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岩体力学与强震机制

  人员组成 

  组长:尚彦军

  成员:秦四清 金维浚 薛雷 

  1、研究方向 

  (1)岩体力学行为的结构效应

  岩体的力学行为很大程度上受结构面所控制。大规模开挖施工扰动作用下,岩体中应力发生调整,其力学特征变现为:岩体开挖后卸荷回弹;在原生结构面基础上,岩体内部发生破裂并产生新结构面。大范围、高强度施工扰动必然会引发卸荷回弹和沉降变形。原生结构面控制是有级别和空间距离条件的,而新生结构面与原生结构面和施工作用在空间分布和时间变化上都密切相关。它们之间存在互馈,其机理是认识变形到破坏的关键,即卸荷回弹和荷载下沉降变形过程不协调而出现突破口,是向破坏发展的重要临界条件。如何将施工扰动下岩体质量劣化降到最低,使场地大范围基岩合理利用,而且工程核心部位保持最优,同时处理(如填压)步序和加固强度适宜,对保证岩体工程稳定性和经济合理性起到至关重要作用。

  (2)岩石破裂致灾机理与强震孕育机制

  地震预测是地球科学一个宏伟的科学研究内容。如能同时准确预测出未来大地震的地点、时间和强度,无疑可以拯救数以万计乃至数十万计生活在地震危险区人民的生命;并且如果能预先采取恰当的防范措施,就有可能最大限度地减轻地震对建筑物等设施的破坏,减少地震造成的经济损失,保障社会稳定和促进和谐发展。此外,强(大、巨)震预测研究作为一个极具挑战的世界性科学难题,是取得重大原创性成果产出的突破口。

  我国是世界上地震最为频发的国家之一。如何正确评估我国及其周边地区未来发震潜力及其地震危险性作,对于我国防震减灾、震前地震次生山地灾害预测评价、震后救灾应急决策等具有重要参考价值。我国目前正在积极倡导的“一带一路”战略,必然会涉及大量重大基础工程建设。然而,该战略所辖范围基本与欧亚地震带重叠,因此很有必要对该战略沿线地区开展强(大、巨)震预测这项基础性研究,评估其未来发震潜力,为重大工程服务。

  (3)区域稳定性与重大地质工程选址

  由于科技创新和能源开发步伐加快,核电、科技基础设施等新型重大工程不断上马,工程规模增大,人类工程活动与地质环境间相互作用关系愈加突出。工程分布特点从点状、线状到面状,面临问题有场址比选、线路展布方案对比、穿越深度和位置比较,研究涉及内容包括区域稳定性评价、山体地质结构模型、地质灾害分布、活断层避让、不良地质体探测识别等。由于岩体承载能力高,上述重大工程往往选择面积尽可能大的完整新鲜岩体做地基或围岩。受构造活动和表生改造作用影响,岩体中以断层、节理为代表的结构面发育,弱化了岩体力学性质。在施工开挖、强降雨等作用下还会出现动态变化和流体响应,给工程安全带来隐患。因此,在选址过程中就应充分考虑工程区地质条件复杂性,开挖过程中监控和避免可能出现的重大工程地质问题。

  针对区域稳定性与重大地质工程选址这一方向开展研究,可望进一步改变重大工程选址多依赖于专家经验或领导主观决策人为影响、工程地质研究精细程度滞后于工程实践要求的现状,更好地为大科学装置合理选址、安全运行、高精度观测提供支撑。从长远发展看,本研究预期结果的取得,可望为开展大中尺度多阶段超前地质预报,有效预防和降低施工地质灾害,地质背景多参量多阶段信息集成和优化以服务于大科学装置高效运行和观测结果稳定可靠,起到一定的基础先导作用。

  2、工作重点

  在岩体结构方面,重点开展深部资源开发和地质工程建设中所面临的不同类型地质构造和不同尺度岩体结构的控制作用研究。拟利用地球物理探测、实验室物理模拟和数值计算手段,采用高精度数字岩体结构变形破坏实时观测等技术,解决多因素动态作用下岩体结构破坏时效性(岩体破坏滞后性)等问题,可望为地质工程动态设计和信息化施工提供科学依据,为我国非常规能源开发中水平井和压裂设计提供指导。

  在强震预测方面,针对强(大、巨)震预测这一世界性科学难题,基于“锁固段”概念提出关于地震预测的新理念、新观点,旨在从新视角阐述地震孕育机制,构建一套强(大、巨)震预测理论体系及其配套预测方法。

  3、国内外学术地位

  目前,学科组成员在岩体力学与强震机制方面取得了一系列科研成果,在国内外产生了一定的影响,部分成果在国内外处于领先水平。其中,“重大地质工程选址地质适宜性研究”,以新型工程-大科学装置为研究对象,对大亚湾中微子、散裂中子源、北京光源、地下深埋实验室、高海拔宇宙射线(石卡和稻城)、江门中微子实验室、核裂变能ADS 嬗变系统等八个大科学装置选址开展了从预可研到工程地质勘察等不同阶段技术服务和咨询、顾问工作。研究成果填补了在大科学装置选址领域的研究空白,保证了大科学装置安全、稳定的运行。研究成果荣获“中国岩石力学与工程学会科技进步一等奖”,并在Episodes、Geomorphology、Rock Mech Rock Eng、Environ Earth Sci等期刊上发表SCI论文8篇,在国内外具有一定的学术影响力。此外,学科组成员以锁固段(岩石)破裂致灾机理为突破口,围绕崩滑、地震等做了大量研究,先后发表学术论文48篇,其中SCI论文12篇,很多研究成果获得了同行的积极评价。