滑坡治理穩(wěn)定后其滑移面(帶)演化規(guī)律探討

1、滑坡治理穩(wěn)定后其滑移面(帶演化規(guī)律探討 1魏作安 1,3,萬(wàn)玲 1,3,沈樓燕 2,趙洪寶 31. 重慶大學(xué)西南資源開(kāi)發(fā)及環(huán)境災(zāi)害控制工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶(4000442. 南昌有色冶金設(shè)計(jì)研究院,南昌 (3300023.重慶大學(xué)資源及環(huán)境科學(xué)學(xué)院,重慶 (400044摘 要:滑坡災(zāi)害已成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重大問(wèn)題?；泼?帶是 滑坡的重要組成部分,系統(tǒng)地掌握滑移面(帶的演化信息是滑坡治理成敗的關(guān)鍵。滑坡治 理穩(wěn)定前,其滑移面(帶如何產(chǎn)生、發(fā)展等已被廣泛深入研究,也取得了可喜的成果;那 么治理穩(wěn)定后,其滑移面(帶如何演化,破裂面能否愈合,愈合程度如何,采用什么指標(biāo) 來(lái)定

2、量評(píng)價(jià)等規(guī)律, 亦是進(jìn)行滑坡研究與防治所應(yīng)該掌握的信息。 為此, 本文就上述問(wèn)題的 研究意義、研究?jī)?nèi)容和方法等進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞:滑坡,滑移面,愈合度,巖土力學(xué),地質(zhì)災(zāi)害1. 前言滑坡災(zāi)害已成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重大問(wèn)題。 據(jù)初步統(tǒng)計(jì), 每年由 地質(zhì)災(zāi)害所造成的經(jīng)濟(jì)損失平均在 200億500億元 (人民幣 之間, 死亡數(shù)百人 1(圖 1 。 在所有地質(zhì)災(zāi)害中,滑坡災(zāi)害發(fā)生次數(shù)最多、造成的損失最為嚴(yán)重。 2004年,全國(guó)所發(fā)生 中等規(guī)模以上地質(zhì)災(zāi)害 875起,其中滑坡占了 572起,崩塌 181起,泥石流 77起,地面塌 陷 25起,地裂縫 13起 1(圖 2 。 2005年 1

3、月6月,發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害 7151起中,滑坡占了 6278起,崩塌 732起,泥石流 63起,地面塌陷 62起,地裂縫 10處,地面沉降 6處 1(圖 3 。為此,國(guó)家不僅制定了專(zhuān)門(mén)的地質(zhì)災(zāi)害防治法律法規(guī),而且為地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生機(jī)理和防 治技術(shù)的研究以及實(shí)際工程治理投入了巨資,以達(dá)到建設(shè)一個(gè)平安和諧社會(huì)的目的?；泼?帶是滑坡的重要組成部分,系統(tǒng)地掌握滑移面(帶的演化規(guī)律是滑坡治理 成敗的關(guān)鍵?；轮卫矸€(wěn)定前,其滑移面(帶如何產(chǎn)生、發(fā)展等已進(jìn)行了廣泛研究,也取 得了可喜的成就;而滑坡治理穩(wěn)定后,其滑移面(帶演化規(guī)律如何 , 破裂的滑移面能否愈 合等等,目前鮮有人涉及。為此,本文就滑坡治理后其滑移面(帶

4、演化規(guī)律如何,愈合程 度等問(wèn)題進(jìn)行探討,將為深入研究滑坡、更有效地防治地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供借鑒。1本課題得到西部資源開(kāi)發(fā)及環(huán)境災(zāi)害控制工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室訪問(wèn)學(xué)者基金, 中國(guó)博士后科學(xué)基金 (NO. 2005037443和江西省自然科學(xué)基金(NO. 0650081的資助。人數(shù) 1998199920002001200220032004年份圖 1 1998-2004年全國(guó)突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害造成人員死亡情況 Figure 1 Nationwide death number for geologic hazard from 1998 to 2004 圖 2 2004年不同地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型發(fā)生情況Figure 2

