监测预报新途径

山区滑坡监测预报的新途径吕贵芳薛果夫提要本文根据国内滑坡成功预报经验，从监测预报观点，深入研究了一些滑坡变形监测成果，结合国内预报成功滑坡变形监测的大量统计数据，按照滑坡变形日变率大小，对应滑坡发展五个阶段，划分出注意线、警惕线、报警线、撤离线和禁止进入线五条防御界限、同时，根据滑坡宏观变形特征，对滑坡的规模、失稳方式、滑床形态、滑坡方向、发生及危害性进行了预测。一、引言滑坡类型、特征及产生原因的研究分析，是做好滑坡监测和准确预报滑坡的基础工作。因地质条件复杂，滑坡产生的原因和形成条件都有较大差异，但其发生发展常有一定的规律性。自然界的滑坡，按其成因可分为自然演变和人类活动两大类型。自然演变产生的滑坡，其原因主要有：1.河流强烈的侧向冲刷掏蚀作用；2.软弱岩层或软弱结构面遇水软化阻滑力的降低；3.地下水的潜蚀及动水压力；4.外营力的风化作用；5.新构造运动及地震等。人类活动产生的滑坡，其原因主要有：1.斜坡前缘开挖的边坡边高过陡或截断了软弱夹层（或软弱结构面）；2.斜披上方大量弃碴国载；3.斜坡下采矿采空区过大引起地面沉陷；4.施工程序、方法不正确；5.大爆破震动；6.施工和生活用水及农田灌渠（或人工运河）水的渗漏；7.斜坡值被大面积砍伐；8.水库坍岸及库水位急剧消落等。上述作用的一种或二种就可能导致斜坡，一般情况下滑坡的产生，彳主彳主就是几个作用相互促进的结果。现从监测预报观点，将山区常见的滑坡，按照滑坡床结构特征及滑坡体变形失稳的力学性质，概可分为：土石界面型、层面型断裂结构面型与复合结构面型四大类。按滑坡变形失稳性质又可分为推动式与牵引式以及二者交替转换的双重式等。二、滑坡的监测滑坡的预报成功，大都是以斜坡变形监测资料为基础的。自然界斜坡（含人工边坡）的稳定程度，都是由斜坡高度、陡度、坡面状况和组成斜坡的岩（土）成分、岩（土）体结构、抗剪强度等所决定。（一）滑坡变形阶段的划分从国内预报成功的新滩滑坡、鸡鸣寺滑坡、龙羊峡电站虎山坡1#滑坡及红崖山滑坡来看，其主要由滑坡规模、滑床陡度及形态、滑带岩（土）的性状和滑坡形成的力学性质决定。滑坡形成过程可分为蠕动变形、缓慢变形、匀速变形、加速变形和临滑急剧变形五个发展阶段。其各阶段主要特征如下（见表1）。蠕动变形阶段：斜坡前缘坡顶或后缘，出现彼此平行断续分布的隐细拉张裂缝，各监测点日变率都很小，一般变化在0.01-0.1mmo缓慢变形阶段：变形体内隐细张裂缝，相连成长大裂缝，局部有错歇出现，弧形拉裂圈逐渐在形成，主动滑体滑动切带内有许多光滑剪断面产生，各监测点日变率可达3-5mm。匀速变形阶段：变形体后缘弧形拉裂圈形成，两侧边界裂缝产生，并逐渐向前缘临空面伸延，滑床已形成，剪出口处岩（土）体有松动、浸水现象，各监测点日变率在变形体同一部位随滑坡力学性质（推动或牵引式）有规律的变化，且同一部位的日变率非常近似，一般日变率变化在1-5mm之间。加速变形阶段：变形体具备了完整的圈椅状边界，但移沉隐明显，后缘裂缝有闭合现象，岩（土）体彼此间不断发出摩察响声，各监测点日变率随时间延续快速增加，一般日变率变化在5-50mm之间，大者达80mm以上。临滑急剧变形阶段：变形体前缘临空面不断有小型塌滑或滚石产生，推动式滑坡后缘或牵引式滑坡前缘处的各监测点，日变率大都变化在100mm以上。（二）滑坡的变形监测目前，国内的斜坡变形监测，按其监测精度，可分为高精度监测、常规监测和简易监测三种，其中常规监测在国内应用较广。为了做好滑坡的预测预报，首先在布置监测工作前，要对斜坡变形的原因及变形特征进行研究，初步确定变形体的结构类型及滑体的主动、被动部分。监测点要着重布置在主动变形体上，其它部位可设置一些控制性测点，随着斜坡变形程度的增加，可根据变形体的力学性质（推动或牵引式），对监测点进行调整，保留或增设一些代表性监测点，以作为预测预报滑坡的基准点。例如，新滩滑坡在发生前，经过勘选，从姜家坡顶起顺斜坡向下，依次布设了与长江大致平行的A、B、C、D四条视准线。每条视准线由5个点组成，其中除测站点和后视点建在基岩上外，其它三点均建在堆积层上。