聚焦高坝安全难题 解析心墙黏土断裂机理——学院举办压实黏土断裂机制专题学术讲座

    为进一步拓宽师生学术视野，深化土体断裂力学、尺寸效应及智能预测领域的理论认知，推动水利工程、岩土力学与人工智能等多学科交叉融合发展，6月9日，学院在博文楼312开展“土石坝心墙黏土断裂机制及其尺寸效应研究”专题学术讲座。本次讲座由学院吕川博士主讲，相关专业师生到场聆听学习。

土石坝是水利工程中应用极为广泛的坝型，随着我国高土石坝建设不断向300m级超高坝迈进，心墙压实黏土开裂、水力劈裂等病害已成为威胁大坝长期安全运行的关键隐患。讲座开篇结合糯扎渡、两河口、瀑布沟等典型高心墙堆石坝工程实例，梳理了当前压实黏土断裂研究的工程背景与现实意义。主讲人指出，现有土体断裂试验缺乏统一标准，断裂参数存在显著尺寸效应，且针对心墙土体复杂拉剪受力状态的断裂机理、判定准则研究仍存在不足，亟需开展系统性试验、理论与数值研究。

讲座围绕压实黏土I型断裂机制、I型断裂尺寸效应、拉剪断裂尺寸效应、断裂准则及工程应用四大核心内容逐层展开。在试验方法层面，主讲人介绍了单边切槽深梁（NDB）这一新型试样形式，对比验证了其相较于传统 SENB、CT试样在压实黏土断裂测试中的适用性与优越性；结合含水率、干密度、试样几何参数等影响因素，依托数字图像相关法（DIC），系统分析了压实黏土宏观断裂韧度、断裂能与细观断裂过程区（FPZ）、裂纹张开位移等参数的演化规律。

针对土体断裂普遍存在的尺寸效应问题，主讲人结合多组不同规格试样试验结果，剖析了试样尺寸对峰值荷载、断裂韧度、断裂过程区形态的影响规律，基于修正断裂模型建立了断裂参数尺寸效应预测方法。同时，依托 CNDB 试样开展拉剪复合型断裂试验，结合离散元（PFC）数值模拟、声发射监测技术，揭示了不同裂纹倾角、不同试样尺寸下压实黏土的宏细观断裂破坏特征。

讲座还引入机器学习算法开展断裂荷载智能预测研究，构建包含材料参数、结构参数、加载参数在内的多输入预测模型，对比分析了多层感知机、随机森林、XGBoost、长短期记忆网络等多种算法的预测性能，并借助 SHAP 方法解析各输入变量的影响权重。在此基础上，主讲人对经典断裂准则、考虑 T 应力的断裂准则进行适用性验证，提出修正 GMTS 断裂准则，并将其二次开发应用于裂纹扩展模拟，结合土石坝水力劈裂工况完成工程应用分析。

讲座最后，主讲人全面总结了本次研究的主要成果，并结合现有研究局限指明后续方向：现阶段试验试样尺寸与实际工程尺度仍存在差距，后续可开展现场原型试验；同时可深入探究渗流-应力耦合等复杂工况下土体断裂机理，完善裂缝扩展监测与水力劈裂防控技术体系。

整场讲座内容详实、逻辑清晰，理论研究与工程实际紧密结合，完整呈现了从试验探究、理论建模、数值仿真到智能预测、工程应用的全链条研究思路。此次活动不仅梳理了压实黏土断裂力学领域的研究进展，也为在场师生开展相关方向科研工作提供了清晰的方法参考与创新思路。

下一步，学院将持续深耕学科交叉领域，常态化举办前沿学术交流活动，营造浓厚科研氛围，助力师生提升科研创新能力，为水利、岩土工程领域的技术创新与人才培养夯实基础。

撰稿：吕  川

初审：冉  燕

复审：彭洪斌

终审：李玉印