滑坡不同变形阶段演化规律与变形速率预警判据研究.pdf

第 35 卷 第 7 期 岩石力学与工程学报 Vol.35 No.7 2016 年 7 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering July，2016 收稿日期：收稿日期：20151105；修回日期：修回日期：20151129 基金项目：基金项目：国家自然科学基金资助项目(51309025，41272350)；国家重点基础研究发展计划(973)项目(2011CB710603) Supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant Nos. 51309025 and 41272350) and the National Program on Key Basic Research Project(973 Program)(Grant No. 2011CB710603) 作者简介：作者简介：李 聪(1985)，男，2005 年毕业于武汉大学土木工程专业，现任高级工程师，主要从事滑坡的预警预报系统、道路中的岩土工程问题、 非饱和岩土体渗流稳定等方面的的研究工作。E-mail：23151112 DOI：10.13722/ki.jrme.2015.1548 滑坡不同变形阶段演化规律与变形速率滑坡不同变形阶段演化规律与变形速率 预警判据研究预警判据研究 李 聪，朱杰兵，汪 斌，蒋昱州，刘小红，曾 平 (长江科学院 水利部岩土力学与工程重点实验室，湖北 武汉 430010) 摘要：摘要：预测预警是国际滑坡灾害研究的热点与难点，目前滑坡不同变形阶段历时与变形速率临界值方面的研究存 在不足。为深入探索滑坡不同变形阶段演化规律与变形速率预警判据，将滑坡变形演化过程划分为初始变形、匀 速变形、加速变形和急剧变形 4 个阶段，基于滑坡数据库信息，采用统计分析方法研究滑坡不同变形阶段历时特 征及其与不同影响因素的相关性、总结不同变形阶段裂缝发展及宏观特征、分析不同变形阶段滑坡位移速率预警 判据。通过研究发现：(1) 滑坡加速变形阶段历时 18 1 080 d，接近一半的滑坡加速阶段历时位于区间 3090 d； 绝大部分滑坡急剧变形阶段历时小于 30 d。(2) 滑坡破坏模式、滑体方量、滑面类型与滑坡变形阶段历时相关，其 中滑面类型与变形阶段历时的关系最为密切，滑面为硬性结构时滑坡加速与急剧变形阶段历时较短，滑面为软弱 层面时加速与急剧变形阶段历时较长。(3) 滑坡进入加速变形阶段时裂缝最大宽度为 150 cm，进入急剧变形阶 段时最大裂缝宽度为 4126 cm，其中土质滑坡与堆积体滑坡临界裂缝宽度较大，岩质滑坡临界裂缝宽度相对较 小。(4) 滑坡进入急剧变形阶段位移临界速率一般不超过 50 mm/d，倾倒型滑坡速率临界值相对较大，软弱滑动面 滑坡该位移速率临界值较硬性滑动面滑坡大。 (5) 各种滑坡进入加速变形阶段的位移速率均不大， 此速率值与破坏 模式关系密切。破坏模式为滑动破坏的滑坡该位移速率阈值基本都不超过 4 mm/d，倾倒破坏或崩塌破坏的滑坡该 阈值稍大，一般大于 4 mm/d。 关键词：关键词：工程地质；预警判据；变形速率；演化规律；不同变形阶段 中图分类号：中图分类号：P 642 文献标识码：文献标识码：A 文章编号：文章编号：10006915(2016)07140708 Critical deformation velocity of landslides in different deformation phases LI Cong，ZHU Jiebing，WANG Bin，JIANG Yuzhou，LIU Xiaohong，ZENG Ping (Key Laboratory of Geotechnical Mechanics and Engineering of Ministry of Water Resources，Yangtze River Scientific Research Institute，Wuhan，Hubei 430010，China) Abstract：Prediction and early warning is one of the difficult issues of landslide. Currently，no enough attention was paid to the elapsed time and the critical deformation velocity of landslides in different deformation phases. In order to further explore the warning criterion of deformation velocity of landslides，the process of landslide was divided into four phases including an initial