表明，以長江科學(xué)院為主要單位創(chuàng)建與形成的水工巖石力學(xué)學(xué)科在緊密結(jié)合工程實踐進程中又得到了新的發(fā)展，但同時也面臨基礎(chǔ)理論與技術(shù)研發(fā)新挑戰(zhàn)?？煞质鋈缦拢?/p>

(1)新的發(fā)展。工程巖體分級理論更趨完善。工程巖體分析方法更能適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件巖體穩(wěn)定性分析與評價；非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論研究進一步深入；巖體破壞細(xì)觀機理有新認(rèn)識；巖石力學(xué)試驗方法更趨向于反映三維巖體結(jié)構(gòu)、復(fù)雜應(yīng)力路徑和大尺度條件；巖體水力耦合試驗技術(shù)突破了制約瓶頸；地應(yīng)力測試技術(shù)在高應(yīng)力及破碎巖體測試方面找到新的測試途徑；物探技術(shù)特別是超前探測技術(shù)有重要發(fā)展；巖體錨固技術(shù)，特別是大跨度懸索橋隧道錨技術(shù)成為行業(yè)技術(shù)支撐新的切入點；巖體重大工程實踐呈現(xiàn)出新的高度。

(2)新的挑戰(zhàn)。巖體作為自然界中的一種主要介質(zhì)具有自然和人類活動密切相關(guān)雙重屬性。巖體的不均勻性、非連續(xù)性、各向異性、性狀動態(tài)演化、天然地應(yīng)力賦存屬性以及工程載荷的顯性與隱性作用，使得巖石力學(xué)作為一門科學(xué)或作為一門技術(shù)，在科學(xué)與技術(shù)進步等方面研究中面臨持續(xù)的挑戰(zhàn)。聚焦到水工巖石力學(xué)研究方面，在工程技術(shù)需求上主要有兩個方面的挑戰(zhàn)：一是水電工程建設(shè)面臨新特點。針對中國向世界承諾的“3060雙碳目標(biāo)”，中國的常規(guī)水電及抽水蓄能電站等水電能源規(guī)劃布置與建設(shè)將在促進能源轉(zhuǎn)型和綠色發(fā)展等發(fā)面發(fā)揮更加重要的作用。水電能源的保護與開發(fā)利用仍是國家未來重要的支持方向，面臨的突出問題是，大部分待建工程將主要集中在西部高寒高海拔高地震烈度區(qū)，且對生態(tài)環(huán)境保護的要求更高；二是復(fù)雜線路工程及其他巖石工程建設(shè)面臨新需求。滇中調(diào)水、引江補漢等一大批長距離調(diào)水工程、川藏鐵路建設(shè)等復(fù)雜條件線路工程以及石油天然氣等國家能源儲備戰(zhàn)略工程等工程建設(shè)需求，將涉及超千米復(fù)雜條件深埋長隧洞、千米級巖質(zhì)高邊坡防治、數(shù)萬噸級高噸位大載荷巖石基礎(chǔ)承載以及流固多場耦合環(huán)境下的大尺度地下洞庫工程等工程建設(shè)，對巖石力學(xué)研究提出了的新要求。聚焦到巖石力學(xué)學(xué)科學(xué)問題研究上，巖石力學(xué)的非線性屬性問題、連續(xù)-非連續(xù)介質(zhì)力學(xué)問題、跨尺度力學(xué)特性評價問題、多場耦合問題以及高地震烈度動力條件巖石力學(xué)研究問題等無疑將是水工巖石力學(xué)未來研究的核心問題和研究重點。

(3)結(jié)合水工巖石力學(xué)研究，現(xiàn)有的成績?nèi)允浅醪降?。認(rèn)識巖體、利用巖體和加固巖體的研究思路仍需結(jié)合未來巖體工程建設(shè)需求和科學(xué)研究新進展，不斷地推動和改進。