原文標(biāo)題：基金助我靜心科研

作者：秦四清

自從我2008年開始專注于地質(zhì)災(zāi)害物理預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)研究后，因?qū)訖M向項(xiàng)目不感興趣，逐漸由“土豪”成為了“貧農(nóng)”。雖然有老課題結(jié)余經(jīng)費(fèi)的助力，但預(yù)計(jì)到2010年的時(shí)候會(huì)“揭不開鍋”?；ㄥX的地方實(shí)在太多，研究生培養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)室運(yùn)轉(zhuǎn)、交辦公室房租等，每年都需要不菲的“銀子”?？蒲幸埠?，生活也罷，錢不是萬(wàn)能的，但沒(méi)有錢是萬(wàn)萬(wàn)不能的。木有基本的科研經(jīng)費(fèi)支撐，溫飽都會(huì)成為問(wèn)題，哪能靜心做科研吶。

在2009年下半年，對(duì)崩滑災(zāi)害失穩(wěn)機(jī)理有了突破性的新認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)的滑面多鎖固段脆性破裂規(guī)律得到了諸多實(shí)例的回溯性驗(yàn)證。有了New idea后，準(zhǔn)備2010年申請(qǐng)個(gè)重點(diǎn)基金項(xiàng)目。在寫本子的時(shí)候，因有New idea支撐，思路十分清晰，用了3天的時(shí)間一揮而就，后面精心修改用了半月時(shí)間?？赡苁潜咀拥膭?chuàng)新性、邏輯性與故事性較強(qiáng)的緣故吧，函評(píng)時(shí)得到了5A1B的評(píng)價(jià)。

上會(huì)答辯前，用了半個(gè)月時(shí)間精心準(zhǔn)備PPT，演講和回答問(wèn)題都令人滿意，結(jié)果獲高票通過(guò)。今年6月份，一位當(dāng)年的會(huì)評(píng)專家來(lái)京和我聊天時(shí)透露了一個(gè)“秘密”，他說(shuō)“你可能不知道當(dāng)時(shí)會(huì)評(píng)的情況，小同行專家是準(zhǔn)備'滅’掉你的申請(qǐng)的，因?yàn)榛骂A(yù)測(cè)是個(gè)世界性的科學(xué)難題，大家搞了這么多年，誰(shuí)也沒(méi)有高招。但聽(tīng)了你的答辯報(bào)告后，大家改變了主意，因?yàn)槟阌辛诵抡袃海巡豢赡艿氖聝鹤兂闪丝赡埽攸c(diǎn)基金嘛就是支持有新想法的、有重要意義的探索項(xiàng)目?！笨磥?lái)，有可行性的新想法是基金中標(biāo)的“硬通貨”；再者，寫好邏輯性與故事性強(qiáng)的本子，可讓評(píng)審專家清晰地理解擬申請(qǐng)項(xiàng)目的“脈絡(luò)”，助其做出客觀的評(píng)判。

我覺(jué)得國(guó)家自然科學(xué)基金的評(píng)審是相對(duì)公正的，世界上也沒(méi)有絕對(duì)公平的事兒。對(duì)于非“大?！睂W(xué)者，自己能做到的是壯大自己，而不是怨天尤人。當(dāng)你比別人“高半頭”的時(shí)候，申請(qǐng)基金時(shí)有可能“被滅”；當(dāng)你比別人“高一頭”的時(shí)候，評(píng)審專家很難“滅你”。世界上沒(méi)有什么“救世主”，自己的命運(yùn)掌握在自己手里，俺覺(jué)得基金“中標(biāo)”的正能量途徑是——用強(qiáng)勁的創(chuàng)新實(shí)力“征服”評(píng)委。

抱歉，說(shuō)著說(shuō)著跑題了，趕緊“糾偏”回到正題吧。

因知道2015年重點(diǎn)基金要結(jié)題，結(jié)題后又會(huì)面臨“斷頓”困擾；再者，在巖石破裂過(guò)程研究中我們又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的問(wèn)題。簡(jiǎn)言之，在淺源強(qiáng)震孕育過(guò)程中，鎖固段被加載至膨脹點(diǎn)時(shí)，Benioff應(yīng)變開始出現(xiàn)加速現(xiàn)象，但加速持續(xù)一段時(shí)間后，大部分震例普遍出現(xiàn)不同尋常的現(xiàn)象——應(yīng)變速率急劇降低。這與室內(nèi)巖樣剪切蠕變?cè)囼?yàn)揭示的破壞特征完全不同，也與鎖固型滑坡監(jiān)測(cè)位移曲線反映的鎖固段破裂加速至宏觀破裂階段的變形特征不同?；谝陨峡紤]，從2014年10月份，打算寫個(gè)面上基金申請(qǐng)項(xiàng)目。這次申請(qǐng)，因怕不中“丟人”，從思路定位、問(wèn)題凝練、文獻(xiàn)查閱、編寫本子到潤(rùn)色調(diào)整，用了很長(zhǎng)時(shí)間。寫完后，請(qǐng)幾位朋友看了看，覺(jué)得不錯(cuò)，在申請(qǐng)書提交截止時(shí)間前兩個(gè)小時(shí)，上傳了本子。

