發(fā)布時(shí)間：2023-07-23 09:24:26
序言：寫作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的水利工程地質(zhì)論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
GPS越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于水利水電工程地質(zhì)勘察測(cè)量及定位控制,它在高程控制方面能較好地解決跨河、跨溝水準(zhǔn)難以傳遞的問(wèn)題,以及在勘察區(qū)控制點(diǎn)較少,或在山區(qū)、林區(qū)等通視條件較差、觀測(cè)條件受限的區(qū)域進(jìn)行工程地質(zhì)勘察時(shí),運(yùn)用GPS可大大減少作業(yè)時(shí)間,提高測(cè)量精度。
二、遙感技術(shù)的應(yīng)用
遙感技術(shù)按照遙感平臺(tái)的高度不同,一般分為航天遙感、航空遙感和地面遙感共3大類。遙感技術(shù)由于視域廣闊、信息豐富、具立體感、衛(wèi)星影像成周期性重現(xiàn)以及獲取資料快速等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于水利水電工程中有關(guān)重大工程地質(zhì)問(wèn)題及相關(guān)的環(huán)境等問(wèn)題的調(diào)查與研究。
(一)區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性研究。由于遙感圖像能提供大量宏觀的線性構(gòu)造信息,較好地反映區(qū)域地質(zhì)特征、水系分布特征和地貌形態(tài),所以對(duì)研究區(qū)域構(gòu)造格架,確定斷裂體系及活動(dòng)性以及評(píng)價(jià)工程及其周緣地區(qū)的構(gòu)造穩(wěn)定性有重大作用。因此遙感技術(shù)的應(yīng)用也成為研究此問(wèn)題必用的手段。
(二)水庫(kù)區(qū)塌、滑坡、泥石流調(diào)查。在大型水利水電工程庫(kù)區(qū)岸坡的滑坡、崩塌、泥石流以及某些松散堆積體的調(diào)查中,有一些工程應(yīng)用遙感技術(shù)利用航衛(wèi)片或彩紅外片進(jìn)行地質(zhì)解譯,結(jié)合野外現(xiàn)場(chǎng)觀察、復(fù)查和檢查查明了許多久拖不決的影響庫(kù)岸穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的大型或較大型、塌滑體的數(shù)量,分布及其穩(wěn)定狀態(tài)。
(三)巖溶調(diào)查。利遙感影像,特別是彩紅外影像進(jìn)行巖溶及巖溶水文地質(zhì)調(diào)查有其特殊的優(yōu)勢(shì),像片解譯不僅能很好地判讀各種巖溶地貌現(xiàn)象,而且還可以充分利用和其它介質(zhì)紅外光譜的差異,判斷地下水的分布和泉水分布等。清江招來(lái)河、高壩洲,黃河萬(wàn)家寨等工程曾利用彩紅外航片解譯來(lái)研究巖溶及巖溶滲漏問(wèn)題,都取到了良好的效果。
(四)中小比例尺地質(zhì)測(cè)繪填圖。推廣遙感技術(shù),在保持必須的野外工作量和成圖現(xiàn)場(chǎng)校核工作的前提下,中小比例尺地質(zhì)圖以遙感成圖取代常規(guī)地質(zhì)測(cè)繪;建筑物及其它重要地區(qū)大比例尺工程地質(zhì)圖優(yōu)先考慮遙感成圖。這是十年前在全國(guó)水利水電勘測(cè)工作會(huì)議上由水利水電規(guī)劃總院提出的“勘測(cè)技術(shù)發(fā)展目標(biāo)”文件所確定的。
(五)巖土工程開(kāi)挖面地質(zhì)編錄。為適應(yīng)大型水利水電工程施工中進(jìn)行反饋設(shè)計(jì)、安全預(yù)報(bào)和存檔備查的需在人工開(kāi)挖高邊坡、大型地下建筑物和大壩基坑的開(kāi)挖中采用地面遙感技術(shù),進(jìn)行地質(zhì)編錄,并為有關(guān)的穩(wěn)定分析和現(xiàn)場(chǎng)預(yù)報(bào)提供翔實(shí)的地質(zhì)資料和數(shù)據(jù)是很必要的。為此長(zhǎng)江勘測(cè)技術(shù)研究所在“七五”、“八五”和“九五”科技攻關(guān)中開(kāi)發(fā)和完善了“高邊坡快速地質(zhì)編錄系統(tǒng)”,并成功地應(yīng)用于長(zhǎng)江三峽永久船閘、瀾滄江小灣、清江水布埡等工程的巖質(zhì)高邊坡開(kāi)挖中的地質(zhì)編錄。該項(xiàng)技術(shù)采用的是數(shù)碼像機(jī)攝影,微機(jī)現(xiàn)場(chǎng)采集及預(yù)處理,自主開(kāi)發(fā)的軟件處理可隨時(shí)提供巖質(zhì)高邊坡的連續(xù)彩色影像圖和地質(zhì)所需的將邊坡開(kāi)挖面置于任意方位的線劃圖。
(六)水土保持、防洪與移民安置容量研究。如1994年,長(zhǎng)江勘測(cè)技術(shù)研究所承擔(dān)的長(zhǎng)江上游水土保持重點(diǎn)治理區(qū)滑坡、泥石流發(fā)育程度與穩(wěn)態(tài)區(qū)域研究項(xiàng)目,該項(xiàng)目在研究中利用TM衛(wèi)片對(duì)隴南、金沙江下游、三峽庫(kù)區(qū)3大片進(jìn)行解譯與發(fā)育程度的劃分(滑坡分四級(jí),泥石流分五級(jí))作出了區(qū)劃圖,提出了防治意見(jiàn)和預(yù)警系統(tǒng)建立的基本設(shè)想。1990年地礦部航空物探中心與長(zhǎng)江委規(guī)劃處、綜勘局一道,開(kāi)展長(zhǎng)江中游干流防洪工程現(xiàn)狀遙感調(diào)查,用TM衛(wèi)片和1∶3萬(wàn)～1∶5萬(wàn)彩紅外航片進(jìn)行解譯和編寫報(bào)告,提交的成果獲得了較好的成效。移民安置容量研究,航衛(wèi)片,尤其是彩紅外航片,以其對(duì)土地利用類型的可判讀性和現(xiàn)實(shí)性,為移民安置容量分析確定提供了新手段。
三、地理信息系統(tǒng)(GIS)
GIS技術(shù)可自動(dòng)制作平面圖、柱狀圖、剖面圖和等值線圖等工程地質(zhì)圖件,還能處理圖形、圖像、空間數(shù)據(jù)及相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理、空間分析等問(wèn)題,將GIS技術(shù)應(yīng)用于工程地質(zhì)信息管理和制圖輸出是近幾年工程地質(zhì)勘察行業(yè)的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。目前,國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多且比較成熟的專業(yè)軟件是由中國(guó)地質(zhì)大學(xué)開(kāi)發(fā)研制的MAPGIS,是一種專業(yè)的地理信息系統(tǒng)軟件。
四、工程物探技術(shù)
在我國(guó)工程物探雖然起步較晚,但在水利水電工程勘測(cè)設(shè)計(jì)單位從20世紀(jì)80年代初至90年代初逐漸引進(jìn)和裝備了一些必要的儀器,如信號(hào)增強(qiáng)式地震儀、綜合測(cè)井儀、電法儀、透視儀、聲波儀、管線儀、地質(zhì)雷達(dá)和鉆孔彩色電視系統(tǒng)等,使物探儀器得到了全面的更新,其中有些是當(dāng)時(shí)或至今都是世界水平的新儀器,大大地提高了數(shù)據(jù)采集精度和野外工作效率,促進(jìn)了物探的發(fā)展。
(一)地球物理層析成像技術(shù)(CT)。CT技術(shù)是利用已有的平洞或鉆孔,通過(guò)對(duì)采用一定發(fā)射和一定接收方式產(chǎn)生的透射波的采集與處理,反演孔洞間巖體的波速值,并對(duì)區(qū)間巖體進(jìn)行判斷、評(píng)價(jià)的一種技術(shù)方法。當(dāng)前在勘探孔洞間了解巖體情況尚沒(méi)有一個(gè)經(jīng)濟(jì)的、有效的技術(shù)措施做進(jìn)一步工作的情況下,CT技術(shù)不失為是一個(gè)查明孔洞間巖體總體完整性程度的好方法。做得好,不僅能節(jié)約一定的勘探工作量而且還會(huì)對(duì)巖體物理力學(xué)性的整評(píng)價(jià)質(zhì)量的提高有所促進(jìn)。所以“七五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)以來(lái),包括“八五”和“九五”攻關(guān)幾個(gè)涉及水電建設(shè)的項(xiàng)目,涉及水利水電工程地質(zhì)勘探的課題和專題中大多數(shù)都涉及CT技術(shù)攻關(guān)的內(nèi)容,并獲得許多很有成效的成果。
(二)鉆孔彩色電視系統(tǒng)。a53mm的鉆孔彩電是為適應(yīng)水利水電工程勘察的大多數(shù)鉆孔都是a56mm的金剛石鉆孔而設(shè)計(jì)制造的;50mm的鉆孔彩色電視是在電子技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上為適應(yīng)水平風(fēng)鉆孔觀察而設(shè)計(jì)制造的,并首次將CCD光電偶合器件應(yīng)用于鉆孔電視。該產(chǎn)品的特點(diǎn)是電路設(shè)計(jì)合理,集成度高,性能穩(wěn)定,與傳統(tǒng)的攝像管探頭相比,具有彩色圖像重現(xiàn)性好、幾何失真小、壽命長(zhǎng)、耐沖擊、體積小、重量輕、功耗低等特點(diǎn),是一個(gè)更新?lián)Q代產(chǎn)品。當(dāng)前,隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,鉆孔彩電又在開(kāi)發(fā)的圖像處理系統(tǒng)基礎(chǔ)上研制出多功能鉆孔彩色電視系統(tǒng),系統(tǒng)采用工控級(jí)主機(jī),形成控制器、監(jiān)視器、錄相機(jī)三合為一的一體化主機(jī)。主機(jī)可配接多種不同口徑的鉆孔電視探頭,實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)字化實(shí)時(shí)采集壓縮存儲(chǔ),成果可刻錄成VCD光盤,還可進(jìn)行后期圖像處理及制作。
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關(guān)鍵詞：巖土工程；工程勘察；水文地質(zhì)；工程施工
在巖土工程勘察活動(dòng)中，最為重要且最易被人忽視的問(wèn)題，就是水文地質(zhì)問(wèn)題。究其原因，是因?yàn)楣こ痰刭|(zhì)與水文地質(zhì)之間的關(guān)系十分密切，兩者之間是相互作用相互影響的關(guān)系。但是，地下水是巖土的重要組成部分，因此其對(duì)巖土的性質(zhì)具有重大影響。同時(shí)，其對(duì)建筑物的穩(wěn)定性與持久性具有決定性作用。在我國(guó)一些地質(zhì)、水文情況十分復(fù)雜的地區(qū)，由于缺乏對(duì)水文地址的準(zhǔn)確、深刻研究，致使設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中忽視了對(duì)水文情況的考慮，時(shí)常發(fā)生因地下水原因引起的巖土工程事故。在這種情況下，要想切實(shí)提高建筑物的施工質(zhì)量，是難以實(shí)現(xiàn)的。由此可見(jiàn)，在建設(shè)巖土工程時(shí)，進(jìn)行嚴(yán)格、精準(zhǔn)、全面的水文地質(zhì)勘察是十分有必要的。
1地下水文對(duì)巖土工程產(chǎn)生的影響
地下水文與巖土工程有重要的關(guān)系，從以上的地下水文與巖土工程的作用中可以看出，地下水文會(huì)對(duì)巖土工程產(chǎn)生一些影響，這些影響主要有：
1.1對(duì)基礎(chǔ)埋深產(chǎn)生的影響。在巖土工程施工中，在基礎(chǔ)埋深時(shí)，需要的地下水文的條件、動(dòng)態(tài)等情況進(jìn)行詳細(xì)的掌握，如果地下水存在時(shí)，基礎(chǔ)埋深要在地下水以上，如果必須埋深到地下水以下，需要采取降水位措施。在基礎(chǔ)埋深時(shí)還需要考慮到承壓水的作用，以免在基坑開(kāi)挖時(shí)基坑底土被承壓水沖破。從基礎(chǔ)工程施工現(xiàn)狀進(jìn)行分析，天然地的造價(jià)較低，而且施工方便，在工程施工中都會(huì)優(yōu)先考慮，但是在基礎(chǔ)沉降過(guò)大或者是地基穩(wěn)定性無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，就需要對(duì)地基進(jìn)行處理，提高地基的承載力，提高基樁成樁號(hào)質(zhì)量。除此之外，地下水文還會(huì)對(duì)基礎(chǔ)開(kāi)挖產(chǎn)生一定的影響，如果出現(xiàn)土體軟化強(qiáng)度降低等，會(huì)影響基礎(chǔ)開(kāi)裂。
1.2對(duì)建筑工程產(chǎn)生的影響。地基是建筑工程安全的前提，也是建筑工程施工的基礎(chǔ)，在地基受到地下水文影響后，必然會(huì)對(duì)地上的建筑物產(chǎn)生一定的影響。如果地下水位高，會(huì)對(duì)地下室等建筑物產(chǎn)生潮濕等影響，還會(huì)增加土壤的鹽漬化，加強(qiáng)對(duì)建筑物自身的腐蝕，進(jìn)而破壞建筑物。所以在建筑工程施工前，都會(huì)先對(duì)地下水文可能造成的災(zāi)害和產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析。
1.3對(duì)支護(hù)產(chǎn)生的影響。隨著城市的發(fā)展，高層建筑成為城市的一個(gè)標(biāo)志，越來(lái)越多的高層建筑建起，隨著高層建筑不斷增加，城市建筑施工，受到施工場(chǎng)地、施工工藝的影響，會(huì)采用垂直開(kāi)挖的方式進(jìn)行施工。在高層建筑施工的過(guò)程中，基坑的開(kāi)挖，會(huì)采用抽水的方法將地下水位降低，減少土側(cè)的壓力影響。但是地下水位的突然下降，會(huì)對(duì)相鄰建筑產(chǎn)生影響，引發(fā)變形或者是造成地面沉降等，所以在建筑工程施工前進(jìn)行巖土勘察、水位地質(zhì)勘測(cè)非常重要。
