南大朱鴻鵠教授課題組在庫區滑坡關鍵界面多元表征與災變機理方面取得重要進展

庫區滑坡是一類具有顯著熱-水-力多場耦合特征的重大地質災害。一旦發生災難性的崩塌，可能會觸發滑坡-泥石流-堰塞湖潰決等鏈生災害，對大壩、庫區及下游城鎮居民的生命財產安全構成嚴重威脅。近年來，全球極端天氣氣候事件頻發，各國都進入了自然災害的高發期。以我國三峽庫區為例，2020年遭遇了1998年以來最嚴重的汛情，5月至7月的累計降雨量超過500 mm，由此引發了該區域大量的滑坡運動和崩塌。全面掌握滑坡地下多物理場的動態演化特征，對于揭示庫區滑坡災變機理及其潛在驅動因素具有重要的理論價值和現實意義。

目前，常規的滑坡監測技術在大量程、高時空分辨率和多元表征等方面仍存在諸多挑戰，極大地限制了我們對滑坡多物理場相互作用及其演化特征的認識。針對上述問題，南京大學朱鴻鵠教授課題組與南大蘇州南智傳感產學研平臺深度合作，選取長江三峽庫區藕塘滑坡為研究區，利用弱反射光纖光柵（WFBG）技術，構建了滑坡地下多元信息的光纖神經感測系統，開展了特大型庫區滑坡的熱-水-力動力學研究（見圖1和2）。這項工作是施斌教授團隊2018年獲得的國家科學技術進步獎一等獎“地質工程分布式光纖監測關鍵技術及其應用”成果的重要延伸。

圖1 庫區滑坡熱-水-力光纖神經感測系統及多場演化機制示意圖

圖2 藕塘滑坡現場調查與監測示范站建設

研究團隊通過現場長期實時監測，成功捕獲了藕塘滑坡地下關鍵界面及其鄰接層的溫度、水分和應變信息，重構了高時空分辨率的多物理剖面（圖3），在此基礎上闡明了滑坡深部的變形演化特征和溫度-滲流-變形多元耦合機理，為精準掌握三峽庫區特大型滑坡的災變機制及其驅動因素提供了重要的技術手段和理論支撐。

圖3 藕塘滑坡地下溫度、水分及應變信息的時空剖面與氣象記錄

  該滑坡的多元表征結果顯示，除了已探明的、位于20m深度的主滑面以外，還存在一個新近生成的淺層次級滑面。研究團隊通過對滑面熱-水-力響應機制的研究，揭示了滑坡地下應變狀態和水分遷移的演化規律，得到“短時高強降雨是滑面加速變形的主要驅動因素”這一重要結論（圖4）。此外，研究團隊認為，近年來頻繁的極端天氣事件激活了三峽庫區部分庫岸邊坡的次生滑面，因此迫切需要將多尺度對地觀測技術和地下界面多元表征方法相結合，針對地質災害易發區構建空-天-地-體多維監測網絡，實現對庫區潛在地質災害的實時監測與超前預警。

  上述研究成果近期以“Subsurface Multi-Physical Monitoring of a Reservoir Landslide with the Fiber-Optic Nerve System”為題，發表在地球科學領域頂級期刊《Geophysical Research Letters》（Nature Index收錄）上。南京大學博士研究生葉霄為論文的第一作者，朱鴻鵠教授為通訊作者，其他合作者包括施斌教授、碩士生王佳、長安大學張勤教授，以及意大利國家研究委員會水文地質保護研究所L. Schenato、A. Pasuto教授。這項研究工作得到了國家重點研發計劃課題、國家自然科學基金優秀青年基金項目和面上項目的資助。

圖4 滑坡地表、地下變形時間序列及潛在驅動因素分析

論文鏈接：

Ye, X., Zhu, H.-H., Wang, J., Zhang, Q., Shi, B., Schenato, L., & Pasuto, A. (2022). Subsurface multi-physical monitoring of a reservoir landslide with the fiber-optic nerve system. Geophysical Research Letters, 49(11), e2022GL098211. https://doi.org/10.1029/2022GL098211

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