寫好立項依據(jù)與凝練出精華的科學(xué)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
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自從我2008年開始專注于地質(zhì)災(zāi)害物理預(yù)測的基礎(chǔ)研究后，因?qū)訖M向項目不感興趣，逐漸由“土豪”成為了“貧農(nóng)”。雖然有老課題結(jié)余經(jīng)費的助力，但預(yù)計到2010年的時候會“揭不開鍋”。花錢的地方實在太多，研究生培養(yǎng)、實驗室運轉(zhuǎn)、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(jīng)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(zāi)害失穩(wěn)機(jī)理有了突破性的新認(rèn)識，發(fā)現(xiàn)的滑面多鎖固段脆性破裂規(guī)律得到了諸多實例的回溯性驗證。有了New idea后，準(zhǔn)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。可能是本子的創(chuàng)新性、邏輯性與故事性較強(qiáng)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(zhǔn)備PPT，演講和回答問題都令人滿意，結(jié)果獲高票通過。今年6月份，一位當(dāng)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(dāng)時會評的情況，小同行專家是準(zhǔn)備‘滅’掉你的申請的，因為滑坡預(yù)測是個世界性的科學(xué)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(biāo)的“硬通貨”；再者，寫好邏輯性與故事性強(qiáng)的本子，可讓評審專家清晰地理解擬申請項目的“脈絡(luò)”，助其做出客觀的評判。
我覺得國家自然科學(xué)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(xué)者，自己能做到的是壯大自己，而不是怨天尤人。當(dāng)你比別人“高半頭”的時候，申請基金時有可能“被滅”；當(dāng)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(biāo)”的正能量途徑是——用強(qiáng)勁的創(chuàng)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(jié)題，結(jié)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(fā)現(xiàn)了一個有趣的問題。簡言之，在淺源強(qiáng)震孕育過程中，鎖固段被加載至膨脹點時，Benioff應(yīng)變開始出現(xiàn)加速現(xiàn)象，但加速持續(xù)一段時間后，大部分震例普遍出現(xiàn)不同尋常的現(xiàn)象——應(yīng)變速率急劇降低。這與室內(nèi)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(jiān)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(xiàn)查閱、編寫本子到潤色調(diào)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(biāo)”。非常感謝基金，基金伴我渡過了學(xué)術(shù)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(jù)與凝練出精華的科學(xué)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(wěn)的廣義臨界位移準(zhǔn)則與預(yù)測方法》中的立項依據(jù)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(jù)（約2700字）
地質(zhì)災(zāi)害如滑坡、崩塌、強(qiáng)震等，常以突發(fā)性、難以預(yù)測性、毀滅性的災(zāi)難給人類造成重大人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失。盡管諸多學(xué)者[1-26]在災(zāi)害學(xué)研究中已做出了巨大努力，但對世界上許多災(zāi)難性地質(zhì)災(zāi)害屢屢預(yù)測失敗的現(xiàn)實表明，我們對地質(zhì)體致災(zāi)機(jī)制知之甚少。由于地質(zhì)系統(tǒng)本身的固有復(fù)雜屬性[1]或深部巖土體力學(xué)屬性與地質(zhì)結(jié)構(gòu)的難以準(zhǔn)確描述性[2]，依據(jù)目前的認(rèn)識，通常人們認(rèn)為崩滑等災(zāi)害的預(yù)測是非常困難的，因為崩滑預(yù)測模型不可能同時考慮眾多復(fù)雜因素的相互影響，其中斜坡幾何、地質(zhì)條件的復(fù)雜性，位移-時間關(guān)系的非線性，以及季節(jié)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(zāi)害，坡體破壞過程的預(yù)測問題必須被解決。
目前崩滑災(zāi)害預(yù)測問題研究主要有兩種方法。其一是基于試驗和力學(xué)分析研究坡體失穩(wěn)的演化機(jī)理，并利用這些結(jié)果做出進(jìn)一步預(yù)測。然而，由于上述影響因素相互作用導(dǎo)致的高度非線性及衍生的復(fù)雜性，描述滑坡演化過程的動力學(xué)方程[4]還未能正確寫出，即使這些方程能夠正確寫出，準(zhǔn)確確定方程中的諸多幾何及力學(xué)參數(shù)仍然十分困難。唐春安指出[5]，在非線性和不連續(xù)問題的理論研究方面有一種越來越復(fù)雜化而難以實際應(yīng)用的趨勢。另一個研究方法是依據(jù)經(jīng)驗、統(tǒng)計模型進(jìn)行滑坡時間預(yù)測[6-9]。然而，基于加速蠕變的突變破壞統(tǒng)計預(yù)測[10]已經(jīng)導(dǎo)致了不正確的預(yù)測結(jié)果，例如對阿爾卑斯山Kilchenstock滑坡預(yù)測失敗了兩次。Rat[11]（1988）曾坦率地指出，由于缺乏嚴(yán)格的物理基礎(chǔ)，統(tǒng)計預(yù)測通常是很不可靠和很有“詭計”的。為此，應(yīng)該從新的理念出發(fā)，發(fā)展解決滑坡預(yù)測問題的新方法。
