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科技成果所属领域（或研究方向）: 公路工程建筑

科技成果名称: 南方地区软岩边坡灾变防控关键技术及应用

成果简介：

软岩水理性强、易崩解、强度低、变形大，组分复杂且环境敏感性强，在我国南方地区广泛分布。高速公路、铁路穿越切割软岩地质体极易形成大量高陡软岩边坡。软岩边坡坡面岩体前期较稳定极易被忽视，但在湿热环境影响下呈现出量大面广、屡治屡滑、由表及里的渐进失稳灾变特点，导致南方地区软岩边坡灾变控制难度和复杂性前所未有。据《全国地质灾害防治规划》统计，近十年降雨引起的软岩边坡灾害达12000余次，造成直接经济损失达175亿元。现行规范中边坡稳定性分析方法未考虑暂态饱和区的不利影响，难以准确分析软岩边坡稳定性，崩解性软岩边坡尚缺乏经济有效的防控技术。项目组从理论分析、软岩分类、参数获取、材料研发、精确处治等多方面开展了软岩材料特性及边坡防控技术方面的系统研究和工程实践，创新了南方地区软岩边坡灾变防控技术体系，应用于多项国家重点高速公路工程，主要创新成果如下：

（1）创建了暂态饱和软岩边坡稳定性分析理论。针对降雨条件下软岩边坡暂态水压力与稳定性难以准确计算的理论难题，提出了软岩土水特征新模型，建立了暂态水压力解析计算方法，得到了降雨条件下边坡暂态饱和区形成机制与演化规律；建立了可同时考虑暂态水压力、软岩损伤与饱和-非饱和效应等因素影响的边坡稳定性分析方法，开发了相应的计算程序，实现了南方地区软岩边坡稳定性系数与浅层潜在滑动带的精准计算，揭示了降雨条件下软岩边坡失稳机理，开辟了软岩边坡防控设计理论体系。

（2）提出了崩解性软岩分类方法与强度参数获取新技术。针对湿热环境下崩解性软岩无法通过直接测试其强度进行分类的技术难题，开发了软岩裂隙扩展的定量分析技术，揭示了湿热环境作用下软岩裂隙演化规律与开裂机理，建立了基于崩解指标的软岩分类新方法；分析了裂隙软岩渗流特性与力学性能的变化规律，提出了基于CT损伤与饱和-非饱和效应的软岩强度参数获取新技术，为研究湿热环境下软岩边坡失稳机理与灾变控制技术提供了技术支撑。

（3）创新了南方地区软岩边坡逐层递进式稳定控制技术。针对湿热环境下软岩边坡临空面极易出现快速开裂、软化崩解等工程问题，研发了多种软岩边坡生态防护固化材料，发明了主动吸水式排水管，优化了软岩边坡内部排水系统；提出了表层阻隔、中层封堵、底层加固与深浅层排水系统、自修复短锚杆相结合的“3+2”逐层递进式综合处治结构与成套施工技术，有效解决了软岩边坡渐进失稳、屡治屡滑的工程难题，保障了南方地区软岩边坡的长期稳定。

整体技术在湖南益娄、广东广佛肇、广西河百等7条高速公路中得到了全面应用，在浙江、四川、福建等省区的多条高速公路中得到了推广。近三年部分应用单位共完成新技术销售额1.85亿元，新增销售额9843.93万元。成果获发明专利16项，软件著作权2项，发表学术论文78篇（SCI、EI检索41篇），出版学术专著3部；培养博士10名，硕士54名。崩解性软岩分类成果已纳入相关行业标准，显著推动了行业进步，促进了社会经济发展。

成果展示：


a 植生混凝土	b 疏水层防水效果	c 固化裂隙岩体
图1 软岩边坡防护新材料


图2 软岩边坡逐层递进式处治结构	图3 软岩边坡逐层递进式处治结构处治效果

图4 获奖证书

技术指标：

内容	技术优势
边坡渗流分析理论	创建了软岩边坡暂态饱和渗流分析理论，首次揭示了边坡暂态饱和区形成机制与演化规律
边坡水压力计算方法	建立了非线性暂态水压力解析计算方法，考虑暂态水压力影响时，边坡稳定性计算精度提高10%
边坡稳定性分析方法	提出了可考虑暂态水压力、软岩损伤与饱和-非饱和效应等因素影响的边坡稳定性分析方法，实现了软岩边坡稳定性系数与浅层潜在滑动带的精准计算
软岩裂隙演化规律	自主研制了软岩环境控制试验装置，实现了软岩内部含水率与温度的定量控制，同时考虑了湿度和温度对软岩裂隙演化规律的影响
软岩分类方法	提出了采用分形维数作为崩解指标的软岩分类体系
软岩强参数获取技术	同时考虑了损伤与饱和-非饱和效应对软岩强度参数的影响
软岩边坡防护材料	利用废弃材料制备绿色环保的边坡防护材料，使裂隙软岩强度提高30%以上，边坡防渗效果提高50%以上，植被覆盖率提高20%以上
软岩边坡综合防排水系统	新型主动吸水式排水管及深层+浅层双重排水结构，可快速消除暂态水压力，排水效果可提高30%以上
软岩边坡失稳处治技术	本成果所提出的综合处治技术从材料和结构两个方面提升了防护效果，建设成本降低20%，施工效率提升35%，边坡稳定性提升20%以上，预期服役寿命提升25%以上

