滑坡研究现状综述

1、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，19511991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

2、、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

3、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0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

4、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

5、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。止匕外，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

6、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（如粘一弹一塑性模型），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

7、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与内摩擦角小相比，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

8、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

9、设置的降雨装置高23.0m,降雨场地面积75X50m2,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方程对滑坡士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：蠕滑一拉裂、滑移一压致拉裂、滑移、滑移一弯曲、弯曲一拉裂、塑流一拉裂。这6种

10、模式相互复合可以解释更为复杂的斜坡变形机制。DouglasSteadandEberhard在总结露天高边坡的破坏机制时，将其分为6类：双结构面破坏(Bilinearslabfailure);(2)犁起破坏(Ploughing);(3)弯折破坏(Buckling);(4)逐步破坏(Step-path);(5)平面型失稳(Planarfailure);(6)旧有构筑失效(Oldworkingcollapse).这个分类方法直观易懂，值得借鉴。影响边坡稳定性的因素有：地质构造、地应力、岩性、结构面、边坡坡角、天体引潮力、地震、植被、水文地质条件以及人类工程活动等。其中以水对边坡的影响最为突出，故有治

11、坡先治水”、无水不滑坡”之说。水的存在会增大岩土体的容重，软弱岩在水的长期浸泡下力学性质劣化，孔隙水压力使滑动面上的有效正应力降低，滑坡后缘的孔隙水压力产生水平分量，这些都不利于滑坡体的稳定。当岩土体中含有可溶盐类(如石膏)时，水的溶蚀作用具有很强的破坏性。大气降水(主要是降雨)触发滑坡已屡见报导，滑坡除与降水量有关外，还与降水持续时间、地表径流排泄条件、初始地下水位、滑坡体岩土体的渗透特性等因素密切相关。另外，低温在有些情况下也可以触发滑坡。M.Gorietal报导了意大利东北部Belluno省IoldoAlto镇RudelleRoeStream?骨坡。该地区秋季为雨季；冬季寒冷干燥，平均气

12、温-15-20C,降水很少。然而滑坡是在冬季发生的。究其原因，乃是寒冷的天气将水封闭在坡体内而聚集起很高的孔隙水压力，从而触发了该滑坡。现场的勘察证实了这一推断。一般认为，植被可以缓冲降水对坡面冲蚀，加快土壤水分的蒸发，其根系对坡体有加固作用，这些都有利于滑坡的稳定。但是考虑到植被也同时增加了边坡的荷载，在一定条件下，植被对滑坡也可以产生不利的作用。例如，发现在有植被覆盖的有些地区，边坡发生了滑塌，没有植被覆盖的边坡反而是稳定的。经研究，这些发生滑塌的边坡坡角一般为40。左右，恰为临界坡角，上覆植被系新栽种的，其根系尚未贯穿滑面扎入稳定地层中。当有大风作用于植被时，增大了滑坡体上的水平分量，因

13、而触发了滑坡。这也从反面提示人们，边坡植被一旦遭到破坏，其后果是很严重的，并且难以在短时间内恢复。再如，南加州海岸地区的一种土滑发生在覆盖着冰植物的陡切斜坡上，在潮湿的冬季，扎根浅的冰植物拦蓄水分，使陡坡增大了相当大的重量，因而增大了驱动力。有些粘土边坡经受反复的浸水和曝晒，坡面上形成很多龟裂面，甚至可以贯穿至坡体的深部，对坡体稳定十分不利。在这样的边坡上种植草木可以调蓄径流，减少地表水入渗和对坡面的冲刷，维护边坡的稳定性。总的说来，植被对边坡的稳定起的作用是利大于弊，保护好现有的植被，禁止乱砍乱伐是必须长期贯彻的政策4滑坡预报问题在滑坡研究中，时空预报问题不确定性最大，难度也最大。约旦在修建

14、高速公路时，对滑坡进行地质填图，按照滑坡可能性进行分区，对工程决策起了很大作用。这可以看作是滑坡空间上的预报。而时间上的预报则困难得多。根据长期观测资料，将位移一时间关系曲线外延可以推测滑落的时间，但误差一般较大。况且，当位移速度足够大时，推测的精度固然提高了，而这已失去预报的意义。人们总试图找到一个稳定判据以衡量滑坡的稳定程度，并且作了大量的尝试。一般的出发点都是找到一个物理量来表征滑坡体这一力学系统的状态，当这个量达到某一临界值时，滑坡即发生，人们很自然地想到，滑坡是沿做功最少即最省力”的路径下滑的。事实说明问题没有那么简单。举例来说，宏观的张裂缝不总是有效的判据，有的滑坡后缘张裂缝持续发