鎖固段可定義為在滑面上具有較高強(qiáng)度的應(yīng)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(nèi)，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(nèi)涵和外延得到了進(jìn)一步的拓展。例如，已有研究發(fā)現(xiàn)巖質(zhì)斜坡[16]的穩(wěn)定性受巖橋控制，大型堆積層斜坡[17]的穩(wěn)定性受土拱或支撐拱控制。但過去的認(rèn)識僅認(rèn)為地質(zhì)體的穩(wěn)定性受一個鎖固段控制，也未建立相關(guān)的理論方法。據(jù)最近我們的研究發(fā)現(xiàn)，巖質(zhì)斜坡、大型堆積層斜坡和黃土斜坡的穩(wěn)定性受其滑面或剪切帶上的一個或多個鎖固段控制。當(dāng)所有的鎖固段被剪斷，滑坡將不可避免地發(fā)生。
作為立項依據(jù)，我們對鎖固段在地質(zhì)體中的客觀存在性以斜坡為例做如下論證：①滑面介質(zhì)是不均勻的，強(qiáng)度相對高的區(qū)段必然存在；②在實際監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)，大型滑坡總有一個或多個相對變形較小的區(qū)域，如新灘滑坡和三峽涼水井滑坡，該區(qū)域則為鎖固區(qū)域，一旦該區(qū)域被突破，滑坡將不可避免地發(fā)生，根據(jù)滑坡宏觀破壞現(xiàn)象和位移加速現(xiàn)象，涼水井滑坡曾做過一次失敗的預(yù)報，造成了長江封航3天，損失2.1億元的嚴(yán)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(wěn)。因為在雨季尤其是最大降雨量的年份，滑面介質(zhì)的抗剪強(qiáng)度都是最低的，都應(yīng)該失穩(wěn)，顯然實際斜坡失穩(wěn)并不遵循這一規(guī)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(wěn)，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(yuǎn)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(fā)生。
從大量巖石力學(xué)試驗成果[15]知道，在巖石變形達(dá)到了其體應(yīng)變膨脹界限后，將進(jìn)入不穩(wěn)定破裂階段，在此階段即使施加的差應(yīng)力保持不變，其破裂的傳播將朝著最終的宏觀破壞自發(fā)地發(fā)展。此階段一個最重要的特征是在其對應(yīng)的蠕變—時間曲線上，位移將會出現(xiàn)加速現(xiàn)象。在變形達(dá)到其峰值強(qiáng)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(fā)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(jīng)驗與統(tǒng)計預(yù)測方法，可能會得到成功的預(yù)測結(jié)果。對多鎖固段情況，將會出現(xiàn)多個加速階段。因此，僅根據(jù)位移速率的激增判斷滑坡的發(fā)生，可能會得到錯誤的預(yù)報結(jié)果。
在過去的斜坡穩(wěn)定性分析中，大多沒有考慮鎖固段的抗剪作用，這會導(dǎo)致穩(wěn)定性分析結(jié)果過于保守。對此，我們在2009年發(fā)現(xiàn)了適用于地質(zhì)體破壞預(yù)測分析的一個普適性規(guī)律：依據(jù)重正化群理論導(dǎo)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(gòu)模型，構(gòu)建了鎖固段峰值強(qiáng)度點、峰后應(yīng)力應(yīng)變曲線拐點（殘余強(qiáng)度）與膨脹起點的力學(xué)聯(lián)系。地質(zhì)體演化到膨脹點后，在其蠕變曲線上有一個有趣的現(xiàn)象——位移加速現(xiàn)象。我們把鎖固段峰值強(qiáng)度點視為崩塌、傾倒等脆性破壞的臨界失穩(wěn)點，把峰后應(yīng)力應(yīng)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(jiān)測位移值作為已知值，就可以預(yù)測未來崩滑體失穩(wěn)時的臨界位移值。
在此基礎(chǔ)上，我們還導(dǎo)出了多鎖固段斜坡失穩(wěn)臨界位移準(zhǔn)則。該項研究發(fā)現(xiàn)了可能具有普適意義的、適用于地質(zhì)體破壞預(yù)測的兩個常數(shù)1.48和2.59。我們認(rèn)為，對于一個特定的斜坡，其臨界滑動位移值應(yīng)該是一個定值。若不超過這一定值，則滑坡不會發(fā)生。但是，降雨等外界環(huán)境因素可能加速坡體的破壞進(jìn)程。這表明斜坡臨界滑動位移可能是一常量，而失穩(wěn)時間為一變量。這也表明預(yù)測斜坡的臨界滑動位移比預(yù)測其失穩(wěn)時間更容易實現(xiàn)。
位移監(jiān)測是判斷斜坡穩(wěn)定性和演化趨勢的常用技術(shù)方法之一。如果預(yù)先知道了斜坡滑動的臨界位移值，那么就可以較準(zhǔn)確地估計其可能發(fā)生滑坡的時間，以采取合理的應(yīng)急措施保障公共安全。
根據(jù)初步建立的多鎖固段漸進(jìn)破壞理論和方法，對包括新灘滑坡、Vaiont滑坡、鹽池河山崩在內(nèi)的35個崩滑實例進(jìn)行了驗證分析，取得了很好的結(jié)果。該方法已在三峽庫區(qū)滑坡監(jiān)測中開始進(jìn)行嘗試性應(yīng)用。但在研究中發(fā)現(xiàn)，還有下述問題有待深化和完善：
（1） 斜坡滑面鎖固體的地質(zhì)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(zhì)分類，地質(zhì)、地球物理與監(jiān)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(yù)測效果，若擴(kuò)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(nèi)物理模擬實驗的角度，對多鎖固段漸進(jìn)破裂過程與地表和深部位移演化特征之間的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行深入剖析。顯然，從室內(nèi)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(guān)系，不僅可檢驗理論的正確性，還可能揭示一些未知的科學(xué)規(guī)律，從而改進(jìn)和發(fā)展理論。
（4） 如何根據(jù)預(yù)測理論與監(jiān)測技術(shù)，提出實用的監(jiān)測與預(yù)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(wěn)預(yù)測方法。本項目研究正是對我們已有認(rèn)識的進(jìn)一步深化，其研究結(jié)果無疑具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。
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