中华大地灾害“追凶”人 一一记中国科学院院士彭建兵

巴水诗社

　　中华大地灾害“追凶”人

记中国科学院院士彭建兵

文/杨恩义 周元立

彭建兵，湖北麻城张家畈人，1953年4月出生,1978年武汉地质学院地质专业毕业，1999年博士毕业于西安工程学院地质工程专业，工学博士学位。现任长安大学黄河研究院院长、地质灾害研究院院长，一级教授、博士生导师；自然资源部科技创新团体负责人，国家“973计划”项目首席科学家，国家重大基金项目首席科学家，李四光地质科学奖获得者，全国模范教师；学术兼职国家自然科学基金委员会地学部咨询委员会委员、中国地质学会工程地质专业委员会主任、国际减灾协会指导委员会委员。

2019年11月22日，当选中国科学院院士，是继彭桓武之后，第二位当选中国科学院院士的麻城籍科学家。他在科学研究上主要作出了四个重要贡献。

　　一，地裂缝研究创新论

地裂缝是出露在地球表面的破裂带，所过之处撕裂楼房、错断道路、毁坏管道，严重危及人类安全，我国16个省市遭遇这类灾害。其中，西安市最举世闻名，14条地裂缝将城市地面支离破碎，严重影响城市发展和人居安宁。地裂缝成因破解和科学减灾是国际防灾减灾领域的重大难题。自1988年以来，在20余项国家及省部级科技项目的支持下，彭建兵率领他的团队甩开膀子、撸起袖子、撒开脚丫子，餐风露宿，跋山涉水，以西安地裂缝研究为突破口，以汾渭盆地地裂缝研究为创新基地，延伸到华北平原典型地裂缝的精细研究，完成了“西安-汾渭-华北”地裂缝研究三部曲。

他的西安地裂缝系统研究成果聚集在121万字的《西安地裂缝灾害》专著和系列中英文论文中。在这部研究论著后记中彭建兵写到：“多年来我对西安地裂缝有着强烈的刨根究底的愿望和想揭密它的冲动。因为，认识它、解密它、监测它、防控它是我们西安地质人的责任所在。”围绕这一迷人的课题，他们团队持续开展了长达20年的研究工作，查明并揭示了西安地裂缝的时空分布规律，发现西安地区下发土层中发育着一个构造破裂系统，揭示西安地裂缝是下伏破裂在地表的出露；发现3.5万年以来西安地区经历过四次地裂缝群发周期，揭示西安地裂缝形成历史很漫长；以GPS观测数据为约束，反演计算发现区域拉张应力是西安地裂缝群发的动力源；开展的大型物理模拟和数值模拟发现，超采地下水引起的地面沉降是西安地裂缝复活及超常活动的主要原因。

汾渭盆地地裂缝系统研究成果聚集在130万字的《汾渭盆地地裂缝灾害》专著和系列中英文论文中。彭建兵带领团队历时10年，共发现大华北地区地裂缝1521条，编制了不同比例尺地裂缝分布图278幅，含盖中国大华北5个省区11万km2，形成了我国地裂缝研究的系统基础资料。他在专著后记中深情地表述着：“一个个盆地，一条条土梁，一道道沟谷，一座座村镇，一位位汾渭人，都承载、记录和讲述着地裂缝的故事：大陆构造动力造成汾渭盆地数千万年的持续沉降，盆地构造动力自下而上驱动着盆地表土层伸展破裂，断裂构造蠕动形成了地裂缝的破裂原型，异常的水动力激发了地裂缝的扩展和复活，一道道裂缝将盆地与山脉分割开来，将平地破解成台地和洼地，将城市肢解的七零八落……我们研究地裂缝不是为了荣誉或名利，只是因为乐在其中——发现大自然的运行规律，保障汾渭这块沃土上的城市、工程和人民的安宁，这就是我们持之以恒的原因”。