5、 Different geologic hazard types in 2004 圖 3 2005年上半年不同地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型發(fā)生情況Figure 3 Different geologic hazard types in first half year in 20052. 問(wèn)題的提出滑坡是在一定的地形地質(zhì)條件下,由于自然或人為因素影響,破壞了巖(土體的力學(xué) 平衡,使坡上不穩(wěn)的巖(土體在重力作用下,沿著一定的軟弱面(帶作整體、緩慢、間 歇性的向下滑動(dòng)的不良地質(zhì)現(xiàn)象 2。當(dāng)滑體下滑時(shí),在滑體與滑床之間產(chǎn)生的剪切破裂面, 稱(chēng)為滑移面。滑移面以上、因受揉皺而形成的一定厚度的擾動(dòng)帶稱(chēng)為滑移帶。實(shí)際應(yīng)用中,

6、往往把滑移面和滑移帶結(jié)合在一起,簡(jiǎn)稱(chēng)滑移面或滑移帶。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者通過(guò)研究滑移面(帶的產(chǎn)生與發(fā)展過(guò)程,包括裂紋如何擴(kuò)展、貫通, 滑移面(帶的強(qiáng)度如何弱化以及影響因素,滑體如何在滑移面(帶上滑動(dòng)等來(lái)探討有關(guān) 滑坡產(chǎn)生的機(jī)理以及提出滑坡的治理方法和措施 3-19。我國(guó)在滑坡災(zāi)害及其防治研究方面, 從滑坡形成的條件、 影響因素到滑坡的分類(lèi)和分布 規(guī)律、 滑坡災(zāi)害的防治技術(shù)措施以及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等基本處于世界領(lǐng)先水平, 已成功地治理了數(shù) 以千計(jì)的滑坡, 取得了可喜成績(jī) 20-25。 2004年成功預(yù)報(bào)地質(zhì)災(zāi)害 984起, 其中較大規(guī)模 213起,安全轉(zhuǎn)移 47614人 26。 2005年地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警成效

7、顯著,成功避讓地質(zhì)災(zāi)害 500起, 安全轉(zhuǎn)移 11376人,避免財(cái)產(chǎn)損失 3.41億元 27。根據(jù)極限平衡原理和力學(xué)分析, 滑體在重力作用下, 將產(chǎn)生平行于滑移面的下滑力和與 之相反的抗滑力(滑移面上的摩擦力和粘結(jié)力 。工程治理的作用機(jī)理就是通過(guò)實(shí)施工程措 施,來(lái)改變滑體的受力狀態(tài),使其由非穩(wěn)態(tài)過(guò)渡到穩(wěn)定(或超穩(wěn)定狀態(tài)。那么隨著這種受 力狀態(tài)的改變,即滑坡經(jīng)過(guò)治理穩(wěn)定后,已開(kāi)裂而未貫通的滑移面(帶的演化規(guī)律如何? 這些破裂面是否會(huì)愈合復(fù)原?貫通了的滑移面 (帶 是否會(huì)因滑體的擠壓、 鑲嵌使滑移面 (帶 愈合?愈合程度如何?滑移面 (帶 土的力學(xué)特性是否會(huì)因滑體的穩(wěn)定而得以改變, 其強(qiáng)度 等指標(biāo)

8、能否有相應(yīng)的提高?比殘余強(qiáng)度提高多少?等等, 都值得研究。 因?yàn)榛轮卫淼母?目的就是使滑體保持長(zhǎng)久穩(wěn)定,消除災(zāi)害的發(fā)生。3. 研究意義我國(guó)是一個(gè)滑坡災(zāi)害多發(fā)國(guó)家, 尤其是西部地區(qū)。 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 大量 水電等工程建設(shè)不可避免地會(huì)導(dǎo)致或加重滑坡災(zāi)害, 比如, 三峽工程的建設(shè)加重了庫(kù)區(qū)的滑 坡災(zāi)害; 庫(kù)區(qū)內(nèi)的移民建設(shè)也是如此, 比較典型的有, 巫山新建縣城基本坐落在古滑坡體上, 一些城市道路、 房屋受到不同程度的破壞等。 為此, 我國(guó)每年要投入大量資金用于滑坡災(zāi)害 防治,僅三峽庫(kù)區(qū)滑坡治理的資金就高達(dá) 100億元。目前針對(duì)具體滑坡進(jìn)行治理的基本程序?yàn)?先進(jìn)行工程地質(zhì)勘察, 找出

