土体龟裂是气候作用下的一种常见自然现象。裂隙的存在会显著弱化土体的工程性质，从而导致各种地质、岩土和环境工程问题甚至灾害。如裂隙会改变大气-土体界面上物质能量交换过程，加速土体风化、劣化和侵蚀，裂隙还会破坏土体结构的完整性，呈数量级增加土体的渗透性，从而降低边坡、路基、堤坝等工程结构物的稳定性，为滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害的发生创造有利条件（图1）。因此，掌握气候作用下原位土体龟裂的实时发育规律和潜在演化机制对工程地质防灾减灾和生态环境保护具有重要意义。
图1 土体龟裂诱导的潜在工程地质和环境问题
目前，常规的原位土体龟裂监测技术在时空分辨率及应用尺度等方面仍存在诸多挑战，极大地限制了我们对于气候作用下原位土体龟裂演化过程的深入了解。针对以上问题，我院唐朝生课题组利用光频域反射技术（OFDR）提出了一种地球物理精细化监测新框架（DFOS-OFDR），首次观测到了在气候作用下原位土体龟裂会呈现出明显的周期性扩展和轻微闭合现象（图2和图3），并将这种由昼夜气候变化驱动的裂隙宽度规律性波动称为“土体龟裂呼吸现象”。相较于传统的目测手段，DFOS-OFDR框架在捕捉土体龟裂呼吸现象方面表出更高的灵敏度。该研究不仅为我们提供了气候作用下原位土体龟裂演化过程的新见解，并为感知气候作用下大气-土体相互作用提供了新的技术思路。
图2 原位土体龟裂发育形态及量化分析
图3基于DFOS-OFDR的土体龟裂呼吸现象感知
上述研究成果近期以“Breathing Phenomenon of Soil Desiccation Cracking: Insights From Novel Geophysical Observations”为题，发表于国际地学著名期刊Journal of Geophysical Research: Earth Surface。论文工作的创新性得到了杂志主编和审稿专家的高度肯定。我院博士研究生徐金鉴为论文第一作者，唐朝生教授为该论文的通讯作者。研究工作得到了国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划课题等项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1029/2023JF007318
