監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)新途徑

山區(qū)滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)的新途徑呂貴芳薛果夫提要本文根據(jù)國(guó)內(nèi)滑坡成功預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)，從監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)觀點(diǎn)，深入研究了一些滑坡變形監(jiān)測(cè)成果，結(jié)合國(guó)內(nèi)預(yù)報(bào)成功滑坡變形監(jiān)測(cè)的大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，按照滑坡變形日變率大小，對(duì)應(yīng)滑坡發(fā)展五個(gè)階段，劃分出注意線、警惕線、報(bào)警線、撤離線和禁止進(jìn)入線五條防御界限、同時(shí)，根據(jù)滑坡宏觀變形特征，對(duì)滑坡的規(guī)模、失穩(wěn)方式、滑床形態(tài)、滑坡方向、發(fā)生及危害性進(jìn)行了預(yù)測(cè)。一、引言滑坡類(lèi)型、特征及產(chǎn)生原因的研究分析，是做好滑坡監(jiān)測(cè)和準(zhǔn)確預(yù)報(bào)滑坡的基礎(chǔ)工作。因地質(zhì)條件復(fù)雜，滑坡產(chǎn)生的原因和形成條件都有較大差異，但其發(fā)生發(fā)展常有一定的規(guī)律性。自然界的滑坡，按其成因可分為自然演變和人類(lèi)活動(dòng)兩大類(lèi)型。自然演變產(chǎn)生的滑坡，其原因主要有：1.河流強(qiáng)烈的側(cè)向沖刷掏蝕作用；2.軟弱巖層或軟弱結(jié)構(gòu)面遇水軟化阻滑力的降低；3.地下水的潛蝕及動(dòng)水壓力；4.外營(yíng)力的風(fēng)化作用；5.新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及地震等。人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的滑坡，其原因主要有：1.斜坡前緣開(kāi)挖的邊坡邊高過(guò)陡或截?cái)嗔塑浫鯅A層（或軟弱結(jié)構(gòu)面）；2.斜披上方大量棄碴國(guó)載；3.斜坡下采礦采空區(qū)過(guò)大引起地面沉陷；4.施工程序、方法不正確；5.大爆破震動(dòng)；6.施工和生活用水及農(nóng)田灌渠（或人工運(yùn)河）水的滲漏；7.斜坡值被大面積砍伐；8.水庫(kù)坍岸及庫(kù)水位急劇消落等。上述作用的一種或二種就可能導(dǎo)致斜坡，一般情況下滑坡的產(chǎn)生，彳主彳主就是幾個(gè)作用相互促進(jìn)的結(jié)果?，F(xiàn)從監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)觀點(diǎn)，將山區(qū)常見(jiàn)的滑坡，按照滑坡床結(jié)構(gòu)特征及滑坡體變形失穩(wěn)的力學(xué)性質(zhì)，概可分為：土石界面型、層面型斷裂結(jié)構(gòu)面型與復(fù)合結(jié)構(gòu)面型四大類(lèi)。按滑坡變形失穩(wěn)性質(zhì)又可分為推動(dòng)式與牽引式以及二者交替轉(zhuǎn)換的雙重式等。二、滑坡的監(jiān)測(cè)滑坡的預(yù)報(bào)成功，大都是以斜坡變形監(jiān)測(cè)資料為基礎(chǔ)的。自然界斜坡（含人工邊坡）的穩(wěn)定程度，都是由斜坡高度、陡度、坡面狀況和組成斜坡的巖（土）成分、巖（土）體結(jié)構(gòu)、抗剪強(qiáng)度等所決定。（一）滑坡變形階段的劃分從國(guó)內(nèi)預(yù)報(bào)成功的新灘滑坡、雞鳴寺滑坡、龍羊峽電站虎山坡1#滑坡及紅崖山滑坡來(lái)看，其主要由滑坡規(guī)模、滑床陡度及形態(tài)、滑帶巖（土）的性狀和滑坡形成的力學(xué)性質(zhì)決定?；滦纬蛇^(guò)程可分為蠕動(dòng)變形、緩慢變形、勻速變形、加速變形和臨滑急劇變形五個(gè)發(fā)展階段。其各階段主要特征如下（見(jiàn)表1）。