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寫好立項依據與凝練出精華的科學問題，是基金申請的重中之重（附樣例）

2022-01-19 17:24:30 作者：自科在線來源：自科在線分享至：

自從我2008年開始專注于地質災害物理預測的基礎研究后，因對接橫向項目不感興趣，逐漸由“土豪”成為了“貧農”。雖然有老課題結余經費的助力，但預計到2010年的時候會“揭不開鍋”?；ㄥX的地方實在太多，研究生培養、實驗室運轉、交辦公室房租等，每年都需要不菲的“銀子”。科研也好，生活也罷，錢不是萬能的，但沒有錢是萬萬不能的。木有基本的科研經費支撐，溫飽都會成為問題，哪能靜心做科研吶。

在2009年下半年，對崩滑災害失穩機理有了突破性的新認識，發現的滑面多鎖固段脆性破裂規律得到了諸多實例的回溯性驗證。有了New idea后，準備2010年申請個重點基金項目。在寫本子的時候，因有New idea支撐，思路十分清晰，用了3天的時間一揮而就，后面精心修改用了半月時間?？赡苁潜咀拥膭撔滦?、邏輯性與故事性較強的緣故吧，函評時得到了5A1B的評價。

上會答辯前，用了半個月時間精心準備PPT，演講和回答問題都令人滿意，結果獲高票通過。今年6月份，一位當年的會評專家來京和我聊天時透露了一個“秘密”，他說“你可能不知道當時會評的情況，小同行專家是準備‘滅’掉你的申請的，因為滑坡預測是個世界性的科學難題，大家搞了這么多年，誰也沒有高招。但聽了你的答辯報告后，大家改變了主意，因為你有了新招兒，把不可能的事兒變成了可能，重點基金嘛就是支持有新想法的、有重要意義的探索項目。”看來，有可行性的新想法是基金中標的“硬通貨”；再者，寫好邏輯性與故事性強的本子，可讓評審專家清晰地理解擬申請項目的“脈絡”，助其做出客觀的評判。

我覺得國家自然科學基金的評審是相對公正的，世界上也沒有絕對公平的事兒。對于非“大牛”學者，自己能做到的是壯大自己，而不是怨天尤人。當你比別人“高半頭”的時候，申請基金時有可能“被滅”；當你比別人“高一頭”的時候，評審專家很難“滅你”。世界上沒有什么“救世主”，自己的命運掌握在自己手里，俺覺得基金“中標”的正能量途徑是——用強勁的創新實力“征服”評委。

抱歉，說著說著跑題了，趕緊“糾偏”回到正題吧。

因知道2015年重點基金要結題，結題后又會面臨“斷頓”困擾；再者，在巖石破裂過程研究中我們又發現了一個有趣的問題。簡言之，在淺源強震孕育過程中，鎖固段被加載至膨脹點時，Benioff應變開始出現加速現象，但加速持續一段時間后，大部分震例普遍出現不同尋常的現象——應變速率急劇降低。這與室內巖樣剪切蠕變試驗揭示的破壞特征完全不同，也與鎖固型滑坡監測位移曲線反映的鎖固段破裂加速至宏觀破裂階段的變形特征不同。基于以上考慮，從2014年10月份，打算寫個面上基金申請項目。這次申請，因怕不中“丟人”，從思路定位、問題凝練、文獻查閱、編寫本子到潤色調整，用了很長時間。寫完后，請幾位朋友看了看，覺得不錯，在申請書提交截止時間前兩個小時，上傳了本子。