昨天從我所得知，今年的基金申請(qǐng)?jiān)俅巍爸袠?biāo)”。非常感謝基金，基金伴我渡過(guò)了學(xué)術(shù)生涯的“困難”時(shí)期。有了基金的助力，靜心科研就有了基本保障，才能坐得住“冷板凳”。

俺覺(jué)得，寫好立項(xiàng)依據(jù)與凝練出精華的科學(xué)問(wèn)題，是基金申請(qǐng)的重中之重，必須下功夫。

下面曬曬俺們2010年重點(diǎn)基金項(xiàng)目《斜坡失穩(wěn)的廣義臨界位移準(zhǔn)則與預(yù)測(cè)方法》中的立項(xiàng)依據(jù)部分，可供打算申請(qǐng)基金的青年朋友們參考。

（一）、項(xiàng)目的立項(xiàng)依據(jù)（約2700字）

地質(zhì)災(zāi)害如滑坡、崩塌、強(qiáng)震等，常以突發(fā)性、難以預(yù)測(cè)性、毀滅性的災(zāi)難給人類造成重大人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失。盡管諸多學(xué)者^[1-26]在災(zāi)害學(xué)研究中已做出了巨大努力，但對(duì)世界上許多災(zāi)難性地質(zhì)災(zāi)害屢屢預(yù)測(cè)失敗的現(xiàn)實(shí)表明，我們對(duì)地質(zhì)體致災(zāi)機(jī)制知之甚少。由于地質(zhì)系統(tǒng)本身的固有復(fù)雜屬性^[1]或深部巖土體力學(xué)屬性與地質(zhì)結(jié)構(gòu)的難以準(zhǔn)確描述性^[2]，依據(jù)目前的認(rèn)識(shí)，通常人們認(rèn)為崩滑等災(zāi)害的預(yù)測(cè)是非常困難的，因?yàn)楸阑A(yù)測(cè)模型不可能同時(shí)考慮眾多復(fù)雜因素的相互影響，其中斜坡幾何、地質(zhì)條件的復(fù)雜性，位移-時(shí)間關(guān)系的非線性，以及季節(jié)性因素的疊加作用是最重要的影響因素^[3]。然而，為評(píng)估及減輕崩滑災(zāi)害，坡體破壞過(guò)程的預(yù)測(cè)問(wèn)題必須被解決。

目前崩滑災(zāi)害預(yù)測(cè)問(wèn)題研究主要有兩種方法。其一是基于試驗(yàn)和力學(xué)分析研究坡體失穩(wěn)的演化機(jī)理，并利用這些結(jié)果做出進(jìn)一步預(yù)測(cè)。然而，由于上述影響因素相互作用導(dǎo)致的高度非線性及衍生的復(fù)雜性，描述滑坡演化過(guò)程的動(dòng)力學(xué)方程^[4]還未能正確寫出，即使這些方程能夠正確寫出，準(zhǔn)確確定方程中的諸多幾何及力學(xué)參數(shù)仍然十分困難。唐春安指出^[5]，在非線性和不連續(xù)問(wèn)題的理論研究方面有一種越來(lái)越復(fù)雜化而難以實(shí)際應(yīng)用的趨勢(shì)。另一個(gè)研究方法是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)模型進(jìn)行滑坡時(shí)間預(yù)測(cè)^[6-9]。然而，基于加速蠕變的突變破壞統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)^[10]已經(jīng)導(dǎo)致了不正確的預(yù)測(cè)結(jié)果，例如對(duì)阿爾卑斯山Kilchenstock滑坡預(yù)測(cè)失敗了兩次。Rat^[11]（1988）曾坦率地指出，由于缺乏嚴(yán)格的物理基礎(chǔ)，統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)通常是很不可靠和很有“詭計(jì)”的。為此，應(yīng)該從新的理念出發(fā)，發(fā)展解決滑坡預(yù)測(cè)問(wèn)題的新方法。

