項目名稱：涉水邊坡工程穩定性整體分析理論與方法

提名單位：中國科學院武漢分院

提名意見：

該項目完成人歷經多年努力，對涉水邊坡工程的穩定性展開研究，取得了一系列在國際上有著重要影響的創新成果：(1)基于Signorini型互補邊界條件，構建了涉水邊坡無壓滲流的變分不等式格式，提出了基于MLS-NMM的無壓滲流混合解法；(2)基于邊坡臨界狀態的等效塑性應變場，提出了邊坡臨界滑面定位的EPS方法；構建了邊坡三維臨界滑面的Cauchy問題及其特征線解法；(3)提出了邊坡穩定性分析的整體方法，證明了邊坡穩定性分析可歸結為一個代數特征值問題，從而徹底解決了邊坡穩定性分析的條分發所引起的不收斂問題。上述成果在涉水邊坡工程領域屬于創新性的探索，為涉水邊坡穩定性分析和加固策略的制定提供了理論支撐，已達到國際領先水平。其成果具有基礎性和原創性，得到國內外專家學者的廣泛認同和高度評價。

提名該項目為湖北省自然科學一等獎。

項目簡介：

本項目屬于巖土工程、水工結構工程和防災減災工程的交叉學科。滑坡災害防治是我國地質災害治理工作的重中之重。如何實現涉水邊（滑）坡穩定性分析理論與方法是制約滑坡防治技術發展的重要瓶頸。本項目以國家杰出青年科學基金等項目為依托，圍繞涉水邊坡工程穩定性分析理論與方法開展研究，取得了系列創新成果。主要科學發現如下：

（一）基于Signorini型互補邊界條件，構建了涉水邊坡無壓滲流的變分不等式格式，提出了基于MLS-NMM的無壓滲流混合解法，克服了有限元求解的網格依賴性，避免了傳統的外推和插值，為邊坡滲流場的數值求解提供新的思路和理論基礎。

（二）基于邊坡臨界狀態的等效塑性應變場，提出了邊坡臨界滑面定位的EPS方法，克服了有限元在確定臨界滑面時的網格依賴性，提高了臨界滑面的準確性和客觀性；構建了邊坡三維臨界滑面的Cauchy問題及其特征線解法，在不指定滑面幾何形式和滑動模式的前提下求得臨界滑面，使得三維臨界滑面的定位有了嚴格的數學力學基礎。

（三）提出了邊坡穩定性分析的整體方法，并基于此實現了嚴格三維極限平衡方法。證明了邊坡穩定性分析可歸結為一個代數特征值問題，從而徹底解決了邊坡穩定性分析的條分法所引起的不收斂問題，為涉水邊坡穩定性分析和加固策略的制定提供了理論支撐。

發表SCI論文近100篇，8篇代表性論文被SCI他引142次，其中1篇論文入選ESI高被引論文，1篇論文獲得ComputersandGeotechnics最佳論文獎【OutstandingPaperAward】。授權發明專利3項，美國發明專利1項，軟件著作權9項。項目組孫冠華榮獲中科院院長獎，入選中科院青年創新促進會會員。鄭宏獲國家杰出青年科學基金、國際計算巖土力學學會【IACMAG】杰出貢獻獎【ExcellentContributionsAward】、首屆楚天學者成就獎，入選“新世紀百千萬人才工程”國家級人選。以項目成果為核心內容的孫冠華博士論文入選中國科學院優秀博士學位論文。

研究成果已被用于三峽庫區地質災害防治、漢江堤防構筑，以及三峽、官地、銀盤和向家壩等重力壩的深層和側向穩定性分析。

客觀評價：

1.對涉水邊坡滲流場的評價

澳大利亞莫納什大學AlnashriY教授【附件9】，西澳大學MaGW教授【附件10】，將該成果列為邊坡無壓滲流邊界確定的代表性方法。

2.對邊坡三維臨界滑面的評價

ComputersandGeotechnics主編S.W.Sloan教授在審稿時建議將該方法稱為EPS方法，并推薦作為2009年首期首篇論文發表【代表論著3，附件3】，他引47次【附件17】，獲得Elsevier出版集團2015年度最佳論文獎【OutstandingPaperAward】（每年僅5篇，附件21）。