deformation phase，a uniform deformation phase，and an accelerated deformation phase and a sharp deformation phase. The landslide database was studied with the statistical method. The accelerated deformation phase lasted from 18 days to 1 080 days，and the elapsed time of nearly half of the 1408 岩石力学与工程学报 2016年 landslides was within 30 days to 90 days. The sharp deformation phase of majority landslides lasted less than 30 days. The elapsed time of landslides in different deformation phases related to the failure mode，the landslide volume and the sliding surface type. The elapsed time and the sliding surface type are most closely related. When the slip surface is a rigid structure， the acceleration and sharp deformation phases are shorter. When the slip surface is a weak bedding surface，the acceleration and sharp deformation phases are longer. In the acceleration deformation phase， the maximum width of crack is 150 cm. In the sharp deformation phase， the maximum width of crack is 4126 cm. The cracks of soil landslide and talus slide are wider，and the crack of rock landslide is relatively narrow. The critical deformation velocity of landslide entering into the sharp deformation phase is not more than 50 mm/d. The threshold of toppling landslide is relatively large，and the threshold of landslide with the weak sliding surface is larger than the landslide with rigid sliding surface. The critical deformation velocities of various landslides entering into the acceleration deformation phase are not large which are closely related to the failure mode. The threshold of sliding landslide is basically no more than 4 mm/d，and the threshold of toppling landslide or collapse landslide is slightly larger，generally larger than 4 mm/d. Key words： engineering geology； early warning criterion； deformation velocity； evolution law； different deformation phases 1 引引 言言 由于斜坡变形破坏具有复杂性、随机性和不确 定性，想要准确地预报滑坡是非常困难的。为了对 斜坡的变形演化行为做出较为准确的判断，必须建 立一些具有一定适用性的滑坡预报判据。 贺可强等1-9提出了十多种判断边坡临界失稳 状态的预警判据(阈值)。如：安全系数、可靠性概 率、变形速率、变形加速度、应力、声发射率、塑 性应变、塑性应变率、位移矢量角、位移切线角、 降雨强度、力学判据、地震峰值加速度和综合信息 预报判据等。其中以位移速率研究比较突出，因为 位移是斜坡稳定状态最直观地反映，并且变形量测 方法简单，所以它在工程实践中越来越引起人们的 重视。