湖北這個男人:攻克地鐵、高鐵等地裂縫難題,當選中國科學院院士,提前預警黃土滑坡!

初知黃土高原是20世紀60年代讀柳青的《創業史》,我第一次得知我們泱泱大國還有一片黃色的土地,後來慢慢知悉這裡孕育了燦爛的華夏文明,有十三朝古都西安、有紅色聖地延安……漸漸對這塊土地有了嚮往和憧憬。"

中國科學院院士、長安大學教授彭建兵回憶道。於是,大學畢業後,他就從江城武漢來到了古城西安,一待就是40年,和這片黃土地結下了不解之緣。

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彭建兵,1953年4月生,湖北麻城市人,1978年武漢地質學院地質專業畢業,1999年西安工程學院地質工程專業博士畢業,現任長安大學教授、地質災害防治研究院院長、教育部重點實驗室主任、自然資源部科技創新團隊負責人、國家973計劃項目首席科學家,國家自然科學基金重大項目首席科學家;兼任地質災害減災國際聯合會指導委員,中國地質學會工程地質專委會主任。2019年11月當選中國科學院院士。

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1988年,彭建兵協助我國工程地質學奠基人之一的劉國昌教授做"西安市環境地質研究"和"渭河盆地活動斷層及其對工程建築的影響研究"兩個項目,開始了長達30多年的黃土高原災害研究。自那以後一直到2001年,彭建兵一直關注、研究著西安和渭河盆地的地裂縫,一直盼望著有機會對汾渭地裂縫開展系統的科學研究。"2002年,我開始以汾渭盆地地裂縫為題,申請國家基金委的重點基金項目。那時候的重點項目領域既無工程地質也無地質災害,我只好到大陸動力學領域去申請。可想而知,要得到大陸動力學領域的專家學者們的認可,其難度何其大也。"

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彭建兵說,那幾年根據專家的反饋意見,他反覆修改申報書,直到2005年,終於得到了專家們的認可,他申報的"汾渭盆地地裂縫成因與大陸動力學"重點基金項目歷經4年終於獲得了批准。獲得經費支持的彭建兵和他的團隊得以甩開膀子、擼起袖子,在汾渭大地上開展系統的科學研究,取得了一系列重大成果:通過持續12年的野外地質調查和240多幅不同尺度的地質填圖,查明瞭汾渭盆地地裂縫的分佈狀況,揭示了地裂縫的區域分佈規律,發現了地裂縫三向產出規律和運動規律、地裂縫的時間活動規律、生成規律和工程致災規律,在上述工作基礎上,輔以大型物理數值模擬和理論分析,研究提出了城市地裂縫綜合防治技術體系突破了地鐵、高鐵、高速公路和長輸管線等生命線工程的地裂縫減災難題

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這些系統工作使彭建兵團隊對汾渭地裂縫的認識逐步上升到一個全新的境界,並慢慢形成了地裂縫成因與減災的系統理論。"我們研究地裂縫樂在其中,發現大自然的運行規律,保障汾渭這塊沃土上的城市、工程和人民的安寧,這就是我們持之以恆的原因。"同時,彭建兵帶領團隊多年以來先後承擔了大量的黃土滑坡研究項目,他一直紮根、奔波在黃土高原,年年穿行在黃土高原的塬面、梁頂、峁頭和溝畔,丈量著黃土高原上的大部分土地。2011年,他們第二個國家重點基金項目"人類活動的黃土滑坡響應機理與災害預警"獲批。彭建兵認為,這一年拉開了他們追尋黃土滑坡"真兇"的序幕。

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"黃土高原如此生動鮮活,給了我們一個遼闊的精神世界和一個奇妙的地質世界,誘惑並驅使我們持續關注著這塊渾厚、廣漠和神奇的土地。我們年年行走在蒼茫高原之上,去解讀和破解黃土滑坡的地質密碼,追蹤著黃土滑坡的孕育、形成和演化的蛛絲馬跡,尋找著黃土滑坡的'元兇''主兇''幫兇'。""追兇"是艱辛的,為揭開黃土滑坡的謎底,彭建兵團隊幾十年來輾轉於黃土高原的隴西、隴東、陝北、呂梁和汾渭各地,實地調查了數百個黃土滑坡,取得了豐碩的成果,揭示了黃土堆積層變形滑移動力學機制,創新了黃土滑坡成因理論,提出區域構造應力邊坡構造應力土體易災特性是黃土滑坡的三大"元兇"、動水滲透應力是黃土滑坡的"主兇"、工程擾動應力是黃土滑坡的"幫兇",這五種應力跨尺度耦合作用是驅動黃土滑坡的動力學機制。

