滑坡的电磁响应及野外实时监测试验研究

Based on the previous work of landslide early warning with multi-disciplinary approaches, we focus the current study on the electromagnetic response and its real-time monitoring of landslides. This study proposes an integrated approach of theoretical model analysis, numerical simulation, laboratory experiment, and field test. Motivated by the study on the electromagnetic response of earthquakes, we extend the earthquake-related model study of mechano-electric coupling and electrokinetic effect into the work of the electromagnetic response of both earthquake-triggered and rainfall-induced landslides. We investigate the characteristics of the electromagnetic response of landslides based on the theoretical analysis of landslides with various structures. The possible effect of underground fluid on the electromagnetic response is also evaluated. After proposing and achieving a real-time self-potential monitoring system, we apply such system in the field monitoring test for a given slope with high probability of sliding. Taking into account the results of indoor landslide experiment and the model analysis of electromagnetic response of landslides, we process the field monitoring data and analyze their relationship with the occurrence of landslide. The potential application of electromagnetic approach in landslide early warning is also evaluated. This study may provide a new approach for the study on landslide disaster and its related theory.

滑坡是威胁人们生命财产的重大自然灾害之一，其机理、监测、预警研究具有重要的科学意义和减灾价值。本项目拟在前期多学科滑坡预警探索研究的基础上，借鉴地震电磁响应研究的思路和成果，通过理论模型分析、数值模拟计算、野外试验以及室内实验等综合研究，针对滑坡的电磁响应及野外实时监测试验这一创新性科学问题进行研究。具体考虑地震诱发型和降雨诱发型这两类滑坡，将地震电磁响应研究中的力-电耦合、动电效应等模型及算法拓展至滑坡问题的研究之中，开展不同电性结构滑坡体模型下给定源的电磁响应理论模型研究，探索滑坡的电磁响应特征，并考察滑坡体内流体等作用对其影响；构建基于自然电位法的野外滑坡实时监测系统，选定易发滑坡体开展相应的野外电磁监测试验，并基于观测资料，结合实际滑坡情况、室内滑坡模拟实验以及给定滑坡源的电磁响应模型模拟结果，评估电磁信息在滑坡预警的应用前景。该研究可为滑坡灾害过程及其机理研究提供一条新途径。

作为主要的自然灾害之一，滑坡严重威胁到生命财产和社会经济，其相关的机理及监测预警研究具有重要的科学意义和减灾价值。该项目借鉴地震电磁响应研究的思路和成果，通过开展理论模型分析、数值模拟计算、野外试验以及室内实验等综合研究，证实了电磁方法可加深对滑坡多物理过程的认识，并可望在滑坡灾害监测等方面具有应用前景。主要研究内容包括：构建了基于自然电位法的野外滑坡实时数据采集系统，并通过室内和野外测试，证实了该系统能够满足野外滑坡实时监测的要求；开展了综合电磁方法的野外探测试验以及自然电位、探地雷达、瞬变电磁等成像与反演方法研究，证实了电磁方法能够有效检测并监测地下流体的运移特征，为电磁方法在滑坡研究中的应用奠定了基础；开展了与地震触发型滑坡和破裂失稳等相关的电磁响应方面的理论模型分析、数值模拟计算研究，利用自行开发的包含破裂源的数值算法，分别对不同介质参数模型、不同破裂源模型的电磁响应特征开展了数值模拟研究，结果显示，与传统的地震方法相比，电磁信号对于某些介质参数更为敏感，表明电磁方法在滑坡多物理过程研究方面具有独特的价值；通过数值模拟研究了降雨型滑坡地下流体流动与电磁信号之间的时空分布特征，并结合沙箱实验探讨了地下流体的流动特征及其相关的电磁响应特征，进一步为电磁方法在实际滑坡监测中的应用提供了理论和实验依据。该项目累计发表SCI收录期刊论文5篇，在国内外学术会议做报告10余次，培养了博士后1名、博士3名、硕士2名，项目负责人在该项目执行期间获得“长江学者特聘教授”、中国地球物理科学技术奖科技创新一等奖等奖励。