简要信息

    【获奖类型】理论一等奖
    【任务来源】国家科学技术学术著作出版基金
    【完成单位】岩土所
    【主要完成人】陈祖煜、汪小刚、杨健、贾志欣、王玉杰

    立项背景

    该书作者长期从事边坡方面的研究工作，在过去的十几年中，以该书作者为主体的水科院岩石力学与工程研究室执行了多项国家和部一级重点科攻关项目、自然基金项目，不但在边坡理论方面取得了达到国际领先或先进水平的学术成果，还解决了包括三峡、小浪底等一大批实际工程建设中高边坡稳定的关键技术问题，多次获得国家级和部级奖励，并开发、推广了系统的边坡稳定分析程序系列W－SLOPE和水利水电边坡工程和抗剪强度数据库，在科研成果推广方面做出了具大贡献。

    编写专著是系统、全面总结整理已往科技攻关类研究成果的一项非常重要的手段，该成果中关于边坡稳定分析方面的两本专著正是基于这一考虑编写和出版的。

    研究内容

    《土质边坡稳定分析－原理、方法、程序》主要内容包括：边坡稳定分析的通用条分法及其各种简化方法、应用最优化方法搜索圆弧和任意形状滑面最小安全系数的原理和方法、确定土的抗剪强度和土体孔隙水压力方面的有关问题、有效应力法和总应力法的原理、边坡各种加固措施的设计计算方法和边坡稳定风险分析的原理和方法，同时简要介绍了作者近期开发的三维边坡稳定分析方法的原理和应用实例。另外，该书还详细介绍了项目组开发的土质边坡稳定分析程序STAB，并记载了使用STAB程序完成的13个工程实例的分析计算成果，书中附有主要的源程序，可供读者参考。

    《岩质边坡稳定分析－原理、方法、程序》主要内容包括：边坡工程地质、失稳模式判断、岩体抗剪强度、边坡稳定极限分析原理、平面滑动二、三维极限分析方法、楔体和倾倒稳定分析方法等。该书详细介绍了课题组开发的基于WINDOWS界面的边坡失稳式判断程序YCW2005、平面和楔体稳定分析程序EMU2005和WEDGE2005以及相应的使用手册。另外还分别介绍了课题组在“八五”科技攻关期间开发的“水利水电边坡工程”和“水利水电边坡抗剪强度数据”两个大型数据库。

    创新点

    项目的主要创新点包括：

    （1）建立在塑性力学上、下限定理基础上的滑坡分析基本理论。应用这一理论对著名的“潘家铮最大最小原理”做出了严格的理论证明。对潘家铮最早探索的楔体稳定分析领域，提出了广义解，并使用严格的数学方法证明了潘氏推测的安全系数极大值的存在。
    （2）在二维边坡稳定极限分析法方面，由陈祖煜和Donald教授提出的上限解，获得了和20年代Prandtl和50年代索科洛夫斯基提出的闭合解完全一致的结果（误差小于1%），从而在边坡稳定分析领域形成了一个建立在塑性力学上限定理基础上的计算步骤简便实用的方法。
    （3）为传统的地基承载力领域提供了一个严格、方便的分析上限解法。地基承载力计算是建立在滑移线理论上的，但对计入土体自重、荷载偏心、倾斜、土质分层等复杂情况，不能获得闭合解，需大量引入经验修正系数。上限解法采用数值分析方法解决了这一问题。
    （4）在建立上限解这一理论体系时，弥补了在国内外获得广泛应用的Sarma法的理论缺陷，该法忽略了条间作用力方向两种可能性的问题。在一些特定条件下，将导致违背Drucker准则的错误计算结果。
    （5）将二维极限平衡分析方法推广到三维领域，克服了传统方法中引入众多假定、并且包含繁复的三维矢量运算的缺点。有关研究成果以28页的篇幅分两部分发表于“International Journal of Rock Mechanics and Mining Science”。
    （6）在三维边坡稳定分析的理论和实际应用方面取得了突破性的进展，并为拱坝坝肩抗滑稳定、隧道进口边坡等一系列特殊领域分析找到了一条合理的途径。成果已应用于小湾、锦屏等300m高拱坝工程中。
    （7）边坡稳定分析Morgenstern-Price法的改进、搜索临界滑裂面的最优化方法以及三维极限平衡方法有关研究成果均在国外最高水平岩土工程期刊上发表。

    应用前景及社会经济效益

    （1）该书介绍的工程实例全部是过去的十几年中解决工程中的关键技术问题、得到应用的科研成果和实践经验。
    （2）在介绍理论和方法的同时，向读者提供了实现解题途径的稳定分析程序，其中一部分为解释基础理论的核心源程序，另一部分为可以进行实际操作的免费程序（通过水科院网站提供）。边坡稳定分析程序系列W－SLOPE已在国内大中型水电设计院得到了广泛的应用，其中的主要程序STAB通过了水规院组织的审查鉴定，作为土石坝设计的专用程序之一获得了推广应用，另一主要程序EMU也已通过水规院组织的测试，并已列入《水利水电边坡设计规范》推荐程序之一。
    （3）岩石边坡工程岩体是一个非常不均匀的地质体，解决边坡工程问题，在很大程度上取决于经验的积累。该书详细介绍的两个大型数据库软件，为“八五”国家科技攻关期间水电工程界的技术人员花费了巨大的时间和精力填写、编录了水利水电边坡工程的登录数据库（共117个工程边坡1620页）和水利水电工程抗剪强度试验数据库（共103个工程1600组）。现已通过水科院网站向读者提供，为广大岩土工程界的工程技术人员进行工程类比和借鉴提供了一个非常有意义的平台。
    （4）同时，该套著作发表的研究成果，针对目前岩土工程界边坡领域所关注的热点问题，如“潘家铮最大最小原理”、“三维边坡稳定分析”等，还会对学科的发展起到重要的推动作用，具有广泛的社会意义。

专著




开发的程序系列已纳入边坡设计规范