2水文地質(zhì)勘察的主要內(nèi)容
2.1詳細(xì)、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)水文地質(zhì)對(duì)建筑物及巖土的影響與作用，預(yù)測(cè)極易發(fā)生的巖土工程故障，并提早做好防范工作；
2.2在巖土工程勘察過(guò)程中，要緊密結(jié)合工程特點(diǎn)及建筑物實(shí)際需求，準(zhǔn)確勘察工程地點(diǎn)的水文地質(zhì)情況，積極提供建筑物建設(shè)所需要的水文地質(zhì)詳情；
2.3應(yīng)準(zhǔn)確勘察巖土工程周圍的水文地質(zhì)自然風(fēng)貌，并評(píng)估其對(duì)工程的各種影響，應(yīng)重點(diǎn)分析并預(yù)測(cè)在工程建設(shè)過(guò)程中地下水會(huì)發(fā)生怎樣的變化，這些變化會(huì)對(duì)建筑物及巖土發(fā)生怎樣的影響；
2.4從工程方面考慮，依照地下水對(duì)具體工程的影響與作用，詳細(xì)提出各種情況下應(yīng)重點(diǎn)評(píng)價(jià)的水文地質(zhì)問(wèn)題，例如：第一，水對(duì)深埋在地下水水位之下的建筑物地基中鋼筋及混凝土的腐蝕程度。第二，對(duì)選擇膨脹土、殘積土、強(qiáng)風(fēng)化巖、軟質(zhì)巖石等巖土當(dāng)成基礎(chǔ)里層的工程場(chǎng)地，應(yīng)重點(diǎn)評(píng)價(jià)地下水文對(duì)各種巖石可能產(chǎn)生的脹縮、崩解、軟化等作用。第三，當(dāng)?shù)鼗膲嚎s層中出現(xiàn)了飽和、松散的糞土、細(xì)砂時(shí)，應(yīng)預(yù)防產(chǎn)生管涌、流砂、潛蝕等可能性。第四，當(dāng)建筑物的地基下部包含有承壓含水層的話，應(yīng)注重對(duì)地基坑開(kāi)挖之后地下水對(duì)地基底板產(chǎn)生強(qiáng)大沖擊的可能性進(jìn)行評(píng)價(jià)與估算。第五，當(dāng)工程地基在地下水位以下時(shí)，應(yīng)積極進(jìn)行富水性和滲透性試驗(yàn)，特別是在山區(qū)，應(yīng)精準(zhǔn)勘察水文詳情并積極評(píng)價(jià)因人工降水而引發(fā)的山體滑坡、泥石流等問(wèn)題，盡量避免影響建筑物的持久性與安全性。
3巖土工程勘察的重點(diǎn)
3.1地下水位上升問(wèn)題
因地下水水位上升引發(fā)的巖土工程問(wèn)題，主要體現(xiàn)：1）具有一定坡度的巖土發(fā)生大規(guī)模滑坡、崩塌，或者出現(xiàn)泥石流等，這種情況主要出現(xiàn)在風(fēng)化現(xiàn)象嚴(yán)重的山區(qū)、丘陵地帶；2）崩解性強(qiáng)的巖土易被崩解或軟化，進(jìn)而破壞巖土結(jié)構(gòu)，使其穩(wěn)定性降低、壓縮能力增強(qiáng)。這種情況主要發(fā)生在強(qiáng)風(fēng)化及風(fēng)化后存在積土的地區(qū)；3）造成粉土及粉細(xì)砂被水浸泡成松散、飽和狀態(tài)，極易發(fā)生砂土液化、流砂等狀況這種情況多出現(xiàn)在第四系湖積細(xì)砂、沖積細(xì)砂層中；4）可引起地下洞、地下室內(nèi)嚴(yán)重充水甚至被淹沒(méi)，導(dǎo)致建筑物地基上浮，最終造成建筑物失穩(wěn)、傾斜等問(wèn)題。這種情況在各個(gè)地區(qū)都可能發(fā)生。
3.2地下水位下降問(wèn)題
地下水水位不均衡大幅下降的主要原因，通常是由人為因素引起的，比如，過(guò)量或過(guò)于集中地取用地下水，造成地下水的取用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于補(bǔ)給量，造成地下水位不斷大幅下降，形成漏斗區(qū)。另一方面，工程活動(dòng)比如施工排水、降水工程、礦床疏干等，可可能引發(fā)地下水位局部大幅下降。這種情況下，引起的巖土工程危害主要表現(xiàn)在地裂、地面下沉、地面塌陷等，其嚴(yán)重破壞了巖土的穩(wěn)定性，降低了建筑物的持久性。在有些地區(qū)，因?yàn)榕潘⒐┧鸬牡叵滤淮蠓认陆担鸬叵滤┒穮^(qū)過(guò)度擴(kuò)大，可造成該地區(qū)水資源的枯竭，繼而引發(fā)嚴(yán)重的地裂及地面坍塌事件。
4結(jié)論
水文地質(zhì)問(wèn)題在巖土工程的地質(zhì)災(zāi)害防御、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、持力層選擇等方面都發(fā)揮著很大的積極作用，只有深刻認(rèn)識(shí)水文地質(zhì)隊(duì)巖土工程的重要影響，才能從根本上重視其作用，并積極采取措施予以應(yīng)對(duì)，最終減少危害的發(fā)生。
想要正確地評(píng)價(jià)巖土工程的水文地質(zhì)情況，必須注意以下幾點(diǎn)：1）精準(zhǔn)評(píng)價(jià)地下水地工程產(chǎn)生的各種影響，預(yù)測(cè)可能會(huì)發(fā)生的危害情況，并積極最好應(yīng)對(duì)措施；2）在具體勘察中，應(yīng)依據(jù)具體的建筑地基情況，詳細(xì)查找與該地基情況有關(guān)的水文地質(zhì)問(wèn)題，為未來(lái)的建筑施工準(zhǔn)備詳盡、準(zhǔn)確的水文地質(zhì)信息；3）詳細(xì)測(cè)量工程所在地地下水的自然狀態(tài)及變化特點(diǎn)，一邊準(zhǔn)確地分析并預(yù)測(cè)因人為原因?qū)Φ叵滤划a(chǎn)生的影響，進(jìn)而對(duì)巖土工程產(chǎn)生不利影響；4）針對(duì)高層建筑，假如水文地質(zhì)情況對(duì)其抗震性、地基產(chǎn)生較大影響時(shí)，有必要邀請(qǐng)專業(yè)的水文地質(zhì)企業(yè)對(duì)該工程所在地進(jìn)行詳細(xì)的、全面的勘察。
參考文獻(xiàn)
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Abstract： From the study of the derivation process of the coefficient k0 of unit elastic resistance， this paper puts forward the elastoplastic formula for determining the coefficient k0 of unit elastic resistance， and the determination method of correction factor α in the formula. α can be determined by the ratio of transverse wave and longitudinal wave of the rock mass. Through the calculation of construction practice， the difference between coefficient f0 of unit elastic resistance determined by the elastic-plastic theory and the sturdiness of rock mass coefficient and the experience value provided by the rules or regulations is small， they are in accordance with engineering practice.
關(guān)鍵詞： 單位彈性抗力系數(shù)；修正系數(shù)；堅(jiān)固性系數(shù)；泊松比；變形模量；完整性系數(shù)；彈性模量
Key words： coefficient of unit elastic resistance；correction factor；firmness coefficient；Poisson's ratio；deformation modulus；integrity coefficient；elasticity modulus
中圖分類號(hào)：TV223.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）02-0124-02
1 緒言
巖體單位彈性抗力系數(shù)k0是地質(zhì)工作者提供的巖土體物理力學(xué)參數(shù)之一，目前對(duì)于單位彈性抗力系數(shù)的確定，除試驗(yàn)方法外，還沒(méi)有一種較合理的確定方法。在沒(méi)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的情況下，一般是結(jié)合具體的工程實(shí)際根據(jù)相關(guān)規(guī)范或規(guī)程提供的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取值，而經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)區(qū)間較大，該如何取值，對(duì)于地質(zhì)工作者來(lái)說(shuō)很盲目，為了工程設(shè)計(jì)的安全，大多數(shù)地質(zhì)工作者采用經(jīng)驗(yàn)值的下限，但取值符合工程實(shí)際嗎？值得研究、商榷。
2 各規(guī)范或規(guī)程關(guān)于單位彈性抗力系數(shù)經(jīng)驗(yàn)取值比較
筆者就工程實(shí)踐過(guò)程中經(jīng)常使用的規(guī)范或規(guī)程對(duì)水工有壓引水隧洞設(shè)計(jì)時(shí)地質(zhì)工作者需要提供的巖體單位彈性抗力系數(shù)k0的發(fā)展和改進(jìn)列于表1，從表中可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于Ⅴ類圍巖，各規(guī)范或規(guī)程所提供的k0值未有變化，Ⅳ～Ⅰ類圍巖改變較大，Ⅳ、Ⅲ類k0總體提高了，Ⅱ、Ⅰ類總體降低了，這些都是工程試驗(yàn)、實(shí)踐檢驗(yàn)后所做的修正或改進(jìn)，隨著工程試驗(yàn)、實(shí)踐數(shù)據(jù)的豐富及巖體力學(xué)的發(fā)展，還會(huì)進(jìn)一步修正或改進(jìn)，這就是規(guī)范或規(guī)程每隔一定時(shí)間段需要修訂，工程實(shí)踐中應(yīng)該以最新規(guī)范或規(guī)程為準(zhǔn)的原因。
3 根據(jù)彈塑性理論確定單位彈性抗力系數(shù)
據(jù)呂有年根據(jù)彈塑性模型研究[1]圓形水工有壓隧洞圍巖彈性抗力系數(shù)K的通用公式為：
式中E為巖體的彈性模量（MPa）；μm為巖體的泊松比；rb為隧洞開(kāi)挖半徑（m）；R為裂隙區(qū)半徑或開(kāi)挖影響半徑（m）；τs為巖體的極限抗剪強(qiáng)度（MPa）；Pb為洞壁所受徑向壓力（MPa）。
若不考慮塑性區(qū)時(shí)，Pbrb=Rτs，則式（1）變?yōu)椋?/p>
式（3）即為著名的錢令希公式。若裂隙區(qū)接觸邊界上的作用力等于巖石的極限抗拉強(qiáng)度Rt，則根據(jù)力的平衡條件，Pωrb=RtR，則式（3）可轉(zhuǎn)化為[4]：
式（5）即為喀列爾金公式，將rb=100，即為工程實(shí)踐中經(jīng)常用的單位彈性抗力系數(shù)K0的計(jì)算公式，從分析過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，在相同開(kāi)挖半徑，同一巖體中，式（1）～式（5）所計(jì)算的抗力系數(shù)關(guān)系為：k （1）< k （2）< k （3）（k （4））
采用式（6）計(jì)算的單位彈性抗力系數(shù)k0關(guān)鍵是修正系數(shù)α和巖體變形模量Em的確定，修正系數(shù)α、巖體變形模量Em與巖體的強(qiáng)度、完整程度及各向異性有關(guān)。
①修正系數(shù)α的確定。根據(jù)波動(dòng)理論，對(duì)于連續(xù)、均質(zhì)各向同性介質(zhì)，巖體的縱波速Vp和橫波速Vs分別為[6]：
式中：Ed為動(dòng)彈性模量；μd為動(dòng)泊松比；ρ為介質(zhì)密度。
通過(guò)工程實(shí)踐檢驗(yàn)，并參考相關(guān)規(guī)范、規(guī)程，當(dāng)采用如下方法確定巖體的變形模量Em、巖體的泊松比μm、巖體的完整性系數(shù)kv時(shí)α=δ。
②巖體變形模量Em確定。巖體變形模量Em采用2006年，Hoek和Diederichs的修正式Hoek-Diederichs方程，如下式所示：
式中，Ei為完整巖石的彈性模量（MPa）。
根據(jù)胡卸文、鐘沛林、任志日的研究1和郭強(qiáng)、葛修潤(rùn)、車愛(ài)蘭的研究成果，并根據(jù)大量工程實(shí)踐計(jì)算檢驗(yàn)，并結(jié)合GBT 50218-2014 《工程巖體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》（GBT 50218-2014）、《水電水利工程地下建筑物工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程》（DLT5415-2009）、《中小型水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（DLT 5410-2009）、《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50487-2008）總結(jié)出如下公式確定巖塊的彈性模量Ei：
用式（10）、式（11）確定的巖體變形模量Em值與規(guī)范規(guī)程所給的經(jīng)驗(yàn)取值相當(dāng)吻合。
4 根據(jù)巖體的堅(jiān)固性系數(shù)確定單位彈性抗力系數(shù)