蠕動(dòng)變形階段：斜坡前緣坡頂或后緣，出現(xiàn)彼此平行斷續(xù)分布的隱細(xì)拉張裂縫，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)日變率都很小，一般變化在0.01-0.1mmo緩慢變形階段：變形體內(nèi)隱細(xì)張裂縫，相連成長(zhǎng)大裂縫，局部有錯(cuò)歇出現(xiàn)，弧形拉裂圈逐漸在形成，主動(dòng)滑體滑動(dòng)切帶內(nèi)有許多光滑剪斷面產(chǎn)生，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)日變率可達(dá)3-5mm。勻速變形階段：變形體后緣弧形拉裂圈形成，兩側(cè)邊界裂縫產(chǎn)生，并逐漸向前緣臨空面伸延，滑床已形成，剪出口處巖（土）體有松動(dòng)、浸水現(xiàn)象，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)日變率在變形體同一部位隨滑坡力學(xué)性質(zhì)（推動(dòng)或牽引式）有規(guī)律的變化，且同一部位的日變率非常近似，一般日變率變化在1-5mm之間。加速變形階段：變形體具備了完整的圈椅狀邊界，但移沉隱明顯，后緣裂縫有閉合現(xiàn)象，巖（土）體彼此間不斷發(fā)出摩察響聲，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)日變率隨時(shí)間延續(xù)快速增加，一般日變率變化在5-50mm之間，大者達(dá)80mm以上。臨滑急劇變形階段：變形體前緣臨空面不斷有小型塌滑或滾石產(chǎn)生，推動(dòng)式滑坡后緣或牽引式滑坡前緣處的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)，日變率大都變化在100mm以上。（二）滑坡的變形監(jiān)測(cè)目前，國(guó)內(nèi)的斜坡變形監(jiān)測(cè)，按其監(jiān)測(cè)精度，可分為高精度監(jiān)測(cè)、常規(guī)監(jiān)測(cè)和簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)三種，其中常規(guī)監(jiān)測(cè)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用較廣。為了做好滑坡的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，首先在布置監(jiān)測(cè)工作前，要對(duì)斜坡變形的原因及變形特征進(jìn)行研究，初步確定變形體的結(jié)構(gòu)類(lèi)型及滑體的主動(dòng)、被動(dòng)部分。監(jiān)測(cè)點(diǎn)要著重布置在主動(dòng)變形體上，其它部位可設(shè)置一些控制性測(cè)點(diǎn)，隨著斜坡變形程度的增加，可根據(jù)變形體的力學(xué)性質(zhì)（推動(dòng)或牽引式），對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，保留或增設(shè)一些代表性監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以作為預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)滑坡的基準(zhǔn)點(diǎn)。例如，新灘滑坡在發(fā)生前，經(jīng)過(guò)勘選，從姜家坡頂起順斜坡向下，依次布設(shè)了與長(zhǎng)江大致平行的A、B、C、D四條視準(zhǔn)線。每條視準(zhǔn)線由5個(gè)點(diǎn)組成，其中除測(cè)站點(diǎn)和后視點(diǎn)建在基巖上外，其它三點(diǎn)均建在堆積層上。監(jiān)測(cè)工作從1977年11月開(kāi)始，每月觀測(cè)一次。平面位移采用視準(zhǔn)線法測(cè)定，垂直位移按國(guó)家二等水準(zhǔn)精度以直接水準(zhǔn)觀測(cè)。經(jīng)過(guò)1978年至1982年五年觀測(cè)證明，采用視準(zhǔn)線方法，精度高，直觀性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)易，便于迅速確定位移量。