《中国科学报》报道我校彭建兵院士:数十年致力于“松散层大变形”研究

发布时间:2019-12-25作者:宣传部来源:宣传部字体: 设置


■本报记者 张行勇 通讯员 詹瑞吴民义

彭建兵,湖北麻城市人,1953年4月出生。1999年博士毕业于西安工程学院地质工程专业,工学博士。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、李四光地质科学奖获得者、全国模范教师。

历任长安大学地质工程与测绘工程学院院长、二级教授、博士生导师,长安大学地质灾害防治研究院院长,西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室主任,国家政府津贴专家,地质资源与地质工程一级学科和地质工程二级学科带头人。

学术兼职为国家自然科学基金委员会地学部评审组委员、教育部地质工程教学指导委员会委员、自然资源部地质灾害应急防治专家组成员、中国地质学会工程地质专业委员会主任委员、中国科协滑坡专家委员会委员、陕西省地震学会副理事长、陕西省自然辩证法研究会副理事长、西安市地震学会副理事长、国家注册岩土工程师。

2019年11月22日,当选中国科学院院士。从事工程地质、地质灾害的教学与科研工作,在地裂缝、黄土灾害和区域地壳稳定性研究等方面取得系统性创新成果。主持获国家科技进步奖二等奖1项和省部级科学技术奖一等奖4项,获国家发明专利8项,出版学术专著10部,发表学术论文352篇。

“要为我的第二故乡贡献自己的所有才智,继续服务陕西的经济建设,带领团队继续为这块土地、为这块地方的人民做工作。”11月28日,新当选的中国科学院院士、长安大学地测学院教授彭建兵在陕西省举行的2019年当选中国科学院、中国工程院院士座谈会上如是表态。

1953年4月出生于湖北麻城市的彭建兵,自1978年武汉地质学院地质专业毕业,从江城武汉来到黄土古城西安至今已有40年。

“从此,我的青春岁月、我的中年和老年,我的家庭与事业,就与这块黄土地紧密地联系在一起。”彭建兵感慨地说。

彭建兵现任长安大学教授、博士生导师、地质灾害防治研究院院长、西部矿产资源与地质工程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、中国地质学会工程地质专委会主任委员等。

彭建兵30多年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:揭示盆地松散沉积层变形破裂动力学机制,提出地裂缝成因新观点。

松散层大变形主要表现为地表地裂缝灾害,严重危及城市和工程安全。他率领团队研究发现,盆地深部构造动力、区域构造应力和断裂局部构造应力形成地裂缝原型,超采地下水诱发地裂缝复活扩展,提出“构造控制、应力驱动、抽水扩展”的地裂缝成因新观点。另外,通过对东非裂谷地裂缝的对比研究证明这种成因具普遍性,被国际学术界认为是“目前地裂缝成因最为流行和广泛接受的理论”,该成果也获得国家科技进步奖二等奖,他是排名第一的获奖者。

其间,为揭示黄土堆积层变形滑移动力学机制,创新黄土滑坡成因理论,彭建兵带领他的研究团队历时30年,追踪和寻找黄土滑坡“真凶”。

黄土高原属(暖)温带(大陆性)季风气候,年降雨量大约在300至700毫米,因其土层深厚、土性松软,是中华农耕文化的孕育地。同时,黄土易受环境变化影响发生破裂滑移大变形,形成大规模的滑坡灾害。据不完全统计,黄土高原上的滑坡有近10万之多,严重威胁着黄土地上的城镇、重大工程和人居安全。

“一个人的研究思路往往是一脉相承的,我一直认为,地球动力系统相互作用是地质灾害的本底原因和原动力。”彭建兵说。

30 年来,彭建兵团队先后承担了大量的黄土滑坡研究项目,一直扎根在黄土高原、奔波在黄土高原,年年穿行在黄土高原的塬面、梁顶、峁头和沟畔,丈量着黄土高原上的大部分土地, 寻找着黄土滑坡的“元凶”“主凶”和“帮凶”,探究黄土堆积层滑移大变形规律与动力学机制。

其中,1992至1994 年,彭建兵受西北水电设计院委托,对黄河积石峡水库10个大型滑坡开展了系统研究。“那三年在积石峡的摸爬滚打和对那10个大滑坡的精细探究,为后来的滑坡研究奠定了坚实的野外观察和理论思考的基础。”