根據(jù)工程試驗(yàn)數(shù)據(jù)及工程實(shí)踐檢驗(yàn)，結(jié)合《水電水利工程地下建筑物工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程》（DLT5415-2009）表k.1各類圍巖主要物理力學(xué)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)取值，總結(jié)出了巖體的單位彈性抗力系數(shù)K0與巖體的堅(jiān)固性系數(shù)f有如下經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：k0=10.75f-4.25 R=0.99838（12）
f=7f′-2.3 R=0.989949（13）
式中f′為巖體的抗剪斷摩系數(shù)，R相關(guān)性系數(shù)。
式中f為巖體的堅(jiān)固性系數(shù)，α為修正系數(shù)，與巖體的強(qiáng)度、完整程度有關(guān)。對(duì)于修正系數(shù)α的取值，建議采用巖體的完整性系數(shù)kv進(jìn)修修正，即α= kv。筆者將修正系數(shù)α采用α= kv，經(jīng)計(jì)算檢驗(yàn)，其抗力系數(shù)k0與《水電水利工程地下建筑物工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程》（DL/T5415―2009）提供的K0經(jīng)驗(yàn)值基本吻合，其計(jì)算值與（13）式計(jì)算結(jié)果相比有些偏小。
5 兩種確定單位彈性抗力系數(shù)方法的比較
彈塑性理論法是借鑒有限元計(jì)算模型rb=6R，采用修正系數(shù)α=δ進(jìn)行修正，利用式（6）確定k0。而堅(jiān)固性系數(shù)法是采用完整巖塊的單軸飽和抗壓強(qiáng)度σc/10，然后采用α= kv進(jìn)行修正和根據(jù)工程試驗(yàn)數(shù)據(jù)及工程實(shí)踐檢驗(yàn)，結(jié)合《水電水利工程地下建筑物工程地質(zhì)勘察技術(shù)規(guī)程》（DLT5415-2009）表k.1各類圍巖主要物理力學(xué)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)取值，總結(jié)出了巖體的單位彈性抗力系數(shù)K0與巖體的堅(jiān)固性系數(shù)f的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式（12）確定K0。
6 結(jié)論
①無(wú)論是彈塑性理論方法還是堅(jiān)固性系數(shù)法，均需要采用修正系數(shù)α進(jìn)行修正。彈塑性理論法按本文確定彈性抗力系數(shù)方法，修正正系數(shù)α=δ，δ為巖體橫波速與縱波速之比；本文提出的堅(jiān)固性系數(shù)法，修正系數(shù)α主要體現(xiàn)在堅(jiān)固性系數(shù)f的確定上，α=kv。②無(wú)論是彈塑性理論方法還是堅(jiān)固性系數(shù)法所確定的單位彈性抗力系數(shù)f0，均與規(guī)范或規(guī)程提供的經(jīng)驗(yàn)值懸殊不大，符合工程實(shí)際。
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關(guān)鍵詞:GIS技術(shù);水利工程;信息化
1引 言
地理信息系統(tǒng)(GIS)是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、地理數(shù)據(jù)和用戶組成的,通過(guò)利用數(shù)據(jù)的空間屬性,實(shí)現(xiàn)了圖形與數(shù)據(jù)的結(jié)合。它通過(guò)可視化平臺(tái)多維地顯示數(shù)據(jù),揭示數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)和隱藏在數(shù)據(jù)背后的信息。作為傳統(tǒng)地圖學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)相融合的一門空間技術(shù),GIS是水利信息采集、存儲(chǔ)、管理、分析、表達(dá)的有力工具。水利信息量大繁雜,既有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),又有歷史數(shù)據(jù);既有環(huán)境數(shù)據(jù),又有經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù);既有矢量數(shù)據(jù),又有柵格數(shù)據(jù),這些信息中80%以上與空間信息相關(guān)。實(shí)踐證明:GIS可以勝任存儲(chǔ)、管理這么龐雜的數(shù)據(jù)。水利信息化是國(guó)家以信息化改造和提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)思路在水利行業(yè)的具體體現(xiàn),是推動(dòng)水利現(xiàn)代化的重要措施之一。近年來(lái),GIS技術(shù)已深入到水利工程的各個(gè)方面,并發(fā)揮了巨大的作用。如國(guó)家防洪抗災(zāi)總指揮部開(kāi)發(fā)的“區(qū)域性防洪減災(zāi)信息系統(tǒng)”,是基于GIS工具軟件Mapinfo平臺(tái)開(kāi)發(fā)的。文獻(xiàn)[1]利用了GIS技術(shù),開(kāi)發(fā)了三峽工程信息系統(tǒng)(TGPIS)及三峽工程測(cè)繪管理系統(tǒng)(SMMS)。據(jù)此,GIS已經(jīng)運(yùn)用到水利工程的各個(gè)方面。
2GIS支持下的水利工程勘察信息管理
傳統(tǒng)水利工程勘察資料管理方法以紙質(zhì)檔案為主,借助檔案管理軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)管理,這些管理方法無(wú)法適應(yīng)信息化管理的需求,存在諸多弊端,[2]信息利用率低、信息交換手段缺乏、信息表現(xiàn)形式單調(diào)等。水利工程勘察信息具有明顯的與地理位置相關(guān)的空間特性傳統(tǒng)的信息表達(dá)手段對(duì)空間特性[3]的描述是非常困難的,而GIS空間數(shù)據(jù)處理和管理為勘察信息管理提供了技術(shù)支持。GIS能夠管理并描述地表及其附著物的空間信息與屬性信息,具有強(qiáng)大的圖形、圖像及屬性數(shù)據(jù)處理能力,能夠?qū)Φ乩硇畔⒓捌湎嚓P(guān)信息提供采集、處理、管理、制圖等功能。其次,現(xiàn)有水利工程勘察數(shù)據(jù)可以方便的與GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。已有水利勘察資料包括巖層、構(gòu)造、水文、巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)等,大多直接與鉆孔資料相關(guān),這些信息可以通過(guò)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行管理,GIS可以通過(guò)一定技術(shù)與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)聯(lián)。
基于GIS勘察信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā),目前并不成熟。[4]系統(tǒng)開(kāi)發(fā)思路是通過(guò)背景圖層的加載建立空間數(shù)據(jù)庫(kù),運(yùn)用GIS統(tǒng)一管理,通過(guò)鉆孔信息的收集錄入建立勘察資料屬性數(shù)據(jù)庫(kù),運(yùn)用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)(DBMS)進(jìn)行管理。
3基于GIS的CAD地形圖管理
在水利工程,特別是大型水利工程(如跨流域調(diào)水工程)中,工程選址是一個(gè)人機(jī)交會(huì)、反復(fù)修改優(yōu)化、集設(shè)計(jì)和決策于一體的過(guò)程,往往涉及范圍廣泛,內(nèi)容復(fù)雜。應(yīng)用傳統(tǒng)的選址方法往往需要大量的野外實(shí)地踏勘工作,這不僅耗費(fèi)巨大的人力、物力和財(cái)力,而且給施工的進(jìn)度造成了影響。目前,水利勘察信息管理中,GIS應(yīng)用并不廣泛。勘測(cè)設(shè)計(jì)部門對(duì)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用還處于CAD的機(jī)助制圖階段,還沒(méi)有引入GIS進(jìn)行數(shù)據(jù)管理和分析,如何充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)管理和輔助設(shè)計(jì)中的作用,是面臨的主要問(wèn)題。
應(yīng)用GIS為水利工程服務(wù),建立空間數(shù)據(jù)庫(kù)是基礎(chǔ),空間分析是核心。數(shù)字地形信息是GIS的重組成部分,是地理空間數(shù)據(jù)的基本信息之一。地形圖為各種勘察、規(guī)劃、設(shè)計(jì)的地理信息載體,地形圖數(shù)據(jù)要同時(shí)滿足測(cè)繪制圖、GIS數(shù)據(jù)交換及分發(fā)的需要。因此,建立GIS的第一步是設(shè)計(jì)并建立數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫(kù)。已有的AutoCAD數(shù)字地形圖只是GIS數(shù)據(jù)庫(kù)建立的數(shù)字化形式的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源,將已有的 AutoCAD數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為滿足GIS要求的數(shù)據(jù)格式,已為技術(shù)所需。空間數(shù)據(jù)信息包括3方面:空間定位信息(實(shí)體的坐標(biāo))、空間關(guān)系及屬性數(shù)據(jù)。實(shí)際應(yīng)用中,CAD/GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換可分為直接轉(zhuǎn)換和間接轉(zhuǎn)換兩種方法[5]。而地圖生產(chǎn)中矢量數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換有兩種方法,即自行編程轉(zhuǎn)換法和商品軟件工具轉(zhuǎn)換法[6]。自行編程轉(zhuǎn)換是使用計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言(如VB、VC、DEPH I等)自行編制程序,并通過(guò)運(yùn)行程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。軟件工具轉(zhuǎn)換,則是通過(guò)某一制圖系統(tǒng)軟件的轉(zhuǎn)入、轉(zhuǎn)出的功能菜單選項(xiàng)來(lái)實(shí)現(xiàn),例如ArcGIS軟件工具。
4基于GIS的水利工程施工可視化管理
大型水利水電工程施工是一項(xiàng)復(fù)雜而又艱巨的工作,利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助管理是人們一直所追求的目標(biāo)。因此,把GIS技術(shù)應(yīng)用于水利水電工程施工管理領(lǐng)域,來(lái)輔助工程施工管理、模擬仿真施工過(guò)程,以及進(jìn)行地形地質(zhì)的數(shù)字化與可視化,是一種新的發(fā)展方向。以信息的數(shù)字化、直觀化、可視化為出發(fā)點(diǎn),GIS可將復(fù)雜的工程施工過(guò)程以可視化的形式表達(dá)出來(lái),為全面、準(zhǔn)確、快速地分析掌握工程施工全過(guò)程提供有力地分析工具,實(shí)現(xiàn)工程施工信息的高效應(yīng)用和科學(xué)管理。GIS的應(yīng)用,將推動(dòng)水利水電工程施工的數(shù)字化、可視化、智能化的發(fā)展。
系統(tǒng)仿真技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的一門新興學(xué)科。現(xiàn)代仿真技術(shù)已成為分析、研究、評(píng)價(jià)和管理復(fù)雜系統(tǒng)不可缺少的重要手段,為大型水利工程施工管理提供了有效的途徑。集面向?qū)ο髨D形建模技術(shù)、動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)、可視化技術(shù)、動(dòng)畫(huà)技術(shù)及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)于一體的可視化仿真技術(shù)正是當(dāng)前先進(jìn)仿真技術(shù)與應(yīng)用研究的核心。目前,GIS與可視化仿真結(jié)合的方式主要包括:①融合式。這種集成方式數(shù)據(jù)傳遞方便高效,操作簡(jiǎn)便,但開(kāi)發(fā)費(fèi)用高,開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng);②擴(kuò)展式。通過(guò)建立擴(kuò)展模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)相互交換和信息共享,此方式開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)便、費(fèi)用低廉,兩者具有相對(duì)獨(dú)立性及可擴(kuò)展性,便于系統(tǒng)的維護(hù)及進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。涉及虛擬地形的實(shí)時(shí)可視化技術(shù),及基于分形理論的實(shí)時(shí)可視化的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展技術(shù)等,目前是研究的熱點(diǎn)。
