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滑坡是我国西部地区最主要的地质灾害，其损伤演化过程中的多物理场耦合机理复杂、触发失稳规律与特征未明，制约了地质灾害链生演化机制研究以及边坡稳定性评价、工程岩体结构健康诊断与监测预警等应用的深入开展。

针对上述问题，牛竞技电竞官网谢凡研究员团队于2019年开始在我国川西地区大渡河流域某典型岩石边坡开展监测研究。该研究采取“向内看”策略，利用2台高灵敏度地震动设备记录到的环境震动数据，从非相干波场干涉分析入手，以岩体浅层散射波场时空间演化信息为抓手，充分挖掘波速变化对介质弹性模量弱化而导致的损伤高度敏感的特性，将波速变化的时间分辨率提升到20分钟的同时，将观测误差控制在 10-5（中位数），实现对表征滑坡内部损伤演化的波速变化这一关键信息的高时间分辨率、高精度长期监测（图1），并获得如下成果：

（1）      该典型滑坡浅层波速变化出现日变化的主要驱动机制是太阳（热）辐射在滑坡表面岩体产生膨胀所导致的围压变化，这也是此滑坡结构强度季节性变化的主要驱动力之一（图2-a）。

（2）      短时/持续性的强降雨在通过岩石缝隙的扩散过程中会增大滑坡孔隙压，导致滑坡结构强度在降雨发生后数天内出下降，从而产生显著的波速变化下降，这是此滑坡在雨季出现强度下降的主要驱动力（图2-b）。

（3）      中小强度的地震即可引发此滑坡内部既有（微）裂隙的瞬时打开（可逆型损伤），导致波速阶梯式下降；而震后其内部裂隙的缓慢闭合（损伤恢复）导致波速在数天到十数天的跨度内呈对数型增长并几近恢复至震前水平。但当震后的波速变化恢复过程叠加降雨过程时，导致该滑坡内部的波速变化不能完全恢复到地震发生之前的状态，会使得此滑坡不稳定性继续保持（图2-c）。

（4）      上述多种因素的叠加导致该滑坡出现局部、小规模失稳事件（rock avalanche），得益于优化后的时间分辨率，在滑坡失稳发生前40分钟观测到可信的前兆式波速下降（图2-d）。

以上研究表明，利用非相干散射波场的波速变化监测具备高应力敏感性以及高时空分辨率特点，相对传统滑坡监测技术更具优势，可为基于环境地震学的新一代地质灾害及早期预警系统的发展与体系化建设形成重要支撑。该成果于2022年发表于学术期刊《Engineering Geology》（https://doi.org/10.1016/j.enggeo.2022.106922），受自然科学基金（41874061, 4211001018）以及中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金（DQJB22Z02）项目共同资助。

图1 在该滑坡体上的监测数据，包括(a) 高时间分辨率、高精度的波速变化；(b) 降雨及其累积降雨量 （c）该滑坡体周边200公里范围内的地震在坡体上产生的峰值速度(PGV) (d)大气温度

图2 (a) 相比大气压，日均波速变化与太阳辐射导致的气温变化呈现更好的相关性（b）短时大降雨导致的坡体内部孔隙压力增大导致波速变化显著下降，波速变化下降（红框），是此滑坡在雨季出现强度下降的主要驱动力；(c) 中小强度的地震（黑圆）即可引发此滑坡（黑五星）内部既有（微）裂隙的瞬时打开（可逆型损伤），导致波速阶梯式下降（蓝色和橘色曲线），当震后的波速变化恢复过程叠加降雨过程时，会使得此滑坡不稳定性继续保持，导致该滑坡内部的波速变化不能完全恢复到地震发生之前的状态（橘色曲线）（d）在高时间分辨率(20-min)监测模式下, 在小规模滑坡发生前40分钟观测到可预警的前兆波速下降。图中红色圆点是前兆波速下降，黄色虚线是小规模滑坡发生时间

【作者简介】

谢凡, 研究员。主要从事跨尺度介质变化及其成像的高精度观测及研究工作.研究方向为非均匀介质中的散射波理论、数值模拟以及在地震孕育和地质灾害监测应用。相关成果发表于地球物理学，结构健康监测，地质灾害等领域重要期刊。