通過(guò)觀測(cè)成果的分析，很快明確了姜家坡斜坡是不穩(wěn)定斜坡，其中坡頂上的a3觀測(cè)點(diǎn)和坡腳處的b2點(diǎn)，變形量大，有同步變形特征，五年中向長(zhǎng)江方向累計(jì)水平位移量，分別達(dá)2660.3mm及1895mm，平均月變率分別為45mm及32mm，日變率1.2-1.5mm,滑坡已進(jìn)入無(wú)賴(lài)變形階段，正蘊(yùn)釀著一次大的滑動(dòng)。而姜家坡以下的視準(zhǔn)線各點(diǎn)，五年累計(jì)水平位移量大都在0.5mm至5mm之間，平均月變率極小，只有0.008mm-0.08mm表明姜家坡以下斜坡基本處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。1983年初，姜家坡斜坡變形加劇，后緣及兩側(cè)邊界裂縫形成，為了確定滑坡的滑動(dòng)方向、規(guī)模、滑床剪出口位置，以及對(duì)斜坡下段穩(wěn)定性影響，重新對(duì)原監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了調(diào)整，在姜家坡斜坡變形體內(nèi)，自上而下增設(shè)了F「F2……F8八個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在斜坡下段C、D兩視準(zhǔn)線之間增加了E視準(zhǔn)線。由于姜家坡斜坡變形量大，對(duì)測(cè)點(diǎn)改用前方交會(huì)及間接測(cè)高法。為了給交會(huì)法提供可靠的基點(diǎn)，又專(zhuān)門(mén)布設(shè)了監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)，全網(wǎng)由六個(gè)點(diǎn)組成，以A、C為固定起算點(diǎn)，按國(guó)家二等三角精度施測(cè)。各點(diǎn)高程，除A、B、F三點(diǎn)按二等水位測(cè)定外，其余各點(diǎn)均用三角高程法測(cè)定。

名新灘滑坡虎山坡一號(hào)滑坡稱(chēng)日期A3點(diǎn)B3點(diǎn)日期虎山被點(diǎn)（A）E點(diǎn)F點(diǎn)日期_G1位日位移日位移日位移日變率位移日變率位階移變變變段率率率蠕1979年7月107.950.17127.00.21988年8月167.00.44797.50.26108.50.2891990年3月縫動(dòng)25日前（197731日前（19875日前（即后寬變年11月開(kāi)始年9月10日開(kāi)緣裂縫發(fā)現(xiàn)20形觀測(cè)），歷時(shí)1始觀測(cè)），歷時(shí)前）4月24日年9個(gè)月1年零10天開(kāi)始觀測(cè)緩1979年7月262490.02.01431.81.151988年9月182.30.4750.00.2851.50.291990年3月527慢B-1982年12B-1989年2日-1991年2變?cè)?日，歷時(shí)月20日，歷時(shí)月3日，歷時(shí)形3年5個(gè)月175天285天勻1982年12月1431.72.781096.952.131989年2月21117.40.8839.80.2942.90.311991年2月410速6B-1984年5日-7月17日，日-4月30日，變?cè)?0日，歷歷時(shí)137天歷時(shí)89天形時(shí)1年5個(gè)月加1984年5月112177.56.52211.06.61989年7月18691.498.77276.239.5301.243.031991年5月110速月-1985年4-7月24，歷時(shí)日-6月25日，變?cè)?日，歷時(shí)7天歷時(shí)56天形11個(gè)月急1985年4月9135.0145.04473.071.01990年7月25644.4322.2245.2122.6272.4136.21991年6月2632劇10日-同年6日-7月26日，日-28日，歷時(shí)變?cè)?1日，歷時(shí)歷時(shí)2天，263天，29日滑形63天，12日滑日滑坡發(fā)生坡發(fā)生坡發(fā)生合7年7個(gè)月15342.29339.71年11個(gè)月1702.708.7776.51年2個(gè)月17計(jì)9（433天）說(shuō)明:1.滑坡不同力學(xué)性質(zhì)及不同部位，日變率值相差較大。