5結(jié) 論
水利是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施,是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的制約因素。目前,水利信息化的研究與發(fā)展,成為提升傳統(tǒng)行業(yè)的研究核心,水利行業(yè)與GIS的融合正如火如荼的展開(kāi)。從水利工程地質(zhì)勘察,到工程選址,到運(yùn)用GIS對(duì)地形圖管理以輔助設(shè)計(jì),再到整個(gè)水利工程施工的可視化管理,GIS與水利工程的兼容,貫穿了整個(gè)水利工程建設(shè)過(guò)程。GIS將為水利工程的實(shí)施,提供一個(gè)科學(xué)有效、便捷直觀的設(shè)計(jì)、分析及管理手段。
參考文獻(xiàn)
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巖石力學(xué)是一門研究巖石在外界因素，如荷載、水流、溫度、化學(xué)、生物過(guò)程變化等作用下的應(yīng)力、應(yīng)變、穩(wěn)定性及工程加固的學(xué)科。清華大學(xué)水利系副教授劉曉麗通過(guò)物理模型試驗(yàn)、理論分析以及數(shù)值模擬相結(jié)合的途徑，針對(duì)巖土力學(xué)與巖土工程問(wèn)題，特別是地下工程的開(kāi)挖，開(kāi)展了深入細(xì)致的研究，取得了創(chuàng)新性研究成果。
從“地上水庫(kù)”到“地下水庫(kù)”
坐在記者面前的劉曉麗前一天剛出差回來(lái)，“跑現(xiàn)場(chǎng)”對(duì)于他來(lái)說(shuō)是家常便飯，但身體上的疲憊從來(lái)不會(huì)影響他投入工作的熱情。
位于內(nèi)蒙古省的鄂爾多斯是個(gè)干旱缺水的地區(qū)，據(jù)劉曉麗調(diào)查，在當(dāng)?shù)孛渴褂?立方水需要花去9元，而在北京只需要5元，水資源對(duì)鄂爾多斯來(lái)說(shuō)是極其寶貴的。然而，缺水的鄂爾多斯卻擁有著豐富的煤礦資源，開(kāi)采業(yè)的繁榮支撐了代代人在這里繁衍生息。
但不容忽視的問(wèn)題是，在煤礦開(kāi)采過(guò)程中會(huì)破壞煤層及上下巖櫻貯存于其間的地下水系統(tǒng)便會(huì)遭到破壞，水資源不斷滲流到開(kāi)采空間，輕則影響開(kāi)采過(guò)程，重則發(fā)生重大突水事故，威脅煤礦工人安全。傳統(tǒng)做法是用水泵把地下水從工作面排到地表，自然蒸發(fā)而散。鄂爾多斯所在的西北地區(qū)水蒸發(fā)量是降水量的6倍以上，上述做法無(wú)疑是對(duì)寶貴的地下水資源極大的浪費(fèi)，水資源的短缺不但威脅著人的生活，也嚴(yán)重影響了地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。
為了保水，傳統(tǒng)的辦法是把開(kāi)采的厚度大大減少，盡量防止煤層上下層巖石的破壞，這樣便可把水繼續(xù)保存在地下，但這樣做是以大量煤炭資源為代價(jià)。一方面是作為國(guó)家重要經(jīng)濟(jì)支柱之一的煤炭資源；一方面是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的水資源。二者如何協(xié)調(diào)開(kāi)采成為一大難題。
在水利工程方面經(jīng)驗(yàn)豐富的劉曉麗及其研究團(tuán)隊(duì)見(jiàn)狀后決定逆其道而行之。“大禹治水，疏而導(dǎo)之”，劉曉麗規(guī)劃保持原有的開(kāi)采厚度，“這樣做水必定會(huì)大量涌進(jìn)采空區(qū)，但如果在地下建立大壩和水庫(kù)，就可以把水截住并存留在地下”。想法剛一提出，劉曉麗便遭到了老專家和施工方的強(qiáng)烈反對(duì)，他們大多認(rèn)為，水是煤礦的重大威脅，以前的做法都是“排水治災(zāi)”，現(xiàn)在卻要“儲(chǔ)水致災(zāi)”。
大膽創(chuàng)新，但不是無(wú)稽之談。劉曉麗及其團(tuán)隊(duì)用數(shù)據(jù)一步一步反復(fù)推導(dǎo)，嘗試無(wú)數(shù)次實(shí)驗(yàn)，最終將想法變成現(xiàn)實(shí)。建大壩把水截留在地下后，再建數(shù)個(gè)水庫(kù)，將他們一一連通，通過(guò)水庫(kù)間的調(diào)水，保證了煤炭開(kāi)采的安全。并且“流水不腐”，水會(huì)隨著自身在水庫(kù)間的流動(dòng)得到凈化，在水庫(kù)中經(jīng)過(guò)多次循環(huán)流動(dòng)后的地下水甚至可以直接飲用，既充分開(kāi)采了煤炭資源又保護(hù)了水資源。這是世界首座示范工程，和神華集團(tuán)合作建成，2014年開(kāi)始運(yùn)行。目前，還有十多個(gè)煤礦、巖鹽礦等待劉曉麗及其團(tuán)隊(duì)去實(shí)踐這項(xiàng)技術(shù)和工程。在這項(xiàng)工程設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行過(guò)程中，劉曉麗及其團(tuán)隊(duì)研究分析了采動(dòng)影響下滲流場(chǎng)演化、水巖耦合巖體破壞機(jī)理、分布式水庫(kù)儲(chǔ)水機(jī)理、地下?lián)跛ㄖ€(wěn)定性、物理模型試驗(yàn)研究等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。
美國(guó)工程院院士、賓夕法尼亞州立大學(xué)教授Derek Elsworth這樣評(píng)論煤礦地下水庫(kù)技術(shù)：“創(chuàng)新地將大量稀缺水資源儲(chǔ)存于煤礦地下水庫(kù)的技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了煤炭資源和水資源的協(xié)調(diào)、安全和高效開(kāi)發(fā)，為煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了很好的范例。”
近8年來(lái)，劉曉麗及其團(tuán)隊(duì)在“廢棄礦山再利用”和“煤礦地下水處置及高效利用”方面一直在不斷創(chuàng)新和突破，上述煤礦地下水庫(kù)工程只是其工程研究中的一部分。2010？2011年，他們依托遼寧阜新露天煤礦設(shè)計(jì)了國(guó)內(nèi)首座廢棄煤礦抽水蓄能工程；2013？2014年，他們?cè)O(shè)計(jì)并搭建了國(guó)內(nèi)外首個(gè)庫(kù)水巖耦合大型三維物理模型試驗(yàn)平臺(tái)（長(zhǎng)8米，寬2米，高4米）。自2015年起，他們提出了“煤礦地下水原位凈化及分質(zhì)儲(chǔ)用技術(shù)”，既在煤礦地下水庫(kù)建設(shè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)于水質(zhì)差的煤礦地下水，研發(fā)小型模塊化凈水裝備，在地下實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化，并供給生產(chǎn)和生活應(yīng)用。目前這項(xiàng)技術(shù)也正在示范工程實(shí)踐過(guò)程中。
從獨(dú)辟蹊徑的設(shè)想到切實(shí)可行的實(shí)踐，劉曉麗及其團(tuán)隊(duì)用科技創(chuàng)新解決了生活中的大問(wèn)題。
“上天容易入地難”
20年前，還在讀高中的劉曉麗就對(duì)與力學(xué)、結(jié)構(gòu)有關(guān)的物體有濃厚的興趣，因?yàn)槔蠋煹囊痪湓挩D―“世界上一切東西都和力學(xué)相關(guān)”更堅(jiān)定了他與力學(xué)的緣分。從那以后，劉曉麗對(duì)物理和力學(xué)的癡迷便一發(fā)不可收拾。
1997年，劉曉麗被遼寧工程技術(shù)大學(xué)理論與應(yīng)用力學(xué)專業(yè)錄取。“力學(xué)本身偏理論，必須和具體的學(xué)科結(jié)合，時(shí)任中國(guó)空間技術(shù)研究院副院長(zhǎng)的馬興瑞（現(xiàn)為廣東省委副書(shū)記，省長(zhǎng)）學(xué)長(zhǎng)是我們學(xué)習(xí)的楷模，受他的影響，我立志也要搞航空航天。”
人生就像巧克力，你永遠(yuǎn)不知道下一顆是什么味道。剛剛立志的劉曉麗就突然決定放棄航空，轉(zhuǎn)做地下工程。這次，同樣因?yàn)槔蠋煹囊痪湓挕！吧咸烊菀祝氲仉y”，一位在流體力學(xué)領(lǐng)域非常著名的老教授對(duì)他說(shuō)。距飛機(jī)誕生那天已經(jīng)過(guò)去了100多年，人類早已揭開(kāi)了外太空的神秘面紗，“再做研究就是在此基礎(chǔ)上修改”，但要想進(jìn)入地下似乎就沒(méi)那么簡(jiǎn)單了。地下的地質(zhì)情況異常復(fù)雜，受其固體狀態(tài)的影響更加阻礙了人類的探索。這一切對(duì)于劉曉麗來(lái)說(shuō)卻更具吸引，也更具挑戰(zhàn)。“后來(lái)我就對(duì)地下的東西感興趣，和地質(zhì)相關(guān)，做地下工程”。
2001年，劉曉麗考取遼寧工程技術(shù)大學(xué)工程力學(xué)研究生，研究方向就此轉(zhuǎn)向土木和地下工程。“力學(xué)理論性很強(qiáng)，推導(dǎo)公式、研究數(shù)學(xué)，一旦和工程結(jié)合，就落地了，需要把工程做出來(lái)。”最典型的例子就是三峽工程。
3年后，劉曉麗又以優(yōu)異成績(jī)考入清華大學(xué)土木水利學(xué)院，師從工程地質(zhì)界德高望重的王思敬院士開(kāi)始攻讀水利工程博士學(xué)位。求學(xué)過(guò)程中，王院士告誡劉曉麗做工程以外還要兼顧一些基礎(chǔ)研究，因?yàn)楣こ桃约夹g(shù)為主，在技術(shù)中碰到的很多問(wèn)題是無(wú)法解釋的，這時(shí)候就需要發(fā)展新的理論。劉曉麗便開(kāi)始在工程現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室間兩頭跑，雖然辛苦，但收獲頗多。
隨后，在導(dǎo)師的建議下劉曉麗又出國(guó)深造，遠(yuǎn)赴瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)（EPFL）從事隧道及地下工程研究。在瑞士，劉曉麗接觸了機(jī)械破巖的相關(guān)研究。他的導(dǎo)師Jian Zhao是TBM（Tunnel Boring Machine）高效破巖領(lǐng)域的國(guó)際知名專家。TBM即隧道掘進(jìn)機(jī)是利用機(jī)械刀具開(kāi)挖巖石進(jìn)行掘進(jìn)，形成整個(gè)隧道斷面的一種新型、先進(jìn)的隧道施工機(jī)械。TBM代替了人力，消除了人工地下施工的危險(xiǎn)，而且集鉆、掘進(jìn)、支護(hù)于一體，使用電子、信息、遙測(cè)、遙控等高新技術(shù)對(duì)全部作業(yè)進(jìn)行制導(dǎo)和監(jiān)控，使掘進(jìn)過(guò)程始終處于最佳狀態(tài)，因此得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在很多地鐵及隧道工程都使用TBM來(lái)開(kāi)挖。對(duì)TBM高效破巖方面的學(xué)習(xí)對(duì)劉曉麗的水利工程工作無(wú)疑是錦上添花。
1年后，劉曉麗回清華大學(xué)進(jìn)行博士答辯。隨后，他得到了兩個(gè)工作機(jī)會(huì)：中石油勘探開(kāi)發(fā)研究院和清華大學(xué)水利系。去哪兒？他面臨抉擇。中石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，“既要挖地下工程，還要把油氣資源拿上來(lái)，是和我專業(yè)特別相關(guān)”，一直在高校接受理論化知識(shí)的劉曉麗深感自己真正接觸工程的經(jīng)驗(yàn)少之又少。他想腳踏實(shí)地做點(diǎn)實(shí)際的事情，但企業(yè)始終有它的局限性――需要服從領(lǐng)導(dǎo)分配，沒(méi)有自。再三考慮，劉曉麗最終選擇研究氛圍好，同樣有機(jī)會(huì)做工程的清華大學(xué)，成為了一名講師。
收獲巖土力學(xué)的科研碩果
4年后，在崗位上兢兢業(yè)業(yè)的劉曉麗升為副教授，博士生導(dǎo)師，他教師從業(yè)的職業(yè)生涯又邁上了一個(gè)臺(tái)階。期間，獲包括國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)（第8）等獎(jiǎng)項(xiàng)4項(xiàng)；發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇，其中國(guó)際期刊論文20余篇，應(yīng)邀出版專著1部。2015年，劉曉麗還得到國(guó)家優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目――“巖土力學(xué)與巖土工程”。在他看來(lái)，優(yōu)青項(xiàng)目是一次“對(duì)前期工作的總結(jié)，對(duì)日后工作的展望”。
日前，我國(guó)國(guó)家戰(zhàn)略提出需建立支撐可持續(xù)發(fā)展的能源資源環(huán)境技術(shù)體系，加強(qiáng)南水北調(diào)、三峽等重大水利工程建設(shè)與安全保障技術(shù)研發(fā)，這些重大工程則需要工程安全控制及評(píng)價(jià)技術(shù)、非常規(guī)水資源利用關(guān)鍵技術(shù)、煤礦地下水庫(kù)技術(shù)等的發(fā)展。基于此，劉曉麗及其團(tuán)隊(duì)提煉出“水巖作用及其多尺度效應(yīng)的研究”這一方向，他認(rèn)為開(kāi)展這項(xiàng)基礎(chǔ)理論研究十分必要，也十分緊要。
