珠峰科研计划丨胡伟团队：搜寻地灾现场蛛丝马迹，破解高速远程滑坡之谜

原创锐意进取的成都理工大学昨天

珠峰科研计划

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为破解“世界屋脊”的地学奥秘，2019年11月24日，“我校青藏高原及周缘复杂地质过程与资源环境效应科学研究计划（珠峰科学研究计划）”正式启动——

首批资助了14个珠峰研究团队，包含挤压-隆升区岩体高地应力赋存规律与岩爆灾害机理研究，青藏高原冰川灾害链时空演化规律与动力学机制研究，西藏中部特提斯洋演化过程与成矿，西昆仑古特提斯域岩浆-沉积记录与古板块重建，晚三叠世四川盆地及周缘构造-沉积-成矿对古特提斯洋闭合的响应等，引发了国内外的广泛关注。

该计划将从2019年起至2030年，聚集国内外相关领域顶级专家学者，围绕青藏高原及周缘的“原-山-盆系统形成演化与地球动力学”“矿产资源成矿规律、勘探及开发利用”“盆地构造-沉积分异作用与油气分布规律”“地质灾害防控及生态环境评价与修复”四个主要方向，分“构建高原”“构筑高地”“打造高峰”三个阶段逐步实施并开展研究，为我校“双一流”学科建设加足马力。

计划的开展，标志着成都理工大学学术建设又一次迈上了新台阶。

如今，两年即将过去，这14个珠峰研究团队如今进展如何？成果如何？我们分别采访了他们包括团队首席科学家在内的多位成员，以呈现他们的科研近况、研究进度和计划推进情况，并以此激励全校师生与彼同行，争先奋勇，勇攀高峰。

地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室（以下简称地灾国重实验室）以胡伟教授为首的滑坡动力学团队，长期深耕于高位远程特大地质灾害的研究。

2020年5月12日，地学领域的顶级期刊Geophysical Research Letters（GRL）登载了他们的最新科研成果——《高速破碎颗粒流黏度弱化特性研究》，这个研究成果正在打破地学与物理学的一些“成见”，揭开大型滑坡超高速运移的“迷雾”，并为大型滑坡生命全周期伴生机制的探究夯实基础。胡伟教授表示，这些成果的取得，“与‘珠峰计划’带来的新思考与新平台紧密相关。”

突破牢笼

秘密在滑坡的尘埃里

在我校14个珠峰科研团队中，胡伟教授团队的研究任务书名为“青藏高原东缘高位远程特大灾害形成演化动力学机制研究”。作为首批受资助团队之一，在结果公示后不久，地学领域自然指数期刊Geophysical Research Letters（地球物理研究通报）上登载了团队的最新科研成果。

这篇名为《高速破碎颗粒流黏度弱化特性研究》（A Weakening Rheology of Dry Granular Flows With Extensive Brittle Grain Damage in High-Speed Rotary Shear Experiments）的论文，破解了高速远程滑坡中的核心问题——巨大的山体滑坡为什么能够超高速、超远程运移，顷刻间就掩埋一座几里外的村庄？在山体碎裂的过程中，固体为什么可以如流体一般“一泻千里”？

▲2020年5月发表于Geophysical Research Letters的文章揭示了滑坡高速运移机理

1991年9月23日云南的头寨滑坡就是个典型案例。这场造成了216人死亡的特大事故，源自巨大的玄武岩山体滑坡。山体失稳，高速滑入头寨沟，与对面山体斜坡发生大规模高速撞击。岩石碎成了大大小小的砾石与微粒，“顺流而下”形成了约4公里的“石河”，毁路湮村。

尽管诸多学者对于头寨滑坡展开了大量的研究，然而体量近千万方量的玄武岩滑坡为何发生如此远距离的高速运移，仍然是一个未解之谜。

在此之前，地球科学研究领域普遍将运动中滑坡体视为整体，建立了以库伦摩擦理论（物体越重，压力越大，剪切面的抗剪强度越高）为基本参数的研究体系。按照经典物理模型，颗粒流体运动速度越快，则材料剪切强度越大。

然而，大量的现场与实验证据显示，一些滑坡运移速度越快，颗粒流的剪切强度反而越低。理论与现实的矛盾，让胡伟团队一时甚至开始自我怀疑，答案却渐渐在滑坡的尘埃中显现出来。

