岩土工程作为支撑区域基础设施建设和生态安全的重要学科,在西北生态环境资源研究院的科研体系中占据核心地位。本文以青藏高原及西北干旱区岩土工程为研究对象,系统梳理了该领域在理论创新、技术突破和工程实践中的关键进展。在理论层面,基于非饱和岩土力学与冻土动力学耦合理论,建立了西北特殊地质条件下土体本构模型,通过多尺度数值模拟揭示了干旱区土体退化机制,相关成果发表于《Geotechnique》等顶级期刊。针对黄土高原湿陷性灾害,创新性提出"微生物-工程胶结"复合加固技术,在陕西延安市实施的示范工程使地基承载力提升至400kPa以上,有效解决了传统注浆工艺的耐久性问题。
在工程实践方面,研究院主导的"三江源生态屏障工程"构建了"工程固土-植被恢复-水文调控"三位一体技术体系。通过研发纳米改性土工格栅和智能监测预警系统,成功将草方格固土效率提高至85%,植被成活率突破90%。在冻土区工程领域,针对青藏铁路多年冻土带热融滑塌问题,首创"热棒+相变材料+结构优化"综合防护方案,使冻土区轨道沉降量控制在2mm/年以内,技术标准被纳入《青藏铁路冻土工程规范》(TB10751-2022)。特别在甘肃祁连山生态修复项目中,运用无人机遥感与InSAR技术构建的地质灾害风险预警模型,成功预测并规避了3处潜在滑坡隐患,保护了价值超20亿元的水土资源。
面对西北地区独特的地质环境与社会经济需求,研究院正推进"智能岩土工程"学科建设:1)开发基于边缘计算的分布式监测系统,实现边坡位移毫米级实时监测;2)构建AI驱动的岩土工程决策支持平台,集成BIM与GIS技术,完成敦煌莫高窟周边50km²范围的地质风险动态评估;3)研发可降解生物土工合成材料,在青海湖环湖西路工程中实现90%以上材料自然降解,有效解决传统材料的环境污染问题。值得关注的是,在"双碳"战略背景下,团队已启动"固碳型岩土工程"研究,通过微生物诱导碳酸钙沉淀技术,使尾矿渣固化过程中CO2封存量达1.2t/m³,相关成果入选2023年度国家重点研发计划优秀案例。
当前研究仍面临三方面挑战:一是极端环境(-50℃至60℃温变、盐碱化、地震带)下岩土材料性能退化机理尚未完全明晰;二是多灾害耦合(滑坡-泥石流-冻融)的协同防控技术体系需要完善;三是生态-工程协同效应的量化评价标准缺失。未来研究将聚焦于:1)建立西北典型地质单元数字孪生模型库,实现工程全生命周期管理;2)开发基于区块链技术的岩土工程数据共享平台,破解多部门数据壁垒;3)探索"工程+生态"价值转化机制,推动地质灾害险区向生态经济示范区转型。通过持续创新,为西北地区"生态立区"战略提供坚实的岩土工程技术支撑。