一系列重大的研究成果，使彭建兵团队对中国地裂缝的认识逐步上升到一个全新的境界，他提出了 “构造控缝、应力导缝、抽水扩缝和浸水开缝”的地裂缝成因系统理论，并被国际学术界认为是“目前地裂缝成因最为流行和广泛接收的理论”，该成果获得了国家科技进步二等奖，彭建兵是排名第一的获奖者。如今，他的地裂缝研究又走向了国际，在国际合作重大项目支持下，已开始系统地研究东非裂谷地裂缝，并发现东非裂谷地裂缝的形成既与现代板块拉张构造运动有关，也与地球深部火山活动相关，还与地表水入渗侵蚀有关，基于这一成因认识提出了东非铁路安全跨越地裂缝的工程应对措施，不仅支撑了一带一路东非铁路建设，而且引领了国际地裂缝研究。

　　二，黄土滑坡研究开新域

我国西北有一片44万平方公里的黄土高原，表面堆积着数十米到数百米不等的的黄土，她是中华农耕文明的发源地。但由于黄土土性松软，易受环境变化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。面对千沟万壑的黄土，人们既为大自然的神奇力量而感叹，同时也困惑不已—是什么样的力量导致黄土滑坡频繁发生？如何才能有效地避免此类灾害发生？带着这样的疑问，彭建兵带领研究团队依托国家973项目和国家自然科学基金重点项目，踏上了黄土滑坡“追凶”之旅。

“追凶”是异常艰辛的。为了揭开谜底，彭建兵团队几十年来辗转于黄土高原的陇西、陇东、陕北、吕梁和汾渭各地。常年穿行在黄土高原的塬面、顶梁、峁头和沟畔，丈量着黄土高原上的大部分土地，实地调查了数百个黄土滑坡，去解读和破解黄土滑坡的地质密码，追踪黄土滑坡的孕育、形成和演化的蛛丝马迹，寻找黄土滑坡的“真凶”，探究黄土堆积层滑移大变形规律与动力学机制。

彭建兵的黄土滑坡系统研究成果聚集在120万字的《黄土高原滑坡灾害》专著和系列中英文论文中。他基于详细地质编录和科学勘探，发现黄土滑坡具有显著性的分布选择性和群发周期性，厘定黄土高原八个滑坡高发区带；他发现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”,黄土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”,黄土的结构应力是黄土土体灾变的内在原因，它是黄土滑坡的“第三元凶”,这三大“元凶”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”，它们导致了黄土滑坡灾难的频发，是黄土滑坡发生的随机过程。

他深知，地质世界是一方整体性的织锦，里面交会着各种错综复杂的势力，因此他还特别关注各种动力之间的巧妙协同作用，认为五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。他在自己所写《黄土高原滑坡灾害“追凶”三十年》一文中诗情画意地写下了如此精彩的文字：“自然界非常小心地守卫着她的地质秘密，你不得不动用全部的智慧和借助大量的勘探手段把那些埋藏在地质体内部的秘密袒露在人们面前，以无可争辩的事实诠释其本质。”

黄土灾害“追凶”之旅永无止境，目前他们正在以国家自然科学基金重大项目为依托，聚焦黄土高原平山造城、治沟造地与固沟保塬等重大工程，攻关黄土重大工程灾变效应的基础科学问题，从国家层面上回答黄土地区是否适宜大兴土木,探寻黄土高原工程灾害防控科学模式和人地协调机制,为建设和谐、富裕、美丽和长久宜居的黄土高原继续贡献自己的力量。