針對(duì)巖石材料的連續(xù)和非連續(xù)狀態(tài)、多尺度特性，現(xiàn)有的理論并不完善，計(jì)算分析誤差也很大，劉曉麗希望圍繞“復(fù)雜條件下多尺度水巖系統(tǒng)模型”和“水巖系統(tǒng)的過(guò)程演化與耦合機(jī)制”這兩個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，提出“水巖作用系統(tǒng)”概念。在此基礎(chǔ)上，他已開(kāi)展了三個(gè)層面的研究-多尺度水巖耦合系統(tǒng)的過(guò)程演化研究、開(kāi)挖擾動(dòng)條件水巖耦合作用機(jī)制研究和水巖耦合作用巖土介質(zhì)破壞過(guò)程研究。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，90%以上的巖體邊坡破壞、60%礦井事故、30%？40%的水利水電工程大壩失事都與水巖耦合作用有關(guān)，即地質(zhì)體系統(tǒng)（應(yīng)力場(chǎng)）與地下流體系統(tǒng)（滲流場(chǎng)）相互聯(lián)系、相互作用。劉曉麗自2001年攻讀碩士學(xué)位以來(lái)就開(kāi)始了水巖耦合機(jī)理及分析方法的研究工作，但由于地下巖土中各種過(guò)程的任意性和不確定性，使得水巖耦合問(wèn)題的研究得復(fù)雜和極具挑戰(zhàn)性。通過(guò)物理模型試驗(yàn)、理論分析以及數(shù)值模擬相結(jié)合等途徑，他針對(duì)巖土介質(zhì)的非均質(zhì)和各向異性等特點(diǎn)，圍繞水巖耦合及其多尺度特性開(kāi)展了深入而細(xì)致的研究，并取得了一系列創(chuàng)新性研究成果。
在多尺度水巖耦合系統(tǒng)的過(guò)程演化研究中，他提出“多尺度巖體結(jié)構(gòu)數(shù)字化描述方法”，解決了地質(zhì)體結(jié)構(gòu)多尺度間的內(nèi)在聯(lián)系（即尺度關(guān)聯(lián)）難題，發(fā)表相關(guān)論文被SCI檢索收錄5篇，EI檢索8篇，獲1項(xiàng)軟件著作權(quán)、巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)優(yōu)秀博士學(xué)位論文獎(jiǎng)和水力學(xué)會(huì)大禹獎(jiǎng)，并多次收到學(xué)術(shù)大會(huì)的特邀報(bào)告邀請(qǐng)；他提出的“數(shù)字巖體模型構(gòu)建方法及數(shù)值模擬技術(shù)”，解決了數(shù)據(jù)不完備的地質(zhì)系統(tǒng)與理論嚴(yán)密的精細(xì)力學(xué)模型和數(shù)值計(jì)算方法之間的相互脫節(jié)問(wèn)題。其次，他發(fā)展了宏細(xì)觀多尺度數(shù)字巖體模型及其工程特性評(píng)價(jià)方法，基于數(shù)字巖體模型，他首次提出了水巖作用分析的表征單元體概念，并應(yīng)用水巖作用模型，采用水巖表征單元體分析了大壩上抬現(xiàn)象。此外，他建立的多尺度水巖耦合系統(tǒng)的過(guò)程演化理論與數(shù)學(xué)模型完善了有效應(yīng)力原理，使物理意義更明晰，耦合機(jī)制更全面。
在開(kāi)挖擾動(dòng)條件下水巖耦合作用機(jī)制研究中，他根據(jù)圍巖漸進(jìn)破壞過(guò)程與滲透空間結(jié)構(gòu)變異的關(guān)系建立了大型水巖耦合試驗(yàn)平臺(tái)。美國(guó)賓夕法尼亞州立立大學(xué)教授、美國(guó)工程院院士Derek Elsworth訪問(wèn)清華期間參觀了這個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)，交流中他說(shuō)：“這簡(jiǎn)直是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)，新平臺(tái)、新材料、新工藝、新開(kāi)挖方式，我期待它表現(xiàn)卓越”。另外，劉曉麗還發(fā)現(xiàn)了裂隙巖體多流態(tài)地下水滲流變化特征，圍繞此研究發(fā)表的論文被SCI檢索收錄6篇，EI檢索5篇，申請(qǐng)專利4項(xiàng)，軟件著作權(quán)1項(xiàng)，并獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)；不僅如此，他還揭示了水巖作用系統(tǒng)中裂隙自愈合的作用機(jī)制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明水巖系統(tǒng)具有自愈合能力，這一點(diǎn)對(duì)于理解開(kāi)挖擾動(dòng)引起的損傷發(fā)展具有重要意義。
在水巖耦合作用下巖土介質(zhì)破壞過(guò)程研究中，他提出了水力驅(qū)動(dòng)裂紋萌生和擴(kuò)展的模式，獲中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)工程地質(zhì)專業(yè)委員會(huì)谷德振青年科技獎(jiǎng)；此外，他建立了水力劈裂過(guò)程的連續(xù)-非連續(xù)數(shù)值模型，提出的MCZM（Multiscal Conhesive Zone Model）和IPFEM（Immersed Particle FEM）方法有效地解決了強(qiáng)滲壓作用下強(qiáng)固結(jié)和弱固結(jié)介質(zhì)水力破壞過(guò)程難以表征的難題。
目前，劉曉麗的研究成果已在多個(gè)重大水利工程中得到應(yīng)用，為水庫(kù)蓄水過(guò)程大壩工程及庫(kù)區(qū)邊坡穩(wěn)定性分析提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
未來(lái)，他計(jì)劃圍繞“動(dòng)靜組合載荷下水巖系統(tǒng)超孔隙水壓力響應(yīng)及致裂機(jī)制”和“水力多尺度裂紋擴(kuò)展和多流態(tài)滲流評(píng)價(jià)與控制原理”這兩個(gè)巖土力學(xué)與巖土工程中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題開(kāi)展研究。
劉曉麗的研究涉及到水利水電工程建設(shè)、資源和能源的開(kāi)采與開(kāi)發(fā)、核廢料地質(zhì)處置的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等方面，一直以來(lái)也都是國(guó)際巖石力學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。在傳統(tǒng)水巖耦合問(wèn)題研究中，通常考慮靜力作用或擬靜力作用下應(yīng)力與滲流的相互作用，但在實(shí)際工程中，靜力載荷（巖石賦存環(huán)境，如地應(yīng)力等）和動(dòng)力載荷（外部擾動(dòng)載荷，如地震或爆破等）是共存的，只有研究動(dòng)靜組合載荷作用下水巖耦合作用機(jī)制才能真實(shí)反映實(shí)際工程中水巖耦合系統(tǒng)的工程行為。但是，相關(guān)研究工作還很匱乏。
劉曉麗希望，從動(dòng)靜組合載荷下水巖系統(tǒng)超孔隙水壓力響應(yīng)、超孔隙水壓力致裂機(jī)制研究、動(dòng)靜組合載荷下水力致裂控制理論3個(gè)方面開(kāi)展動(dòng)靜組合載荷作用下水巖系統(tǒng)超孔隙水壓力響應(yīng)及致裂機(jī)制研究。他致力于揭示動(dòng)靜組合載荷下巖體超孔隙水壓力的產(chǎn)生機(jī)制，建立動(dòng)靜組合載荷下滲流流態(tài)識(shí)別和水力致裂分析方法，形成一套動(dòng)靜組合載荷下工程水巖耦合穩(wěn)定性分析測(cè)試手段和安全控制技術(shù)，拓展和豐富水巖作用過(guò)程演化的理論和內(nèi)容。這無(wú)疑對(duì)于豐富水巖多物理場(chǎng)理論、研發(fā)新型水巖系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)和設(shè)備、評(píng)價(jià)水巖系統(tǒng)相關(guān)的巖石或巖土工程穩(wěn)定性產(chǎn)生重要科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
尋求科研的世致用
采訪過(guò)程中，不斷有人敲響劉曉麗辦公室的門，他的確很忙。采訪之際，正值臺(tái)灣成功大學(xué)來(lái)京與清華大學(xué)開(kāi)展學(xué)術(shù)交流，劉曉麗十分看重類似的交流機(jī)會(huì)，“只有通過(guò)學(xué)術(shù)交流才能知道別人在做什么，與別人的差距”。
交流總能碰撞出新的火花。在一次莫納什大學(xué)教授來(lái)華交流會(huì)上，與會(huì)的20位專家被分為4組進(jìn)行小組討論，討論的問(wèn)題是“巖石力學(xué)未來(lái)研究方向”，劉曉麗也在其中。會(huì)議結(jié)束時(shí)，大家達(dá)成了共識(shí)――深部地下工程、地?zé)帷⒑藦U料處置3個(gè)問(wèn)題將是巖石力學(xué)未來(lái)研究的主流問(wèn)題，也是日后共同合作的方向。這個(gè)經(jīng)歷只是劉曉麗眾多交流中的一次，他熱衷于與同行們分享交流，已和澳大利亞莫納什大學(xué)、西澳大學(xué)、香港理工大學(xué)、美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)等高校建立了長(zhǎng)期合作關(guān)系。
身為老師，劉曉麗常常鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)新，“奇思妙想，不是天方夜譚”。他從不會(huì)給學(xué)生規(guī)定題目，而是讓他們自己想，他所做的就是評(píng)估方案的可行性和盡可能地為他們提供平臺(tái)和經(jīng)費(fèi)。
如今建樹(shù)頗多的劉曉麗在工作中游刃有余，殊不知，在剛?cè)胄械臅r(shí)候他也曾打過(guò)退堂鼓。地下的很多東西對(duì)于人類來(lái)說(shuō)都是未知的，即使能探測(cè)但也受深度和精度的限制，“千里之提，潰于蟻穴”，即使是個(gè)很小的螞蟻洞，如果探測(cè)不到，就很有可能對(duì)工程造成巨大影響。他說(shuō)：“很多東西提前很難知道，很隨機(jī)，這次成功不能保證下一次也成功，可能這次恰巧沒(méi)有不良地質(zhì)體，可能下次就會(huì)遇到”，這或許是每個(gè)剛?cè)胄腥说臒o(wú)奈。
西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)已有近80年的歷史，目前已培養(yǎng)3500余名本科畢業(yè)生，為我國(guó)農(nóng)業(yè)和水利事業(yè)發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)，在國(guó)內(nèi)外享有較高聲譽(yù)，2003年被評(píng)為陜西省第一批名牌專業(yè)。本專業(yè)以我國(guó)第一個(gè)農(nóng)業(yè)水土工程國(guó)家級(jí)重點(diǎn)學(xué)科、國(guó)家節(jié)水灌溉楊凌工程技術(shù)研究中心、旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等為依托，形成了具有明顯特色的人才培養(yǎng)模式，是我國(guó)農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)人才培養(yǎng)的重要基地。
一、主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)需求，轉(zhuǎn)變?nèi)瞬排囵B(yǎng)理念
從1999年合并以來(lái)，我校的總體發(fā)展定位為“突出產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合辦學(xué)特色，創(chuàng)建世界一流的農(nóng)業(yè)大學(xué)”。由此，農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)的人才培養(yǎng)必須緊緊圍繞產(chǎn)學(xué)研的辦學(xué)特色，以國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)人才需求為導(dǎo)向，以農(nóng)業(yè)水土工程國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科為依托，充分利用具有農(nóng)業(yè)工程和水利工程兩個(gè)一級(jí)學(xué)科的交叉和產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，按照“知識(shí)、能力與素質(zhì)”協(xié)調(diào)發(fā)展的目標(biāo)，加強(qiáng)外語(yǔ)、數(shù)理知識(shí)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力培養(yǎng)，注重實(shí)踐教學(xué)，突出專業(yè)特色，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和精神。為此，開(kāi)展國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)教育比較研究，詳細(xì)分析本專業(yè)國(guó)內(nèi)外教育現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，利用問(wèn)卷與座談會(huì)形式向不同層次用人單位進(jìn)行廣泛調(diào)研，了解新形勢(shì)下社會(huì)對(duì)本專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)、能力與素質(zhì)要求的變化，明確國(guó)家建設(shè)對(duì)人才的需要。《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》(2010－2020年)指出了人才培養(yǎng)模式的核心與精髓是，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式要注重“學(xué)思結(jié)合”、“知行統(tǒng)一”、“因材施教”［4］。依據(jù)其核心和精髓，深刻理解創(chuàng)新人才的內(nèi)涵，研究創(chuàng)新人才的培養(yǎng)規(guī)律，改變傳統(tǒng)的教育理念。隨著大學(xué)招生規(guī)模的擴(kuò)大，大學(xué)教育已由精英教育轉(zhuǎn)向大眾化教育，社會(huì)對(duì)人才也提出了新的要求。創(chuàng)新是我國(guó)科技實(shí)力提升的基本國(guó)策，創(chuàng)新人才培養(yǎng)既是新時(shí)期經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和科技發(fā)展對(duì)高等學(xué)校人才培養(yǎng)的新要求［5］，也是一種教育理念，不是說(shuō)本科生就成為創(chuàng)新人才，而是應(yīng)該為學(xué)生今后成為創(chuàng)新人才奠定相應(yīng)的知識(shí)、素質(zhì)和能力基礎(chǔ)。按照此理念設(shè)計(jì)培養(yǎng)方案，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新能力。按照“知識(shí)、能力、素質(zhì)”協(xié)調(diào)發(fā)展的目標(biāo)，創(chuàng)新精神的培養(yǎng)為理念架構(gòu)人才培養(yǎng)模式，不僅僅體現(xiàn)在教學(xué)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，而且涉及到教育的全過(guò)程，包括學(xué)校的人文環(huán)境等方方面面。在人文環(huán)境方面，學(xué)校定期組織文化名人、政府要員、著名企業(yè)家、創(chuàng)業(yè)成功人士開(kāi)展講座，以提高學(xué)生文化綜合素質(zhì)。
