关于如何写好基金申请,好多博主提出了很好的建议,皆可借鉴。我仍然认为,写好立项依据与凝练出非空泛的科学问题,是基金申请的关键。下面晒晒我们2015年面上基金项目《多层嵌套锁固段自相似破裂机制与失稳物理预测研究》中的立项依据部分,可供打算申请基金的青年朋友们参考。
先写个导读,以便于大家能厘清立项依据写作的脉络。
导读:
在岩石破裂过程研究中,我们发现了一种不同寻常的现象。简言之,在浅源强震孕育过程中,锁固段被加载至膨胀点时,Benioff应变开始出现加速现象,但加速持续一段时间后,大部分震例普遍出现不同寻常的现象——应变速率急剧降低。这与室内岩样剪切蠕变试验揭示的破坏特征完全不同,也与锁固型滑坡监测位移曲线反映的锁固段破裂加速至宏观破裂阶段的变形特征不同。
进一步的分析认为,只有多层嵌套锁固段概念可以合理解释自膨胀点蠕滑加速开始、向峰值强度点演化过程中出现的整体急剧减速和局部加速现象。本项目拟采用理论分析、力学试验与数值模拟相结合的技术路线,阐明岩石破裂膨胀点与峰值强度点的表面能关系,揭示主锁固段加速蠕变开始后次级锁固段的破裂模式,并提出其破坏准则。在此基础上,构建多层嵌套锁固段自相似破裂的失稳预测模型,为提升地质灾害失稳时间的预测精度提供基础依据。
项目的立项依据:
岩石作为地球浅表层的主要介质,其破坏失稳造成的各类地质灾害,如岩爆、崩塌、滑坡与强震等,常给人类造成巨大的人员伤亡和财产损失。对地质灾害的准确预测,是防灾减灾的关键,也一直是学者们长期研究的热点和难点问题。尽管诸多学者[1-6]在地质灾害研究中已做出了巨大努力,但对世界上许多灾难性地质灾害屡屡预测失败的现实表明,脱离物理机制的经验或统计预测无能为力,解决途径是走物理预测之路。
诸多岩体失稳致灾的演化方式是蠕变破坏或近似蠕变破坏,即在长期缓慢的构造应力加载或环境因素作用下,岩体微裂隙丛集形成宏观破裂面的过程,强震孕育过程是典型实例。申请人及团队近5年的研究表明[7-12],掌握蠕变加速阶段的破裂规律,是实现岩体失稳物理预测的关键。目前用于描述蠕变加速阶段的模型,如粘弹塑性屈服面模型[13]、内蕴时模型[14]和细观力学模型[15]等,或存在原理上的缺陷,或表达复杂难以应用,都无法准确描述蠕变加速阶段的力学行为。
自2009年以来,申请人及团队依托国家自然科学基金重点项目“斜坡失稳的广义临界位移准则与预测方法”(41030750),在地质灾害预测研究中取得了一系列突破性进展:
(1)在崩滑灾害预测研究方面,认识到滑面锁固段是锁固型斜坡稳定性的主控因素,发现锁固段被加载至膨胀点时开始出现位移加速现象,对诸多锁固型崩滑灾害实例分析表明,这是崩滑灾害发生前必须出现的唯一前兆;提出了多锁固段崩滑灾害临界位移指数律[8],对Vaiont滑坡、盐池河崩塌与新滩滑坡等诸多实例的回溯性分析,证实了其正确性。
(2)在强震预测研究中,发现锁固段被加载至膨胀点时,震群事件开始发生,震群事件是强震发生前可识别的唯一前兆;提出了孕震断层多锁固段脆性破裂理论[7],对中国及邻区[16-20]、环太平洋地震带[21]历史大震孕育过程的回溯性预测效果良好,对中缅边境地震区[22]、昭通地震区[23]、汶川地震区[24]、海原地震区[25]、于田地震区[26]和普洱地震区[27]的前瞻性预测已得到实际验证。
在强震预测研究实践中,我们发现了一种不同寻常的现象。简言之,在浅源强震孕育过程中,锁固段被加载至膨胀点时,Benioff应变开始出现加速现象,但加速持续一段时间后,大部分震例普遍出现不同寻常的现象——应变速率急剧降低。这与室内岩样剪切蠕变试验揭示的破坏特征完全不同,也与锁固型滑坡位移监测曲线反映的锁固段破裂加速至宏观破裂阶段的变形特征不同。
原理上,岩石被加载至膨胀点时,微破裂丛集,应变局部化开始,此时即使荷载保持恒定,蠕变也会急剧增长,非稳定破裂亦将不可抑制地发展下去,导致岩石在短期内发生宏观破坏(图1,A1B1段)。对锁固型滑坡位移监测曲线的分析亦表明,岩质锁固段膨胀变形开始后,位移将持续增长至锁固段发生宏观破坏(图2,A2B2段),通常不会出现减速现象。而浅源强震的孕育过程则不同,除个别震例(如1966年邢台地震)外,当锁固段被加载至膨胀点(图3,Sc*)后,通常会出现应变急剧减速这一特殊现象(图3,A3B3段),直至锁固段岩体的损伤累积到临界阈值(图3,Sf*(1)),才发生宏观破裂。这一客观现象的存在致使主破裂发生时间大大迟滞,可达数年乃至数百年之久,极大地增加了预测时间窗口的不确定性。
将室内实验、崩滑灾害与浅源强震的环境因素进行比较,可看出浅源强震与前两者的区别在于其锁固段尺寸更大,且所承受的温度和围压更高。尺度、温度与应力水平对破裂速率有何影响呢?现分别予以讨论。①岩质锁固段被加载至膨胀点后,其尺度与之前相比变化并不显著,难以解释破裂速率的急剧减缓。一般材料尺度越大,因包含更多缺陷其强度性质趋于劣化,破坏过程应更加迅速,不可能出现迟滞现象。②试验研究[28]表明,在常温~600℃范围,其他因素不变时,温度越高岩石的粘滞系数越小,热破裂越剧烈,也不能解释蠕变速率的急剧减缓。③Heap等[29]和Brantut等[30]的试验结果表明,围压恒定时,差应力变化10%,蠕变率可变化2.5个量级,失稳时间随之成数十倍的跃变。由此推测,若此时出现构造应力减载,可迅速降低蠕变速率,有可能导致破坏延缓。但申请人近期的研究[31]表明,构造应力卸载只有在特定地震区每轮孕育周期主震事件发生后才出现,在锁固段被加载至膨胀点后构造应力仍处于缓慢增长状态,因此也不能从应力因素角度合理解释这种急剧减速现象。
图1 砂岩在阶梯荷载下的蠕变曲线[32]
(可看出在锁固段膨胀点至峰值强度点之间(A2B2段),位移出现持续加速现象。在峰值强度点后,坡体变形破坏进一步加剧,但由于锁固段还有残余强度,坡体仍不能整体下滑。当锁固段变形破坏至残余强度点时,可认为坡体开始整体下滑。)
来源:秦四清(中国科学院,地质与地球物理研究所)博客
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