科学院院士彭建兵:黄土高原灾害的“追凶”人

发布时间:2019-12-18作者:胜游日报来源:胜游日报字体: 设置

“初知黄土高原是20世纪60年代读柳青的《创业史》,我第一次得知我们泱泱大国还有一片黄色的土地,后来慢慢知悉这里孕育了灿烂的华夏文明,有十三朝古都西安、有红色圣地延安……渐渐对这块土地有了向往和憧憬。”彭建兵回忆着。于是,大学毕业后,他就从江城武汉来到了古城西安,一待就是40年,和这片黄土地结下了不解之缘。


科学研究的美就在于从一大堆令人迷惑的细枝末节中概括出优雅的基本规律


在黄土高原上跑了几十年,和地质灾害打交道的彭建兵有着浪漫的情怀。他在介绍关于地质灾害研究的系列专著中,把做地质研究的人形容为游山玩水的“游客”、找出引起地质灾害“凶手”的“侦探”、预防控制灾害的“医生”。


彭建兵在《汾渭盆地地裂缝灾害》出版时,这样介绍说:“地质研究看似是一种游山玩水的职业,你永远不知道明天会发现什么,它的好处是会不断有新的发现。在多年的地裂缝研究之旅中,深深打动我的是与地裂缝相关的各种地质现象常表现出一种朴素的品质,当你深入细节时,它又是那么复杂而令人迷惑,有着使人难以抵挡、总想更深入地去探究的诱惑。”


1988年,彭建兵协助我国工程地质学奠基人之一的刘国昌教授做“西安市环境地质研究”和“渭河盆地活动断层及其对工程建筑的影响研究”两个项目,开始了长达30多年的黄土高原灾害研究。


自那以后一直到2001年,彭建兵一直关注、研究着西安和渭河盆地的地裂缝,一直盼望着有机会对汾渭地裂缝开展系统的科学研究。“2002年,我开始以汾渭盆地地裂缝为题,申请国家基金委的重点基金项目。那时候的重点项目领域既无工程地质也无地质灾害,我只好到大陆动力学领域去申请。可想而知,要得到大陆动力学领域的专家学者们的认可,其难度何其大也。”


彭建兵说,那几年,根据专家的反馈意见,他反复修改申报书,直到2005年,终于得到了专家们的认可,他申报的“汾渭盆地地裂缝成因与大陆动力学”重点基金项目历经4年终于获得了批准。


获得经费支持的彭建兵和他的团队得以甩开膀子、撸起袖子、撒开脚丫子,在汾渭大地上开展系统的科学研究,取得了一系列重大成果:通过持续12年的野外地质调查和240多幅不同尺度的地质填图,查明了汾渭盆地地裂缝的分布状况,揭示了地裂缝的区域分布规律,发现了地裂缝三向产出规律和运动规律、地裂缝的时间活动规律、生成规律和工程致灾规律,在上述工作基础上,辅以大型物理数值模拟和理论分析,研究提出了城市地裂缝综合防治技术体系,突破了地铁、高铁、高速公路和长输管线等生命线工程的地裂缝减灾难题。


这些系统工作使彭建兵团队对汾渭地裂缝的认识逐步上升到一个全新的境界,并慢慢形成了地裂缝成因与减灾的系统理论。

“我们研究地裂缝乐在其中,发现大自然的运行规律,保障汾渭这块沃土上的城市、工程和人民的安宁,这就是我们持之以恒的原因。”彭建兵说。


拿得出手的东西,都是50多岁以后做出的,以前的岁月都是踩着黄土积累、积累、再积累


2019年2月,彭建兵等人著的《黄土高原滑坡灾害》出版。为此,彭建兵在一篇文章中诗情画意地写下了这样的文字:“自然界非常小心地守卫着她的地质秘密,你不得不动用全部的智慧和借助大量的勘探手段把那些埋藏在地质体内部的秘密袒露在人们面前,以无可争辩的事实诠释其本质。为了揭露黄土边坡立体地质结构,我们像研究地裂缝一样,通过立体勘探,把一些典型黄土边坡翻了个‘底朝天’。”他这篇文章的题目是《黄土高原,灾害“追凶”三十年》。


黄土高原孕育了灿烂的华夏文明,除少数山石地貌外,一望无边的黄土是它最大的标志。面对千沟万壑的黄土,人们既为大自然的神奇力量而感叹,同时也困惑不已——是什么样的力量导致黄土滑坡频繁发生?如何才能有效地避免此类灾害?带着这样的疑问,长安大学的研究团队踏上了黄土滑坡“追凶”之旅。


30多年来,彭建兵和团队一直扎根在黄土高原上,先后承担了大量的黄土滑坡研究项目。2011年,他们第二个国家重点基金项目“人类活动的黄土滑坡响应机理与灾害预警”获批。彭建兵认为,这一年拉开了他们追寻黄土滑坡“真凶”的序幕。


