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开启江苏地裂缝地质灾害研究新征程
发布时间:2019-04-18 17:04  浏览次数:   来源:   [ ]

 

国土资源部地裂缝地质灾害重点实验室是以差异性地面沉降引发的地裂缝为研究重点,以地裂缝成因机理、监测技术、模型模拟、防减灾技术为主要研究方向的科技创新平台。于2012年5月获批筹建,并于2016年11月22日以95分的高分通过专家组验收,作为省级地调系统首批部重点实验室正式挂牌运行。
地裂缝地质灾害重点实验室以基础研究、应用基础研究为主,多年来,立足国家和行业需求,瞄准地裂缝监测技术与防治的基础理论和关键技术发展前沿,开展前瞻性和创新性研究,尤其在地裂缝模型模拟及地裂缝光纤监测技术两方面取得突破性的成果,全面提升了实验室在地裂缝地质灾害研究的创新能力和灾害防控的支撑引领能力。
取得的主要创新成果
重点实验室高度重视创新研究,围绕三大主攻方向展开研究并取得了突破性成果。截至目前,共发表论文54篇(SCI、EI13篇);共申请专利17项(发明专利5项)。
国际上首次实现野外实际地裂缝数值模拟,开启定量化三维地质体中地裂缝发生过程的新篇章

以无锡光明村地裂缝为例开展地裂缝模拟研究,创新性地在苏锡常区域三维地下水流和地质力学模型基础上局部嵌套光明村地裂缝水流和地质力学模型,采用双尺度模拟方法模拟过量开采地下水导致实际地裂缝的发生和发展。

 

图1光明村地裂缝照片                                                图2 地裂缝模型三维位移分布图

 

 

      区域模型为局部模型提供边界条件,在国际上首次应用界面元+有限元技术耦合的方法定量了一个实际三维地质体中地裂缝的发生,模拟了地裂缝的发育演化过程,这也是国际上首次实现野外实际地裂缝的数值模拟。该项成果在水文地质国际顶级期刊《WATER RESOURCES RESEARCH》上发表,达到国际上领先水平。
多项成果获批国家专利,建立了完善的地裂缝分布式光纤监测系统

将分布式光纤监测技术引入地裂缝的监测领域,建立了完善的地裂缝分布式光纤监测系统,包括传感器选型、布设技术、数据采集、处理、传输、显示等。同时针对地裂缝监测具体需求,成功研发和改进了多种新型光纤传感器,获批了多项国家专利;将点式与分布式两种不同的光纤传感器进行系统集成,并最终设计出能够完成自主供电、远程数据传输,集BOTDR和FBG优势功能于一体的分布式光纤监测系统的综合监测系统,并设计完成国内首台FBG/BOTDR集成解调仪样机。并以无锡石塘湾因果岸地裂缝为示范点,完成了自动化光纤监测站的建设.

  

图3 低内力微型传感器                                   图4 角度传感器                                    图5集成解调仪样机

       建立基于光纤传感技术的大型地裂缝物理模型,探究潜山、抽水条件下地裂缝演化规律

       以无锡光明村地质条件为背景,建立了国内外首个采水条件下基岩潜山型地裂缝物理试验模型,在五种成因模式的基础上,深化了对地裂缝时空演化规律的新认识,提出了采水型地裂缝破坏理论。

 

6 大型物理模型

 

打造高水平的地裂缝科研人才培养基地
地裂缝地质灾害重点实验室共有46人,汇集了多个专业的优秀人才,具有很强的研究实力,学历层次较高,人员结构合理。其中高级职称(高级工程师、研究员级高工)25人,中级职称17人,初级职称4人;包括博士11人,硕士27人。依托部行业专项等重大项目,经过多年的建设与培养,形成了以江苏省有突出贡献中青年专家领衔,14名江苏省“333高层次人才培养工程”的中青年学术带头人为核心具有较强战斗力的地裂缝研究科技创新团队。

硬件建设方面,总计投入近亿元新建重点实验室大楼,并于2018年11月正式启用(图1),这是重点实验室建设进程中具有里程碑意义的一件大事。它的投入使用可极大改善广大科技人员的科研条件,进一步推进科技创新,不断提升队伍整体能力和素质。另外重点实验室选择无锡光明村典型地裂缝建设了国际上独一无二集拉弦式三维裂缝形变监测、水准测量、分布式光纤、GPS、InSAR等多监测技术于一体的监测示范站,为无锡地区乃至整个长三角地区地面沉降防治提供了珍贵的基础资料。

  

图7 地裂缝重点实验室新建大楼                                                                                   图8 地裂缝自动化监测野外示范站

 

广泛开展合作,实现开放共赢

实验室始终坚持“开放、流动、联合、竞争”的运行机制,先后举办或承办了多次国际性、全国性的学术会议。积极与国际上知名高校(英国格拉斯哥大学、美国亚利桑那大学、意大利帕多瓦大学)、联合国教科文组织地面沉降工作组(UNESCO)进行学术交流,研讨当今国内外地裂缝研究领域许多前沿课题。建设期间自筹经费连续设立了17个开放基金课题,有效促进了开放共享机制。2017年与意大利帕多瓦大学Teatini教授就大型物理模型试验的地裂缝数值模拟工作开展合作,开启了首次国际合作的新篇章。此外,还与陕西地调院签订的《陕西典型地裂缝监测与成因机理研究》联合攻关项目,这些都为实验室地裂缝研究突破地域性限制奠定了坚实的基础。

 

图9苏陕地裂缝联合攻关项目研讨                                                                                图10 国际地裂缝地质灾害研讨会

    经过多年的建设与发展,地裂缝地质灾害重点实验室已成为立足江苏、面向全国的地裂缝领域重要的科研中心与服务平台。下一个阶段重点实验室建设机遇和挑战并存,将主动谋划,紧跟自然资源改革发展的步伐,面向国家重大需求,不断提升科技创新能力,培养高水平的科技人才,支撑引领我国地裂缝地质灾害防治事业的发展。