15、展到相当程度，许多人断言必滑无疑，却又稳定下来；还有，人们通常认为，机车振动、工程活动、暴雨等是滑坡的触发因素，而有的滑坡是在这些触发因素并不存在的情况下滑落的，找不到明显的触发因素。这些尚未得到完善解释的实例说明，滑坡孕育、发生的规律是相当复杂的。徐嘉谟指出，目前提出的几乎所有的判据都是不完善的。有的作者试图以重力势能作为判据，理由是势能越小越稳定。但他们忽略了滑坡体的总势能还应包括弹性势能，仅仅考虑重力势能是不严密的。就目前来说，还未能找到既合理又有明确物理意义的判据。文献从塑性理论中的下限定理出发，结合宏观迹象给出滑坡滑动的判别方法，实际上是向最可能滑面方法的逼近，因此并无实质性的改善。

16、应当指出，用稳定性系数来表征滑坡的稳定性，只是从静态的观点去看待滑坡问题，是不够全面的。实际上，滑坡从孕育、发展直至滑落，是一个漫长的过程。它不仅仅是一个静力学问题，其中往往还有蠕变。就一个边坡来说，尽管它的初始力学状态满足平衡条件，经过长期的蠕变，则可能朝着不稳定的方向发展。在重力作用下，在适当的岩性和构造条件下，会形成蠕变带25,若蠕变不能趋于稳定，则会孕育成为规模庞大的滑坡。蠕变的客观存在，也使滑坡预报的难度增加了。5岩溶地区的滑坡碳酸盐岩边坡属于层状岩质边坡，具有一般层状岩质边坡的共性，因此，碳酸盐岩与其它岩质的滑坡并无本质差别。但是由于岩溶和岩溶地下水的作用，碳酸盐岩边坡的滑动破坏具

17、有一些特殊性。除了含泥量较高的泥灰岩、泥质白云岩外，大部分碳酸盐岩属于坚硬岩石，因而可以形成高陡的边坡，此为有利的一面；碳酸盐岩易被地表水、地下水溶蚀，发育溶缝、溶洞，破坏岩体的完整性，这是不利的一面。岩溶水的作用也是一分为二的。在碳酸盐岩边坡表面，降雨形成的面流对岩体产生面状溶蚀，不利于边坡稳定；在一定条件下，也会产生碳酸盐的再沉淀与结晶作用，一些溶蚀裂隙被CaCO3充填胶结，对边坡的表层起到保护和加固作用。而岩溶水的动力作用对边坡的稳定十分不利。岩溶水对岩体产生溶蚀、冲蚀和劈裂作用，由于溶蚀作用为水在岩体内部造成了良好的通道，在大雨时溶蚀张裂缝中动水压力骤然增加，水平推力加大，同时滑面上出

18、现扬压力，滑动面的抗剪强度降低，容易诱发滑坡。在高寒地区，地下水在溶缝中的冻胀作用可以加速岩体的破坏。6滑坡的工程治理滑坡治理投资甚巨，但若任其发展势必造成更大的损失。据孙广忠估计，长江上链子崖治理费用与效益之比为1:20。当然，最好是防患于未然，尽量减少对地质环境的破坏。不少滑坡(如铁西滑坡)是采石、切坡等人为因素造成的。孙广忠提倡的地质工程”理论的重要一点就是，地质体有自稳的能力，地质工程应该充分利用这种自稳能力。如果盲目破坏地质体，滥挖滥采，必将付出十倍百倍的代价。治坡先治水。在坡面上修建排水措施，尽量减少地下水的下渗，是一项非常有效的措施。为了降低地下水位，可以修建地下排水工程，如平孔

19、排水、虹吸排水等。对于厚度大、主滑段和牵引段较陡的滑坡，减重和反压是防治滑坡的有效措施。其计算的理论依据是英国人Hutchinson提出的中线法”。支挡工程是主动防护的有效方法，主要有：大截面抗滑桩、锚索抗滑桩、锚索、小型刚架加锚索、微型桩群等。桩和锚的结合是今后发展的趋势。另外，还用改良滑带土的方法，增加滑坡自身的抗滑力。灌浆、旋喷混凝土、石灰桩31尽管作用的微观机理不尽相同，但目的都是提高滑带土的强度。文献31指出，石灰桩对边坡的加固作用可以概括为5个方面：(1)生石灰消化反应吸收桩体周围粘土中的水分，减低了孔隙水压力，从而使有效应力增加；(2)粘土因生石灰消化反应而脱水，从而增加强度；(3)由