二、不斷優(yōu)化培養(yǎng)方案，更新教學(xué)內(nèi)容
(一)培養(yǎng)方案
按照“基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、能力強(qiáng)、素質(zhì)高、富有求實(shí)與創(chuàng)新精神，實(shí)踐技能強(qiáng)的高級(jí)專門人才”的培養(yǎng)目標(biāo)，優(yōu)化知識(shí)結(jié)構(gòu)和課程體系，控制總學(xué)分，強(qiáng)化專業(yè)基礎(chǔ)，增加選修課，減少必修課，加強(qiáng)和統(tǒng)籌規(guī)劃實(shí)踐教學(xué)，優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)體系。該專業(yè)已3次對(duì)培養(yǎng)方案進(jìn)行了調(diào)整，已初步形成“基礎(chǔ)教育、實(shí)踐教育、創(chuàng)新教育”三大模塊。堅(jiān)持課堂講授與實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)、社會(huì)實(shí)踐、科研訓(xùn)練相結(jié)合，構(gòu)建完整的產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合人才培養(yǎng)過(guò)程和教學(xué)管理運(yùn)行機(jī)制，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的提高。新的培養(yǎng)方案突出四個(gè)特點(diǎn):一是學(xué)分總量控制，強(qiáng)化專業(yè)基礎(chǔ)。控制總學(xué)分在175學(xué)分，其中學(xué)科通識(shí)類40%左右，學(xué)科大類基礎(chǔ)和專業(yè)課40%左右，綜合實(shí)踐20%左右。二是突出實(shí)踐教學(xué)，增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，使其占實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)的80%以上，增加工程訓(xùn)練實(shí)習(xí)，實(shí)踐教學(xué)安排6個(gè)月以上。三是將課外科技創(chuàng)新、實(shí)踐活動(dòng)納入培養(yǎng)方案，規(guī)定完成創(chuàng)新與技能訓(xùn)練8學(xué)分。四是，加強(qiáng)英語(yǔ)、計(jì)算機(jī)、高等數(shù)學(xué)等公共基礎(chǔ)課程的比重。五是開(kāi)設(shè)包括人文科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、自然科學(xué)、工程技術(shù)等門類通識(shí)課程及反映本專業(yè)領(lǐng)域特點(diǎn)的專題講座，強(qiáng)化學(xué)科交叉，培養(yǎng)綜合素質(zhì)。
(二)構(gòu)建經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的課程體系，抓好課程建設(shè)，打造精品課程
認(rèn)真分析人才市場(chǎng)需求，根據(jù)產(chǎn)學(xué)研緊密結(jié)合的人才培養(yǎng)模式和教改、課改成果，合理調(diào)整課程體系結(jié)構(gòu)，進(jìn)行課程的重組和整合，提高課程的綜合化程度，構(gòu)建學(xué)科群內(nèi)的專業(yè)基礎(chǔ)課程平臺(tái);以主干課為核心組成專業(yè)課程框架和實(shí)踐教學(xué)體系;在充分體現(xiàn)理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和科學(xué)研究相結(jié)合的同時(shí)，突出創(chuàng)新能力培養(yǎng)，形成科學(xué)合理的課程體系。農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)根據(jù)課程性質(zhì)建設(shè)形成了4個(gè)主要課程群組和1個(gè)實(shí)踐教學(xué)體系。以工程測(cè)量學(xué)為龍頭帶動(dòng)和建立集工程制圖、地質(zhì)、測(cè)量、工程水文等專業(yè)基礎(chǔ)主干課為學(xué)科基礎(chǔ)課程群組平臺(tái);以理論力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、水力學(xué)、土力學(xué)、建筑材料、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等課程構(gòu)建力學(xué)結(jié)構(gòu)課程群組;以灌溉排水工程學(xué)為龍頭帶動(dòng)和建立集土壤農(nóng)作、農(nóng)業(yè)節(jié)水、農(nóng)業(yè)水利工程管理等課程的農(nóng)業(yè)用水課程平臺(tái);以水工建筑物為龍頭構(gòu)建水泵與泵站、水利工程施工、水工概論等課程群組。同時(shí)，構(gòu)建完整的實(shí)踐教學(xué)體系，目前，已獲批國(guó)家級(jí)農(nóng)業(yè)水工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，著力建設(shè)各課程組平臺(tái)的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)、創(chuàng)新教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)。在構(gòu)建課程體系的同時(shí)，極力打造精品課程等項(xiàng)目的課程建設(shè)，目前該專業(yè)已建成國(guó)家級(jí)、省級(jí)精品課程1門，校級(jí)精品課程9門、網(wǎng)絡(luò)課程8門、雙語(yǔ)教學(xué)課程3門。2008－2009年獲校教改項(xiàng)目7項(xiàng)，課程教學(xué)中70%課程采用多媒體教學(xué)。
(三)加強(qiáng)教材建設(shè)，規(guī)范教材選用
加強(qiáng)專業(yè)教材建設(shè)與管理，保證選用教材的質(zhì)量。以培養(yǎng)高質(zhì)量人才為目標(biāo)，以教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法改革為核心，充分利用現(xiàn)代化教育技術(shù)，按照編著與選用并重的原則，抓好教材規(guī)劃，實(shí)施精品戰(zhàn)略;健全和完善教材選用、引進(jìn)、編寫機(jī)制，加大資金投入，構(gòu)筑本專業(yè)系列教材體系。實(shí)行課組集體論證，院系兩級(jí)審核的教材選用制度，保證教材質(zhì)量。必修課優(yōu)先選用國(guó)家規(guī)劃教材或新教材，適當(dāng)引進(jìn)國(guó)外優(yōu)秀教材。結(jié)合學(xué)科前沿及時(shí)更新和編寫輔助教材。2008－2010年正式出版教材19部，其中國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材12部。同時(shí)，配合雙語(yǔ)教學(xué)，引進(jìn)國(guó)外原版教材3部，探索性運(yùn)用到教學(xué)中，收到了較好的教學(xué)效果。
(四)構(gòu)建與優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)體系，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)
改革實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建以課程綜合實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)為主線，以社會(huì)實(shí)踐、科學(xué)訓(xùn)練和工程訓(xùn)練等為拓展的實(shí)踐教學(xué)體系，推進(jìn)人才培養(yǎng)與工程實(shí)踐和科學(xué)研究的結(jié)合。目前，該體系總體已構(gòu)成，形成基礎(chǔ)綜合實(shí)習(xí)和專業(yè)綜合實(shí)習(xí)兩大子體系。基礎(chǔ)實(shí)習(xí)將專業(yè)認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、工程地質(zhì)實(shí)習(xí)和測(cè)量實(shí)習(xí)有機(jī)結(jié)合，校外實(shí)習(xí)與校內(nèi)實(shí)習(xí)有機(jī)銜接，該方案在2010年和2011年的暑期實(shí)踐教學(xué)中已實(shí)施，目前還處于探索階段。完善實(shí)驗(yàn)室管理體制和運(yùn)行機(jī)制，按課程群設(shè)置綜合實(shí)驗(yàn)室，組建集教學(xué)、科研、生產(chǎn)服務(wù)功能于一體的綜合實(shí)驗(yàn)室，搭建學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新性、綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的平臺(tái)，實(shí)行開(kāi)放運(yùn)行管理新體制。加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)基地建設(shè)，利用學(xué)校與水利工程設(shè)計(jì)及施工單位和西北各大灌區(qū)在科研和社會(huì)服務(wù)中建立的長(zhǎng)期合作關(guān)系，建設(shè)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合、反映區(qū)域特點(diǎn)和專業(yè)特色的校外實(shí)踐教學(xué)基地，讓學(xué)生充分接觸生產(chǎn)一線，為學(xué)生提供實(shí)踐場(chǎng)所和就業(yè)渠道，使學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新訓(xùn)練落到實(shí)處。建立學(xué)生到教學(xué)基地開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)的長(zhǎng)效機(jī)制，保證實(shí)踐教學(xué)時(shí)間達(dá)到6個(gè)月以上。目前，已建立校外實(shí)踐教學(xué)基地17個(gè)、校內(nèi)4個(gè)。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
(五)采取各種措施，提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力
鼓勵(lì)和支持教師與學(xué)生建立“一對(duì)一”或“一對(duì)多”的聯(lián)系，結(jié)合學(xué)生在“三下鄉(xiāng)”和暑期社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，申請(qǐng)國(guó)家及學(xué)校的各類大學(xué)生科技創(chuàng)新基金、科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)計(jì)劃等項(xiàng)目，積極引導(dǎo)和組織學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”等各類競(jìng)賽，使學(xué)生參加科學(xué)研究，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。2008－2010年本專業(yè)大學(xué)生獲批國(guó)家創(chuàng)新項(xiàng)目14項(xiàng)、校級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目16項(xiàng)，一般項(xiàng)目43項(xiàng)。學(xué)院組織學(xué)生參加了陜西省力學(xué)競(jìng)賽、全國(guó)大學(xué)生力學(xué)競(jìng)賽(周培源力學(xué)競(jìng)賽)，在師生的共同努力下，學(xué)院先后獲得了全國(guó)大學(xué)生水利創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽獎(jiǎng)、全國(guó)力學(xué)竟賽獎(jiǎng)及全國(guó)智能機(jī)器人大賽獎(jiǎng)項(xiàng)等。實(shí)行“2+2”培養(yǎng)模式，即在大學(xué)教育階段的后2年，給該專業(yè)的每一位學(xué)生配備指導(dǎo)教師。不僅進(jìn)行專業(yè)課學(xué)習(xí)、人生規(guī)劃、攻讀研究生、就業(yè)等全方位指導(dǎo)，更重要的是學(xué)生參與導(dǎo)師的縱、橫向科研任務(wù)，在具體的科研中深化提升理論知識(shí)，鍛煉實(shí)踐技能，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。