9、滑移面的位置和 相關(guān)參數(shù), 然后進(jìn)行穩(wěn)定分析與設(shè)計(jì), 最后進(jìn)行工程施工。 施工完成后將施工期間進(jìn)行的滑 坡監(jiān)測(cè)工作繼續(xù)延長(zhǎng)兩到三年, 如果滑體不發(fā)生位移, 就說(shuō)明這個(gè)滑坡治理成功。 眾所周知, 滑坡治理工程,像抗滑樁、擋土墻等都是有工程使用壽命的, 50年或 70年不等。如果滑坡經(jīng) 過(guò)工程治理穩(wěn)定后(了 ,但滑移面(帶沒(méi)有改觀,那么治理工程達(dá)到(到了使用壽命 失效后,則與滑體一起滑下,產(chǎn)生更大的災(zāi)難。事實(shí)亦是如此,在實(shí)際滑坡治理中,有些滑 坡經(jīng)過(guò)多次治理但仍未治理成功(治住 ,有些滑坡通過(guò)工程治理穩(wěn)定十幾年后又復(fù)活,都 給社會(huì)帶來(lái)極大的危害。全面準(zhǔn)確地掌握滑移面 (帶 的信息是滑坡治理成敗的關(guān)

10、鍵。 滑坡研究的重點(diǎn)一直放在 治理前滑移面(帶的產(chǎn)生和形成等規(guī)律,對(duì)治理后的滑移面的演化規(guī)律很少有人涉及,研 究成果也基本空白。 然而, 對(duì)治理后的滑移面 (帶 的變化狀況進(jìn)行研究, 像愈合 (程 度、強(qiáng)度變化等, 同樣重要。 如果把滑坡比喻成一個(gè)腿骨折的病人, 對(duì)滑坡治理就像醫(yī)生給病人 看病一樣,醫(yī)生會(huì)給病人在腿骨折處打石膏,上夾板,甚至是鋼板或鋼釘,目的是使骨折處 痊愈。 采取這些措施后病人看上去應(yīng)該沒(méi)有問(wèn)題了, 時(shí)間長(zhǎng)的還可以行走, 但如果骨折處沒(méi) 有愈合或愈合不好, 那么最后會(huì)給病人的正常行走造成更大地影響。 所以, 對(duì)治理后的滑坡 的滑移面 (帶 的演化規(guī)律進(jìn)行研究亦非常重要, 它不

11、僅可以檢驗(yàn)治理措施的長(zhǎng)效性和治本 效果, 而且對(duì)滑坡防治技術(shù)的選擇和開(kāi)發(fā)具有理論指導(dǎo)意義, 從而對(duì)滑坡評(píng)價(jià)與防治有一個(gè) 全新的認(rèn)知。 如前所述, 目前是通過(guò)位移監(jiān)測(cè)來(lái)判定滑坡的穩(wěn)定狀態(tài), 如果通過(guò)研究滑移面 (帶的愈合(程度來(lái)判斷滑坡的穩(wěn)定狀態(tài),這種判斷會(huì)更科學(xué)、更可靠。4. 滑移面(帶演化規(guī)律研究?jī)?nèi)容、方法與展望4.1研究?jī)?nèi)容滑移面(帶是滑坡主要組成部分,它具有多樣性、復(fù)雜性和多變性的特點(diǎn)。就滑移面 的幾何形態(tài)而言, 可分為:折線型、 直線型、 弧型、 圓弧型以及組合型等。 組成滑移面 (帶 巖土也很復(fù)雜。同時(shí)滑移面(帶的幾何形態(tài)、巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)等會(huì)隨著滑體狀態(tài)的 變化而變化。所以,對(duì)

12、整治穩(wěn)定后的滑坡的滑移面(帶演化規(guī)律的研究,應(yīng)該是以滑移面 (帶為研究對(duì)象,從幾何形態(tài)、巖土物理力學(xué)特性等方面進(jìn)行研究,全面系統(tǒng)地研究它們 的演化與變化規(guī)律。主要研究?jī)?nèi)容包括:(1基于時(shí)間序列的滑移面(帶的幾何形態(tài)的變化與演化特征與規(guī)律;(2基于時(shí)間序列的滑移面(帶巖土材料的工程力學(xué)特性變化與演化規(guī)律,包括材 料的抗剪強(qiáng)度、滲透性和壓縮性等;并與滑坡整治前的特性進(jìn)行對(duì)比分析;4.2研究方法滑坡防治問(wèn)題是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)工程。 由于研究對(duì)象的復(fù)雜性, 研究工作中應(yīng)廣泛吸收工 程地質(zhì)學(xué)、現(xiàn)代數(shù)學(xué)力學(xué)的新理論新方法。對(duì)于整治穩(wěn)定后的滑坡的滑移面(帶演化規(guī)律 的研究, 擬采取:現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與室內(nèi)試驗(yàn)為主、 理