鎖固段可定義為在滑面上具有較高強(qiáng)度的應(yīng)力集中部位，例如所謂的巖橋、凸起體（asperity）及土拱或支撐拱。在國(guó)內(nèi)，鎖固段概念最早被張倬元教授等^[15]提出。之后這一概念從內(nèi)涵和外延得到了進(jìn)一步的拓展。例如，已有研究發(fā)現(xiàn)巖質(zhì)斜坡^[16]的穩(wěn)定性受巖橋控制，大型堆積層斜坡^[17]的穩(wěn)定性受土拱或支撐拱控制。但過(guò)去的認(rèn)識(shí)僅認(rèn)為地質(zhì)體的穩(wěn)定性受一個(gè)鎖固段控制，也未建立相關(guān)的理論方法。據(jù)最近我們的研究發(fā)現(xiàn)，巖質(zhì)斜坡、大型堆積層斜坡和黃土斜坡的穩(wěn)定性受其滑面或剪切帶上的一個(gè)或多個(gè)鎖固段控制。當(dāng)所有的鎖固段被剪斷，滑坡將不可避免地發(fā)生。

作為立項(xiàng)依據(jù)，我們對(duì)鎖固段在地質(zhì)體中的客觀存在性以斜坡為例做如下論證：①滑面介質(zhì)是不均勻的，強(qiáng)度相對(duì)高的區(qū)段必然存在；②在實(shí)際監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)，大型滑坡總有一個(gè)或多個(gè)相對(duì)變形較小的區(qū)域，如新灘滑坡和三峽涼水井滑坡，該區(qū)域則為鎖固區(qū)域，一旦該區(qū)域被突破，滑坡將不可避免地發(fā)生，根據(jù)滑坡宏觀破壞現(xiàn)象和位移加速現(xiàn)象，涼水井滑坡曾做過(guò)一次失敗的預(yù)報(bào)，造成了長(zhǎng)江封航3天，損失2.1億元的嚴(yán)重后果。這說(shuō)明該滑坡可能存在多鎖固段；③若沒(méi)有鎖固段存在，那么任何斜坡在每年的雨季，特別是最大降雨量的年份都會(huì)失穩(wěn)。因?yàn)樵谟昙居绕涫亲畲蠼涤炅康哪攴荩娼橘|(zhì)的抗剪強(qiáng)度都是最低的，都應(yīng)該失穩(wěn)，顯然實(shí)際斜坡失穩(wěn)并不遵循這一規(guī)律；④不用鎖固段概念，不能從物理上解釋斜坡的加速蠕變特征，某些斜坡，如小灣水電站斜坡，在加固后仍然失穩(wěn)，說(shuō)明其加固是在天然斜坡的鎖固段斷裂后加固的，人工加固方法（如抗滑樁、錨索、錨桿）提供的抗滑力一般遠(yuǎn)小于自然鎖固段提供的抗滑力，因此，在天然斜坡的鎖固段斷裂后加固，只會(huì)延緩其破壞時(shí)間，而不能阻擋其破壞的必然發(fā)生。

從大量巖石力學(xué)試驗(yàn)成果^[15]知道，在巖石變形達(dá)到了其體應(yīng)變膨脹界限后，將進(jìn)入不穩(wěn)定破裂階段，在此階段即使施加的差應(yīng)力保持不變，其破裂的傳播將朝著最終的宏觀破壞自發(fā)地發(fā)展。此階段一個(gè)最重要的特征是在其對(duì)應(yīng)的蠕變—時(shí)間曲線上，位移將會(huì)出現(xiàn)加速現(xiàn)象。在變形達(dá)到其峰值強(qiáng)度點(diǎn)時(shí)，鎖固段將被剪斷。對(duì)一個(gè)鎖固段情況，意味著滑坡的發(fā)生將不可避免，對(duì)此種滑坡，過(guò)去的基于位移量或位移速率的經(jīng)驗(yàn)與統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)方法，可能會(huì)得到成功的預(yù)測(cè)結(jié)果。對(duì)多鎖固段情況，將會(huì)出現(xiàn)多個(gè)加速階段。因此，僅根據(jù)位移速率的激增判斷滑坡的發(fā)生，可能會(huì)得到錯(cuò)誤的預(yù)報(bào)結(jié)果。