监测工作从1977年11月开始，每月观测一次。平面位移采用视准线法测定，垂直位移按国家二等水准精度以直接水准观测。经过1978年至1982年五年观测证明，采用视准线方法，精度高，直观性强，操作简易，便于迅速确定位移量。通过观测成果的分析，很快明确了姜家坡斜坡是不稳定斜坡，其中坡顶上的a3观测点和坡脚处的b2点，变形量大，有同步变形特征，五年中向长江方向累计水平位移量，分别达2660.3mm及1895mm，平均月变率分别为45mm及32mm，日变率1.2-1.5mm,滑坡已进入无赖变形阶段，正蕴酿着一次大的滑动。而姜家坡以下的视准线各点，五年累计水平位移量大都在0.5mm至5mm之间，平均月变率极小，只有0.008mm-0.08mm表明姜家坡以下斜坡基本处于相对稳定状态。1983年初，姜家坡斜坡变形加剧，后缘及两侧边界裂缝形成，为了确定滑坡的滑动方向、规模、滑床剪出口位置，以及对斜坡下段稳定性影响，重新对原监测点进行了调整，在姜家坡斜坡变形体内，自上而下增设了F「F2……F8八个监测点，在斜坡下段C、D两视准线之间增加了E视准线。由于姜家坡斜坡变形量大，对测点改用前方交会及间接测高法。为了给交会法提供可靠的基点，又专门布设了监测控制网，全网由六个点组成，以A、C为固定起算点，按国家二等三角精度施测。各点高程，除A、B、F三点按二等水位测定外，其余各点均用三角高程法测定。

名新滩滑坡虎山坡一号滑坡称日期A3点B3点日期虎山被点（A）E点F点日期_G1位日位移日位移日位移日变率位移日变率位阶移变变变段率率率蠕1979年7月107.950.17127.00.21988年8月167.00.44797.50.26108.50.2891990年3月缝动25日前（197731日前（19875日前（即后宽变年11月开始年9月10日开缘裂缝发现20形观测），历时1始观测），历时前）4月24日年9个月1年零10天开始观测缓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变月5日，历时月20日，历时月3日，历时形3年5个月175天285天匀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，变月10日，历历时137天历时89天形时1年5个月加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，历时日-6月25日，变月9日，历时7天历时56天形11个月急1985年4月9135.0145.04473.071.01990年7月25644.4322.2245.2122.6272.4136.21991年6月2632剧10日-同年6日-7月26日，日-28日，历时变月11日，历时历时2天，263天，29日滑形63天，12日滑日滑坡发生坡发生坡发生合7年7个月15342.29339.71年11个月1702.708.7776.51年2个月17计9（433天）说明:1.滑坡不同力学性质及不同部位，日变率值相差较大。虎山坡牵引式滑坡是前缘变形量大，逐渐向后缘变小；鸡呜寺推动式滑坡，则是后部变形量大于前缘部位。2.测点变形量与降雨关系非常密切。按照斜坡变形特征进行滑坡发展阶段划分时，可根据滑坡力学性质（牵引式或推动式），采用变形斜坡前缘和后缘地面监测点作为划分依据最合适，各滑坡测点布置见图1。1984年7月11月的观测成果表明，F1至F8各点位移量由后向前逐步减少，F1至F8各点位移量由后向前逐步减少，F1点总位移量为F8点的2.8倍，显示滑坡具有明显的推动式性质；F1至F8诸点位移方向一致，说明滑坡整体性强，滑动方向正南偏西，直指新滩镇；由斜坡下段C、E、D视准线各点位移量仍然很小及姜家坡脚处有挤出、隆起、浸水现象来看，指明滑坡床将会在C视准线以上剪出，滑坡具有高势能特征，危害性大。鉴于上述情况，1985年3月1日、正式报告湖北省人民政府，要求加强雨季观测，并在雨季来临前做好新滩镇居民的撤离工作。