虎山坡?tīng)恳交率乔熬壸冃瘟看?，逐漸向后緣變??；雞嗚寺推動(dòng)式滑坡，則是后部變形量大于前緣部位。2.測(cè)點(diǎn)變形量與降雨關(guān)系非常密切。按照斜坡變形特征進(jìn)行滑坡發(fā)展階段劃分時(shí)，可根據(jù)滑坡力學(xué)性質(zhì)（牽引式或推動(dòng)式），采用變形斜坡前緣和后緣地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)作為劃分依據(jù)最合適，各滑坡測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1。1984年7月11月的觀測(cè)成果表明，F(xiàn)1至F8各點(diǎn)位移量由后向前逐步減少，F(xiàn)1至F8各點(diǎn)位移量由后向前逐步減少，F(xiàn)1點(diǎn)總位移量為F8點(diǎn)的2.8倍，顯示滑坡具有明顯的推動(dòng)式性質(zhì)；F1至F8諸點(diǎn)位移方向一致，說(shuō)明滑坡整體性強(qiáng)，滑動(dòng)方向正南偏西，直指新灘鎮(zhèn)；由斜坡下段C、E、D視準(zhǔn)線各點(diǎn)位移量仍然很小及姜家坡腳處有擠出、隆起、浸水現(xiàn)象來(lái)看，指明滑坡床將會(huì)在C視準(zhǔn)線以上剪出，滑坡具有高勢(shì)能特征，危害性大。鑒于上述情況，1985年3月1日、正式報(bào)告湖北省人民政府，要求加強(qiáng)雨季觀測(cè)，并在雨季來(lái)臨前做好新灘鎮(zhèn)居民的撤離工作。6月12日凌晨，姜家坡發(fā)生了推動(dòng)式土石界面型大滑坡，千年古鎮(zhèn)一一新灘被推入長(zhǎng)江。滑坡發(fā)生的性質(zhì)、滑動(dòng)方向及滑床剪出口位置，基本和預(yù)測(cè)的情況相符。三、滑坡失穩(wěn)方式、規(guī)模及危害性預(yù)測(cè)失穩(wěn)方式：取決于斜坡變形失穩(wěn)力學(xué)性質(zhì)及滑床剪出口高程。一般情況下，推動(dòng)式滑坡整體性強(qiáng)，破壞性大，當(dāng)剪出口較高時(shí)，滑體常具崩塌性質(zhì)，危害嚴(yán)重；牽引式滑坡，滑體由前向后逐塊解體，破壞危害性一般較小。滑床動(dòng)態(tài)及滑動(dòng)方向：根據(jù)斜坡變形原因，結(jié)合斜坡地質(zhì)結(jié)構(gòu)、形態(tài)，初步確定滑床與結(jié)構(gòu)面的關(guān)系。然后，采用勘探和變形監(jiān)測(cè)證實(shí)。如果沒(méi)有勘探資料，可按照變形體后緣拉張裂縫深度及前緣剪出下征兆（潮濕、浸水、擠出、壓碎、松動(dòng)等）來(lái)確定滑床形態(tài)。關(guān)于接張裂逢深度，據(jù)臨空面不同高度應(yīng)力計(jì)算及滑坡勻速變形階段后緣裂縫揭露驗(yàn)證，其深度一般為前緣臨空面高度的1/3—1/2?；瑒?dòng)方向，嚴(yán)格受著滑床下段滑面訴控制。如滑床呈單斜面時(shí)，滑向就是單斜面的量大傾角指向；滑床呈上陡下緩折線狀時(shí)，滑向就是下緩面的傾斜方向；滑床由二個(gè)相向斜面組成時(shí)，滑向就是二個(gè)斜面的交棱線方向。土質(zhì)滑坡的影響，一般是后緣弧形拉裂縫弧頂角平分線的指向或滑面上擦痕的方向。有變形監(jiān)測(cè)資料時(shí)，滑向可按諸監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移方向遵循平行四邊形法則分解、合成來(lái)確定。規(guī)模及危害性：滑坡規(guī)?？筛鶕?jù)斜坡變形弧形拉裂縫范圍滑床以上巖（土）體積及滑坡發(fā)生時(shí)可能推動(dòng)或牽動(dòng)的土、石方量之和來(lái)計(jì)算。其危害性，主要取決于滑坡規(guī)模、剪出口位置、下方地形及可能受災(zāi)區(qū)的人口密集程度和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)方面的重要性。一般情況下，滑坡體積大，剪出口位置高，下方地勢(shì)陡，則滑體勢(shì)能大，危害性嚴(yán)重；反之，危害性較輕。常見(jiàn)的滑坡災(zāi)害有：推削、沖擊及掩埋；堵塞河道、形成水庫(kù)、淹沒(méi)城鎮(zhèn)和造成巨浪、險(xiǎn)灘；峽谷內(nèi)造成的沖擊波及泥石流危害等。