然而以往的判据大多通过专家经验给出，未 见学者对滑坡不同变形阶段历时与位移速率临界值 开展系统的研究；同时已有的判据往往给出边坡临 滑时的预警指标，为了能及时采取合理的加固措施 或其他预警预案，工程边坡进入加速变形阶段的预 报判据更为重要。 李 聪等10建立了滑坡数据库， 之后将数据库中 滑坡个数增加到 49 个，并充实了滑坡数据库中部分 滑坡不同变形阶段历时、裂缝发展特征、变形速率 临界值等相关信息。本文以该数据库信息为基础资 料，将滑坡变形演化过程划分为初始变形、匀速变 形、加速变形和急剧变形 4 个阶段，重点研究加速 变形阶段与急剧变形阶段滑坡变形演化特征与变形 速率预警判据。通过统计与列联分析研究了滑坡不 同变形阶段历时特征及其与不同影响因素的相关 性，并总结了不同变形阶段裂缝发展及宏观特征； 基于 4 个阶段对滑坡变形速率进行区划，结合滑面 类型、破坏模式、滑坡类型等因素统计分析了加速 与急剧变形阶段滑坡变形速率预警判据。得到的滑 坡不同阶段历时、裂缝特征与位移速率预警判据可 以为滑坡灾害的预警与处治方案决策提供重要的参 考依据。 2 滑坡不同变形阶段演化规律与破坏 特征 滑坡不同变形阶段演化规律与破坏 特征 2.1 滑坡变形演化阶段划分滑坡变形演化阶段划分 许 强等11-13研究表明，在滑坡的孕育和发展演 化过程中，其运动累积位移时间曲线可以明显分 为初始变形、匀速变形、加速变形 3 个不同阶段， 加速变形阶段可继续细分为初加速、中加速、临滑 3 个亚阶段。刘小珊等14采用数据挖掘中的关联规 则，用经典的 Apriori 算法挖掘滑坡变形过程中累积 位移、累积加速度等属性与演化阶段的关联关系， 验证了滑坡三阶段变形演化特征具有较高的置信 度。当斜坡进入加速变形阶段时，必须发出预警预 报，并及时采取合理的加固措施或预警预案，因此 斜坡进入加速变形阶段的预警阈值尤为关键；另外， 斜坡进入临滑阶段后滑坡灾害基本不能避免，距离 滑坡发生的时间短，危害大，斜坡进入临滑阶段的 预警阈值也显得至关重要。基于此，本文在分析滑 第 35 卷 第 7 期 李 聪等：滑坡不同变形阶段演化规律与变形速率预警判据研究 1409 坡变形演化规律与预警判据研究时将加速变形阶段 中的亚阶段临滑阶段(急剧变形阶段)单独作为一 个变形阶段进行分析，将滑坡整个变形过程分为初 始变形、匀速变形、加速变形和急剧变形(临滑)4 个 阶段，典型的滑坡变形演化过程曲线见图 115。 图 1 新滩滑坡的水平位移随时间的变化曲线15 Fig.1 Curve of displacements vs time of Xintan landslide15 2.2 不同变形阶段历时及影响因素分析不同变形阶段历时及影响因素分析 滑坡不同变形阶段经历的时间较为复杂，即使 达到临界变形或临界变形速率后至斜坡最终失稳破 坏所延续的时间也不相同。 例如， 盐池河山体崩塌， 从变形达到 10 mm/d 的变形速率至山体大崩塌，历 时 32 d，意大利的瓦依昂滑坡，从变形达到每天 10 mm 的变形速率到产生大滑坡，历时 21 d。滑坡 不同变形阶段历时随着斜坡的不同而异，表 1 列出 了典型滑坡在不同变形阶段的历时。选择滑坡破坏 模式、滑体方量、滑面类型作为影响滑坡不同变形 阶段历时的主要影响因素，开展相关性分析。由于 破坏模式与滑面类型属于定性指标，对其赋予特征 值进行属性量化。本次统计的滑坡破坏模式主要包 括堆积体滑动、单结构面滑动、楔形滑动(双面滑 动)、崩塌破坏、倾倒滑移复合破坏，依次对其赋 予特征值1，5；本次统计的滑坡的滑面类型主要 有含泥屑型、碎石碎屑型、软岩结构、硬光平直面、 硬岩粗糙面，依次对其赋予特征值1，5。同样对滑 体方量和变形阶段历时按区间进行属性化。滑体方量 按照巨型滑坡(1 000 万 m3)、大型滑坡100 万 m3， 1 000 万 m3)、中型滑坡10 万 m3，100 万 m3)、小型 滑坡(10 万 m3)分别赋予特征值1，4；急剧变形 阶段历时按30 d，(20 d，30 d，(10 d，20 d， 10 d 四个区间分别赋予特征值1，4；加速变形阶 段历时按180 d，(90 d，180 d，(30 d，90 d， 30 d 四个区间分别赋予特征值1，4。 从表 1 可以看出，除个别滑坡外，不同滑坡加 速变形阶段历时与急剧变形阶段历时的特征值基本 一致，表明滑坡加速变形阶段历时与急剧变形阶段 历时密切相关，加速变形阶段历时长，急剧变形阶 段历时相应也较长。 (1) 加速变形阶段历时分析 从表 1 中可以看出，滑坡加速变形阶段历时为 181 080 d。以数据库中已有加速变形阶段历时信 息的滑坡为样本进行统计，得到不同滑坡在加速变 形阶段历时频率分布表(见表 2)。 