中國工程院葛修潤院士【巖土工程學報,2009,31(4):577-583】將該成果列為復雜邊坡臨界滑面確定的代表性方法。中國地質大學唐輝明教授【InternationalJournalofGeomechancs,2016,16(5)】將該成果列為三維滑面確定方法的最新進展。

3.對邊坡三維安全系數的評價

清華大學張炳印教授【土木工程學報，2016,49(8):1-15】對邊坡工程發展綜述時將該成果列為三維分析的代表性方法。西班牙馬德里康普頓斯大學BruG教授【附件12】、香港理工大學ChengYM教授【附件14】等將該成果列為三維邊坡穩定性分析的代表性方法。

4.項目成果情況

發表SCI論文近100篇，8篇代表性論文被SCI他引142次【附件17】，其中1篇論文入選ESI高被引論文【附件18】，1篇論文獲得ComputersandGeotechnics最佳論文獎【OutstandingPaperAward】【附件20】。

授權發明專利3項【附件27-29】，美國發明專利1項【附件26】，軟件著作權9項【附件30-38】。

5.完成人獲得的榮譽與人才稱號

項目組鄭宏獲國家杰出青年科學基金【附件40】、國際計算巖土力學學會【IACMAG】杰出貢獻獎【ExcellentContributionsAward】【附件23】、首屆楚天學者成就獎【附件24】，入選“新世紀百千萬人才工程”國家級人選【附件25】。孫冠華榮獲中國科學院院長優秀獎【附件21】，入選中國科學院青年創新促進會會員【附件39】。以項目成果為核心內容的孫冠華博士論文入選中國科學院優秀博士學位論文【附件22】。

主要完成人情況：

姓名

孫冠華

性別

男

排名

1

國籍

中國

工作單位

中國科學院武漢巖土力學研究所

行政職務

無

二級單位

巖土力學與工程國家重點實驗室

技術職稱

研究員

完成單位

中國科學院武漢巖土力學研究所

所在地

武漢

單位性質

非轉制研究院所

參加本項目的起止時間

2006-01-01至2015-05-10

對本項目主要學術貢獻：

發現點2.1、2.2和3.3的主要完成人，代表性論文[7]和[8]的第一作者，代表性論文[3]的第二作者，該發現點為博士學位論文的核心部分，研究工作投入的工作量占本人工作量的90%，對本項目的主要學術貢獻包括：

提出了邊坡臨界滑面的EPS方法；

提出了邊坡三維臨界滑面的Cauchy問題及其特征線解法；

提出了考慮加固措施的嚴格三維整體分析方法。

姓名

鄭宏

性別

男

排名

2

國籍

中國

工作單位

中國科學院武漢巖土力學研究所

行政職務

巖土力學與工程國家重點實驗室副主任

二級單位

巖土力學與工程國家重點實驗室

技術職稱

研究員

完成單位

中國科學院武漢巖土力學研究所

所在地

武漢

單位性質

非轉制研究院所

參加本項目的起止時間

2006-01-01至2015-05-10

對本項目主要學術貢獻：

發現點1.1、3.1和3.2的主要完成人，代表性論文[1-6]的第一作者，8篇代表性論文的通訊作者，研究工作投入的工作量占本人工作量的80%，對本項目的主要學術貢獻包括：