昨天從我所得知，今年的基金申請再次“中標”。非常感謝基金，基金伴我渡過了學術生涯的“困難”時期。有了基金的助力，靜心科研就有了基本保障，才能坐得住“冷板凳”。

俺覺得，寫好立項依據與凝練出精華的科學問題，是基金申請的重中之重，必須下功夫。

下面曬曬俺們2010年重點基金項目《斜坡失穩的廣義臨界位移準則與預測方法》中的立項依據部分，可供打算申請基金的青年朋友們參考。

（一）、項目的立項依據（約2700字）

地質災害如滑坡、崩塌、強震等，常以突發性、難以預測性、毀滅性的災難給人類造成重大人員傷亡與經濟損失。盡管諸多學者[1-26]在災害學研究中已做出了巨大努力，但對世界上許多災難性地質災害屢屢預測失敗的現實表明，我們對地質體致災機制知之甚少。由于地質系統本身的固有復雜屬性[1]或深部巖土體力學屬性與地質結構的難以準確描述性[2]，依據目前的認識，通常人們認為崩滑等災害的預測是非常困難的，因為崩滑預測模型不可能同時考慮眾多復雜因素的相互影響，其中斜坡幾何、地質條件的復雜性，位移-時間關系的非線性，以及季節性因素的疊加作用是最重要的影響因素[3]。然而，為評估及減輕崩滑災害，坡體破壞過程的預測問題必須被解決。

目前崩滑災害預測問題研究主要有兩種方法。其一是基于試驗和力學分析研究坡體失穩的演化機理，并利用這些結果做出進一步預測。然而，由于上述影響因素相互作用導致的高度非線性及衍生的復雜性，描述滑坡演化過程的動力學方程[4]還未能正確寫出，即使這些方程能夠正確寫出，準確確定方程中的諸多幾何及力學參數仍然十分困難。唐春安指出[5]，在非線性和不連續問題的理論研究方面有一種越來越復雜化而難以實際應用的趨勢。另一個研究方法是依據經驗、統計模型進行滑坡時間預測[6-9]。然而，基于加速蠕變的突變破壞統計預測[10]已經導致了不正確的預測結果，例如對阿爾卑斯山Kilchenstock滑坡預測失敗了兩次。Rat[11]（1988）曾坦率地指出，由于缺乏嚴格的物理基礎，統計預測通常是很不可靠和很有“詭計”的。為此，應該從新的理念出發，發展解決滑坡預測問題的新方法。

鎖固段可定義為在滑面上具有較高強度的應力集中部位，例如所謂的巖橋、凸起體（asperity）及土拱或支撐拱。在國內，鎖固段概念最早被張倬元教授等[15]提出。之后這一概念從內涵和外延得到了進一步的拓展。例如，已有研究發現巖質斜坡[16]的穩定性受巖橋控制，大型堆積層斜坡[17]的穩定性受土拱或支撐拱控制。但過去的認識僅認為地質體的穩定性受一個鎖固段控制，也未建立相關的理論方法。據最近我們的研究發現，巖質斜坡、大型堆積層斜坡和黃土斜坡的穩定性受其滑面或剪切帶上的一個或多個鎖固段控制。當所有的鎖固段被剪斷，滑坡將不可避免地發生。

作為立項依據，我們對鎖固段在地質體中的客觀存在性以斜坡為例做如下論證：①滑面介質是不均勻的，強度相對高的區段必然存在；②在實際監測中發現，大型滑坡總有一個或多個相對變形較小的區域，如新灘滑坡和三峽涼水井滑坡，該區域則為鎖固區域，一旦該區域被突破，滑坡將不可避免地發生，根據滑坡宏觀破壞現象和位移加速現象，涼水井滑坡曾做過一次失敗的預報，造成了長江封航3天，損失2.1億元的嚴重后果。這說明該滑坡可能存在多鎖固段；③若沒有鎖固段存在，那么任何斜坡在每年的雨季，特別是最大降雨量的年份都會失穩。因為在雨季尤其是最大降雨量的年份，滑面介質的抗剪強度都是最低的，都應該失穩，顯然實際斜坡失穩并不遵循這一規律；④不用鎖固段概念，不能從物理上解釋斜坡的加速蠕變特征，某些斜坡，如小灣水電站斜坡，在加固后仍然失穩，說明其加固是在天然斜坡的鎖固段斷裂后加固的，人工加固方法（如抗滑樁、錨索、錨桿）提供的抗滑力一般遠小于自然鎖固段提供的抗滑力，因此，在天然斜坡的鎖固段斷裂后加固，只會延緩其破壞時間，而不能阻擋其破壞的必然發生。

