[01603309]河谷场地土坝地震灾变理论与抗震加固技术

建国后、改革开放之前（尤其大跃进时期）,我国修建了大量的土坝,由于当时相关理论的缺乏和筑坝技术的限制,许多土坝坝体是由碾压质量较差的土体堆积而成,服役几十年后存在较大的安全隐患,且许多土坝处于高地震烈度区,抗震安全性能很差。土坝都建在河谷场地,理论研究与现场震害调查都表明河谷场地对地震有明显的放大效应,因此,如何模拟河谷场地地震动输入是土坝地震灾变分析的首要科学难题;由于土坝水库存在死水位,导致不能做到干库施工,严重制约了既有抗震加固技术在现役土坝加固中的应用,因此,如何因地制宜地研发病险土坝抗震加固技术是迫切需要解决的技术难题。 项目组针对上述两大难题,历经近30年的长期科学研究,并致力于解决沂蒙山革命老区--山东临沂强震区病险土坝抗震加固面临的技术与经济难题,通过临沂市病险土坝抗震加固工程示范及全国其它地区推广应用,取得了如下主要创新成果： 1. 河谷场地地震波传播理论及地形放大效应：提出了区域分解型波函数展开方法,解决了传统方法不能考虑河谷地形尖角处应力奇异的难题,据此获得了不同形态、不同介质河谷场地地震动传播的解析解,形成了河谷场地地震波传播理论,为河谷场地土坝地震响应与灾变效应分析提供了基础理论。国际上首次发现了U形河谷谷底对地震波的异常放大现象,改变了学术界以往认为凹陷地形底部地震动一定会衰减的不全面认识,并被美国著名学者用来解释中世纪暖期亚利桑那州的大量山体落石与滑坡现象。针对目前仅用远场平面波开展河谷场地地震效应研究的不足,使用柱面波来模拟近场地震,建立了河谷地形近场地震波传播的理论模型,破解了河谷场地近场地震效应研究的难题。提出了基于远场实测地震记录反演震源激励、进而确定河谷工程场地地震动时程的方法,实现了设计地震动输入的跨尺度（从数十/百公里到工程场地数百米）高效反演。 2. 土坝地震灾变机理及分析方法：提出了开方分解非一致地震动模拟方法,克服了传统方法不能全面考虑各点之间耦合关联性的不足,实现了非一致地震动的高精度、高效的模拟,并被美国著名学者拓展应用于其它动力随机场模拟;国际上首次在非一致地震动模拟中引入河谷地形放大效应,建立了河谷场地非一致地震作用下坝坡稳定性分析方法与土坝液化分析方法,揭示了河谷地形放大效应易导致坝坡的深层滑动破坏以及坝坡局部液化的现象,为病险土坝抗震加固提供了理论依据。 3. 病险土坝检测及抗震加固技术：研发了病险土坝复杂渗漏与内部裂隙探测设备,实现了坝体渗漏和裂隙位置的准确定位;结合土坝地震灾变分析和病险检测结果,提出了病险土坝地震滑坡、地震液化加固设计方法,形成了简单经济、便于施工的”坝壳翻压、坝趾压重、坝顶降渗“三位一体的病险土坝抗震加固成套技术;提出了病险土坝加固施工工艺和质量检测技术,解决了抗震加固效果控制与检测的难题。 本项目成果发表学术论文108篇,其中SCI/EI论文73篇（SCI论文36篇）,论文他引总次数1016次,授权发明专利7项,出版专著2部。通过对临沂强震区856座病险土坝抗震加固工程示范,并将抗震加固技术推广应用于山东其它地区,以及上海、浙江、安徽、广东、内蒙古、四川、西藏、青海等地。累计经济效益4.5亿元,社会效益显著,推广应用前景广阔。