深部重大工程灾害的孕育演化机制与动态调控理论研究进展

深部重大工程灾害的孕育演化机制、预测预报和防治理论的研究是我国水利水电、交通、国防、深部基础物理实验等工程安全建设与运行以及金属矿山安全高效开采中的重大课题。本文介绍了973计划项目“深部重大工程灾害的孕育演化机制与动态调控理论”近5年的重要研究成果,包括：深部岩体结构与地应力特征、深部岩体变形破坏过程的分析方法、岩爆灾害的孕育演化机制、预测预警与调控技术、以及能量调控诱导破岩方法等方面,研究成果已成功应用于我国多个典型深部工程,推动了深部工程开挖开采过程中灾害的预测预报、防控理论和技术的进步。     

深长隧道突水突泥重大灾害致灾机理及预测预警与控制理论研究进展

我国已是世界上隧道建设规模与难度最大的国家,由于深长隧道在施工前期难以全部查清沿线不良地质情况,导致施工过程中往往遭遇突水突泥等重大地质灾害,严重影响了隧道工程建设安全。针对这一重大灾害的防治,由山东大学领衔的973计划项目"深长隧道突水突泥重大灾害致灾机理及预测预警与控制理论"近5年取得了重要的研究进展,主要包括:突水突泥致灾构造及其地质判别方法、灾害源超前预报方法与定量识别理论、灾变演化机理、多元信息特征与综合预测理论、灾害动态风险评估及预警理论和灾害控制理论与协同治理技术等方面。研究成果已成功应用于我国10余座典型深长隧道工程中突水突泥灾害源的超前预报、灾害防控理论和技术的进步,极大地推动了我国隧道工程建设。     

青藏高原重大冻土工程的基础研究进展与展望

国家重点基础研究发展计划"973"项目"青藏高原重大冻土工程的基础研究"(2012CB026100)实施5年来,围绕构筑物群相互热作用机制及其与冻土环境变化的响应过程、冻土区构筑物稳定性和工程服役性能的评价方法与理论、冻土工程走廊构筑物群致灾因子与灾害评估指标体系三大科学问题开展系统研究。在走廊冻土变化及其灾害时空演化规律、多年冻土地基热、力响应的多因素耦合机制、冻土工程构筑物基础稳定性与服役性能的评价与预测、冻土工程走廊构筑物相互作用及其对环境变化的响应、冻土工程灾害评估及其防治对策等方面进行了系统而全面的基础研究工作,推动了冻土工程学科的进一步发展,维护了我国冻土工程研究的国际领先地位,研究成果将为高原工程走廊重大冻土工程规划、建设、维护和生态环境屏障建设提供科学基础。本文对项目研究的主要突出进展做了介绍,并对未来的研究工作进行了展望。     

基于断层带岩体水文工程地质特性的断层防水煤柱留设研究

本文以岩体工程地质力学理论为指导,通过对任楼煤矿F3断层带岩体工程地质及水文地质特征的试验研究,建立了断层带岩体工程地质力学模型,采用理论分析、现场测试、数值模拟和相似材料模拟等手段,分析研究了不同断层带特征留设煤柱开采过程中,断层带岩体的采动效应。并结合矿区实际条件,进行了断层防水煤柱的合理留设,为煤矿高产高效安全生产提供了科学保障。     

低温冷害与霜冻调控技术研究

本课题是“十一五”国家科技支撑计划项目“农业重大气象灾害监测预警与调控技术研究”的课题之一。课题目标为：针对我国主要粮棉基地玉米、棉花、小麦以及主要温室园艺作物（番茄与黄瓜等）,研究其在气候变化背景下和农业结构调整过程中,低温灾害发生机理、发展规律、及其影响的新特点,并以此为基础,设计出低温灾害综合治理方案、建立相应的调控与综合防御技术体系。重点开展低温灾害的胁迫诊断、灾害实时监测、灾害调控等关键技术的研究,并通过技术的集成与优化形成综合防灾减灾术体系,较大幅度提高我国农业低温灾害的主动防御能力,明显减少农作物因低温灾害造成的产量和经济损失。     

农业重大气象灾害监测预警与调控技术研究

“农业重大气象灾害监测预警与调控技术研究”立项以来,紧紧围绕着农业干旱、东北玉米和新疆棉花低温冷害、华南寒害、长江中下游水稻高温热害、小麦晚霜冻害等我国农业重大气象灾害的监测、预警、调控、评估和服务等5个方面,开展了一系列观测试验和技术方法的研究,取得了如下成果：     

"我国重大灾害天气形成机理及预测理论研究"项目研究成果正在得到推广应用

"我国重大灾害天气形成机理及预测理论研究"于1999年作为首批国家973计划项目之一立项启动.项目紧紧围绕"提高梅雨锋暴雨的监测与预测能力"这一总体目标,经过近80名科学家5年的努力,不仅提出了梅雨锋暴雨的多尺度物理模型这一具有较高理论价值的创新研究成果,而且在自主发展我国梅雨锋暴雨的定量遥感技术和中尺度暴雨数值预报模式系统上取得了重要进展.     

