文／本刊记者 王 郁

“这是我们针对滑坡研发的监测预警系统，这边是研制的具有负泊松比效应的NPR新型锚索……”中国矿业大学（北京）力学与建筑工程学院副教授陶志刚兴致勃勃地向记者介绍着。多年来，他在中国科学院院士何满潮的指导下，与深部岩土力学与地下工程国家重点实验室的团队成员们共同研发了多种有关地质灾害的监测系统。

为岩土做诊断“乐在其中”

陶志刚师从中国科学院何满潮院士，以滑坡地质灾害（含发震断裂活动）深部力学监测预警和NPR新型结构材料超常力学特性实验为主要研究方向，主要从事岩土工程、地质工程、边坡工程、地震工程、隧道工程灾害监测预警及控制等方面的教学和科研工作。2013年3月，中国矿业大学（北京）力学博士后出站。

2013年5月，陶志刚进入北京矿冶研究总院矿山所工作，2014年6月调入中国矿业大学（北京）工作。2017年1月至11月期间，在本溪钢铁（集团）南芬露天铁矿挂职副总工程师，负责采场下盘危险边坡滑动力监测预警、治理和技术攻关；2017年12月至今，在山西省柳林县国土资源局挂职副局长，负责柳林县危险边坡稳定性监测预警系统建设和全县地质灾害监测智能化、信息化、网络化系统升级。

陶志刚所从事的岩土工程，是土木工程里极为重要的一门学科，包括土力学、岩石力学和地质学3个分支，三方面缺一不可。研究岩土工程，不仅要牢固掌握其基本概念与原理，还要对岩土的物理力学性质、强度变形计算、稳定性分析等理论与方法做到心知肚明，更要在这些理论与原理的基础上，将其应用到土木工程、地质工程和隧道工程的实际操作中，真正服务于民。因此，一入岩土工程深似海，陶志刚不但要时刻想着研究，也要深入矿山当起“工程师”，还要时不时充当“业务员”，广泛联系合作企业，将研发的新材料、新装备应用到对各种地质灾害的实际监测中。

这份听起来有些令人“叫苦连天”的工作，陶志刚却始终乐在其中。

近五年，陶志刚作为项目负责人主持国家自然科学基金1项、中国博士后科学基金面上项目1项、中央高校基本科研业务费专项资金项目4项、浙江省山体地质灾害防治协同创新中心开放基金1项；作为技术骨干参与国家重点研发计划、国家自然科学基金重点项目、北京市自然科学基金和浙江省重点研发项目等12项国家纵向研究课题。2018年被评为中国能源研究会优秀青年能源科技工作者。兼任中国岩石力学与工程学会软岩工程与深部灾害控制分会副秘书长，中国岩石力学与工程学会古遗址保护与加固工程专业委员会委员，山西省柳林能源与环境院士工作站副站长。

滑坡预警系统——为矿场做心电图

本溪钢铁（集团）矿业公司南芬露天铁矿是单体露天矿山，1999年以来，在特殊地形和长期矿山开采综合影响下，采场下帮边坡形成了多处较大规模的滑坡体，滑坡体长252m，宽250m，滑动方向270°，滑坡体的体积约52万m3，压矿近千万吨，10年来不能开采，给企业造成了重大损失。

在“长江学者和创新团队发展计划”与本溪钢铁（集团）矿业公司南芬露天铁矿的共同资助下，中国矿业大学（北京）深部岩土力学与地下工程国家重点实验室和南芬露天铁矿的专家、教授和科研人员组成攻关小组，陶志刚作为现场技术负责人带领团队针对边坡岩体大变形灾害监测过程中天然滑动力难以测量的问题，以及滑动力远大于传统锚索的材料强度时，锚索断裂、力学信号传输系统破坏、整个监测系统失效，无法对滑坡全过程进行监测的难题，通过对不同材料、结构进行优化选择和组合试验，定型了具有恒阻大变形力学性能的缆索，确定了恒阻装置的结构组成、材料参数和几何参数。基于恒阻大变形缆索和北斗卫星通讯平台，研发出滑动力3S远程监测预警系统，从根本上实现了对滑坡灾害进行远程实时监测与超前预警预报的目的。