他们在野外的滑坡底部找到了大量纳米级的颗粒。一次滑坡，巨大的山体可能会破碎出纳米颗粒？这听起来不可思议。

他们不再拘泥于传统地质学的研究范畴，突破思维的“牢笼”，胡伟团队将物理学中的颗粒流理论引入到滑坡研究中，回归到高速滑坡碎屑流体的本质，探索其内部的超低摩擦物理机理。

▲研究生郁杰夫在实验室做物理模拟滑带实验

为了明确相关机理，团队进行了上百次高速高压颗粒流体实验。在不同的高压高速条件下，萤石、石英颗粒被碾压破碎，“石”花四溅。实验结果显示，对于高速、高压碎屑流，经典物理学的结论只是在低速和中速阶段成立。

当进入高速后，颗粒流的剪切强度将大大衰减，阻力变小，速度提升。对于这种急剧的衰减，胡伟教授认为，这是颗粒流体的“触变性”（thixotropy）。对于地质界和物理界而言，这都是一个十分重要的创见。

徒手攀登

寻找伏行千里的自然奥秘

为了这个成果，几年来，胡伟团队几乎到访了西南所有重要典型滑坡现场，在云南昭通头寨滑坡、贵州水城滑坡、绵竹文家沟滑坡及北川杨家沟等大型滑坡现场，他们徒手攀岩，登上一个个崖壁，在草蛇灰线之间，寻找已伏行千里的自然秘密。

▲珠峰计划贵州水城特大滑坡现场调查

滑坡在哪里，他们就在那里。

在头寨滑坡现场，为了探寻谜题的答案，研究团队溯沟而上。时隔近三十年，头寨沟内仍遍布滑坡产生的巨量破碎堆积体及抛射的巨石。为了在有限的天气窗口期内完成现场研究工作，研究队伍兵分两路，一路由胡伟教授领队，目标直指滑坡后缘，沿途采集岩土体样本；另一路则由环境与土木工程学院的李延老师带队，在堆积体上开展高密度电法物探工作，揭示滑坡体深处的地质结构。

▲李延于北川地震滑坡滑带取样

上个月，由于高密度电法的技术指导老师突发疾病，现场物探工作重担落在年轻的教师李延和刚入学的研一“新兵”周力、黄之辉、柏梁身上。在罕有人烟的山野里，几个男生每人扛着几十斤重的线缆，在滑坡形成的陡坡上布设超过一公里长的线路。他们小心翼翼，由上至下准确地布设了一百二十支电极、几十个接头及测量设备，完美地完成了第一次野外探测任务。

在贵州水城滑坡现场，滑坡受灾的村庄与房屋在地图软件中仍然可以找寻得到，但是在现场却是满目疮痍，无处可寻了。为了调查清楚滑坡启动且呈流态化运移的科学原因，研究团队沿着滑坡体攀援而上，并沿途采集岩土体样本，按学生的话来说，是“人体要从两驱变成四驱”，只为寻找珍贵的现场痕迹与岩土样品。

▲贵州水城滑坡后缘滑面

这也是女研究生高欣的野外“首秀”，爬过松散的土体，爬过陡峭的岩壁，终于“一览众山小”。望着被滑坡所摧毁的山村，她做了个决定，“我要继续读博，为祖国的防灾减灾事业贡献自己的一份力量。”

▲“两驱变四驱” （博士研究生）

野外工作既是艰辛的，同时也是浪漫的。

在昭通头寨沟，打完电法夜幕已四合，同学们打着手电一件件清点收整设备，确保设备与数据不出一丝差错。高原初秋的夜晚虽寒风凛冽，但却有城市罕见的繁星漫天，摇曳的电筒光与月光星光融合在了一起，仿佛银河落九天。

在水城，攀爬途中一块满是划痕的石头让大家停下了脚步，胡伟像欣赏一幅画作一样，带领着学生们“赏析”，“这个充满划痕的石头，就像黑胶唱片。”划痕间蕴藏的自然密码，记录了滑坡高速运动过程的震动信息，对这些信息的解读，将可能进一步揭示滑坡流态化运移的秘密。

化学反应

在学科交叉之中攻破难题

珠峰计划推动了校内科研力量的学科交叉。

去年，团队题为《巨型滑坡底部超低摩擦机理——摩擦热产生的蒸汽压和CO2气压与岩石重结晶共同润滑作用》（Superheated steam, hot CO2 and dynamic recrystallization from frictional heat jointly lubricated a giant landslide: Field and experimental evidence）的论文发表在国际著名地学期刊Earth and Planetary Science Letters（地球与行星科学通报）上，不久，国际顶级期刊Nature杂志撰文报道了这个研究成果，并将该科研成果列为全球研究热点（Highlight）。

