科技成果所屬領域（或研究方向）: 公路工程建筑
科技成果名稱: 南方地區軟巖邊坡災變防控關鍵技術及應用
成果簡介：
軟巖水理性強、易崩解、強度低、變形大，組分復雜且環境敏感性強，在我國南方地區廣泛分布。高速公路、鐵路穿越切割軟巖地質體極易形成大量高陡軟巖邊坡。軟巖邊坡坡面巖體前期較穩定極易被忽視，但在濕熱環境影響下呈現出量大面廣、屢治屢滑、由表及里的漸進失穩災變特點，導致南方地區軟巖邊坡災變控制難度和復雜性前所未有。據《全國地質災害防治規劃》統計，近十年降雨引起的軟巖邊坡災害達12000余次，造成直接經濟損失達175億元。現行規范中邊坡穩定性分析方法未考慮暫態飽和區的不利影響，難以準確分析軟巖邊坡穩定性，崩解性軟巖邊坡尚缺乏經濟有效的防控技術。項目組從理論分析、軟巖分類、參數獲取、材料研發、精確處治等多方面開展了軟巖材料特性及邊坡防控技術方面的系統研究和工程實踐，創新了南方地區軟巖邊坡災變防控技術體系，應用于多項國家重點高速公路工程，主要創新成果如下：
（1）創建了暫態飽和軟巖邊坡穩定性分析理論。針對降雨條件下軟巖邊坡暫態水壓力與穩定性難以準確計算的理論難題，提出了軟巖土水特征新模型，建立了暫態水壓力解析計算方法，得到了降雨條件下邊坡暫態飽和區形成機制與演化規律；建立了可同時考慮暫態水壓力、軟巖損傷與飽和-非飽和效應等因素影響的邊坡穩定性分析方法，開發了相應的計算程序，實現了南方地區軟巖邊坡穩定性系數與淺層潛在滑動帶的精準計算，揭示了降雨條件下軟巖邊坡失穩機理，開辟了軟巖邊坡防控設計理論體系。
（2）提出了崩解性軟巖分類方法與強度參數獲取新技術。針對濕熱環境下崩解性軟巖無法通過直接測試其強度進行分類的技術難題，開發了軟巖裂隙擴展的定量分析技術，揭示了濕熱環境作用下軟巖裂隙演化規律與開裂機理，建立了基于崩解指標的軟巖分類新方法；分析了裂隙軟巖滲流特性與力學性能的變化規律，提出了基于CT損傷與飽和-非飽和效應的軟巖強度參數獲取新技術，為研究濕熱環境下軟巖邊坡失穩機理與災變控制技術提供了技術支撐。
（3）創新了南方地區軟巖邊坡逐層遞進式穩定控制技術。針對濕熱環境下軟巖邊坡臨空面極易出現快速開裂、軟化崩解等工程問題，研發了多種軟巖邊坡生態防護固化材料，發明了主動吸水式排水管，優化了軟巖邊坡內部排水系統；提出了表層阻隔、中層封堵、底層加固與深淺層排水系統、自修復短錨桿相結合的“3+2”逐層遞進式綜合處治結構與成套施工技術，有效解決了軟巖邊坡漸進失穩、屢治屢滑的工程難題，保障了南方地區軟巖邊坡的長期穩定。
整體技術在湖南益婁、廣東廣佛肇、廣西河百等7條高速公路中得到了全面應用，在浙江、四川、福建等省區的多條高速公路中得到了推廣。近三年部分應用單位共完成新技術銷售額1.85億元，新增銷售額9843.93萬元。成果獲發明專利16項，軟件著作權2項，發表學術論文78篇（SCI、EI檢索41篇），出版學術專著3部；培養博士10名，碩士54名。崩解性軟巖分類成果已納入相關行業標準，顯著推動了行業進步，促進了社會經濟發展。
成果展示：
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a 植生混凝土 |
b 疏水層防水效果 |
c 固化裂隙巖體 |
圖1 軟巖邊坡防護新材料 |
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圖2 軟巖邊坡逐層遞進式處治結構 |
圖3 軟巖邊坡逐層遞進式處治結構處治效果 |
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圖4 獲獎證書 |
技術指標：
內容 |
技術優勢 |
邊坡滲流分析理論 |
創建了軟巖邊坡暫態飽和滲流分析理論，首次揭示了邊坡暫態飽和區形成機制與演化規律 |
邊坡水壓力計算方法 |
建立了非線性暫態水壓力解析計算方法，考慮暫態水壓力影響時，邊坡穩定性計算精度提高10% |
邊坡穩定性分析方法 |
提出了可考慮暫態水壓力、軟巖損傷與飽和-非飽和效應等因素影響的邊坡穩定性分析方法，實現了軟巖邊坡穩定性系數與淺層潛在滑動帶的精準計算 |
軟巖裂隙演化規律 |
自主研制了軟巖環境控制試驗裝置，實現了軟巖內部含水率與溫度的定量控制，同時考慮了濕度和溫度對軟巖裂隙演化規律的影響 |
軟巖分類方法 |
提出了采用分形維數作為崩解指標的軟巖分類體系 |
軟巖強參數獲取技術 |
同時考慮了損傷與飽和-非飽和效應對軟巖強度參數的影響 |
軟巖邊坡防護材料 |
利用廢棄材料制備綠色環保的邊坡防護材料，使裂隙軟巖強度提高30%以上，邊坡防滲效果提高50%以上，植被覆蓋率提高20%以上 |
軟巖邊坡綜合防排水系統 |
新型主動吸水式排水管及深層+淺層雙重排水結構，可快速消除暫態水壓力，排水效果可提高30%以上 |