三、師資隊(duì)伍建設(shè)
以建設(shè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)和支持高層次創(chuàng)造性人才為重點(diǎn)，以留住并加快培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)骨干和青年后備人才為基礎(chǔ)，以引進(jìn)高層次優(yōu)秀人才為補(bǔ)充，加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)”的人才強(qiáng)校戰(zhàn)略。充分利用學(xué)校的青年教師出國(guó)研修項(xiàng)目和國(guó)家留學(xué)基金委西部計(jì)劃項(xiàng)目，選派教師到國(guó)外高水平大學(xué)進(jìn)修、學(xué)習(xí)與合作研究，努力建設(shè)一支素質(zhì)優(yōu)良、結(jié)構(gòu)合理、充滿創(chuàng)新活力的高水平師資隊(duì)伍。目前農(nóng)業(yè)水利工程專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)已獲批為省級(jí)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，近年來(lái)本專業(yè)師資隊(duì)伍中已有12名教師出國(guó)進(jìn)修和進(jìn)行合作研究，有校教學(xué)名師3人，省級(jí)教學(xué)名師1人。注重對(duì)青年教師培養(yǎng)，2008－2010年在學(xué)校青年教師講課比賽中獲一等獎(jiǎng)3人，二等獎(jiǎng)1人，三等獎(jiǎng)3人;參加全國(guó)水利專業(yè)青年教師講課比賽中獲特等獎(jiǎng)1人，一等獎(jiǎng)3人，二等獎(jiǎng)2人。同時(shí)充分利用學(xué)院擁有的各種設(shè)計(jì)、咨詢及檢測(cè)資質(zhì)，鼓勵(lì)專業(yè)教師參加各種生產(chǎn)和服務(wù)項(xiàng)目。建立新進(jìn)專業(yè)教師到工程建設(shè)、管理單位實(shí)習(xí)，以及專業(yè)教師到生產(chǎn)實(shí)習(xí)基地交流學(xué)習(xí)等制度，全方位增強(qiáng)教師實(shí)踐能力。堅(jiān)持教學(xué)與科研并重，在完成教學(xué)任務(wù)的同時(shí)，鼓勵(lì)教師開(kāi)展科學(xué)研究，促進(jìn)學(xué)術(shù)水平的提高，形成一支結(jié)構(gòu)合理、教學(xué)科研實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富、熱愛(ài)教學(xué)事業(yè)的高水平專兼結(jié)合的教師隊(duì)伍。
四、教學(xué)監(jiān)控與教學(xué)質(zhì)量保證
在嚴(yán)格執(zhí)行學(xué)校的各項(xiàng)教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)制訂各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，完善教師授課資格制、青年教師導(dǎo)師制、開(kāi)課試講制等制度。通過(guò)實(shí)施學(xué)生評(píng)教、校院兩級(jí)督導(dǎo)組督導(dǎo)、院領(lǐng)導(dǎo)聽(tīng)課和定期教學(xué)檢查等措施，了解教學(xué)動(dòng)態(tài)，加強(qiáng)教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控。結(jié)合學(xué)生培養(yǎng)警示制和家長(zhǎng)聯(lián)系制，做好學(xué)生教育工作，建立學(xué)校、學(xué)生、家庭三者良性互動(dòng)的培養(yǎng)機(jī)制，提高教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)，建立畢業(yè)生教學(xué)質(zhì)量反饋體系，及時(shí)了解社會(huì)對(duì)學(xué)生的要求，同時(shí)也是單位對(duì)我們教育、教學(xué)質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)。
關(guān)鍵詞：平面換能器對(duì)測(cè)法；穿透聲波法；圍巖分類；波速測(cè)試；動(dòng)彈性參數(shù)
中圖分類號(hào)：C35文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
1引言
長(zhǎng)期以來(lái)，在工程地質(zhì)勘探中，多采用鉆探和電法等物探方法 [1]。這些方法很難與巖體的物理力學(xué)性質(zhì)建立關(guān)系。近些年來(lái),在水工隧洞領(lǐng)域研究采用一種新的探測(cè)方法：聲波探測(cè)技術(shù)。該法既是工程地質(zhì)的物探手段，又是巖體力學(xué)的測(cè)試手段，具有重大的實(shí)用價(jià)值和意義。在國(guó)內(nèi)外隧洞巖體探測(cè)方面得到廣泛研究應(yīng)用。
本文結(jié)合工程實(shí)例，通過(guò)聲波探測(cè)技術(shù)中各種方法的對(duì)比，選取了適合該工程區(qū)的探測(cè)方法：平面換能器對(duì)測(cè)法和穿透聲波法[2]，對(duì)該工程區(qū)的巖體地質(zhì)情況進(jìn)行了分類，從而為設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。
2 工作原理
從工程地質(zhì)勘探看，超聲波探測(cè)法是小型輕便的地球物理勘探方法，其工作原理是用人工的方法在巖石介質(zhì)和結(jié)構(gòu)中激發(fā)一定頻率的彈性波[3]。由一聲源訊號(hào)發(fā)生器(發(fā)射機(jī)),向壓電材料制成的發(fā)射換能器發(fā)射一電脈沖,激勵(lì)晶片振動(dòng),產(chǎn)生聲波向巖石發(fā)射,作為聲波探測(cè)的聲源。聲波在巖石中傳播,經(jīng)由接收換能器接收,把聲能換成微弱的電訊號(hào)送至接收機(jī),經(jīng)放大后由示波管在屏幕上顯示出波形圖。本次探測(cè)主要使用NM-4A型非金屬超聲檢測(cè)分析儀，引水隧洞圍巖級(jí)別判定采用帶信號(hào)放大功能的10kHZ低頻平面換能器，用黃油耦合，聲時(shí)測(cè)量精度為±0.1us，通過(guò)超聲波在巖體發(fā)射和接受換能器之間巖體的距離F和聲波通過(guò)巖體距離所需傳播時(shí)間T來(lái)計(jì)算波速，從而根據(jù)聲波傳播速度V來(lái)判別巖石和巖質(zhì)情況，對(duì)巖體進(jìn)行圍巖分類。
（1）
3 探測(cè)方法的對(duì)比
3.1 平面換能器對(duì)測(cè)法
平面換能器對(duì)測(cè)法是將發(fā)射和接收換能器放在相距一定距離F的巖體表面，用黃油耦合，通過(guò)發(fā)射換能器發(fā)射一定頻率的聲波，穿過(guò)發(fā)射和接收換能器之間巖體，在相距F的接收換能器得到接收波，接收波起點(diǎn)時(shí)標(biāo)讀數(shù)即為聲波通過(guò)距離為F的巖體所需傳播時(shí)間，見(jiàn)圖1。
本方法適用于巖體圍巖地質(zhì)情況和巖體分類，而工程區(qū)大多數(shù)開(kāi)挖段由于巖體巖性軟弱，節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化強(qiáng)烈，為防止圍巖塌落等而進(jìn)行了混凝土噴錨，故該方法只能反映一部分巖體的地質(zhì)情況，并不能真實(shí)反映整個(gè)開(kāi)挖段巖體地質(zhì)。
3.2穿透聲波法
穿透聲波法是為了克服上述的不足，根據(jù)鐵路隧道探測(cè)兩鉆井之間的工程地質(zhì)情況原理，使用聲波儀一發(fā)單收換能器，在兩個(gè)測(cè)試孔內(nèi)同時(shí)放入換能器進(jìn)行測(cè)試，其中一個(gè)為發(fā)
射換能器，另一個(gè)為接收換能器。孔內(nèi)灌滿水，作為換能器與孔壁巖體的耦合劑。這種方法可以真實(shí)反映該工程區(qū)巖體情況并進(jìn)行圍巖分類，見(jiàn)圖2。
圖1 平面換能器對(duì)測(cè)法圖2 跨孔測(cè)試方法示意圖
4工程應(yīng)用
建設(shè)中的迭部溝潔寺水電站引水隧洞，隧洞全長(zhǎng)約5km，洞徑約為3.6m，橫穿過(guò)達(dá)拉河右岸巖體上。對(duì)引水隧洞有影響的沖溝有3條，分別為引1#沖溝；2#沖溝及3#沖溝，尤以3#沖溝最大。沖溝走向基本垂直河流，坡降較大，呈“V”，相對(duì)高差100～300m，溝內(nèi)覆蓋第四系沖洪積物，厚度10～30m。沿途洞室圍巖巖性為變質(zhì)砂巖夾板巖、板巖夾少量砂巖呈互層狀。變質(zhì)砂巖巖性致密堅(jiān)硬，板巖巖質(zhì)較軟，板理發(fā)育，局部呈片理化帶。巖體中斷裂發(fā)育，層間擠壓帶和層面裂隙地帶多，故在設(shè)計(jì)施工階段，探測(cè)巖體地質(zhì)狀況，并判斷巖性級(jí)別非常重要，為設(shè)計(jì)施工提供主要依據(jù)，并對(duì)巖體穩(wěn)定性進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。
4.1 測(cè)孔布置及數(shù)據(jù)采集
按設(shè)計(jì)要求，隧洞圍巖級(jí)別測(cè)試共劃分為3個(gè)測(cè)區(qū)，分別為引水隧洞、廠房和壩址處，每個(gè)測(cè)區(qū)隨機(jī)選取3～6個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，采樣間距0.5～1m，采用接收信號(hào)放大功能的10kHZ低頻平面換能器，以得到較清晰的波形，見(jiàn)圖3。
a. 隧洞平面換能器測(cè)試波形 b. 穿透聲波法孔1和孔2跨孔測(cè)試波型
圖3隧洞測(cè)試波形
一般巖性堅(jiān)硬，風(fēng)化微弱，結(jié)構(gòu)面不發(fā)育，巖體完整性好則波速高、振幅大；反之，當(dāng)巖性軟弱，節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體破碎則波速低，吸收衰減厲害，振幅小。應(yīng)力增大，波速增高；反之，則降低。
4.2引水隧洞圍巖分類
引水隧洞根據(jù)已有的勘察資料和設(shè)計(jì)資料，利用地質(zhì)推斷和作圖等方法初步推測(cè)了一些定性指標(biāo)及圍巖的變化情況，引水發(fā)電洞圍巖除進(jìn)水口和沿線的主要沖溝段巖體屬Ⅲ～Ⅳ類圍巖外，其它地段洞室埋深較大，厚度在100～400m之間，隧洞均處于微風(fēng)化～新鮮巖體中，屬Ⅱ～Ⅲ類圍巖，板巖由于巖體軟弱，圍巖變形較大，因此圍巖分類時(shí)將微～新鮮巖體劃分到Ⅲ類圍巖中。圍巖分類及巖體力學(xué)參數(shù)建議值見(jiàn)表1[4]，國(guó)外按比值和動(dòng)泊松比協(xié)值對(duì)巖體分類情況見(jiàn)表2。
表1 圍巖分類及巖體力學(xué)參數(shù)建議值
圍巖
類別 巖體結(jié)構(gòu)類型 縱波速度VP 巖石抗壓強(qiáng)度Rb 巖體完整性系數(shù)
KV 變形
模量 抗剪斷 彈性抗力系數(shù)K0 堅(jiān)固
系數(shù)
f
f c
m/s MPa GPa Mpa MPa/cm
Ⅱ 完整層狀 >4100 >80 >0.55
10
∫
15 1.1
∫
1.2 0.8
∫
0.9 70
∫
90 6
∫
8
Ⅲ 中厚層狀 3000
∫
4000 40
∫
80 0.55
∫
0.30 5
∫
8 0.8
∫
0.9 0.0.6
∫
0.80 40
∫
50 3
∫
5
Ⅳ 層狀
∫
碎裂 2000
∫
3000 >25 0.3
∫
0.17 2
∫
3 0.50
∫
0.60 0.30
∫
0.40 15
∫
20 ＜2
表2國(guó)外按Vp/Vs比值和動(dòng)泊桑比巖體分類
動(dòng)態(tài)參數(shù)比 比值范圍 巖石質(zhì)量好壞 圍巖
類別
縱橫波速比Vp/Vs 1.7～1.6 質(zhì)量好 I、II
2.0～3.0 巖石質(zhì)量變壞 III、IV
3.0～3.5 巖石質(zhì)量較破碎 IV
3.5以上 巖石非常破碎 V
動(dòng)泊松比 0.25～0.30 質(zhì)量好 I、II
0.30～0.36 巖石質(zhì)量變壞 III、IV
0.36～0,40 巖石相當(dāng)壞 IV
0.40～0.43 巖石破碎并充水 V
4.3 資料的分析與處理
根據(jù)聲波探測(cè)法的測(cè)試原理，對(duì)引水隧洞的4條引水支洞開(kāi)挖段的所有巖層和廠房、壩址的巖體進(jìn)行探測(cè)，對(duì)其中一部分探測(cè)資料進(jìn)行整理分析[5]，并判斷其巖性情況，整理結(jié)果見(jiàn)表3.
根據(jù)彈性波的傳播速度（縱波和橫波），還可以利用下列資料計(jì)算一些動(dòng)態(tài)彈性參數(shù)反映巖體地質(zhì)情況[6]，整理結(jié)果見(jiàn)表4.