表 1 典型滑坡在不同变形阶段的历时统计 Table 1 The elapsed time of typical landslides in different deformation phases 滑坡不同变形阶段历时/d 滑坡名称 破坏模式 滑体方量/ (万 m3) 滑面类型 缓慢变形阶段匀速变形阶段 加速变形阶段 急剧变形阶段 安家岭露天矿北帮 楔形滑动(3) 1.8(4) 硬光平直面(4)10 60 40(3) 12(3) 鸡鸣寺滑坡 单结构面滑动(2) 60(3) 硬光平直面(4)132 380 80(3) 20(3) 新滩滑坡 堆积体滑动(1) 3 000(1)硬岩粗糙面(5)660 1 020 1 020(1) 60(1) 黄茨滑坡 单结构面滑动(2) 600(2) 硬光平直面(4) 50 40(3) 15(3) 大冶铁矿狮子山 单结构面滑动(2) 9(4) 含泥屑型(1) 1 095 910 100(2) 30(2) 抚顺西露天矿滑坡 单结构面滑动(2) 69.88(3)软岩结构 (3) 120 90(3) 18(3) 国外某边坡 120 240 240(1) 30(2) 金川露天矿滑坡 倾倒-滑移复合破坏(5) 113(2) 软岩结构(3) 540 270(1) 30(1) 小龙潭露天矿 单结构面滑动(2) 102.75(2)硬光平直面(4) 465 45(3) 15(3) 漫湾左岸坍滑 单结构面滑动(2) 10.6(3) 碎石碎屑型(2) 24(4) 1(4) 云阳县杨柳磅滑坡 单结构面滑动(2) 525(2) 硬岩粗糙面(5) 44(两阶段) 胜利露天矿边坡 单结构面滑动(2) 200(2) 软岩结构 (3) 60 30(4) 10(4) 影森石灰石露天矿滑坡 单结构面滑动(2) 35(3) 硬光平直面(4)120 240 80(3) 3(4) 盐池河山崩 崩塌破坏(4) 100(2) 18(4) 14(3) 瓦依昂滑坡 单结构面滑动(2) 24 000(1)含泥屑型(1) 180(2) 18(3) 注：表中(1)，(2)，(3)，(4)，(5)表示相应的破坏模式指标特征值。 1410 岩石力学与工程学报 2016年 表 2 加速变形阶段历时频率分布表 Table 2 Frequency distribution of elapsed time in accelerated deformation phases 加速变形阶 段历时/d 频数 频率/% 代表性滑坡 30 3 21.4 漫湾左岸坍滑、胜利露天矿边坡、 盐池河山崩 (30，90 6 42.9 黄茨滑坡、安家岭露天矿北帮、鸡鸣 寺滑坡、抚顺西露天矿滑坡、小龙潭 露天矿、影森石灰石露天矿滑坡 (90，180 2 14.3 大冶铁矿狮子山、瓦依昂滑坡 180 3 21.4 新滩滑坡、国外某边坡、金川露天矿滑坡 合计 14 100.0 从表 2 可以看出，21.4%的滑坡加速变形阶段历 时不超过 30 d，42.9%的位于区间(30 d，90 d，14.3% 的位于区间(90 d，180 d，21.4%的超过 180 d，表明 多数滑坡加速阶段历时为 3090 d。 采用列联系数分析不同影响因素与滑坡变形阶 段历时的相关性。列联系数16是 2 组属性之间联系 或相关程度的一种度量。当只有这些属性中的 1 组 或 2 组的分类信息(称名量表)时，它是唯一有用的， 也就是说，它可以通过一系列无序频数来表示有关 属性的信息，然后确定不同属性的列联系数。列联 系数计算方法参见西格耳16的研究。 经统计，破坏模式与加速变形阶段历时的列联 系数为 0.713，滑体方量与加速变形阶段历时的列联 系数为 0.688，滑面类型与加速变形阶段历时的列联 系数为 0.791，表明滑坡破坏模式、滑体方量、滑面 类型均与滑坡加速变形阶段历时相关。 其中滑面类型 的列联系数最大，即滑面类型与加速变形阶段历时 的关系最为密切。分析表 1，2 可以发现，滑面为硬 光平直面的滑坡加速变形阶段历时基本为 3090 d， 滑面为含泥屑型的滑坡加速阶段历时均为90180 d， 当滑动面为碎石碎屑或软岩结构等硬性结构面时， 加速阶段历时较短，如漫湾左岸坍滑、胜利露天矿 边坡破坏，其加速阶段均不超过 30 d。另外，加速 阶段历时还与滑坡破坏模式有关，崩塌破坏历时较 短，如盐池河山崩；堆积体滑坡与倾倒滑移复合 破坏历时较长，如新滩滑坡与金川露天矿滑坡。 (2) 临滑阶段历时分析 同理可以得到急剧变形阶段历时频率分布(见 表 3)与不同因素与急剧变形阶段历时的列联系数。 从表 3 可以看出，仅有新滩滑坡、金川露天矿滑坡 在急剧变形阶段历时超过 30 d，而统计表中 89.5% 的滑坡急剧变形阶段历时不超过 30 d，因此可以得 出大部分滑坡在急剧变形阶段历时均不超过 30 d。 表 3 急剧变形阶段历时频率分布 Table 3 Frequency distribution of elapsed time in sharp deformation phases 急剧变形阶 段历时/d 频数频率/% 代表性滑坡 10 6 31.6 漫湾左岸坍滑、胜利露天矿边 坡、影森 石灰石露天矿滑坡、 紫坪铺水电 枢纽 2# 导流洞出口边坡、 大中川笛滑坡 (日本)、 黄龙西村黄土滑坡 (10，20 7 36.8 黄茨滑坡、安家岭露天矿北帮、 鸡鸣寺 滑坡、抚顺西露天矿滑坡、小龙 潭露天 矿、盐池河山崩、瓦依昂滑坡 (20，30 4 21.1 大冶铁矿狮子山、国外某边坡、 酒埠江 滑坡、李家河滑坡 30 2 10.5 新滩滑坡、金川露天矿滑坡 合计 19 100.0 经统计，破坏模式与急剧变形阶段历时的列联系数 为 0.673，滑体方量与急剧变形阶段历时的列联系数 为 0.681，滑面类型与急剧变形阶段历时的列联系数 为 0.77。