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滑坡體內(nèi)有個“大胃鏡” ——探訪地大巴東大型野外綜合試驗場

2023-08-28 09:29:23    來源:湖北日報

湖北日報全媒記者 張歆 魯騰 通訊員 龔松林 劉昌龍

8月27日,細雨氤氳。300余名國內(nèi)外地質(zhì)學者從巴東縣城出發(fā),乘坐大巴車盤山而行,山間云騰霧繞,足下峽長谷深,這并不是詩情畫意的山水之旅,他們的目標是青山間隱約可見的馬蹄狀地形——滑坡。

我國是全世界地質(zhì)災害最嚴重的國家,其中70%為滑坡災害。

巴東位于三峽庫區(qū)腹地,是湖北省地質(zhì)災害易發(fā)多發(fā)區(qū)和地震重點監(jiān)視防御區(qū)。中國地質(zhì)大學(武漢)巴東大型野外綜合試驗場建在三峽庫區(qū)最大的古滑坡體——黃土坡滑坡體內(nèi),也是世界上唯一一個聚焦庫區(qū)滑坡災害的“地下實驗室”。

特殊的地質(zhì)構(gòu)造和獨一無二的試驗場域,吸引全世界各國地質(zhì)專家學者前往巴東探訪求真。

滑坡體內(nèi)有個“大胃鏡”

巴東大型野外綜合試驗場建造在滑坡體內(nèi),主洞寬5米,長908米,內(nèi)設5處支洞和若干觀測窗口,科研人員在此開展變形、地下水、微重力、地震、聲發(fā)射等多物理場綜合觀測和原位試驗工作。

如果把滑坡體比作“有病的胃”,試驗場就是一個功能齊全的“大胃鏡”,它最大的優(yōu)勢,就是實現(xiàn)滑坡體的“原位觀測”和“原位試驗”。

“天然滑坡有原始的應力結(jié)構(gòu),若取樣后在實驗室做研究,巖石含水量、石塊周圍的環(huán)境都發(fā)生了變化,測出的參數(shù)差異很大。”中國地質(zhì)大學(武漢)地質(zhì)工程學科首席教授、巴東地質(zhì)災害國家野外科學觀測研究站站長唐輝明介紹,得益于獨特的科研環(huán)境,5年前,地大科研團隊就在國際上首次成功完成“滑帶土原位三軸流變試驗”并建立標準值。

古滑坡體具有較長的發(fā)育歷史和相對穩(wěn)定的地質(zhì)構(gòu)造。但提到滑坡,大多數(shù)人都難免聯(lián)想到“脆弱”“不穩(wěn)定”。在巴東大型野外綜合試驗場700米處,確實有一條明顯的裂縫。不少探訪者也疑惑:在脆弱的山體中打洞,豈不是“脆上加脆”?

唐輝明揭秘,滑坡下滑的部分是滑體,穩(wěn)定的部分是滑床,試驗場建在滑床里,通過支洞向滑體方向延伸。此外,試驗場本身也是黃土坡滑坡防治工程,可以通過給黃土坡排水,加大滑體和滑床間的摩擦力,增強穩(wěn)定性。

“這里是獨一無二的試驗場!對于學習了解滑坡災害有重要意義。”探訪結(jié)束,意大利水文工程地質(zhì)防護研究所博士Daniele Giordan意猶未盡,原計劃他還要走水路,從長江中間遠眺黃土坡,這一視角觀測滑坡體外觀最為清晰,最后因為天氣原因未能成行,“下次有機會,我還要再來!”

科特迪瓦留學生郭安達和喀麥隆留學生美姍一路和來自意大利、韓國的博士交流,倆人是地質(zhì)工程專業(yè),對于滑坡,他們熟悉又陌生。“我們國家也會發(fā)生滑坡災害,但是巖石結(jié)構(gòu)和巴東不同,研究條件也有限。”兩人坦言,此次探訪他倆不僅學到了知識,還了解到多種滑坡研究方法,對于學習研究有很大益處。

開放合作應對地質(zhì)災害

滑坡研究是物理、數(shù)據(jù)“雙驅(qū)動”。既要研究滑坡形成機理,從地質(zhì)構(gòu)造、地貌演化的角度,探尋滑坡的“前世今生”,還要持續(xù)開展數(shù)據(jù)監(jiān)測,最終實現(xiàn)滑坡災害的預測預報。

這離不開工程地質(zhì)的創(chuàng)新探索。以用于監(jiān)測滑坡體內(nèi)狀況的柔性測斜儀為例,創(chuàng)新點在于柔性探頭設計,滑體下滑位移后,不僅不會斷裂失效,還能測量滑坡體地下不同深度的位移情況。

數(shù)據(jù)監(jiān)測上,基于激光雷達、GPS監(jiān)測、三維繪圖、多場關(guān)聯(lián)監(jiān)測等技術(shù),被廣泛用于滑坡地質(zhì)災害監(jiān)測。近年來,大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的使用,一些經(jīng)過深度學習訓練的智能監(jiān)測系統(tǒng),甚至能夠幫助科研人員發(fā)現(xiàn)人眼識別疏忽的裂縫并預警。

大數(shù)據(jù)也帶來新挑戰(zhàn)。大數(shù)據(jù)遵循“摩爾定律”——隨著時間推移,數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)幾何倍數(shù)增長,這意味著數(shù)據(jù)處理難度變大。以湖北巴東地質(zhì)災害國家野外科學觀測研究站監(jiān)測數(shù)據(jù)為例,截止到2023年6月,數(shù)據(jù)監(jiān)測種類達到64種,數(shù)據(jù)總量將近32TB,數(shù)據(jù)總量相比2022年底翻了4番。

此外,現(xiàn)階段,地質(zhì)災害勘察報告中的數(shù)據(jù)往往整體存儲,埋藏在海量文本中,標準化程度有很大不同,前期勘察人員無法預測后續(xù)研究時需要的數(shù)據(jù)字段,后期數(shù)據(jù)分析人員也無法確認某一數(shù)據(jù)是否存在、從哪里提取。這一現(xiàn)實情況下,科研人員的溝通互動、數(shù)據(jù)標準化建設變得更為迫切。

唐輝明說,滑坡災害防治預警是地質(zhì)學家共同的課題,開放共享是滑坡研究的趨勢,也是地大科技創(chuàng)新的優(yōu)勢,巴東大型野外綜合試驗場建成后,平均每年有約40個中外合作項目來校探訪洽談。

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