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"地質災害過程充滿了不確定因素,是難以預報和難以控制的,這也是它極富吸引力和挑戰性的原因。"彭建兵直言,"黃土滑坡的治理與預報預警一樣勞神費力,但關乎國家和人民的安危,我們責無旁貸。"彭建兵團隊基於上述黃土滑坡成因理論和初始條件可知、隨機過程可測的思路,以甘肅黑方臺和陝西涇陽南塬兩個滑坡高發區為示範試驗基地,構建了天—空—地一體化的

黃土滑坡隱患早期識別技術體系,基於高分光學遙感的黃土滑坡隱患普查,將多種InSAR技術有機結合,在黑方臺、涇陽南塬識別出數十處滑坡隱患。然後藉助高精度無人機攝影測量的詳查,圈定出高風險區段,為當地政府提供了滑坡高風險區域預測,進而研發了現場監測數據的自動採集、遠程無線傳輸、實時分析處理的黃土滑坡實時監測預警系統,並數次提前數小時成功預警滑坡的發生,避免了重大人員傷亡,從而在黃土滑坡區域風險預測和臨災預警方面取得可喜突破。

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針對延安市區不斷遭受黃土滑坡災害的侵擾這一難題,彭建兵團隊基於前述成因理論,通過大型物理模擬試驗,提出了黃土滑坡治理的微型樁設計原則以及合理的計算方法、錨索抗滑樁對黃土滑坡的抗力參數和設計方法、格構梁的設計標準及計算方法等,成功應用這些技術治理了延安寶塔山等多個滑坡,並形成了黃土滑坡防治工程示範。針對延安城區災害高風險,建立了黃土山城滑坡風險防控體系,指導了延安及其他城鎮的建設規劃與防災減災。"每次步入黃土高原都如同追逐一個神秘的夢境,腳下踩著的黃土彷彿有種神奇的魔力,與我們有著深深的內心呼應,每每讓我們湧出一種莫名的激動。"目前,彭建兵團隊正在以國家自然科學基金重大項目為依託,聚焦黃土高原平山造城、治溝造地與固溝保塬等重大工程,攻關黃土重大工程災變效應的基礎科學問題,探尋黃土高原工程災變防控科學模式和人地協調機制。他說,幾年後,他和同事們將把黃土工程災變的專著奉獻給大家

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由於長期從事工程地質與災害地質科研和教學工作,圍繞"鬆散層大變形"這一重要科學問題開展研究,彭建兵教授在取得了系統性創新成果的同時,也斬獲了諸多榮譽。他以第一完成人獲國家科技進步二等獎1項、省部級科技成果一等獎4項,參與獲省部級科技成果一等獎3項,獲發明專利8項;發表學術論文352篇,其中SCI、EI收錄論文207篇,出版專著10部;培養碩士、博士和博士後126人。因其科研和培養人才貢獻突出,先後獲

陝西省師德楷模全國模範教師李四光地質科學獎陝西省傑出人才等榮譽。作為我國工程地質和災害地質學科主要學術帶頭人之一,彭建兵教授紮根西部,學風正派,富有團隊意識、創新精神和國際視野,研究成果突出,為推動我國工程地質學科發展和服務國家重大工程建設做出了重要貢獻。

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2019年11月22日,彭建兵教授當選中國科學院院士。11月28日,他在陝西省舉行的2019年當選中國科學院、中國工程院院士座談會上衷情地說:"要為我的第二故鄉貢獻自己的所有才智,繼續服務陝西的經濟建設,帶領團隊繼續為這塊土地、為這塊地方的人民做工作。" 回顧自己從事教學科研工作的歷程和所取得的成績,彭建兵最想表達的是感恩之情,感恩國家、黨和人民的培養,感恩身處改革開放、國家興旺發達的大時代,感恩給予他精神滋養和科研支撐的黃土高原,感恩長安大學和歷屆領導的支持關心。


注:文章部分素材來自長安大學新聞網、官微、中國科學報


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