HEMS深井降温系统研发及热害控制对策

深井高温热害是深部煤炭资源开采过程中的严重灾害,高温不仅影响了围岩的力学性质,而且严重影响矿井生产安全。本研究针对国内外矿井降温技术存在的问题,提出了以矿井涌水作为冷源的深井开采高温热害控制HEMS（High Temperature Exchange Machinery System）技术,利用提取出的冷量与工作面高温空气进行换热作用,降低工作面的环境温度及湿度。该技术结合夹河矿深井降温工程,建成了国内第一个控制深井热害的深部科学与工程实验室（DUSEL）。系统运行结果表明,工作面温度降低4-6℃,最高温度控制在28—290℃以内,相对湿度降低5％-10％,极大改善了井下工作环境,热害控制效果显著,具有广阔的推广应用前景。     

三峡重庆库区地震、地质灾害监测与防治技术

由重庆市地震局预报研究中心承担完成的国家科技攻关计划“三峡重庆库区地震、地质灾害监测与防治技术研究”课题,针对三峡重庆库区地震、地质灾害监测与防治技术研究的薄弱环节,抓住三峡工程建设过程中（特别是蓄水水位变化过程中）有关地震、地质灾害的监测、预测、防治等科学问题,广泛收集整理已有资料和研究成果,争取蓄水前后本地资料和信息的获取和积累,边监测、边研究,为社会公共安全与和谐发展服务。本课题研究涉及区域地质地貌、第四纪地质及新构造运动、深部地球物理特征与断裂构造、区域典型地质灾害、区域地震活动、水库地震、工程地震、地壳形变等诸多地学问题。采用了3S技术、地面地质、遥感地质、深部地球物理勘探、地震及地壳形变和典型地质灾害观测技术等,开发研制了先进的灾害评估方法和数据处理方法,并与俄罗斯、     

iPS细胞基因组稳定性调控的分子机制

诱导多能干细胞(iPS细胞)在再生医学与个体化治疗中有着巨大的优势和潜力,但iPS细胞的基因组稳定性较低带来的致瘤性等潜在风险阻碍了其临床应用。在2012年国家重大科学研究计划"iPS细胞重编程过程中染色体稳定性调控的机制研究"项目资助下,我们围绕"iPS重编程中染色体稳定性的分子调控机制是什么?"这一科学问题,取得了一系列原创性的研究成果,为发展提高iPS细胞基因组稳定性以及其质量的方法奠定了理论基础。本文总结了项目的研究背景,取得的研究进展和今后的发展方向。     

稻麦作物籽粒铁／锌生物强化作用机制及调控

铁锌缺乏是人类微量元素营养的重大问题，通过农业措施增加作物Fe／Zn含量和生物有效性是改善人体健康的最有效方法，不仅投资少、见效快，而且覆盖面大（尤其是贫穷地区）。目前，国际上对富集籽粒Fe／Zn的生物有效性评价及其调控方面研究相对较少，因此，开展主要粮食作物（稻麦）籽粒中铁锌生物强化作用机制及调控研究，对加强我国居民Fe／Zn营养、提高我国农产品的国际竞争力等具有重大理论与实践意义。     

华北型煤田隐伏含水陷落柱预探评价与快速治理理论及关键技术

华北型煤田是我国重要的聚煤区和产煤基地，煤质好，区位优势明显。但水文地质条件极其复杂多变，煤层开采受巨厚奥灰岩高承压岩溶裂隙水威胁，特别是岩溶陷落柱突水，由于其构造隐蔽、突水量大和水压高、来势猛，往往造成矿井淹没等特重大灾害。建国以来已发生9起陷落柱特重大突水淹井矿难，导致重大人员伤亡及经济损失。随着开采深度逐渐加大，     

CO2深部地质封存的长期稳定性预测与控制研究

深部地质层的CO2封存技术,是一项关系到人类生存的空间和环境安全的全球性、前沿性战略研究。本项目加强国际合作,通过关键技术突破,研究开发适合我国地的低成本、实用性的具有我国自主知识产权的CO2深部地质封存长期稳定预测与控制技术,对保证我国国民经济持续稳定发展,未来的经济发展对能源供应和环境安全健康的要求,实现经济和社会持续发展等均具有重大的现实意义和十分关键的作用。     

大型航空复合材料承力构件制造关键技术

大型飞机制造水平是国家综合实力的重要体现。大型飞机的研制作为我国建设创新型国家的标志性工程和重大战略决策,对经济、社会和国家安全意义极其重大。在我国发展大型飞机制造水平的大背景下,提高核心部件制造关键技术,为研制大型飞机提供技术储备至关重要。国家973计划项目"大型航空复合材料承力构件制造基础"围绕大型碳纤维树脂基复合材料航空承力构件制造过程中,预制件自动铺放与固化成型、高质量加工与低损伤装配、缺陷检测与承载评估等3个方面的基础科学理论与具体实施方案展开系统研究,取得了一系列重要研究成果,推动了我国大型航空复合材料承力构件制造水平的发展。本文从项目研究概况、关键研究进展、总结与展望3个方面进行论述。     

