2021年9月18-19日，第六届GEOCHINA国际学术会议在江西南昌（线上）举行，会议主题为 Civil & Transportation Infrastructures: From Engineering to Smart & Green Life Cycle Solutions。研究所刘勇教授和博士生王满玉等人的会议论文 Large-Scale 3D Random Finite Element Analysis of Embankment Seepage Stability (堤坝渗透稳定性大型三维随机有限元分析)荣获最佳论文奖。此外，刘勇教授应邀在本次大会作了主旨报告。

论文内容简介：

土质堤坝在蓄水、防洪等方面发挥至关重要的作用。在遇到连续强降雨等极端天气时，蓄水水位上升较快，对坝体整体稳定性造成一定的威胁。相比于土体的力学参数，渗透系数在空间上具有更显著的非均匀性。根据《水利水电工程地质勘查规范》，对于同一类型土体，其渗透系数的上下界可跨越2-3个数量级。渗透系数的非均匀性会对水体渗流路径产生较大影响，对于坝体工程而言，容易诱发局部渗透破坏（图1）。

图1.典型堤坝失稳事件

本文建立三维堤坝有限元模型（图2），采用随机场表征土体渗透系数的空间变异性，并对堤坝的渗透稳定问题进行水力耦合分析，研究结果表明：1、渗透系数的空间变异性显著影响水流的渗透模式（图3），水体更容易朝渗透系数相对较大的区域流动，导致局部区域水流流速较大，易诱发非均质坝体发生局部渗透破坏；2、基于三维随机渗流模型进行分析，可有效克服传统二维模型将渗透系数在堤坝轴向上视为常数的假设缺陷，可较真实地反演水流在空间非均质土体中的流动形态，为厘清坝体渗透破坏机理提供强有力的分析工具；3、有必要合理考虑渗透系数的空间相关性，相关性的强弱将导致渗流量发生不同程度的变化（图4），可能增加坝体发生渗透失稳的工程风险。论文所采用的数值方法及相关结论可为堤坝服役期的风险防控提供理论基础和技术支撑。

图2.本文建立分析的三维堤坝模型：（a）几何尺寸及水位情况；（b）有限元网格划分及水力耦合边界条件

图3.水流在非均质坝体中的渗流情况（浅灰色代表渗透系数相对较大的区域）

图4.考虑不同渗透系数相关性的归一化渗流量蒙特卡洛计算结果