軟巖邊坡失穩處治技術 |
本成果所提出的綜合處治技術從材料和結構兩個方面提升了防護效果，建設成本降低20%，施工效率提升35%，邊坡穩定性提升20%以上，預期服役壽命提升25%以上 |
技術成熟度：
產業化階段
知識產權：
知識產權（標準）類別 |
知識產權（標準）具體名稱 |
國家（地區） |
授權號（標準編號） |
授權（標準發布）日期 |
證書編號（標準批準發布部門） |
權利人（標準起草單位） |
發明人（標準起草人） |
發明專利（標準）有效狀態 |
發明專利 |
一種高坡錨固用錨孔施工方法 |
中國 |
ZL201810258045.7 |
2020年05月08日 |
3789726 |
長沙理工大學 |
付宏淵;毛聰;尹來容;張明軍;曾鈴;胡宏偉 |
有效專利 |
發明專利 |
軟巖邊坡防滲加固的支護結構及其加固方法 |
中國 |
ZL201910086284.3 |
2020年07月31日 |
3913408 |
長沙理工大學 |
曾鈴;袁玉榮;劉杰;付宏淵;肖柳意 |
有效專利 |
發明專利 |
超疏水泥巖改性劑及其制備方法和泥巖改良方法 |
中國 |
ZL201910086348.X |
2020年11月13日 |
4095553 |
長沙理工大學 |
曾鈴;查煥奕;劉杰;付宏淵;陳彩營 |
有效專利 |
發明專利 |
一種高速公路路塹邊坡變形監測及預警系統 |
中國 |
ZL201510389260.7 |
2019年12月20日 |
3638071 |
長沙理工大學 |
付宏淵;史振寧;胡慶國 |
有效專利 |
發明專利 |
基于土工格室及纖維粘土混合料的邊坡防護方法及結構 |
中國 |
ZL201510287309.8 |
2017年03月08日 |
2408494 |
長沙理工大學，廣西交通科學研究院 |
張紅日;王桂堯;張永杰;王淑英;沙琳川;蘭素戀 |
有效專利 |
發明專利 |
一種土體裂隙滲流下濕陷特征試驗裝置 |
中國 |
ZL201610455420.8 |
2018年03月06日 |
2835611 |
長沙理工大學 |
曾鈴;劉登生;何忠明 |
有效專利 |
發明專利 |
一種紅層巖質邊坡柔性綜合支護結構及其施工方法 |
中國 |
ZL201811250780.X |
2020年12月15日 |
4152132 |
長沙理工大學 |
張銳;蘭天;鄭健龍;陳昌富;曾鈴;付宏淵;劉曉明;張軍輝 |
有效專利 |
論文
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Ponded infiltration and spatialtemporal prediction of the water content of silty mudstone |
歐洲 |
10.1007/s10064-020-01880-1 |
2020年6月24日 |
Bulletin of Engineering Geology and the Environment |
長沙理工大學 |
曾鈴，姚小飛，張軍輝，高乾豐，陳鏡丞，桂羽彤 |
其他有效的知識產權 |
論文 |
降雨入滲條件下軟巖邊坡穩定性分析 |
中國 |
1000－7598(2012)08－2359－07 |
2012年08月01日 |
巖土力學 |
長沙理工大學 |
付宏淵,曾鈴,王桂堯,蔣中明,楊晴霞 |
其他有效的知識產權 |
論文 |
降雨條件下邊坡暫態飽和區形成條件與演化特征數值分析 |
中國 |
0559-9350（2020）12-1525-11 |
2020年12月01日 |
水利學報 |
長沙理工大學 |
邱祥,蔣煌斌,歐健,付宏淵,馬吉倩 |
其他有效的知識產權 |
轉化方式：
合作開發
市場分析：
研究成果先后在6省區12條高速公路建設中得到應用推廣，產生直接經濟效益9355萬元，減少削坡占地1524畝，提高了坡面綠化率，減少了水土流失，保護了環境，縮短了工期，保證了建設運營安全。研究成果有力支撐了重點工程建設，社會、經濟與環保效益顯著。
研究成果可推廣到我國雨水資源豐富的南方地區即將實施的近2萬公里高速公路建設中，以及“一帶一路”沿線氣候相似國家和地區，應用前景廣闊。所提出的理論、技術成果，將助力我國“交通強國”建設，并為“一帶一路” 和“走出去”兩大戰略的技術輸出提供支撐。對于促進工程建設與環境協調可持續發展，保障交通暢通與人民群眾生命財產安全，意義重大，影響深遠！
團隊情況：
團隊成員 |
付宏淵；曾鈴；張永杰；邱祥；史振寧；高乾豐；馬吉倩；朱堅和；蔣中明；何忠明；馮樹榮；唐金；楊欣；羅震宇；唐棟 |
項目聯系人 |
邱祥 |
電子郵箱 |
[email protected] |