干细胞编程与重编程中表观遗传调控的分子机制和结构基础

干细胞研究因其重要的理论意义和广泛的应用前景而成为近年来生命科学研究的热点领域。目前人们在胚胎干细胞的定向分化和诱导多能干细胞细胞系的建立方面取得了重大突破,但对相关生物学过程的调控机制所知十分有限,干细胞应用仍然面临许多难题。表观遗传调控作为整合细胞内外环境因素与基因组遗传信息的媒介,直接参与控制基因表达,决定细胞分化与功能特异化,在干细胞的自我维持和定向分化以及体细胞重编程过程中发挥了非常重要的作用。"干细胞编程与重编程中表观遗传调控的分子机制和结构基础"国家重大科学研究计划项目围绕干细胞编程与重编程过程中的表观遗传调控所涉及的关键科学问题,利用多学科的研究方法和手段开展研究,目前已经取得了一批具有重大国际影响的突破性成果。例如,在国际上首次通过单细胞基因组学分析方法,实现了对人早期胚胎的DNA甲基化调控网络的系统分析;又如,利用染色质体外组装体系和冷冻电镜三维重构方法,在国际上首次解析了30 nm染色质纤维的高分辨率结构,在染色质高级结构这一重大科学问题上取得了突破性的进展。这些研究成果有助于深入理解人类胚胎干细胞及i PS细胞自我维持、定向分化、重编程等各个环节的表观遗传调控机制,将有力地推动基于干细胞的各种再生医疗技术和手段的应用进程。     

深井煤层群连续卸压开采及煤与瓦斯共采

文章研究煤矿井工开拓开采模式，创新了深部煤层群连续卸压开采及煤与瓦斯协调共采方法，提出了强采动条件巷道顶板安全控制、无煤柱沿空留巷结构控制、钻孔法煤与瓦斯协调共采、基于光纤光栅传感的煤矿巷道围岩实时监测等关键技术，形成了深井煤层群安全高效的科学开采模式。     

生态调度问题及其解决策略初探

在回顾分析国内外生态调度发展状况的基础上，分析了河流生态系统的开放复杂生态网络系统特质、多重胁迫的生态响应关系揭示以及与社会经济系统间的调控机制的建立方面对生态调度发展的制约和挑战。针对我国情况，提出了包括整体战略、调控理论方法、技术保障及长效机制等方面的生态调度总体发展策略的建议。     

稻麦作物籽粒铁／锌生物强化作用机制及调控

铁锌缺乏是人类微量元素营养的重大问题,通过农业措施增加作物Fe／Zn含量和生物有效性是改善人体健康的有效方法,因此,开展主要粮食作物（稻麦）籽粒中铁锌生物强化作用机制及调控研究,对加强我国居民Fe／Zn营养、提高我国农产品的国际竞争力等具有重大理论与实践意义。     

妊娠建立和维持的分子机制

国家重大科学研究计划项目"妊娠建立和维持的分子机制研究"实施近5年来,围绕"胚胎与母体相互作用决定妊娠结局的分子机制是什么?"这一核心科学问题,以"胚胎着床决定妊娠结局"这一全新理念为主线,在已有工作的基础上,利用多种转基因、组织特异性基因敲除小鼠模型和我国丰富的人类临床资源,集成和运用组学、遗传/表观遗传学、细胞/分子生物学等传统和新兴技术,在囊胚获得着床能力的分子基础、胚胎着床和子宫内膜—蜕膜转化的分子调节机制、胎盘发育与妊娠维持的调控、妊娠维持的免疫调节机制以及先兆子痫等妊娠疾病的发生机制等方面取得了重要进展,为我国胚胎着床和胎盘发育研究奠定了科学基础,为解决关键技术问题做出了贡献。本文对该项目的研究思路与主要研究成果做一介绍。     

森林结构和功能性状精准监测及其对全球变化的响应机制研究

我国森林生态系统正面临着全球气候变化和人类活动等多重威胁,其结构与功能性状是反映森林生态系统碳固存等功能与状况的关键要素。受观测手段的限制,森林结构和功能性状调控森林生态系统碳循环过程对全球变化的响应与适应机制仍不清晰,影响全球变化下我国森林生态系统固碳能力预测的精度。针对上述科学问题,通过遥感观测系统研发、野外联网观测、数据采集分析、模型构建与情景模拟,在建立森林结构和功能性状数据集、解析其耦合机制对森林生产力调控作用的基础上,优化生态系统模型、预测未来气候变化情境下我国典型森林生态系统的固碳能力。研究结果既能够为我国森林生态系统联网监测与研究提供技术支撑,也能够为制定固碳减排政策提供科学依据。