從大量巖石力學試驗成果[15]知道，在巖石變形達到了其體應變膨脹界限后，將進入不穩定破裂階段，在此階段即使施加的差應力保持不變，其破裂的傳播將朝著最終的宏觀破壞自發地發展。此階段一個最重要的特征是在其對應的蠕變—時間曲線上，位移將會出現加速現象。在變形達到其峰值強度點時，鎖固段將被剪斷。對一個鎖固段情況，意味著滑坡的發生將不可避免，對此種滑坡，過去的基于位移量或位移速率的經驗與統計預測方法，可能會得到成功的預測結果。對多鎖固段情況，將會出現多個加速階段。因此，僅根據位移速率的激增判斷滑坡的發生，可能會得到錯誤的預報結果。

在過去的斜坡穩定性分析中，大多沒有考慮鎖固段的抗剪作用，這會導致穩定性分析結果過于保守。對此，我們在2009年發現了適用于地質體破壞預測分析的一個普適性規律：依據重正化群理論導出了鎖固體的臨界破裂概率（膨脹起點），基于微元體破裂的Weibull分布本構模型，構建了鎖固段峰值強度點、峰后應力應變曲線拐點（殘余強度）與膨脹起點的力學聯系。地質體演化到膨脹點后，在其蠕變曲線上有一個有趣的現象——位移加速現象。我們把鎖固段峰值強度點視為崩塌、傾倒等脆性破壞的臨界失穩點，把峰后應力應變曲線拐點視為蠕變型滑坡的滑動起始點，用加速蠕變起點的監測位移值作為已知值，就可以預測未來崩滑體失穩時的臨界位移值。

在此基礎上，我們還導出了多鎖固段斜坡失穩臨界位移準則。該項研究發現了可能具有普適意義的、適用于地質體破壞預測的兩個常數1.48和2.59。我們認為，對于一個特定的斜坡，其臨界滑動位移值應該是一個定值。若不超過這一定值，則滑坡不會發生。但是，降雨等外界環境因素可能加速坡體的破壞進程。這表明斜坡臨界滑動位移可能是一常量，而失穩時間為一變量。這也表明預測斜坡的臨界滑動位移比預測其失穩時間更容易實現。

位移監測是判斷斜坡穩定性和演化趨勢的常用技術方法之一。如果預先知道了斜坡滑動的臨界位移值，那么就可以較準確地估計其可能發生滑坡的時間，以采取合理的應急措施保障公共安全。

根據初步建立的多鎖固段漸進破壞理論和方法，對包括新灘滑坡、Vaiont滑坡、鹽池河山崩在內的35個崩滑實例進行了驗證分析，取得了很好的結果。該方法已在三峽庫區滑坡監測中開始進行嘗試性應用。但在研究中發現，還有下述問題有待深化和完善：

（1）斜坡滑面鎖固體的地質界定與識別方法問題。這是一個新的課題，包括鎖固體的地質分類，地質、地球物理與監測綜合識別方法。

（2）我們在2009年建立的理論與方法是針對沿滑面鎖固段的一維空間問題，并已取得了良好的預測效果，若擴充到二維和三維問題，毫無疑問效果會更好。

（3）雖然大量的實例已證實了該理論方法的可靠性，但還沒有從室內物理模擬實驗的角度，對多鎖固段漸進破裂過程與地表和深部位移演化特征之間的對應關系進行深入剖析。顯然，從室內試驗角度深入揭示多鎖固段膨脹—斷裂過程與位移特征的物理關系，不僅可檢驗理論的正確性，還可能揭示一些未知的科學規律，從而改進和發展理論。

（4）如何根據預測理論與監測技術，提出實用的監測與預測方法，也是有待解決的問題。

只有解決了這些問題，才能形成較為成熟和具有實用意義的斜坡失穩預測方法。本項目研究正是對我們已有認識的進一步深化，其研究結果無疑具有重要的科學意義和應用價值。

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