2002 年,他们团队又承担了原交通部重大科技项目“探测湿陷性黄土暗穴技术研究”。数百万个黄土洞穴让黄土高原满目疮痍,为查明其分布规律,他们纵横穿越黄土高原4万余公里,不仅对黄土和黄土高原有了面上和全局的认知,还对随处可见的黄土滑坡有了深刻的印记。之后,他们便开始了对黄土滑坡的系统研究。

为解此谜,彭建兵带领团队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,同时依据上万个在影像图上可识别的滑坡,编制了黄土高原滑坡分布图,并开展分析、研究工作,由此确认,区域构造应力是黄土高原滑坡分区分带群发的主要驱动力,它是黄土滑坡的“第一元凶”。

为了揭示黄土边坡立体地质结构,彭建兵带领团队像研究地裂缝一样,通过立体勘探,把一些典型黄土边坡翻个“底朝天”,其工作量之大与辛劳程度之高不难想象。

黄土边坡土体看似均匀,实际上普遍发育着断层、构造节理、垂直节理、卸荷裂隙和软弱层面等奇妙而又复杂的结构面。他们研究确定边坡构造应力是单体滑坡形成的主要驱动力,它是黄土滑坡的“第二元凶”。

黄土在微观上呈现特殊架空结构,细观上呈现疏松多孔、多裂隙结构特征。通过大量的土力学试验,彭建兵发现黄土的易灾特性是黄土土体灾变的内在原因,它是黄土滑坡的“第三元凶”。

2013 年是彭建兵在黄土滑坡“追凶” 之旅的关键之年,在这一年,他承担了安全与灾害领域的国家“973 计划”项目,联合国内多家单位的科学家全面开展“黄土重大灾害及灾害链的发生、演化机制与防控理论”的系统研究。

2013年在陕西泾阳黄土南塬,彭建兵依托国家基金重点项目在现场实施了大量的勘探、观测和原型试验,终于揭开了动水驱动滑坡形成的谜底,并建立了动水渗透作用下的黄土滑坡响应动力学模式,确定动水渗透作用是黄土滑坡的“主凶”。

“我们研究发现,黄土地区许多灾难性的滑坡是由人类工程堆载或开挖卸载引起的。”彭建兵指出。据此,他们建立了工程扰动应力作用下的黄土滑坡响应系列,确定工程扰动应力是黄土滑坡的“帮凶”。

2017年,他又获国家自然科学基金重大项目资助,再度联合国内一批科学家系统攻关“黄土重大工程灾变机理与防控”。

经历上述多年研究的积累,彭建兵将类型和模式复杂多样的黄土滑坡,概括为层带软化、静态液化、压覆推剪和支撑溃决四种基本模式;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”,它们孕育和形成了黄土滑坡的原型,是黄土滑坡发生的初始条件;动水渗透应力是黄土滑坡的“主凶”,它们驱动了黄土滑坡的启动和运动,工程扰动应力是黄土滑坡的“帮凶”,它们导致了灾难性黄土滑坡的频发,这是黄土滑坡发生的随机过程。四种应力的跨尺度耦合协同作用是黄土大规模滑移成灾的主要驱动力。由此,提出了构造应力驱动、边坡结构控制、动水液化启动和工程应力促发的黄土滑坡多因耦合成因理论。

彭建兵和团队突破地裂缝与黄土滑坡防控系列难题,并基于上述理论成果,创新研发了地裂缝和黄土滑坡系列防控技术,攻克了西安地铁适应地裂缝变形的技术瓶颈和高速铁路、东非铁路的地裂缝减灾难题,降低了西安、北京等城市的地裂缝灾害风险。他们成功指导了多个滑坡治理工程的实施,并多次提前成功预警黄土滑坡的发生,避免了重大人员伤亡,为国家经济工程建设和防灾减灾作出了重要贡献,被誉为“地质学家为中国高铁和地铁建设保驾护航”。

从事教学、科研工作41年,彭建兵取得了突出的科研成就,也由青年进入了老年。据了解,彭建兵以第一完成人获国家科技进步奖二等奖1项、省部级科技成果奖一等奖4项,参与获省部级科技成果奖一等奖3项,获发明专利8项;发表学术论文352篇,其中SCI、EI收录论文207篇,出版专著10部;培养硕士、博士和博士后126人。因其科研和培养人才贡献突出,先后获陕西省师德楷模、全国模范教师、李四光地质科学奖等荣誉。


研究团队在大型物理模型试验现场


《中国科学报》 (2019-12-18 第5版学人)

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