同样，滑坡破坏模式、滑体方量、滑面类 型均与滑坡急剧变形阶段历时相关。其中滑面类型 的列联系数最大，即滑面类型与急剧变形阶段历时 的关系最为密切。 (3) 滑面类型影响滑坡不同变形历时的原因及 机理分析 虽然不同性质的滑坡变形破坏机制可能不同， 但其本质均为岩土体发生剪切破坏，无论土质滑坡 还是岩质滑坡，其剪切变形均与滑动面性状有关。 许 强17发现，滑坡变形时间曲线与岩土体蠕变 试验曲线具有很好的对应性。王延平等18通过剪切 蠕变试验验证了滑坡演化过程与流变试验曲线变形 特征的一致性。即通过岩土流变曲线来预测滑坡变 形演化过程是可行的。不同滑动面物理力学性质不 同，其流变曲线不同，通过预测可以得到滑坡的变 形演化过程不同，这也是滑面类型影响滑坡不同变 形历时的原因。 2.3 不同变形阶段裂缝发展及宏观特征不同变形阶段裂缝发展及宏观特征 裂缝是滑坡启动与发展演化最直观的宏观特 征，当监测数据不足时，裂缝信息显得尤为重要。 通过裂缝发展特征进行滑坡演化阶段的识别是一种 十分简单有效的手段。对数据库中已有裂缝信息的 滑坡进行统计分析，典型滑坡在不同变形阶段的裂 缝及宏观特征见表 4。 第 35 卷 第 7 期 李 聪等：滑坡不同变形阶段演化规律与变形速率预警判据研究 1411 表 4 典型滑坡在不同变形阶段的裂缝及宏观特征 Table 4 Crack and macroscopic characteristics of typical landslides in different deformation phases 滑坡名称(滑坡类型) 缓慢变形阶段 匀速变形阶段 加速变形阶段 急剧变形阶段 鸡鸣寺滑坡 (堆积体滑动) 雁式裂缝 后缘张裂缝及侧边剪裂缝出现 圈椅状拉裂形成，岩石摩擦响 声 滚石、小坍塌 新滩滑坡 (堆积体滑动) 主滑区地表局部出现近南北向 长大裂缝 雨期原地表裂缝复活，有新的 扩展变形迹象 后缘及两侧出现羽状张裂缝并 逐渐扩展，趋于连通 裂缝形成弧形拉裂圈，增宽、 下沉、新裂缝不断产生 石榴树包滑坡 (圆弧滑动) 裂缝扩大，山顶裂缝加宽、加 深、加长，垂直错位 出现新的裂缝，山鸣，山顶裂 缝宽 1 m 臬兰山滑坡 (土质滑坡) 后部或局部出现规模不大的裂 缝，月变形量小于 5 mm 滑坡体后部或两侧有裂缝形 成，裂缝月变形量 510 mm 滑坡体后部有主裂缝形成，裂 缝月变形量 15150 mm 裂缝日变形量临界值为 1015 mm，临界裂缝宽度70126 cm 漫湾左岸坍滑 (岩坡坍滑) 裂缝张开速率 3140 mm/d， 裂缝宽度 16 cm 裂缝宽达 46 cm，错台 2 cm 胜利露天矿边坡 (露天矿滑坡) 不同高程多处地表开裂 裂缝最大 1050 cm，错台 1070 cm 出现新裂缝 影森石灰石露天矿滑 坡(露天矿滑坡) 开裂、逐渐向坡脚发展 10 cm 错台 巨响、前缘涌水 泄流滑坡 (堆积体滑动) 滑坡体后部或局部出现规模不 大的裂缝， 月变形量小于100 cm 滑坡体及两侧有裂缝形成，裂 缝月变形量为 100500 cm 滑坡体中后部主裂缝形成，裂 缝月变形量为 5001 500 cm 滑体日变形量大于 1 m，临滑 宽度上部 100 cm， 下部 120 cm 由于滑坡进入加速变形阶段或急剧变形阶段 后，出于防灾减灾的需要，对这 2 个阶段的滑坡裂 缝特征进行分析显得更为重要。统计分析表明，进 入加速变形阶段后，圈椅状拉裂缝逐渐形成、滑动 面逐渐贯通；裂缝呈现加宽、加深、加长的特征， 错台明显；此时裂缝最大宽度为 150 cm，错台高 度为 1080 cm，不同类型滑坡呈现出岩质滑坡裂 缝开度与错台高度较小，而土质滑坡稍大。滑坡进 入剧滑阶段后，弧形拉裂圈形成，裂缝继续增宽， 加深，不断出现新裂缝，会出现山鸣、小坍塌、前 缘涌水等宏观迹象；最大裂缝宽度为 4126 cm， 土质滑坡与堆积体滑坡裂缝宽度较大，临界裂缝宽 度为 70126 cm，如石榴树包滑坡、臬兰山滑坡、 泄流滑坡等。岩质滑坡急剧变形阶段裂缝宽度较小， 临界裂缝宽度为 450 cm，如进入急剧变形阶段后 漫湾左岸坍滑裂缝宽达 46 cm，黄茨滑坡后缘张 裂缝达 3040 cm，小龙潭露天矿裂缝最大宽度达 30 cm，白银露天矿滑坡最大裂缝达 3050 cm。 3 典型滑坡变形速率判据区划与分析典型滑坡变形速率判据区划与分析 变形速率作为滑坡稳定性判据是目前讨论最 多、应用最广泛、也是成果最为丰富的一种方法。 国内外诸多专家学者已根据自己的研究和经验提出 了一些位移速率阈值。