技术成熟度：

产业化阶段

知识产权：

知识产权（标准）类别	知识产权（标准）具体名称	国家（地区）	授权号（标准编号）	授权（标准发布）日期	证书编号（标准批准发布部门）	权利人（标准起草单位）	发明人（标准起草人）	发明专利（标准）有效状态
发明专利	一种高坡锚固用锚孔施工方法	中国	ZL201810258045.7	2020年05月08日	3789726	欧博官网	付宏渊;毛聪;尹来容;张明军;曾铃;胡宏伟	有效专利
发明专利	软岩边坡防渗加固的支护结构及其加固方法	中国	ZL201910086284.3	2020年07月31日	3913408	欧博官网	曾铃;袁玉荣;刘杰;付宏渊;肖柳意	有效专利
发明专利	超疏水泥岩改性剂及其制备方法和泥岩改良方法	中国	ZL201910086348.X	2020年11月13日	4095553	欧博官网	曾铃;查焕奕;刘杰;付宏渊;陈彩营	有效专利
发明专利	一种高速公路路堑边坡变形监测及预警系统	中国	ZL201510389260.7	2019年12月20日	3638071	欧博官网	付宏渊;史振宁;胡庆国	有效专利
发明专利	基于土工格室及纤维粘土混合料的边坡防护方法及结构	中国	ZL201510287309.8	2017年03月08日	2408494	欧博官网，广西交通科学研究院	张红日;王桂尧;张永杰;王淑英;沙琳川;兰素恋	有效专利
发明专利	一种土体裂隙渗流下湿陷特征试验装置	中国	ZL201610455420.8	2018年03月06日	2835611	欧博官网	曾铃;刘登生;何忠明	有效专利
发明专利	一种红层岩质边坡柔性综合支护结构及其施工方法	中国	ZL201811250780.X	2020年12月15日	4152132	欧博官网	张锐;兰天;郑健龙;陈昌富;曾铃;付宏渊;刘晓明;张军辉	有效专利
论文	Ponded infiltration and spatialtemporal prediction of the water content of silty mudstone	欧洲	10.1007/s10064-020-01880-1	2020年6月24日	Bulletin of Engineering Geology and the Environment	欧博官网	曾铃，姚小飞，张军辉，高乾丰，陈镜丞，桂羽彤	其他有效的知识产权
论文	降雨入渗条件下软岩边坡稳定性分析	中国	1000－7598(2012)08－2359－07	2012年08月01日	岩土力学	欧博官网	付宏渊,曾铃,王桂尧,蒋中明,杨晴霞	其他有效的知识产权
论文	降雨条件下边坡暂态饱和区形成条件与演化特征数值分析	中国	0559-9350（2020）12-1525-11	2020年12月01日	水利学报	欧博官网	邱祥,蒋煌斌,欧健,付宏渊,马吉倩	其他有效的知识产权

转化方式：

合作开发

市场分析：

研究成果先后在6省区12条高速公路建设中得到应用推广，产生直接经济效益9355万元，减少削坡占地1524亩，提高了坡面绿化率，减少了水土流失，保护了环境，缩短了工期，保证了建设运营安全。研究成果有力支撑了重点工程建设，社会、经济与环保效益显著。

研究成果可推广到我国雨水资源丰富的南方地区即将实施的近2万公里高速公路建设中，以及“一带一路”沿线气候相似国家和地区，应用前景广阔。所提出的理论、技术成果，将助力我国“交通强国”建设，并为“一带一路” 和“走出去”两大战略的技术输出提供支撑。对于促进工程建设与环境协调可持续发展，保障交通畅通与人民群众生命财产安全，意义重大，影响深远！

团队情况：

团队成员	付宏渊；曾铃；张永杰；邱祥；史振宁；高乾丰；马吉倩；朱坚和；蒋中明；何忠明；冯树荣；唐金；杨欣；罗震宇；唐栋
项目联系人	邱祥
电子邮箱	qiuxiang@csust.edu.cn