　　三，地壳稳定性研究辟新路

国家重大工程必须建在地质上比较安全稳定的地方,从国家重大工程建设的需求出发，彭建兵带领科研团队自1988起到2003年，历时15年，先后承担国家及省部级科技攻关项目多项，依托我国西部地区的重大水电工程，建立了区域稳定动力学研究的理论与方法体系。1991年-2002年的12年间，他曾先后十余次进入黄河黑山峡河段，深深被那里的复杂工程地质问题所吸引，每每陶醉在青藏高原和黄土高原的美景中，与同事、与学生海阔天空地铺开黑山峡河段开发论题，丈量着黑山峡的山山岭岭，伴随着思索者的遐想，沉湎在区域稳定动力学思想体系的构思中，并最终写就了《区域稳定动力学研究》和《区域稳定动力学的应用实践研究》等两本学术专著，独创性地建立了区域稳定动力学的新概念。

他基于大陆动力学理论，提出由区域深层稳定动力学、区域浅层稳定动力学、区域表层稳定动力学、区域活动构造动力学和区域地震动力学等五个层次的动力学子系统，构架成区域稳定动力学系统，形成了区域稳定动力学研究的学术思想体系。在此基础上提出了区域非稳定动力学环境下的场地失稳效应评价、地震工程效应评价、岩体失稳效应评价和工程断错效应评价的方法体系。

基于所创立的理论，他确定了黄河黑山峡地区深层动力学模式为流变拆离模式，浅层动力学模式为逆冲推覆模式，活动构造动力学模式为走滑挤出模式，地震动力学模式为共轭滑动模式，区域整体的非稳定动力学模式为立交镶叠、多层协同失稳模式，其成果已成为该河段开发的重要科学依据；在黄河积石峡水库滑坡的系统研究工作中，提出了高速飞行弹射型滑坡的成因模式，解决了坝址及库区十个滑坡的成因、稳定性评价及控滑措施等关键问题，为该工程的施工与运营安全提供了科技支撑；在陕西省黑河水库工程的工程地质论证研究中，发现并厘定了侧翼锁固的旋转变形体及其动力学机制，解决了坝址高边坡稳定性、硐室围岩稳定性、大坝渗透稳定性、库区滑坡稳定性等评价等重要技术问题。此外,还先后主持完成了湖南桃江核电站构造稳定性研究和西气东输工程活断层评价研究等项目。他运用区域稳定动力学理论解决了这些重大工程一系列关键地质难题，为国家西部大开发重大工程建设作出了贡献。

　　四，防灾减灾研究服务国家

“地质灾害过程充满了不确定因素，是难以预报和难以控制的，这也是它极富吸引力和挑战性的原因。”彭建兵说，灾害治理与预警虽然“劳神费力”，但关乎国家和人民的安危，我们责无旁贷。因此，他一直坚持科学研究面向国家目标，与国家发展同频共振，把解决国家经济建设中的重大地质问题作为最重要的科学论文来写。

西安14条地裂缝、北京6条地裂缝不断地肢解着这些城市的肌体，实属世上罕见，彭建兵带领团队在查明地裂缝发育规律和成因的基础上，通过大型物理模拟试验发现地裂缝引起工程建构筑物开裂模式为竖向拉裂、斜向陷裂、水平剪裂、平面褶裂、镜向开裂和三维扭裂等六类，提出了控制采水、合理避让、适应变形和局部加固的地裂缝综合减灾理论，形成了城镇地裂缝防控理论和技术，大大降低了西安和北京市地裂缝的灾害风险。

他成功地突破了我国地铁高铁建设中的地裂缝防控重大难题。西安14条地裂缝与拟建的15条地铁相交上百处，地铁隧道可能被地裂缝剪断，这个挑战在世界上是独一无二的。针对这一重大技术挑战，他带领团队历时6年开展了多组大型物理模拟试验和数值模拟，再现了地裂缝活动下地铁隧道三维变形破坏的细节过程，在此基础上提出了“分段设缝、扩大断面、预留静空、结构防水”的地铁隧道适应地裂缝变形的结构应对措施，成功解决了西安地铁建设中的重大技术难题。大同—西安高铁24处与活动地裂缝相交，面临着重大灾难风险，这在世界高铁建设史上尚无先例。他们通过大型物理模拟试验再现了地裂缝活动下高铁路基和桥梁的变形破坏细节过程，提出了基于适应变形和动态调整的高铁跨地裂缝的科学方案，为大西高铁工程建设提供了技术支撑，其成果也在其他长输生命线工程中得到推广应用。国家自然科学基金委专门刊登新闻对其进行报道，评价为“地质学家为地铁、高铁成功穿越地裂缝（区）保驾护航”