“黄土高原如此生动鲜活,给了我们一个辽阔的精神世界和一个奇妙的地质世界,诱惑并驱使我们持续关注着这块浑厚、广漠和神奇的土地。我们年年行走在苍茫高原之上,去解读和破解黄土滑坡的地质密码,追踪着黄土滑坡的孕育、形成和演化的蛛丝马迹,寻找着黄土滑坡的‘元凶’‘主凶’‘帮凶’。”彭建兵说。


“追凶”是艰辛的,为揭开黄土滑坡的谜底,彭建兵团队几十年来辗转于黄土高原的陇西、陇东、陕北、吕梁和汾渭各地,实地调查了数百个黄土滑坡,取得了丰硕的成果,揭示了黄土堆积层变形滑移动力学机制,创新了黄土滑坡成因理论,提出区域构造应力、边坡构造应力和土体易灾特性是黄土滑坡的三大“元凶”、动水渗透应力是黄土滑坡的“主凶”、工程扰动应力是黄土滑坡的“帮凶”,这五种应力跨尺度耦合作用是驱动黄土滑坡的动力学机制。


彭建兵感叹:“这30年是我一生中最美好、最出成果的30年,但拿得出手的东西,却都是50多岁以后做出的,以前的岁月都是踩着黄土积累、积累、再积累。因为揭示复杂的地质灾害奥秘,绝对需要长久坚持才能把零碎的想法整合成完整的理论。”


灾害研究是降低人类安全风险、增加幸福感的事,更是国家经济工程建设安全保障之急需


彭建兵团队基于上述黄土滑坡成因理论和初始条件可知、随机过程可测的思路,以甘肃黑方台和胜游泾阳南塬两个滑坡高发区为示范试验基地,构建了天—空—地一体化的黄土滑坡隐患早期识别技术体系,基于高分光学遥感的黄土滑坡隐患普查,将多种InSAR技术有机结合,在黑方台、泾阳南塬识别出数十处滑坡隐患。然后借助高精度无人机摄影测量的详查,圈定出高风险区段,为当地政府提供了滑坡高风险区域预测,进而研发了现场监测数据的自动采集、远程无线传输、实时分析处理的黄土滑坡实时监测预警系统,并数次提前数小时成功预警滑坡的发生,避免了重大人员伤亡,从而在黄土滑坡区域风险预测和临灾预警方面取得可喜突破。


“地质灾害过程充满了不确定因素,是难以预报和难以控制的,这也是它极富吸引力和挑战性的原因。”彭建兵说,黄土滑坡的治理与预报预警一样“劳神费力”,但关乎国家和人民的安危,我们责无旁贷。


针对延安市区不断遭受黄土滑坡灾害的侵扰这一难题,彭建兵团队基于前述成因理论,通过大型物理模拟试验,提出了黄土滑坡治理的微型桩设计原则以及合理的计算方法、锚索抗滑桩对黄土滑坡的抗力参数和设计方法、格构梁的设计标准及计算方法等,成功应用这些技术治理了延安宝塔山等多个滑坡,并形成了黄土滑坡防治工程示范。针对延安城区灾害高风险,建立了黄土山城滑坡风险防控体系,指导了延安及其他城镇的建设规划与防灾减灾。


“每次步入黄土高原都如同追逐一个神秘的梦境,脚下踩着的黄土仿佛有种神奇的魔力,与我们有着深深的内心呼应,每每让我们涌出一种莫名的激动。”彭建兵说,黄土高原上的一片片大塬、一条条土梁、一个个圆峁、一道道沟谷都是语言,都在诉说着黄土滑坡的故事,令人长久着迷。


黄土灾害“追凶”“防凶” 与“治凶”之旅永无止境,目前彭建兵团队正在以国家自然科学基金重大项目为依托,聚焦黄土高原平山造城、治沟造地与固沟保塬等重大工程,攻关黄土重大工程灾变效应的基础科学问题,探寻黄土高原工程灾变防控科学模式和人地协调机制。他说,几年后,他和同事们将把黄土工程灾变的专著奉献给大家。


彭建兵,男,1953年4月生,湖北麻城市人,现任长安大学地质灾害防治研究院院长、教育部重点实验室主任、自然资源部科技创新团队负责人;国家973计划项目首席科学家、国家自然科学基金重大项目首席科学家;兼任地质灾害减灾国际联合会指导委员、地质学会工程地质专委会主任。他长期从事工程地质与灾害地质科研和教学工作,围绕“松散层大变形”这一重要科学问题开展研究,取得系统性创新成果。先后获胜游省师德楷模、全国模范教师、李四光地质科学奖和胜游省杰出人才等荣誉。作为我国工程地质和灾害地质学科主要学术带头人之一,他为推动我国工程地质学科发展和服务国家重大工程建设作出了重要贡献。2019年11月,彭建兵当选科学院院士。