構建了邊坡和堤防無壓滲流的變分不等式提法；

提出了嚴格三維極限平衡方法；

提出了三維邊坡穩定性分析的廣義特征值問題。

姓名

劉豐

性別

男

排名

3

國籍

中國

工作單位

中國科學院武漢巖土力學研究所

行政職務

二級單位

巖土力學與工程國家重點實驗室

技術職稱

完成單位

中國科學院武漢巖土力學研究所

所在地

武漢

單位性質

非轉制研究院所

參加本項目的起止時間

2010-01-01至2015-05-10

對本項目主要學術貢獻：

發現點1.2的主要完成人，代表性論文[2]的第二作者，該發現點為博士學位論文的核心部分，研究工作投入的工作量占本人工作量的90%，對本項目的主要學術貢獻包括：

提出了基于MLS-NMM的無壓滲流混合解法。

代表性論文專著目錄：

序號

論文名稱/刊名/作者

影響因子

年、卷、頁碼

發表時間年月日

通訊作者/第一作者

SCI他引次數

他引總次數

知識產權是否歸國內所有

1

Avariationalinequalityformulationforunconfinedseepageproblemsinporousmedia.AppliedMathematicalModelling.ZhengHong;DaiHuichao;LiuDefu.

2.350

2009;33(1):437-450

2009.01.01

鄭宏/鄭宏

10

14

是

2

Primalmixedsolutiontounconfinedseepageflowinporousmediawithnumericalmanifoldmethod.AppliedMathematicalModelling.HongZheng,FengLiu,ChunguangLi.

2.350

2015;39(2):794-808

2015.01.15

鄭宏/鄭宏

36

41

是

3

Apracticalprocedureforsearchingcriticalslipsurfacesofslopesbasedonthestrengthreductiontechnique.ComputersandGeotechnics.ZhengHong;SunGuanhua;LiuDefu.

2.358

2009;36(1-2):1-5

2009.01.01

鄭宏/鄭宏

34

47

是

4

Athree-dimensionalrigorousmethodforstabilityanalysisoflandslides.EngineeringGeology.ZhengHong.

2.569

2012;145:30-40

2012.09.07

鄭宏/鄭宏

27

35

是

5

ImprovedBell'smethodforthestabilityanalysisofslopes.InternationalJournalforNumericalandAnalyticalMethodsinGeomechanics.Zheng,Hong;Tham,LeslieGeorge

2.342

2009;33(14):1673-1689

2009.10.10

鄭宏/鄭宏

13

24

是

6

EigenvalueProblemfromtheStabilityAnalysisofSlopes.JournalofGeotechnicalandGeoenvironmentalEngineering.Zheng,Hong

2.464

2009;135(5):647-656

2009.05.01

鄭宏/鄭宏

11

15

是

7

StabilityanalysisofstaticallyindeterminateblocksinkeyblocktheoryandapplicationtorockslopeinJinping-IHydropowerStation.EngineeringGeology.GuanhuaSun,HongZheng,YaoyingHuang

2.569

2015;186:57-67

2015.02.24

鄭宏/孫冠華

19

10

是

8

Athree-dimensionalprocedureforevaluatingthestabilityofgravitydamsagainstdeepslideinthefoundation.InternationalJournalofRockMechanicsandMiningSciences.14. Guan-HuaSun,HongZheng,De-FuLiu

2.268

2011;48(3):421-426

2011.04.01

鄭宏/孫冠華

2

7

是

完成人合作關系說明

一、項目第一完成人孫冠華與第二完成人鄭宏均為中國科學院武漢巖土力學研究所巖土力學與工程國家重點實驗室研究員，同屬于計算巖石力學學科方向組，孫冠華曾是鄭宏的博士生，已經合作多年，共同發表學術論文數十篇，如代表性論文[3]、[7]和[8]。

二、項目第二完成人鄭宏研究員與第三完成人劉豐博士：劉豐曾是鄭宏的博士生，共同發表代表性論文[2]。

完成人合作關系情況匯總表

序號

合作方式

合作者/

項目排名

合作時間

合作成果

證明材料

備注

1

論文合著

鄭宏1；劉豐2

2010.09.01-

2015.05.10

Primalmixedsolutiontounconfinedseepageflowinporousmediawithnumericalmanifoldmethod

附件2

2

論文合著

鄭宏1；孫冠華2

2007.01.01-

2015.05.10

Apracticalprocedureforsearchingcriticalslipsurfacesofslopesbasedonthestrengthreductiontechnique.

附件3

3

論文合著

孫冠華1；鄭宏2

2007.01.01-

2015.05.10

Sta