基于所提出的黄土滑坡成因理论和初始条件可知，随机过程可测的思路，彭建兵团队以甘肃黑方台和陕西泾阳南塬两个滑坡高发区为示范试验基地，构建了天--空--地--一体化的黄土滑坡隐患早期识别技术体系，在黑方台、泾阳南塬识别出数十处滑坡隐患;研发的现场监测数据自动采集、远程无线传输、实时分析处理的黄土滑坡实时监测预警系统，数次提前数小时成功预警了甘肃黑方台滑坡的发生，避免了重大人员伤亡;成功治理了多个大型黄土滑坡，并形成了黄土滑坡防治工程示范,从而在黄土滑坡风险预测、临灾预警和工程防治方面取得重大突破,为国家经济工程建设和灾害防控作出了重要贡献。

回顾在黄土之城西安四十年的奋斗历程，彭建兵感慨地说：“从此，我的青春岁月、我的中年和老年，我的家庭和事业，就与这块黄土地紧密地联系在一起....要感恩这块土地，欣慰于我们生活在最具中华文化积淀的土壤板块之中，在这里坚持了四十年，深受黄土高原厚重积淀的文化影响，高原意识、高原精神、高原灵魂和高原气质慢慢渗入我的骨子里，润入我的心灵中，使我的涵养、胸襟和格局不断得以升华"。由青年进入了老年，彭建兵在40多年的教学、科研工作中，取得了突出的成绩。他以第一完成人获国家科技进步二等奖1次、省部级科技成果奖一等奖4次，参与获省部级科技成果奖一等奖3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132人。

五，回馈桑梓，不忘故乡

当忆及他青少年时代在故乡麻城张家畈公社的成长历程时,他感慨万千,特别是张家畈中学那三年的艰苦求学岁月让他终身难忘。他总忘不了那吃完很快就饿的半干半稀米饭,那从周一吃到周六不变样的咸菜，它在他那三年饥寒难耐的少年记忆中是那么刻骨铭心；忘不了那老走不到头的背柴之路，少年翅嫩的肩膀实在难以承载那重重的柴担;忘不了那老借不到书的图书馆，怎么也解不了他们那些青少年的求知渴望；忘不了那短暂而激动人心的武汉和黄冈两地的串联之旅,让他突然发现大山外面的世界好大、好奇妙，从此就有了走出大山、走向远方的诗情与愿想;忘不了校长镜片后炯炯有神的审视眼光，教导主任训政时的慷慨激昂，语文老师朗诵古文的抑扬顿挫，数学老师的严谨数学推导，音乐老师的美妙歌音....桃花泽水深千尺，不及恩师育我身,他从心底感谢当年培育过他的每一位老师。

他更忘不了他的父母和哥姐们，在那极为贫困的年代里，他们为供他上学读书勤劳耕作、省吃俭用，把苦难留给自己，把笑声交给他，艰难地度过了多少个饥寒交迫的日日夜夜。时至今日，父母和哥姐们那疲倦的身驱、辛劳的模样、苦挣的神情、期盼的眼神，仍然历历在目，每每都会勾起他无尽的心酸，无尽的思念,并成为他一生自强不息、奋斗不止、至今仍不懈怠的原动力。

他还十分动情地说,故乡大别山于他而言是一个神奇的地方，养成了他的灵动、苦学、勤劳、善良、互助的品性素养,故乡是他的初心出发之地，是他的梦想起飞之地，是他奋斗精神的奠基之地，像灵魂一样,永驻在他心中，是他永远梦萦魂牵的地方!