滑坡角及其变化在滑坡孕育、发展过程中的重要地位

1、滑坡角及其变化在滑坡孕育、发展过程中的地位作者简介：王昌益(1959)，男，汉，工程师。研究方向：物理学、力学、地质学、环境地质学、矿产勘探与开发。联系人： 王昌益， HYPERLINK mailto: ；电话手机通讯地址：蓬莱国土资源局，265600王昌益（1蓬莱市国土资源局 265600；2青岛理工大学研究生处）摘 要：滑坡角角是控制制滑坡现现象孕育育、发展展与发生生的决定定性因素素之一。人人们早就就注意到到了滑坡坡角对滑滑坡现象象发生的的控制性性，但是是，将滑滑坡角视视为一种种动力学学因素，始始终还没没有纳入入议事日日程。根根据滑坡坡

2、动力学学方程，滑滑坡角在在滑坡现现象中扮扮演着极极其重要要的角色色，在今今后的滑滑坡预测测研究中中，必须须高度重重视滑坡坡角对滑滑坡现象象的控制制作用。关键词：滑滑坡角；控制；滑坡动动力学方方程中途分类号号：O3、OO4、OO5、PP5、PP6、PP3、XX43（见见中国国图书馆馆分类法法）对滑坡现象象形成控控制的除除了动力力和边坡坡岩土层层物质性性质两种种重要因因素外，还还有一种种非常重重要的因因素，就就是滑坡坡角。滑滑坡角是是控制滑滑坡现象象孕育、发发展与发发生的决决定性因因素之一一。人们们早就注注意到了了滑坡角角对滑坡坡现象发发生的控控制性，但但是，将将滑坡角角视为一一种动力力学因素素，

3、始终终还没有有纳入议议事日程程。据近近年来的的滑坡预预测实践践与理论论研究发发现：重重视滑坡坡角及其其变化对对滑坡现现象的控控制性研研究极其其重要。滑滑坡角不不仅控制制滑坡的的方向，而而且控制制滑坡的的动力大大小。滑滑坡角并并不是任任意产生生的任意意一个三三角几何何角度，而而是由边边坡物质质所处的的天然环环境（边边界条件件）确定定的一个个特定角角度。重重视滑坡坡角的研研究就是是重视对对滑坡环环境研究究，其研研究意义义主要是是事先确确定滑坡坡的方向向，进而而对滑坡坡进行准准确的定定量预测测。滑坡动力学学方程概概论探索科学问问题必须须符合客客观统一一和科学学统一规规律。滑滑坡角对对滑坡现现象的控控

4、制也不不能脱离离动力学学规律，要要认识滑滑坡角在在滑坡现现象中的的控制地地位，首首先必须须清楚控控制滑坡坡现象孕孕育、发发展与发发生过程程的各种种因素之之间的定定量统一一规律，掌掌握描述述滑坡运运动规律律的动力力学方程程，否则则，就无无法正确确认识滑滑坡角在在滑坡现现象中的的控制地地位。为为此，这这里首先先简述滑滑坡动力力学方程程问题。用力学语言言来表达达，滑坡坡动力学学方程由由一个非非常简单单的方程程组构成成。即 . 1-1式中，P表表示控制制滑坡现现象发生生的驱动动力；FF表示合力力；R表示阻阻力；EE是滑坡坡体的不不稳定性性质特征征值，体体现滑坡坡体的失失稳程度度，称不不稳定特征值值；T

5、是滑坡坡体的稳稳定性质质特征值值，体现现滑坡体体的稳定定程度，叫叫稳定特特征值。驱动力力P由重力力、大气气降水、地地表水、地地下水、泥泥石流等等产生，通通过观测测滑坡物物质密度度和地表表地下水水以及泥泥石流流流量便可可以获得得，所以以，P值是可可获得值值；合力力F等于滑滑坡质量量与它的的加速度度之积，其其中，质质量可以以用单位位质量（即即密度）代代表，加加速度可可以测得得，所以以，合力力值不难难获得；阻力RR等于合合力与力力之差，也也不难获获得。因因此，稳稳定性特征值值与不稳稳定特征征值都是是很容易易获得的的参数值值。T和E都不是是简单的的调整系系数，而而是根据据力学理理论和对对立统一一理论推

6、推导出来来的一对对具有对对立统一一关系规规律的自自然参数数。由于于人为确确定的参参数值与与各种自自然科学学量之间间不满足足客观统统一与对对立统一一规律，往往往导致致科学研研究错误误现象出出现。因因此，本本文不引引用任何何具有人人为规定定性的自自然科学学参数。T和E之间的对立统一关系式是 . 1-22就是说，滑滑坡体的的稳定程程度T=1，不不稳定程程度就是是E=0；相反，滑滑坡体的的稳定程程度T=0，不不稳定程程度就是是E=1；滑坡体体的稳定定程度TT=0.99，不稳稳定程度度就是EE=0.11.实际上，TT和E就是判判定滑坡坡现象发发生还是是不发生生的最可可靠判据据。从理理论上来来说，这这两个