13、論分析和工程實(shí)踐相結(jié)合的綜合性研究方法。 (1以典型滑坡為對(duì)象進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究。選擇已整治且已穩(wěn)定的、滑移面(帶曾 經(jīng)非常清晰的幾個(gè)典型的滑坡為對(duì)象, 對(duì)滑移面 (帶 的變化與演化進(jìn)行長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)與 測(cè)試,同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行室內(nèi)測(cè)試,研究滑移面(帶的幾何形態(tài)和力學(xué)特性的演化。 (2利用大型滑坡物理模型試驗(yàn)進(jìn)行研究。在模擬滑坡及其整治的基礎(chǔ)上,除了在治 理工程的模型中安裝光纖傳感器、微型壓力盒、位移計(jì)等測(cè)試器件外,在滑移面(帶處安 裝一些高精尖測(cè)試儀器,用以測(cè)試滑移面(帶處的受力大小、土體的位移與變形、擠壓密 實(shí)度和滲透性以及細(xì)觀上的物理愈合程度等。4.3展望通過(guò)對(duì)整治后的滑坡滑移面(帶演化規(guī)律

14、的研究,揭示滑移面(帶的產(chǎn)生、發(fā)展以 及(可能消亡的整個(gè)變化過(guò)程,全面、完整、系統(tǒng)地掌握滑坡滑移面(帶演化規(guī)律,為 開(kāi)發(fā)新的滑坡防治技術(shù)提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。具體目標(biāo)為:(1基于滑移面(帶的擠壓、鑲嵌等幾何形態(tài)、巖土材料物理力學(xué)性質(zhì)變化等規(guī)律 基礎(chǔ)上,建立一套判斷滑移面(帶愈合度的量化模型;(2對(duì)不同治理技術(shù)措施下、治理成功后的滑體的穩(wěn)定性有較全面真實(shí)的了解。(3基于愈合度的準(zhǔn)則,對(duì)現(xiàn)有防治技術(shù)進(jìn)行分類(lèi),集成一套有助于改善或提高滑移面(帶愈合度、既治標(biāo)又治本的滑坡治理原則、方法和技術(shù)措施。5. 結(jié)語(yǔ)以整治后滑坡的滑移面(帶為對(duì)象,研究滑移面(帶的演化規(guī)律,屬于滑坡災(zāi)害防 治理論與實(shí)際研究領(lǐng)域

15、中的一個(gè)新課題, 當(dāng)前鮮有人涉及。 預(yù)期通過(guò)這項(xiàng)課題研究所獲得的 成果,必將會(huì)給滑坡災(zāi)害防治理論和工程應(yīng)用方面帶來(lái)較為重大突破。掌握治理后的滑移面 (帶 演化規(guī)律, 不僅可以檢驗(yàn)治理技術(shù)措施的長(zhǎng)效性和治本效果, 而且對(duì)滑坡防治技術(shù)的選擇和開(kāi)發(fā)具有理論指導(dǎo)意義, 使滑坡防治既治標(biāo)更治本, 從另一個(gè) 角度來(lái)認(rèn)知滑坡的評(píng)價(jià)與防治。參考文獻(xiàn)1中國(guó)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)信息網(wǎng), www. cigem. gov. cn2鐵道部科學(xué)研究院西北研究所 . 滑坡防治 M .北京:人民鐵道出版社, 1977。3陳祖煜, 汪小剛, 楊健等 . 巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析 -原理 、 方法 程序 M. 北京:中國(guó)水利水電出版社, 200

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23、. The Key Laboratory of the Exploitation of Southwest Resources & the Environmental Hazards Control Engineering, Ministry of Education, Chongqing University, Chongqing, China (400044 2. Nanchang Design and Research Institute of Non-ferrous Metal, Nanchang, China (330002 3. College of Resource and Environmental Sciences, Chongqing University, Chongqing, China (400044 Abstract Landslide has been one of important problems which will restrict the development of economy and society. The slip surface is one of major part