相关技术应用于辽宁省南芬露天铁矿采场下帮边坡滑动力监测预警工程中，及时掌握了滑坡体稳定状态，从而对因滑坡影响10年不能开采的千万吨铁矿石进行回采，取得较好社会经济效益，实现了加固—防治—监测—预警一体化的目标。

陶志刚与团队取得的“恒阻大变形缆索研发及滑坡监测预警系统”成果于2011年6月通过中国岩石力学与工程学会的鉴定验收，被认定为“达到国际先进水平”。2014年度中国岩石力学与工程学会科学技术奖一等奖、2017年度山东省科学技术奖二等奖。

打造锚索发展“加速器”

近年来，在软岩大变形和岩体滑坡锚索拉断等问题的解决中，普通锚索已渐渐变得有些“力不从心”，为此，从矿山回到“平原”不久的陶志刚，又于2016年与实验室研究团队在国家自然科学基金青年科学基金项目“恒阻大变形锚索负泊松比结构效应实验研究”中就这个问题展开研究。

采访中，陶志刚特别提到，其实在项目研究之前，实验室就已经在国家原“973”计划和国家自然基金重大项目的支持下，对负泊松比（NPR）新型锚索复合材料开展研制。其中发明的具有特殊结构的NPR新型锚索复合材料，突破了岩体大变形灾害控制受制于传统PR材料抵抗变形能力不足的技术瓶颈。此外，实验室还发明了以NPR锚索为主体的综合技术，解决了矿山岩体大变形灾害难以控制的大问题，已在吉林、辽宁、黑龙江、内蒙古、河北等16个省份的露天煤矿、金属矿开采以及煤矿地下井工开采等工程中得到应用，近3年累计新增销售额12.5651亿元。

尽管如此，针对恒阻大变形锚索负泊松比效应的理论和试验研究尚属空白。对此，陶志刚以恒阻大变形锚索为试验对象，采用室内静力拉伸试验、连续红外热成像探测、离散激光测温、环向应变测量与数值模拟计算等理论和方法，研究恒阻大变形锚索的径向和轴向变形规律、温度效应、热红外成像效应、应力场演变特征及能量吸收特性等，从而揭示了恒阻大变形锚索负泊松比的结构效应和能量吸收机理。

其中，他首先利用HWL-2000恒阻大变形锚索静力拉伸试验系统，在处于静力拉伸的条件下，就恒阻大变形锚索径向和轴向变形规律这一问题与团队进行了探讨，继而揭示了几何尺度上的负泊松比结构特性。接下来，他们利用激光点阵测温系统、贴式测温传感器和热红外成像系统，通过红外图像及红外温度场的分析与反演，获得了恒阻大变形锚索能量吸收的热红外机理和负泊松比热红外响应特征，揭示了温度与恒阻大变形锚索负泊松比结构特性之间的关系。与此同时，团队通过应变片组群构建了恒阻大变形锚索环向应变场探测网，再通过对测量结果进行插值计算，获得了恒阻大变形锚索环向应变云图和应变场演化规律，最终探明了应变与恒阻大变形锚索负泊松比结构特性之间的关系。

目前，项目刚刚结题，从研究开始到结束，这两年来陶志刚有过苦恼，有过辛酸，但也收获了快乐与成就。在他看来，有苦有甜，这正是科研最好的意义。陶志刚作为现场技术负责人进行了“恒阻大变形锚杆研发及实验系统”科研课题的研究，课题已于2011年3月通过教育部科技发展中心专家组的鉴定验收，在恒阻器设计原理和结构以及实验系统研发上达到“国际领先水平”；同年，项目申请人作为现场技术负责人进行了“恒阻大变形缆索研发及滑坡监测预警系统”科研课题的研究，已于2011年6月通过中国岩石力学与工程学会的鉴定验收，研究成果达到“国际领先水平”。

在中国科学院院士何满潮的指导下，陶志刚在双体灾变力学理论深化、滑坡（发震断裂活动）灾害、隧道围岩大变形灾害监测预警现场工程应用等方面做出了突出贡献，累计在全国17个省市（地区）建设滑坡灾害滑动力实时监测点432个，参与成功预报12次滑坡和裂缝灾害，均提前4—13小时发出临滑预警。