在過(guò)去的斜坡穩(wěn)定性分析中，大多沒(méi)有考慮鎖固段的抗剪作用，這會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)定性分析結(jié)果過(guò)于保守。對(duì)此，我們?cè)?009年發(fā)現(xiàn)了適用于地質(zhì)體破壞預(yù)測(cè)分析的一個(gè)普適性規(guī)律：依據(jù)重正化群理論導(dǎo)出了鎖固體的臨界破裂概率（膨脹起點(diǎn)），基于微元體破裂的Weibull分布本構(gòu)模型，構(gòu)建了鎖固段峰值強(qiáng)度點(diǎn)、峰后應(yīng)力應(yīng)變曲線拐點(diǎn)（殘余強(qiáng)度）與膨脹起點(diǎn)的力學(xué)聯(lián)系。地質(zhì)體演化到膨脹點(diǎn)后，在其蠕變曲線上有一個(gè)有趣的現(xiàn)象——位移加速現(xiàn)象。我們把鎖固段峰值強(qiáng)度點(diǎn)視為崩塌、傾倒等脆性破壞的臨界失穩(wěn)點(diǎn)，把峰后應(yīng)力應(yīng)變曲線拐點(diǎn)視為蠕變型滑坡的滑動(dòng)起始點(diǎn)，用加速蠕變起點(diǎn)的監(jiān)測(cè)位移值作為已知值，就可以預(yù)測(cè)未來(lái)崩滑體失穩(wěn)時(shí)的臨界位移值。

在此基礎(chǔ)上，我們還導(dǎo)出了多鎖固段斜坡失穩(wěn)臨界位移準(zhǔn)則。該項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了可能具有普適意義的、適用于地質(zhì)體破壞預(yù)測(cè)的兩個(gè)常數(shù)1.48和2.59。我們認(rèn)為，對(duì)于一個(gè)特定的斜坡，其臨界滑動(dòng)位移值應(yīng)該是一個(gè)定值。若不超過(guò)這一定值，則滑坡不會(huì)發(fā)生。但是，降雨等外界環(huán)境因素可能加速坡體的破壞進(jìn)程。這表明斜坡臨界滑動(dòng)位移可能是一常量，而失穩(wěn)時(shí)間為一變量。這也表明預(yù)測(cè)斜坡的臨界滑動(dòng)位移比預(yù)測(cè)其失穩(wěn)時(shí)間更容易實(shí)現(xiàn)。

位移監(jiān)測(cè)是判斷斜坡穩(wěn)定性和演化趨勢(shì)的常用技術(shù)方法之一。如果預(yù)先知道了斜坡滑動(dòng)的臨界位移值，那么就可以較準(zhǔn)確地估計(jì)其可能發(fā)生滑坡的時(shí)間，以采取合理的應(yīng)急措施保障公共安全。

根據(jù)初步建立的多鎖固段漸進(jìn)破壞理論和方法，對(duì)包括新灘滑坡、Vaiont滑坡、鹽池河山崩在內(nèi)的35個(gè)崩滑實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證分析，取得了很好的結(jié)果。該方法已在三峽庫(kù)區(qū)滑坡監(jiān)測(cè)中開始進(jìn)行嘗試性應(yīng)用。但在研究中發(fā)現(xiàn)，還有下述問(wèn)題有待深化和完善：

(1) 斜坡滑面鎖固體的地質(zhì)界定與識(shí)別方法問(wèn)題。這是一個(gè)新的課題，包括鎖固體的地質(zhì)分類，地質(zhì)、地球物理與監(jiān)測(cè)綜合識(shí)別方法。

(2) 我們?cè)?009年建立的理論與方法是針對(duì)沿滑面鎖固段的一維空間問(wèn)題，并已取得了良好的預(yù)測(cè)效果，若擴(kuò)充到二維和三維問(wèn)題，毫無(wú)疑問(wèn)效果會(huì)更好。

(3) 雖然大量的實(shí)例已證實(shí)了該理論方法的可靠性，但還沒(méi)有從室內(nèi)物理模擬實(shí)驗(yàn)的角度，對(duì)多鎖固段漸進(jìn)破裂過(guò)程與地表和深部位移演化特征之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行深入剖析。顯然，從室內(nèi)試驗(yàn)角度深入揭示多鎖固段膨脹—斷裂過(guò)程與位移特征的物理關(guān)系，不僅可檢驗(yàn)理論的正確性，還可能揭示一些未知的科學(xué)規(guī)律，從而改進(jìn)和發(fā)展理論。

(4) 如何根據(jù)預(yù)測(cè)理論與監(jiān)測(cè)技術(shù)，提出實(shí)用的監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)方法，也是有待解決的問(wèn)題。

只有解決了這些問(wèn)題，才能形成較為成熟和具有實(shí)用意義的斜坡失穩(wěn)預(yù)測(cè)方法。本項(xiàng)目研究正是對(duì)我們已有認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步深化，其研究結(jié)果無(wú)疑具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)（略）

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