動(dòng)彈性模量：（2）
動(dòng)泊松比：（3）
動(dòng)剪切模量：（4）
式中：為巖體密度（g?cm-3）；為縱波波速（m/s）；為橫波波速（m/s）
表3溝潔寺水電站引水隧洞圍巖分類情況
里程范圍 縱波波速/（m/s） 泊松比 巖性類別 T/（us） A/（m） F/（m）
引0+023 2205.3 0.34 Ⅳ類圍巖 263.0 23.52 0.58
引0+630 2249.1 0.36 Ⅳ類圍巖 231.2 26.44 0.52
引1+240 4252.6 0.27 Ⅱ類圍巖 155.2 25.11 0.66
引1+760 3006.3 0.30 Ⅲ類圍巖 252.8 26.44 0.76
引2+200 2690.8 0.35 Ⅳ類圍巖 204.4 58.75 0.55
引3+270 2665.4 0.34 Ⅳ類圍巖 217.6 25.11 0.58
引3+800 2508.7 0.34 Ⅳ類圍巖 231.2 27.23 0.58
引3+850 3042.0 0.31 Ⅲ類圍巖 233.4 26.85 0.71
引4+090 2006.8 0.33 Ⅳ類圍巖 264.1 25.58 0.53
引4+390 2272.7 0.34 Ⅳ類圍巖 246.4 38.16 0.56
引4+800 2444.8 0.33 Ⅳ類圍巖 212.7 23.52 0.52
管0+032 2051.1 0.37 Ⅳ類圍巖 297.4 22.92 0.61
管0+120 2217.1 0.35 Ⅳ類圍巖 261.6 26.02 0.58
廠右0+019 2358.5 0.34 Ⅳ類圍巖 275.6 25.11 0.65
壩0+000-壩右0+017 2717.4 0.33 Ⅳ類圍巖 202.4 23.52 0.55
壩下0+005-壩右0+018 2207.1 0.34 Ⅳ類圍巖 235.6 25.58 0.52
表4勾潔寺水電站引水隧洞動(dòng)彈性參數(shù)計(jì)算表
里程范圍 縱波波速/(km/s) 橫波波速/(km/s) 縱橫波速比Vp/Vs 泊松比 動(dòng)彈性模量
/(Gpa) 動(dòng)剪切模量
/(Gpa)
引0+023 2.205 1.086 2.03 0.34 8.47 3.16
引0+630 2.249 1.052 2.14 0.36 8.07 2.97
引1+240 4.252 2.386 1.78 0.27 39.48 15.54
引1+760 3.006 1.607 1.87 0.30 18.00 6.92
引2+200 2.691 1.293 2.08 0.35 12.09 4.48
引3+270 2.665 1.312 2.03 0.34 12.36 4.61
引3+800 2.509 1.235 2.03 0.34 10.95 4.09
引3+850 3.042 1.596 1.91 0.31 18.02 6.88
引4+090 2.007 1.011 1.99 0.33 7.29 2.74
引4+390 2.273 1.119 2.03 0.34 8.99 3.36
引4+800 2.445 1.232 1.98 0.33 10.82 4.07
管0+032 2.051 0.932 2.20 0.37 6.39 2.38
管0+120 2.217 1.065 2.08 0.35 8.21 3.04
廠右0+019 2.359 1.161 2.03 0.34 9.68 3.61
壩0+000-壩右0+017 2.717 1.369 1.98 0.33 13.36 5.02
壩下0+005-壩右0+018 2.207 1.087 2.03 0.34 8.49 3.17
5 結(jié)論
采用聲波探測(cè)技術(shù)探測(cè)溝潔寺水電站引水隧洞圍巖地質(zhì)情況，結(jié)合超聲波波速（縱波和橫波）所得出的動(dòng)彈性系數(shù)，得出以下結(jié)論：
（1）.穿透聲波法能真實(shí)反映水工隧洞圍巖的地質(zhì)情況，巖體完整性及某些巖體動(dòng)態(tài)彈性參數(shù)，能夠克服混凝土對(duì)圍巖地質(zhì)情況的影響；
（2）.探測(cè)段巖體的密度越大、空隙越小，則波速越大；巖性軟弱，節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體破碎則波速小；
（3）.巖體結(jié)構(gòu)面對(duì)波速有明顯影響，如平行層理波速要高一些，垂直層理波速則低一些；
（4）.聲波探測(cè)對(duì)巖體的了解較為細(xì)致,且具有簡(jiǎn)便、快速、經(jīng)濟(jì)、便于重復(fù)測(cè)試，對(duì)測(cè)試的巖體(巖石)無(wú)破壞作用等優(yōu)點(diǎn)；
（5）.利用聲速、聲幅及超聲電視測(cè)井的資料劃分鉆井剖面巖性,進(jìn)行地層對(duì)比,查明裂隙、溶洞及套管的裂隙等（不做介紹）；
（6）.根據(jù)波速隨巖體裂隙發(fā)育而降低及隨應(yīng)力狀態(tài)的變化而改變等規(guī)律,圈定開(kāi)挖造成的圍巖松弛帶,為確定合理的襯砌厚度和錨桿長(zhǎng)度提供依據(jù)（不做介紹）；
（7）.用聲波探測(cè)法判斷出的巖體地質(zhì)情況與巖石類別，跟設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)階段用其他方法以及該工程區(qū)以往經(jīng)驗(yàn)資料基本吻合，準(zhǔn)確率高。
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1土石壩潰壩的危害
1.1土石壩的興建情況
土石壩是最普遍采用的一種壩型，其具有就地取材、節(jié)省建筑材料及減少建壩過(guò)程遠(yuǎn)途運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，土石壩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于維修和加高、擴(kuò)建，且由于土石壩的壩身是土石散粒體結(jié)構(gòu)，有適應(yīng)變形的良好性能，在施工方面的工序較少。因此，不論是在全世界，還是在中國(guó)，與其它的壩型相比較，土石壩都占有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，與世界土石壩占大壩總數(shù)的82.9%，在中國(guó)土石壩數(shù)量占到大壩總數(shù)的93%。
1.2土石壩潰壩的危害
大壩是水利工程中的擋水建筑物，水庫(kù)的興利和除害效益主要是通過(guò)大壩存蓄一定庫(kù)容的水來(lái)進(jìn)行調(diào)配發(fā)揮的。水庫(kù)潰壩，不僅使工程本身遭受損失，更嚴(yán)重的給下游人民生命財(cái)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成災(zāi)害，有的造成毀滅性的災(zāi)害。淹沒(méi)下游農(nóng)田，破壞公共設(shè)施，導(dǎo)致建筑物破壞、停水停電等嚴(yán)重影響人民正常生活，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，甚至奪走下游群眾生命，造成不可估量的損失。重新修建大壩也必將耗費(fèi)巨額資金。
1.3研究課題的提出
我國(guó)的土石壩眾多，質(zhì)量也參差不齊，設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)不一。一旦發(fā)生潰壩將對(duì)河流下游的人民群眾的生命安全產(chǎn)生極大的威脅，潰壩使水庫(kù)、水電站的防洪、蓄水灌溉、供水、發(fā)電等一系列產(chǎn)生的效益毀于一旦，嚴(yán)重影響了國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家建設(shè)。因此，切實(shí)搞好水利工程管理工作，杜絕事故發(fā)生，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失和對(duì)社會(huì)生產(chǎn)生活的嚴(yán)重影響，更好地發(fā)揮經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，確保水庫(kù)大壩安全意義十分重大，同時(shí)，由于潰壩因素的復(fù)雜性，更使這項(xiàng)研究成為水庫(kù)建設(shè)和管理的核心問(wèn)題。
2土石壩潰壩的基本原因
造成土石壩潰壩的原因較多，涉及土石壩設(shè)計(jì)建設(shè)、管理和運(yùn)行等多個(gè)方面。而且已建成的土石壩安全情況是不斷變化的，洪水、地震及大壩本身存在的各種病害都會(huì)直接或間接地影響大壩安全。
2.1土石壩的滲漏
2.1.1土石壩滲漏的原因
土石壩滲漏按滲漏的部位可分為壩體滲漏、壩基滲漏、接觸滲漏和繞壩滲漏等，各類滲漏在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理等方面都有較多的因素影響土石壩的滲漏。
（1）壩體滲漏
滲漏的逸出點(diǎn)在背水面坡或坡腳。
1）壩體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題。試驗(yàn)資料不足或未經(jīng)試驗(yàn)，特別是壩體土石料性質(zhì)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；壩身尺寸設(shè)計(jì)單薄，尤其是防滲設(shè)施厚度單薄，由于厚度不夠致使?jié)B流水力坡降大于其臨界坡降時(shí)，或者在反濾不符合要求等情況下，使防滲墻體土料流失，最后使斜墻或心墻被擊穿，形成滲漏通道；反濾設(shè)計(jì)存在問(wèn)題，未按反濾原理進(jìn)行鋪設(shè)或未設(shè)反濾層，形成心墻等的破壞，形成滲漏。
2）壩體施工質(zhì)量差。清基不徹底，壩料填筑混雜，不符合壩料設(shè)計(jì)要求；施工碾壓不密實(shí)，使壩身水平向透水性遠(yuǎn)大于垂直向透水性；缺少特殊季節(jié)防護(hù)措施，防滲體選在雨季施工而使大壩本身防滲質(zhì)量降低，或冬季施工而出現(xiàn)凍土等，導(dǎo)致滲漏。
3）管理不到位。壩體出現(xiàn)的滲漏、管涌等情況，未及時(shí)研究其產(chǎn)生原因和處理辦法，行歷時(shí)長(zhǎng)，產(chǎn)生老化問(wèn)題。
（2）壩基滲漏
滲水通過(guò)壩基的透水層，從壩腳或壩腳以外覆蓋層的薄弱部位逸出。水庫(kù)蓄水后，在水壓力作用下，壩基是主要的滲流途徑之一。壩基發(fā)生滲漏主要原因有：
1）勘測(cè)設(shè)計(jì)不當(dāng)，由于壩址處的工程地質(zhì)條件不良，地質(zhì)勘探工作不夠詳細(xì)；未能有效的避開(kāi)裂隙較多的巖層，未能采用有效的壩基防滲措施或壩基防滲設(shè)施尺寸不夠；
2）施工地基處理質(zhì)量差，灌漿漿液濃度或者灌漿壓力等控制不好，未能將裂隙充滿，防滲帷幕等質(zhì)量控制不嚴(yán)，未起到較好的防滲作用等；
3）運(yùn)用管理不當(dāng)，庫(kù)水位降落太低，部分粘土鋪蓋曝曬裂縫而失去防滲作用；因?qū)B溝、減壓井養(yǎng)護(hù)不良，淤塞失效。
（3）接觸滲漏：滲水經(jīng)壩體、壩基、岸坡的接觸面或壩體與剛性建筑物的接觸面在壩后相應(yīng)逸出。主要是由于設(shè)計(jì)施工過(guò)程中考慮不周全或施工質(zhì)量存在問(wèn)題等存在的接觸滲漏。
（4）繞壩滲漏
水庫(kù)的蓄水后，水流通過(guò)土壩兩端的岸坡從下游岸坡面逸出，這種滲漏現(xiàn)象稱為繞壩滲漏。繞壩滲漏可使壩端部分壩體內(nèi)的浸潤(rùn)線抬高，岸坡背后出現(xiàn)陰濕、或出現(xiàn)水色較清的小量滲流。較嚴(yán)重的將使岸坡軟化，形成集中滲漏通道，甚至引起岸坡塌陷和滑坡，影響土壩體安全。產(chǎn)生繞壩基滲漏的主要原因如下：
1）勘察設(shè)計(jì)不到位，壩端兩岸地質(zhì)條件過(guò)差，透水性過(guò)大，或有斷層通過(guò)，而又未提出妥善處理方案。
2）因施工取土或水庫(kù)蓄水后由于風(fēng)浪淘刷，破壞了上游岸坡的天然鋪蓋。
3）壩頭與岸坡接防滲處理不當(dāng)或施工質(zhì)量不符合要求，壩岸接合質(zhì)量不好，形成滲漏通道。
4）管理和監(jiān)測(cè)不到位。水庫(kù)蓄水后，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水庫(kù)滲流壓力等監(jiān)測(cè)，提前獲知，以便采取相應(yīng)的措施，并改進(jìn)管理方法。
3潰壩防治措施和技術(shù)
通過(guò)上述潰壩形式及原因的分析，研究土石壩潰壩的防治措施和相關(guān)技術(shù)，可適當(dāng)加入潰壩分析計(jì)算的方法。潰壩的防治措施可從多個(gè)角度闡述。如：壩體自身結(jié)構(gòu)、防洪抗震減災(zāi)、科學(xué)管理等多個(gè)方面，并注意與第四章的緊密結(jié)合。
3.1土石壩滲漏的防治措施
3.1.1防滲漏措施之粘土截水槽法
粘土截水槽常用于透水性很強(qiáng)、抗管涌能力差、隔水層埋藏較淺的砂卵石壩基。其結(jié)構(gòu)視土石壩的結(jié)構(gòu)而定(圖3.1)。截水槽一定要作到下伏的隔水層中，形成一個(gè)封閉系統(tǒng)。必須注意隔水層的完整性和滲透性。
圖3.1截水槽示意圖
a－心墻壩；b－均質(zhì)斜墻壩
3.1.2防滲漏措施之水平鋪蓋法
當(dāng)透水層很厚，垂直截滲措施難以奏效時(shí)，常采用此措施。其方法是在壩上游設(shè)置粘性土鋪蓋，其滲透系數(shù)比透水地基小2－3個(gè)量級(jí)，并與壩體的防滲斜墻搭接(圖3.2)。這種措施只是加長(zhǎng)滲徑而減小水力梯度，并不能完全截?cái)酀B流。
圖3.2防滲鋪蓋示意圖
鋪蓋的長(zhǎng)度l一般為壩上下游水頭差的5－10倍；其厚度t在上游末端為0.5-1m，與防滲斜墻搭接處應(yīng)適當(dāng)加厚。
當(dāng)壩前河谷中表層有分布穩(wěn)定且厚度較大的粘性上覆蓋時(shí)，則可利用它作天然的防滲鋪蓋。施工時(shí)一定要嚴(yán)格禁止破壞該覆蓋層。
3.2科學(xué)管理防治潰壩措施
土石壩修建后，要防止?jié)问鹿实陌l(fā)生，就必須加強(qiáng)其運(yùn)行管理。科學(xué)、安全的運(yùn)行管理方式，既是充分發(fā)揮大壩綜合效益的要求，也是保障大壩持久穩(wěn)定運(yùn)行的必要。
首先，必須嚴(yán)格依照國(guó)家法律法規(guī)及工程安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管理。這是保證土石壩安全的前提。
其次，對(duì)大壩和附屬建筑物 以及大壩安全所必需的相關(guān)設(shè)備應(yīng)經(jīng)常維修，包括安全監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備，使其處于安全和完整的工作狀態(tài)，對(duì)設(shè)備還應(yīng)定期檢查和測(cè)試 確保其安全和可靠的運(yùn)行。
再次，要對(duì)土石壩大壩進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、觀測(cè)布置、觀測(cè)設(shè)施及安裝埋設(shè)、觀測(cè)方法及要求、觀測(cè)頻次等應(yīng)按規(guī)范SL60-94《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行[12]。
最后，要對(duì)土石壩進(jìn)行大壩運(yùn)行管理綜合評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)內(nèi)容包括：
（1）水庫(kù)是否按審定的調(diào)度規(guī)程（或計(jì)劃）合理調(diào)度運(yùn)用水文測(cè)報(bào)及通信設(shè)施是否完備各項(xiàng)規(guī)章制度或計(jì)劃（或文件）是否齊全落實(shí)；
（2）大壩是否得到完好的維修并處于完整的可運(yùn)行狀態(tài)；
（3）大壩安全監(jiān)測(cè)設(shè)施是否完備大壩安全監(jiān)測(cè)是否按規(guī)范執(zhí)行并由監(jiān)測(cè)資料整編分析初步結(jié)果審查大壩的變形滲流及穩(wěn)定總體上是否處于正常狀態(tài)；
（4）綜合上面3項(xiàng)的分析對(duì)大壩運(yùn)行管理進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)：3項(xiàng)都做得好的，評(píng)為好；大部分做得好的，評(píng)為較好；大部分未做到的，評(píng)為差。
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