四、滑坡發(fā)生時(shí)間的預(yù)測(cè)從國(guó)內(nèi)預(yù)報(bào)成功的一些滑坡監(jiān)測(cè)成果研究分析得知，斜坡由蠕動(dòng)變形到滑坡發(fā)生，必然經(jīng)歷一定時(shí)間的演變過(guò)程，而這個(gè)過(guò)程歷時(shí)的長(zhǎng)短，主要取決于變形斜坡日變率的變化。因此，可憑借滑坡發(fā)展中日變率的大小變化及滑床形成后滑體的位移量，建立短期、中期、長(zhǎng)期預(yù)測(cè)滑坡發(fā)生時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)及估算公式。1.“雙百標(biāo)準(zhǔn)”公式：適用于滑坡進(jìn)入臨滑急劇變形階段至發(fā)生時(shí)間的短期預(yù)報(bào)。滑坡監(jiān)測(cè)變形發(fā)展累積位移曲線，一般有單峰（圖1）和多峰（圖2）二種。無(wú)論那種曲線，只要曲線峰值出現(xiàn)日變率大于100mm（水平位移或垂直位移），滑坡即將發(fā)生。采用t=Zu表示。式中：t：滑坡預(yù)測(cè)的發(fā)生時(shí)間（日）Z：日變率（水平位移日變率或垂直位移日變率均可）；u：系數(shù)（0.1-0.01），日變率在100mm—120mm之間，u值取大值；日變率大于150mmu值取小值。圖1為湖北省秭歸縣雞寺順層滑坡后緣裂縫變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)累積水平位移曲線。位移變形呈一單峰曲線，G「G4、G6、G7點(diǎn)日變率達(dá)“雙百標(biāo)準(zhǔn)”，變形體脫離滑床產(chǎn)生滑坡。但同一裂縫上的G8、G9點(diǎn)未達(dá)到“雙百標(biāo)準(zhǔn)”，變形體仍殘留在斜坡上。圖2為湖北省秭歸縣新灘土石界面型滑坡，前緣坡頂A3點(diǎn)和前緣坡腳B3點(diǎn)的多峰水平位移曲線，當(dāng)最后一峰翹起值日變率達(dá)“雙百標(biāo)準(zhǔn)”時(shí)，變形體才脫離滑床產(chǎn)生滑坡。比擬法公式：適用中期或長(zhǎng)期預(yù)報(bào)。采用t=t1+t2表示。其中：tjF?f?M；t2=L/Z。式中t：滑坡預(yù)測(cè)的發(fā)生時(shí)間（日）；中滑床形成前所需時(shí)間（日）；t2:滑床形成至滑坡發(fā)生所需時(shí)間（日）F：滑床面積（m2）；f：修正系數(shù)（采用滑帶土摩擦系數(shù)）；M：滑床單位面積（m2）剪斷所需時(shí)間（日），采用室內(nèi)或現(xiàn)場(chǎng)同類(lèi)土抗剪試驗(yàn)樣剪斷時(shí)間比擬確定；Z：滑坡勻速變形階段初始各測(cè)點(diǎn)日變率平均值（mm）；L：滑體產(chǎn)生滑動(dòng)時(shí)的總位移量（mm），采取滑床長(zhǎng)度為1%?！魏瘮?shù)公式：y=ax+b，適用預(yù)測(cè)滑坡各變形階段的時(shí)間。式中：x：預(yù)測(cè)的某一變形階段時(shí)間（日）；y：預(yù)測(cè)變形階段的初始日變率（mm）；a、b為常數(shù)，待繪出預(yù)測(cè)變形階段的變形量與時(shí)間關(guān)系曲線后，采用作圖法確定（說(shuō)明：滑坡各變形階段日變率界限值，已在滑坡變形階段劃分中說(shuō)明。因?yàn)槿兆兟逝c曲線斜率大小呈正比關(guān)系，而曲線斜率大小決定著a、b常數(shù)值）。五、滑坡的防御對(duì)策一些滑坡的成功預(yù)報(bào)表明，充分利用斜坡變形地段的地形地質(zhì)條件，合理布置監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)成果（日變率）與斜坡宏觀變形特征相結(jié)合，是準(zhǔn)確預(yù)報(bào)滑坡的最佳途徑。現(xiàn)將滑坡預(yù)報(bào)方法及防御對(duì)策標(biāo)準(zhǔn)分述如下：注意線：日變率0.01-0.1mm,相當(dāng)于滑坡蠕動(dòng)變形階段。斜坡變形趨勢(shì)有二種可能：一是繼續(xù)發(fā)展，斜坡變形量與時(shí)間呈增速變形曲線，日變率曲線斜率不斷在增大；二是斜坡應(yīng)力調(diào)整后停止