作为人类赖以生存的岩土体，在自然力和人类活动多场作用下不断运动着，它的失稳会直接诱发各类地质与岩土工程灾害，影响地球宜居性、工程安全性及社会经济可持续发展。因此，岩土体灾变信息的获取质量决定了防灾减灾的成效。
长期的工程地质实践表明，岩土体的灾变与岩土体内部存在的各种力学不连续界面的分布与演化密切相关。作者根据不连续界面的变化特点，将岩土体中的界面归纳为三类，即物质界面，状态界面和运动界面（图1）。物质界面是岩土体灾变的基础，状态界面是岩土体灾变的诱因，运动界面是岩土体灾变的后果。三类界面是岩土体灾变的锁钥，它们的共同的特征是高隐蔽性和强不确定性。因此，提高岩土体原位观测技术水平是灾害风险评价与预测预警的关键。
图1 岩土体及三类界面示意图
回顾发展历程，作者将岩土体原位观测技术分为测量 (survey) 、遥测 (remote sensing)、检测 (testing) 、探测 (exploration)和监测 (monitoring)五类技术；针对现有岩土体原位观测技术的不足，作者基于对人体感知神经的认识，从灾变信息时空连续性出发，提出了岩土体灾变感知范式。所谓岩土体灾变感知，就是将光纤等线性传感元件植入岩土体成为感知神经（图2），赋予岩土体“生命”，以感知岩土体的应力、应变、渗流、温度、振动等物理量的时空连续变化。它与岩土体常规检测、探测和监测的最大不同点就是感知数据的时空连续性！有了时空连续观测功能，才能及时和准确捕捉、定位和跟踪岩土体中各种灾变控制界面及其演化规律，避免观测技术在时间和空间上覆盖面不足、容易漏监和不能及时预测预警的缺陷，这是岩土体原位观测技术发展的最高境界！
图2 人体感知神经与岩土体感知神经示意图
(a) 人体感知神经; (b) 岩土体感知神经
论文围绕岩土体灾变感知与应用这一主题，比较系统地总结了施斌教授团队20年来在岩土体灾变光纤感知理论和技术及其应用方面取得了一系列成果，包括岩土应变感知耦合理论，岩土水分与渗流感知方法，岩土灾变事件识别与预测模型，岩土体灾变光纤感知技术体系（图3），以及相关科学发现和工程应用。
图3 岩土体灾变光纤感知理论和技术成果
(a) 岩土应变感知耦合理论; (b) 岩土水分与渗流感知方法; (c) 岩土灾变事件识别与预测模型; (d) 光纤感知技术体系
论文重点介绍了相关成果应用于采场覆岩物质界面感知、地面沉降状态界面感知和库区边坡灾变运动界面感知的三个典型案例（图4）, 并展示了新的科学发现和认识。 论文的最后指出了岩土体灾变光纤感知技术今后的发展方向和前沿研究课题。
岩土体灾变光纤感知理论与技术体系的建立，为岩土体中各类灾变界面的捕捉、定位和过程分析，灾变风险评估和预测预警提供了一种新的岩土体原位观测范式，在科学研究和工程实践中不断得到推广应用，推动了地质与岩土工程相关学科的发展。
图4 岩土体灾变光纤感知技术体系的应用
(a) 采场覆岩物质界面感知; (b) 地面沉降状态界面感知; (c) 库区边坡灾变运动界面感知
相关研究成果以“岩土体灾变感知与应用”为题，发表于国内自然科学综合类顶级刊物《中国科学》。我院施斌教授为论文第一作者和通讯作者，朱鸿鹄教授、张诚成助理研究员、孙梦雅博士、张巍副教授、张泰银博士研究生为合作作者。该研究得到了国家自然科学基金重点项目、杰青项目、面上项目及青年项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1360/sst-2022-0393