不同专家学者提出的临界变 形速率值相差甚大，其主要原因在于：(1) 不同边 坡工程具有不同的工程地质条件和特点以及不同的 变形破坏机制与模式等，因此有不同的变形速率临 界值；(2) 边坡内部与表层、不同边坡测点变形不 协调性，导致其监测结果很可能大不相同。 虽然精确地确定滑坡变形速率预警判据相当困 难，但实际上不同类型滑坡变形速率阈值存在一定 的规律。本节通过统计分析研究了不同滑坡在不同 变形阶段位移速率发展演化规律，可以为滑坡预测 预报的判断提供重要的参考。表 5 给出了典型滑坡 不同阶段变形速率统计。 3.1 滑坡急剧变形阶段位移速率判据分析滑坡急剧变形阶段位移速率判据分析 斜坡临界变形速率随着斜坡的不同而异，对已 有急剧变形阶段位移速率信息的滑坡进行调查统 计，得到不同滑坡在急剧变形阶段位移速率预报临 界值频率分布表(见表 6)。 通过对以上滑坡统计结果分析表明，滑坡进入 急剧变形阶段的变形速率临界值为 150 mm/d。 表 明滑坡进入急剧变形阶段位移临界速率一般不超过 50 mm/d，即滑坡变形速率若超过 50 mm/d，则基本 可以判断滑坡即将进入滑动阶段，此时整个滑面贯 通，滑体开始整体滑移，重心逐渐降低。 从表 6 可以看出，所统计滑坡中，有 41.94%的 滑坡进入急剧变形阶段位移速率位于区间1 mm/d， 10 mm/d)，代表性的滑坡有：安家岭露天矿滑坡(楔 形滑动)、黄茨滑坡(硬光平直面岩质滑坡)、大冶铁 矿滑坡(软弱面岩质滑坡)、鸡鸣寺滑坡(硬光平直面 岩质滑坡)、臬兰山滑坡(土质滑坡)，临滑阶段位移 速率位于该区间的滑坡涉及多种类型，相对而言该 1412 岩石力学与工程学报 2016年 表 5 典型滑坡不同阶段变形速率统计 Table 5 Deformation velocities of typical landslides in different deformation phases mm/d 滑坡名称 缓慢变 形阶段 匀速变 形阶段 加速变 形阶段 急剧变 形阶段 鸡鸣寺滑坡 0.30 0.301.00 1.003.503.50 新滩滑坡 0.30 0.303.00 3.0015.0015.00 瓦依昂滑坡 0.30 0.301.40 1.4010.0010.00 石榴树包前缘测点 0.50 0.501.00 1.0010.0010.00 安家岭露天矿北帮 0.30 0.301.22 1.224.204.20 Aknes 滑坡 0.50 0.502.00 2.005.005.00 黄茨滑坡 1.00 1.003.50 3.506.006.00 大冶铁矿狮子山 0.20 0.200.69 0.694.004.00 抚顺西露天矿滑坡 0.50 0.501.72 1.7221.0021.00 国外某边坡 2.00 2.0010.00 10.0050.0050.00 盐池河山崩 3.00 3.0010.00 10.0020.0020.00 金川露天矿滑坡 1.30 1.304.95 4.9544.0044.00 黄腊石滑坡 0.02 0.020.33 0.331.671.67 臬兰山滑坡 0.33 0.331.67 1.676.676.67 表 6 滑坡位移速率预报临界值频率分布 Table 6 Frequency distribution of forecasted deformation velocity threshold of landslide 位移速率/ (mmd 1) 频数 频率/% 代表性滑坡 1，10) 13 41.94 云阳县滑坡、 安家岭露天矿滑坡、 Aknes 滑坡、 红旗岭露天矿、成昆线 377 号滑坡、黄龙西村 滑坡、 黄茨滑坡、 大冶铁矿滑坡、 Chuquicamata Vajont、鸡鸣寺滑坡、影森石灰石露天矿滑坡、 臬兰山滑坡、黄腊石滑坡 10，25) 16 51.61 敬家村滑坡、抚顺西露天矿滑坡、其他边坡共 5 个滑坡、盐池河磷矿山崩、大中川笛滑坡、 新滩滑坡、白灰厂滑坡、石榴树包滑坡、瓦依 昂滑坡、查纳滑坡、洒勒山滑坡、李家河滑坡 25，50) 2 6.45 金川露天矿滑坡、国外某边坡 50 0 0.00 合计 31 100.00 区间土质滑坡的位移速率临界值稍大，如臬兰山滑 坡。51.61%的滑坡位于范围10 mm/d，25 mm/d)， 可见大部分滑坡急剧变形阶段位移速率临界值主要 集中在 1025 mm/d 范围，代表性的滑坡有：抚顺 西露天矿滑坡(软岩结构岩质滑坡)、盐池河磷矿山 崩(崩塌破坏)、新滩滑坡(堆积体滑坡)、瓦依昂滑坡 (软弱面岩质滑坡)、洒勒山滑坡(黄土滑坡)，临滑阶 段位移速率位于该区间的滑坡滑动面较软弱，相对 而言该区间硬性结构面岩质滑坡较少。仅有 6.45% 的滑坡位于区间25 mm/d，50 mm/d)，代表性的滑 坡有金川露天矿，属于倾倒滑移复合型破坏，其 急剧变形阶段历时较长。 总体上讲，除倾倒滑移复合型滑坡外，不同 滑坡进入急剧变形阶段的临界位移速率均不超过 25 mm/d，软弱滑动面滑坡进入急剧变形阶段的临 界位移速率较硬性滑动面滑坡大。