滑坡研究现状综述

滑坡研究现状综述

张建永

[摘要]本文就滑坡的调查方法、稳定性评价、失稳模式、预报以及处理措施等简述滑坡研究的现状，对各种方法的适用性做出简要的评述，并指出滑坡研究的发展趋势。

[关键词]滑坡；稳定性；失稳模式；预报；研究现状

中图分类号：P642.2文献类型：A

随着人类工程活动日益频繁，规模日益增大，遇到的边坡稳定问题也越来越突出。边坡失稳轻则增加投资，延长工期；重则摧毁建筑物，造成人员伤亡。统计资料显示，1951～1991年的40年中，我国工程滑坡灾害至少造成1169人死亡；经济损失更是巨大，仅云南漫湾水电站滑坡造成的损失就超过10亿元，延误工期一年以上，本文拟就滑坡的调查、稳定性评价、失稳模式及其影响因素、预报及处理措施等方面浅谈研究的现状。

1滑坡的调查

最直接也最常见的方法就是变形迹象调查。后缘张裂缝、陡壁等地貌特征是滑坡存在的明显证据。如果坡脚有泉出露，泉水流量和清澈程度的变化往往是滑坡即将发生的征兆。在有些情况下，已经张开的后缘裂缝又趋于逐渐闭合，恰恰是滑坡即将发生的征兆(据王兰生)。

近年来，除了钻探、物探等常规方法以外，还出现了一些新的勘探方法，如钻孔电视、地质雷达、钻孔CT等技术。遥感技术正得到愈来愈广泛的应用，在大型工程的勘测阶段，利用遥感图像可以显著提高效率，改善工作条件。在京九铁路的选线和施工阶段，遥感技术的成功应用说明了这一点。再如，石家庄西郊石灰岩山区的一大型滑坡就是首先在遥感图像上发现的，后来的实地考察证实了原判断。应当指出，遥感技术毕竟不能深入到地质体的内部，它得到的只是表层的信息，因此，遥感技术无法完全取代现场的勘察工作，而只能作为一种有效的辅助手段。

2滑坡的稳定性评价

滑坡的稳定性关系到工程选址、设计方案等重大决策问题。稳定性评价要求适宜

的分析方法和合理的参数取值。

为解决复杂的问题，须将其作适当的简化，即抽象出适宜的模型。模型太简化了不能反映滑坡的真实状态；太复杂了则须确定的参数又太多，受参数可靠程度的影响，分析结果的可靠性必然大打折扣。殷宗泽指出，如果片面追求模型的复杂性，虽然使用了很复杂的本构关系，考虑的影响因素很全面，但列出的方程式过于复杂，不是在数学上难以求解，就是所要求的有些参数无法取得，从而使理论没有实用价值。

现今使用的数学模型大致可分为两类。一类是基于极限平衡理论的条分法，另一类是数值分析方法。虽然条分法人为假定的条间作用力并不代表斜坡真实的应力状态，但条分法计算简单，发展历史较长，就稳定性而言，其结果已可满足实际需要，尤其对土坡是如此。各种条分法的对比说明，在参数相同的情况下，采用不同的计算假设，相互之间结果差别不大，误差主要来源于参数的取值。这也说明条分法的发展已相当成熟。七、八十年代有些学者致力于求取最可能滑动面。所用方法一般是将稳定性系数Fs视为滑面上某些函数的泛函，用变分法求该泛函的极值，Fs最小的滑面即最可能的滑面。但是普遍存在的一个缺陷是数学上不够严密，即给出的只是极值的必要条件，而未能给出充分条件。换言之，满足同一Fs值的滑面可能不止一个。从实用的角度来看，现今计算机的速度已相当快，并且性能仍在不断提高，因此可以取一相当宽的搜索区域反复试算，直至得出的稳定性系数达到最小；况且，影响计算结果的主要因素是参数取值，既然如此，将研究的重点集中到计算参数的合理优化上，似乎更为有利。从这个意义上来讲，最可能滑面的求解只具有理论上的价值。此外，最可能滑面理论仅适用于土质边坡，对岩质边坡而言，情况与土质边坡有很大不同。由于岩质边坡在长期的地质历史环境中接受改造，形成很多结构面(如层面、裂隙面、节理面)，这些“预制”的结构面控制着边坡的变形发展，而完整岩石的力学性质尚居其次，所以，岩质边坡的破坏遵循的规律与土质边坡的有较大的不同。