为了研究高速远程滑坡的矿物学机制，团队对接过材料与化学化工学院的张湘辉副教授。这一次，因为“珠峰计划”，他们又一次紧密合作。

张湘辉是新型功能材料制备及热分解动力学的专家，他负责进行高速远程滑坡中不同矿物材料的分解分析。这正是“珠峰计划”为成理科研提供的全新合作平台，各学科的交叉通融正在发生激情四射的“化学反应”。

珠峰计划也推动了国内外研究团队的深入合作。珠峰科学研究计划实施前，胡伟教授团队就与新西兰地质与核科学研究所Maurice James McSaveney研究员、日本京都大学Toshi Shimamoto教授、荷兰乌德勒支大学Theo van Asch教授、美国麻州大学张京生教授、法国中央理工大学Pierre-Yves Hicher教授、日本京都大学王功辉教授、意大利国家研究委员会地质水文保护研究院Janusz Wasowski研究员、意大利巴里大学Vincenzo Del Gaudio教授等国际一流科学家与研究团队保持长期深入的实质性合作，对滑坡相关机理进行联合科学研究。珠峰计划的实施，让他们的合作更加明确而有创见。

▲研究成果发表于地学知名期刊

2011年，胡伟留学归来，加入地灾国重实验室。近10年来，他的脚步丈量了大西南冯店垮梁子、大光包、头寨、水城等多个典型滑坡，直到去年，“珠峰计划”清晰地勾勒出他的研究轨迹——“青藏高原东缘”，“可以大胆地说，青藏高原的东缘就是世界滑坡的中心，因此把它作为‘珠峰计划’的研究重点是极其正确的决定。”

▲胡伟教授

对于胡伟及其科研团队来说，“珠峰科学研究计划”开启了他们“青藏高原科研之旅”的前奏。

成果水平及国际评价

相关研究成果在高速远程滑坡致灾因子、高速和远程运移机理等方面取得重要的研究进展。研究团队在多方面均有新的发现和新的观点，尤其是发现了高速远程滑坡高温热分解现场和实验证据，提出了基于热重分析和热分解矿物分层分析确定滑带温度准确方法，揭示了高压气体和动态重结晶共同作用减阻机理，找到了滑坡变形破坏机理及关键致灾因子。

值得一提的是，发表在Earth and Planetary Science Letters上的该成果论文Superheated steam, hot CO2 and dyn-amic recrystallization from frictional heat jointly lubricated a giant landslide: Field and experimental evidence引发各方关注。国际著名期刊Nature专门撰文报道了相关成果，并且将该研究列为全球研究热点Highlight。

▲戳链接阅读Nature原文报道

Nature撰文指出通过将野外实验和室内高速摩擦实验结合，成都理工大学黄润秋教授所领导的研究团队揭示了大光包巨型滑坡在滑动过程底部产生高温可达850摄氏度。在高温作用下，矿物分解产生大量气体。

这些气体和水蒸气在致密滑带形成高压气体。高压气体和动态重结晶层共同作用，在大滑坡底部形成超低摩擦。该研究很好地解释了大型滑坡高速远程运动机理。

在美国国家地球科学协会（AGU）国际知名滑坡Blog上，英国Sheffield大学副校长，国际知名滑坡专家Dave Petly教授专门撰文报道该项研究。

该报道特别指出，本研究揭示两亿方的巨型滑坡的运动行为被0.1mm厚的动态重结晶层控制是一个非凡的贡献。

▲戳链接阅读Dave Petly撰写的报道原文

人物介绍

胡伟教授

研究成果：

胡伟教授长期致力于滑坡动力学研究，先后主持国家自然科学基金重大项目（课题）、优秀青年科学基金项目、面上基金项目、国家重点研发计划子课题、四川省青年科技创新团队、自然资源部公益性行业专项、四川省杰出青年基金项目。于2019年获得国家科技进步奖二等奖（排名第六）；2015年获得中国青年地质科技奖——银锤奖；2019年入选四川省天府万人计划；2017年入选自然资源部杰出青年科技人才；相关成果发表在Geology、Earth and Planetary Science Letters、Geophysical Research Letters（5篇）等自然指数（Nature Index）期刊上共计25篇。共发表SCI检索论文45篇(其中Nature Index论文7篇，中科院分区1区论文15篇)。

图片由团队提供

来源丨党委宣传部

文丨曾灵梁芳陈美琦

排版丨赵英惠林振潇

校审丨赵一蕾

责编丨张爱艾王潇

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