7、判判据应该该是很可可靠的，至至于在实实践应用用中是否否可靠，那那还取决决于观测测研究所所得来的的数据是是否可靠靠。控制滑坡运运动的驱驱动力PP和不稳稳定特征征值E都是变变化的，所所以，设设驱动力力由P0变为Pt，则有有驱动力力变化率率与驱动动力P0和Pt以及作用用时间tt之间的的关系式式 ； 11-3设不稳定性性特征值值由E0变为Et，则有有不稳定定特征值值的变化化率与特征征值E0和Et以及时时间t之间的的关系式式 . 11-4将式1-33和式1-44代入式式，得. 1-55这被称为描描述滑坡坡运动规规律的动动力学方方程的完完整形式式。滑坡角在滑滑坡动力力学方程程中的地地位滑坡角构成成控制滑滑

8、坡的一一个重要要因素，与与滑坡现现象和其其它因素素共同产产生了滑滑坡动力力学方程程。那么么，滑坡坡角在滑滑坡动力力学方程程中的位位置或地地位是什什么？从从式1-1和式式1-55来看，控控制滑坡坡的要素素并不含含滑坡角角。是的的，滑坡坡角对滑滑坡现象象构了独独特的控控制，但但它是控控制作用用程度和和变化程程度或控控制滑坡坡体稳定定性的形形式在滑滑坡现象象中起着着控制作作用，所所以，通通常被包包含在动动力学方方程的的的不稳定定性质特特征值和和稳定性性质特征征值中。那那么，该该怎样来来认识滑滑坡角对对滑坡现现象孕育育、发生生与发展展的控制制作用呢呢？滑坡坡角在滑滑坡动力力学方程程中究竟竟处于什什么地

9、位位呢？下下面让我我们来探探讨这个个问题。据研究得知知，滑坡坡角是通通过控制制驱动力力的有效效作用率率和滑坡坡方向来来控制滑滑坡运动动的。在在垂直方方向上，由由于存在在地层物物质，不不存在可可以滑动动的空间间余地，所所以，只有在那种种存在可可以滑动动的空间间的方向向上可以以滑动，即即向可以以滑坡的的边界方方向滑动动。这样样以来，驱使滑坡运动的驱动力P就被滑坡角减小或增大为， 2-1如图所示，所以，滑坡角对滑坡产生的控制性被包含在式1-1中的E值和T值之中。滑面产生的支承力是一种不平衡力，它在滑坡方向上也产生一个驱动滑坡物质运动的分力，其大小等于.这个分力也叠加在驱动滑坡运动的驱动力之上。这个力

10、虽然很小，但对巨大的滑坡体来说，这个力是不可忽视的一种强大动力。如果将滑坡角看作是控制滑坡现象孕育、发展与发生的一种因素进行单独考虑，那么，滑坡动力学方程组的力学形式就应该表达为 . 2-2因此，滑坡坡动力学学方程的的完整形形式可以以表达为为 . 22-3表1 滑坡角角与值对对照表滑坡角51015202530354045(1+coos2)siin0.173330.342210.500030.644400.694430.87550.958851.0199991.06007滑坡角505560657075808590(1+coos2)siin1.082261.088861.082251.068821

11、.049961.030061.014451.0033761.00000根据此式，滑滑坡角对对滑坡现现象的控控制起着着至关重重要的决决定性作作用。例例如，当当滑坡角角等于00时，不不存在倾倾斜滑坡坡的斜面面，滑坡坡现象不不会发生生；当滑滑坡角等等于900时，滑坡坡角对滑滑坡不产产生控制制，如果果，那么么，滑坡坡体就变变成了自自由落体体；当=300时，； 2-4当=455时， 2-5当=600时，. 2-6可见，滑坡坡角在控控制滑坡坡运动中中起着至至关重要要的地位位，而且且，当滑滑坡角大大到一定定数值时时，基岩岩的支承承力不仅仅不再构构成阻止止滑坡现现象发生生的阻力力了，而而且变成了了驱动滑滑坡现

12、象象发生的的一种驱驱动分力力。因此此，在滑滑坡预测测研究中中，事先先勘察地地貌形态态、确定定可能出出现的滑滑坡角度度是至关关重要的的一项任任务。滑坡角的变变化对滑滑坡现象象的影响响受运行环境境控制，滑滑坡角在在滑坡运运动中是是不断变变化的。无无疑，这这种变化化对滑坡坡现象也也产生着着直接影影响。根根据滑坡坡动力学学方程，这这种影响响是直接接改变滑滑坡的动动力大小小与方向向。若滑滑坡角由由0变为t=0+，那么么，根据据式2-3，滑滑坡动力力学方程程为 . 3-11如果滑坡角角增大，如如由300增加到到45，滑坡坡动量将将由 3-2变为 ； 3-3二者之差即即滑坡体体的动量量增量为为 ； 3-4这