边坡稳定性分析的另一类数学模型是数值分析方法(有限单元法FEM、边界单元法BEM、离散单元法DEM、有限差分法FDM等)。由于计算机性能的不断提高，数值分析方法得到了充分发展，并进入成熟阶段。当前，最大的矛盾是对本构关系的研究远远落后于计算技术的发展，成为制约计算成果可靠程度的瓶颈。有限元要继续发展完善，应该考虑本构关系上的非线性和几何上的非线性。本构关系上的非线性已经考虑

到(如粘—弹—塑性模型)，但岩土体的本构关系实在太复杂，模型与实际情况之间总有一定差别；几何上的非线性在小变形时还不明显，因此不为人所注意，变形较大时就不可忽略了，如隧道软岩的变形破坏就无法用基于小变形假设的计算结果来解释。小变形已越来越不适应理论发展的需要，基于大变形前提的计算理论是今后发展的方向。

如前所述，参数取值对计算结果的影响是首要因素，而岩土体又固有一定的不均质性，受参数取值的变动，计算结果必然有一定的离散性。因此，每次单独变动某一参数的取值，得到新的稳定性系数，如此重复，找出对稳定性系数影响最大的因素，即所谓敏感度分析。例如，岩土体的内聚力c与内摩擦角φ相比，后者对稳定性系数的影响更为显著，因此增大内摩擦角能更有效地提高边坡的稳定性。麻面爆破法即利用了这一原理，其大致作法为，适量装药将边坡内部软弱结构面爆破为破碎状态，当滑坡沿该软弱面滑动时，必须克服块体的倾倒角，从而提高滑坡的稳定性。

作用在滑坡体上的营力有一定的随机性，因此边坡的稳定性也具有一定的随机性。概率理论已应用于评价边坡的稳定性。非线性理论也已用于边坡稳定性评价。

以上介绍的是数学模型。计算技术虽发展迅速，但由于对物理机制的认识尚不充分，加之很难精确确定各个因素的影响，因此数值计算至今还不能完全取代比较成熟的物理模型试验。在今后相当长的时间里，模型试验将与数值模拟并存，两者还可以相互验证。模型试验还会继续得到发展。日本的模型试验水平是比较高的。他们的模型试验规模大，仿真性强，自然更接近于真实情况。如在日本科技厅防灾技术中心设置的降雨装置高23.0m，降雨场地面积75×50m2，其最大降雨强度可达200mm/h(日本降雨量最大的一个地区最大降雨强度185mm/h)；模型比例尺大到1:50。佐佐恭二建立了滑坡体(或泥石流土石水混合体)运动微分方程；中村浩之将佐佐恭二的工作向前推进了一步，将滑动土体视为“不可压缩的牛顿粘滞流体”，利用Navier-Stokes方程对滑坡土体作了三维动态仿真模拟分析。这些成就表明，日本对滑坡的研究，无论是在数学模型还是在物理模型上，水平都是比较高的。

3滑坡的失稳模式及其影响因素

张倬元等将斜坡变形机制分为6种模式：蠕滑—拉裂、滑移—压致拉裂、滑移、滑移—弯曲、弯曲—拉裂、塑流—拉裂。这6种模式相互复合可以解释更为复杂的斜坡变形机制。Douglas Stead and Eberhardt在总结露天高边坡的破坏机制时，将其分为6