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南大团队打造“大地感知神经”:地质工程分布式光纤监测技术体系

一根头发丝粗细的光纤,根据不同地质环境和多场监测要求,穿上各种“定制”的外衣,变成敏感强健的“大地感知神经”,使得大地一有灾害异动,远在千里的监测系统就能立刻发现目标,精准预警。

近日,记者从南京大学获悉,该校地球科学与工程学院施斌教授团队历经20年攻关,形成了完全自主知识产权的技术和设备;创造性地建立了地质工程分布式光纤监测技术体系;在地质工程灾害机理和理论判据方面取得新突破,荣获2018年国家科学技术进步奖一等奖。这也是中国科研团队在地质与岩土工程监测领域取得的又一项引领国际科技前沿的重要成果。

南大团队打造“大地感知神经”:地质工程分布式光纤监测技术体系

开拓地质工程灾害监测技术新领域

中国是世界上地质灾害十分严重的国家,特别是近40年来,随着我国基础工程建设的高速发展,人类工程活动对地质环境的扰动,更加剧了各类灾害的发生,直接影响人民的生命和财产安全。据不完全统计,我国每年因各类自然和工程灾害造成的经济损失高达二千亿元人民币。2018年10月10日,习近平总书记在中央财经委员会第三次会议上,特别强调了加强自然灾害防治的重要性,要求建立高效科学的自然灾害防治体系,提高全社会自然灾害防治能力,为保护人民群众生命财产安全和国家安全提供有力保障。

据施斌介绍,地质灾害和各类岩土工程具有规模大、影响因素复杂、隐蔽性强、跨越区域多、环境恶劣、实时性监测要求高、监测周期长等特点,传统的点式、电测类监测技术和手段还难以满足防灾减灾需求,也给灾害的预警预报和防治带来巨大的挑战。

从1998到2018这二十年间,施斌团队经过艰辛探索和不断创新,在地质与岩土工程多场多参量分布式传感介质、长距离解调设备、监测方法与系统集成、地质工程灾害机理和理论判据等方面取得了十余个关键理论和技术问题的突破。他形象地将这些成果比喻为“神经”、“大脑”和“身体”:

--提出了纤-土耦合时效判据,创制出了30余种适用于不同地质工程条件监测的传感光缆;研制出了米级量程的大变形场和厘米级空间分辨率的温度场传感光缆、可加热的水分场监测复合传感光缆等,为地质工程监测提供了坚韧而敏感的“神经”;

--发明了能量分布的布里渊谱识别及BOTDR空间分辨率提升方法等,研制出了我国第一台、具有完全自主知识产权的商用化的分布式光纤应变单端解调设备,为地质工程光纤监测提供了精准而智能的“大脑”;

--创建了边坡、地面沉降、桩基、隧道等多场分布式光纤监测系统,为地质灾害和岩土工程光纤监测提供了强健而高效的“身体”,监测精度大大提高,监测成本大大降低;

--提出了地层压缩潜力新判据,确立了土质滑坡预警应变阈值,提出了锚杆与岩土耦合时效判据等,丰富了地质工程灾害预警和防治理论体系。

二十年来,施斌团队完成了从基础研究—核心技术—硬件设备—系统集成—成果转化—工程应用的全过程创新,并形成了新的技术产业链,开创了地质与岩土工程监测新的技术领域,使地质工程监测技术从点式走向分布式,从电测时代走向了光感时代。

“将光纤变成连接人类与大地之间的“神经”,让我们能够感知大地,减轻各类地质与岩土工程灾害,造福人类,这是我毕生的追求。”施斌说。

南大团队打造“大地感知神经”:地质工程分布式光纤监测技术体系

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