13、是一个可可怕的数数字。假假设，滑滑坡体的的质量是是m=10000万吨吨，v0=0.001米/秒，PP=988000000万万牛顿，t=1000万万牛顿，t=1秒，那么，滑坡体增加的动量是 公斤斤米/秒秒。 3-5与此相反，如如果滑坡坡角变小小，也将将会引起起滑坡体体在滑动动方向上上所受的的动力减减小。滑坡角与滑滑坡现象象之间关关系研究究举例凉水井滑坡坡位于云云阳故陵陵镇的长长江右岸岸斜坡地地带，滑滑坡平面面形态呈呈“U”形形，为圈圈椅状地地形，南南高北低低，后部部和前部部地形较较陡，中中部地形形较缓，自自然坡度度20355。滑滑坡前缘缘高程约约1000m，后缘高高程约3319.5m，纵纵向长约

14、约4344m，横横向宽约约3588m，面面积约111.8821104m2，总体体积约4407.79104m3。滑体为为滑坡堆堆积（QQ4dell），物物质组成成在垂向向上变化化较大，上上部为含含角砾粉粉质粘土土、碎块块石土为为主，下下部为砂砂岩、泥泥岩块石石及未完完全解体体的“假假基岩”。滑床为侏罗系中统沙溪庙组（J2s）泥岩和砂岩互层，岩层产状为3404551。滑面后缘较陡，中部和前部逐渐变缓，整体略向左倾，为推移式滑坡，滑带为含角砾粉质粘土，厚35cm，含水量高，滑动方向与现坡向基本一致。典型地质剖面见图1。图1典型工工程地质质剖面图图2009年年1月，三三峡库区区1755m试验验性蓄水水

15、，滑坡坡中前部部受库水水浮托作作用，中中前部出出现地表表裂缝。220099年3月月底水位位降至1160mm时遇暴暴雨，变变形加剧剧，形成成了以后后缘张拉拉裂缝和和两侧剪剪切裂缝缝相贯通通的边界界裂缝，裂裂缝宽4404100mm，下下挫高2206600mm；中前部部因受后后部滑体体挤压形形成鼓胀胀裂缝；前缘受受塌岸作作用，发发育有张张拉裂缝缝，裂缝缝分布见见图2。简简易裂缝缝监测表表明，裂裂缝宽度度持续缓缓慢增加加，滑坡坡处于蠕蠕动变形形状态。滑滑坡失稳稳后可能能堵塞长长江航道道，产生生的涌浪浪可能威威胁到上上下游数数十公里里的船只只的安全全，为了了确保航航道及船船只安全全，为灾灾害预防防提供科

16、科学依据据，采用用专业预预警监测测。事实上，天天然低洼洼空区规规定产生生的滑坡坡角是控控制凉水水井滑坡坡的一个个重要因因素。如如果没有有这种虚虚空的低低洼地带带存在，滑滑坡现象象是不会会发生的的。根据据观测资资料，220099年1月月前，凉水水井滑坡坡现象已已经在孕孕育和发发展，只只是较缓缓慢。220099年3月底，在其它它作用和和以往变变形基础础上进一一步遇到到暴雨加加载，滑滑坡现象象出现了了加速和和突变现现象。暴雨持持续5小小时，降降雨量为为0.11mm/秒，降降雨前的的张裂变变形速度度（沿滑滑面运行行的滑坡坡速度）为为0.0001mmm/秒秒，降雨雨时的张张裂变形形速度是是1.006mm

17、m/秒。根据滑坡动力学方程，短暂的暴雨雨过后，总总共产生生的滑坡坡位移增增量是mmm.结论总之，滑坡坡角及其其变化构构成了控控制滑坡坡现象发发生的重重要因素素，在今今后的滑滑坡灾害害预测与与防治研研究中，必必须对其其给予高高度重视视。参考文献 1王昌昌益，孙孙洁.滑滑坡预测测的作用用学原理理；城市市建设，220100.022下旬刊刊总第556期：1833 2王昌昌益，贺贺可强. 作用的的对立统统一规律律在滑坡坡研究中中的应用用； HYPERLINK /Periodical-qdjzgcxyxb.aspx 青岛理理工大学学学报， HYPERLINK /periodical/qdjzgcxyxb/2009-3.aspx 20009年3期 3王昌昌益，贺贺可强.论地下水水运动规规律及其其研究方方法；青岛理理工大学学学报；20110年第第2期 4王昌昌益，孙孙洁.作作用学概概论；城城市建设设，20010.03下下旬刊总总第599期:3315 5. 王王昌益.论力学学缺陷，人人文社科科论坛；20110.99总1770期：596. 王昌益益，王守守岐，刘刘志英.运动的的水对滑滑坡体产产生的机机械作用用；20003.01：507. 山田刚刚二，渡渡正亮，小小岛澄治治，滑滑坡和