岩质边坡临滑阶 段位移速率分布在 125 mm/d， 大多硬性滑面岩质 滑坡进入急剧变形阶段的临界位移速率小于 10 mm/d； 黄土滑坡进入急剧变形阶段的临界位移速率 为 1025 mm/d；堆积层滑坡入急剧变形阶段的临 界位移速率差别较大，其速率值一般位于 115 mm/d 区间。崩塌破坏型滑坡进入急剧变形阶段的 临界位移速率一般大于 20 mm/d，如盐池河山崩。 3.2 滑坡加速变形阶段位移速率判据分析滑坡加速变形阶段位移速率判据分析 当边坡进入加速变形阶段，则必须发出预警预 报，并及时采取合理的加固措施或其他预警预案， 将损失减小到最低，由此可见滑坡进入加速变形阶 段的位移速率阈值至关重要。 对已有加速变形阶段位移速率信息的滑坡进行 调查统计，得到不同滑坡进入加速变形阶段位移速 率预报临界值频率分布表(见表 7)。 表 7 滑坡进入加速变形阶段位移速率判据频率分布 Table 7 Frequency distribution of deformation velocity threshold as landslide developing to accelerated deformation phase 位移速率/ (mmd 1)频数 频率/% 代表性滑坡 0.5 16.7黄腊石滑坡 0.52.0 853.3 安家岭露天矿滑坡、瓦依昂滑坡、石榴树包滑 坡、大冶铁矿滑坡、鸡鸣寺滑坡、抚顺西露天 矿滑坡、小龙潭露天矿滑坡、臬兰山滑坡 24 320.0新滩滑坡、Aknes 滑坡、黄茨滑坡 410 16.7金川露天矿滑坡 10 213.3国外某边坡、盐池河磷矿山崩 合计 15100.0 通过对以上滑坡统计结果分析表明，滑坡进入 加速变形阶段的变形速率为 010 mm/d 不等，或 者更大。大多数滑坡进入加速变形阶段的位移速率 不大，基本都小于 4 mm/d，其中该位移速率为 0.5 2.0 mm/d 的滑坡频率最大，占样本总数的 53.3%， 代表性的滑坡为：安家岭露天矿滑坡、大冶铁矿滑 坡、臬兰山滑坡、鸡鸣寺滑坡、石榴树包滑坡等。 这些滑坡的破坏模式有：楔型滑动、沿软弱面剪切 滑动破坏、堆积层滑动、圆弧滑动等，而他们有着 一个共同点，即均为滑动破坏。因此，边坡滑动破 坏进入加速变形阶段的位移速率阈值一般小于 4 mm/d，其中进入加速变形阶段的位移速率阈值为 0.52.0 mm/d 的滑坡最多。另外，其他不同破坏模 式滑坡进入加速变形阶段的位移速率阈值也分布在 不同区间。倾倒破坏或崩塌破坏的滑坡阈值较大， 第 35 卷 第 7 期 李 聪等：滑坡不同变形阶段演化规律与变形速率预警判据研究 1413 一般位于4 mm/d 区间， 如金川露天矿滑坡和盐池 河磷矿山崩。 总体而言，无论是岩质滑坡还是土质滑坡，或 堆积体滑坡，其进入加速变形阶段的位移速率均不 大，破坏模式为滑动破坏的滑坡该位移速率阈值基 本都不超过 4 mm/d，大部分位于区间 0.52.0 mm/d；倾倒破坏或崩塌破坏的滑坡阈值较大，一般 大于 4 mm/d。 3.3 滑坡变形速率预警判据影响因素分析滑坡变形速率预警判据影响因素分析 通过上述分析可知，影响滑坡变形速率预警判 据的主要因素有滑坡类型、破坏模式、滑面类型， 开展这 3 种因素与变形速率预警判据的列联分析。 同前文的破坏模式、滑面类型、滑坡不同阶段历时 一样，对滑坡类型、变形速率预警判据进行特征值 属性化。 滑坡类型划分为土质、 岩质与土石混合型， 依次对其赋予特征值1，3；加速变形阶段速率判 据按区间划分为0.5 mm/d，0.5 mm/d，2 mm/d)， 2 mm/d， 4 mm/d)， 4 mm/d， 10 mm/d)， 10 mm/d， 分别赋予特征值1，5；急剧变形阶段速率判据按 区间划分为(1 mm/d，10 mm/d)，10 mm/d，25 mm/d)，25 mm/d，50 mm/d)，(50 mm/d)，对其 赋予特征值1，4。 统计分析可以得到不同因素分别与加速变形阶 段变形速率判据、急剧变形阶段变形速率判据的列 联系数。破坏模式、滑面类型、滑坡类型与加速变 形阶段历时的列联系数分别为 0.854，0.745，0.640； 破坏模式、滑面类型、滑坡类型与加速急剧阶段历 时的列联系数分别为 0.656，0.585，0.385。统计结 果发现，破坏模式与不同变形阶段位移速率判据的 列联系数均较其他 2 个因素大，且破坏模式与加速 变形阶段位移速率判据的列联系数最大，表明 3 个 因素中破坏模式与滑坡位移速率预警判据的关系最 为密切，且破坏模式与加速变形阶段的位移速率判 据关系十分密切。 4 结结 论论 以滑坡数据库信息为基础，统计分析了滑坡不 同变形阶段历时、裂缝特征与位移速率预警判据， 得到如下结论： (1) 滑坡加速变形阶段历时为 181 080 d，数据 库中 42.9%的滑坡该阶段历时位于区间(30 d，90 d， 即接近一半的滑坡加速阶段历时为 3090 d，滑坡 进入加速变形阶段后宜及时采取合理的工程措施或 其他预警预案。 (2) 数据库中 89.5%的滑坡在急剧变形阶段历 时均不超过 30 d，即绝大部分滑坡临滑阶段历时小 于 30 d，斜坡进入临滑阶段后滑坡灾害基本不能避 免，宜采取转移撤离等方式进行避险减灾。 (3) 列联分析表明滑坡破坏模式、滑体方量、 滑面类型均与滑坡加速、急剧变形阶段历时相关， 其中，滑面类型与加速、急剧变形阶段历时的关系 最为密切，滑面为硬性结构时滑坡变形阶段历时较 短，滑面为软弱层面时变形阶段历时较长。 (4) 滑坡进入加速变形阶段时裂缝最大宽度为 150 cm，进入急剧变形阶段时最大裂缝宽度为 4126 cm，其中土质滑坡与堆积体滑坡临界裂缝宽 度较大，岩质滑坡临界裂缝宽度相对较小。 (5) 滑坡进入急剧变形阶段位移临界速率一般 不超过 50 mm/d，倾倒型滑坡进入急剧变形阶段的 位移速率相对较大，软弱滑动面滑坡进入急剧变形 阶段的临界位移速率较硬性滑动面滑坡大。 (6) 无论岩质滑坡、土质滑坡，或者堆积体滑 坡，其进入加速变形阶段的位移速率均不大，且此 速率值与破坏模式关系密切。破坏模式为滑动破坏 的滑坡该位移速率阈值基本都不超过 4 mm/d， 大部 分位于区间 0.52.0 mm/d； 倾倒破坏或崩塌破坏的 滑坡该阈值较大，一般大于 4 mm/d。 本文提出的滑坡不同变形阶段历时、裂缝特征 与变形速率预警判据可以作为滑坡预测预警的重要 参考。考虑到滑坡灾害的地质条件、成因机制、诱 发因素等的复杂性，宜结合斜坡地质条件、监测资 料、宏观特征与本文提出预警判据，识别滑坡演化 阶段，依据滑坡所处的变形演化阶段及时采取合适 的处治措施进行防治减灾。 另外，本文统计样本有限，随着滑坡数据库不 断地充实与完善，将得到更为准确的滑坡不同变形 阶段演化规律与变形速率预警判据。 参考文献参考文献(References)： 1 贺可强， 李显忠. 大型堆积层滑坡剪出口形成的力学条件与综合位 移力学判据J. 工程勘察，1996，(5)：1316.(HE Keqiang，LI Xianzhong. The mechanical condition and comprehensive displacement- mechanical criterion of landslides built with talus depositJ. Geotichnical Investigation and Surveying，1996，(5)：1316.(in Chinese) 2 王尚庆，金先意，胡高社，等. 长江三峡滑坡监测预报M. 北京： 1414 岩石力学与工程学报 2016年 地质出版社，1999：118126.(WANG Shangqing，JIN Xianyi，HU Gaoshe，et al. Landslide monitoring forecast on Three GorgeM. Beijing：Geological Press，1999：118126.(in Chinese) 3 ROBERTO R. Seismically induced landslide displacements ： a predictive modelJ. Engineering Geology，2000，58(3/4)：337351. 4 李秀珍，许 强，黄润秋，等. 滑坡预报判据研究J. 中国地质灾 害与防治学报， 2003， 14(4)： 511.(LI Xiuzhen， XU Qiang， HUANG Runqiu，et al. Research on prediction criterion for temporary prediction of landslideJ. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2003，14(4)：511.(in Chinese) 5 金海元，徐卫亚，孟永东，等. 锦屏一级水电站左岸边坡稳定综合 预报研究J. 岩石力学与工程学报，2008，27(10)：2 0582 063. (JIN Haiyuan，XU Weiya，MENG Yongdong，et al. Research on comprehensive prediction for slope stability at left band of Jinping I hydropower stationJ. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2008，27(10)：2 0582 063.(in Chinese) 6 许 强， 曾裕平. 具有蠕变特点滑坡的加速度变化特征及临滑预警 指标研究J. 岩石力学与工程学报， 2009， 28(6)： 1 0991 106.(XU Qiang，ZENG Yuping. Research on acceleration variation characteristics of creep landslide and early-warning prediction indicator of critical