6月12日凌晨，姜家坡发生了推动式土石界面型大滑坡，千年古镇一一新滩被推入长江。滑坡发生的性质、滑动方向及滑床剪出口位置，基本和预测的情况相符。三、滑坡失稳方式、规模及危害性预测失稳方式：取决于斜坡变形失稳力学性质及滑床剪出口高程。一般情况下，推动式滑坡整体性强，破坏性大，当剪出口较高时，滑体常具崩塌性质，危害严重；牵引式滑坡，滑体由前向后逐块解体，破坏危害性一般较小。滑床动态及滑动方向：根据斜坡变形原因，结合斜坡地质结构、形态，初步确定滑床与结构面的关系。然后，采用勘探和变形监测证实。如果没有勘探资料，可按照变形体后缘拉张裂缝深度及前缘剪出下征兆（潮湿、浸水、挤出、压碎、松动等）来确定滑床形态。关于接张裂逢深度，据临空面不同高度应力计算及滑坡匀速变形阶段后缘裂缝揭露验证，其深度一般为前缘临空面高度的1/3—1/2。滑动方向，严格受着滑床下段滑面诉控制。如滑床呈单斜面时，滑向就是单斜面的量大倾角指向；滑床呈上陡下缓折线状时，滑向就是下缓面的倾斜方向；滑床由二个相向斜面组成时，滑向就是二个斜面的交棱线方向。土质滑坡的影响，一般是后缘弧形拉裂缝弧顶角平分线的指向或滑面上擦痕的方向。有变形监测资料时，滑向可按诸监测点位移方向遵循平行四边形法则分解、合成来确定。规模及危害性：滑坡规模可根据斜坡变形弧形拉裂缝范围滑床以上岩（土）体积及滑坡发生时可能推动或牵动的土、石方量之和来计算。其危害性，主要取决于滑坡规模、剪出口位置、下方地形及可能受灾区的人口密集程度和经济、社会方面的重要性。一般情况下，滑坡体积大，剪出口位置高，下方地势陡，则滑体势能大，危害性严重；反之，危害性较轻。常见的滑坡灾害有：推削、冲击及掩埋；堵塞河道、形成水库、淹没城镇和造成巨浪、险滩；峡谷内造成的冲击波及泥石流危害等。四、滑坡发生时间的预测从国内预报成功的一些滑坡监测成果研究分析得知，斜坡由蠕动变形到滑坡发生，必然经历一定时间的演变过程，而这个过程历时的长短，主要取决于变形斜坡日变率的变化。因此，可凭借滑坡发展中日变率的大小变化及滑床形成后滑体的位移量，建立短期、中期、长期预测滑坡发生时间的标准及估算公式。1.“双百标准”公式：适用于滑坡进入临滑急剧变形阶段至发生时间的短期预报。滑坡监测变形发展累积位移曲线，一般有单峰（图1）和多峰（图2）二种。无论那种曲线，只要曲线峰值出现日变率大于100mm（水平位移或垂直位移），滑坡即将发生。采用t=Zu表示。式中：t：滑坡预测的发生时间（日）Z：日变率（水平位移日变率或垂直位移日变率均可）；u：系数（0.1-0.01），日变率在100mm—120mm之间，u值取大值；日变率大于150mmu值取小值。图1为湖北省秭归县鸡寺顺层滑坡后缘裂缝变形监测点累积水平位移曲线。位移变形呈一单峰曲线，G「G4、G6、G7点日变率达“双百标准”，变形体脱离滑床产生滑坡。但同一裂缝上的G8、G9点未达到“双百标准”，变形体仍残留在斜坡上。图2为湖北省秭归县新滩土石界面型滑坡，前缘坡顶A3点和前缘坡脚B3点的多峰水平位移曲线，当最后一峰翘起值日变率达“双百标准”时，变形体才脱离滑床产生滑坡。比拟法公式：适用中期或长期预报。采用t=t1+t2表示。其中：tjF・f・M；t2=L/Z。式中t：滑坡预测的发生时间（日）；中滑床形成前所需时间（日）；t2:滑床形成至滑坡发生所需时间（日）F：滑床面积（m2）；f：修正系数（采用滑带土摩擦系数）；M：滑床单位面积（m2）剪断所需时间（日），采用室内或现场同类土抗剪试验样剪断时间比拟确定；Z：滑坡匀速变形阶段初始各测点日变率平均值（mm）；L：滑体产生滑动时的总位移量（mm），采取滑床长度为1%。—次函数公式：y=ax+b，适用预测滑坡各变形阶段的时间。式中：x：预测的某一变形阶段时间（日）；y：预测变形阶段的初始日变率（mm）；a、b为常数，待绘出预测变形阶段的变形量与时间关系曲线后，采用作图法确定（说明：滑坡各变形阶段日变率界限值，已在滑坡变形阶段划分中说明。因为日变率与曲线斜率大小呈正比关系，而曲线斜率大小决定着a、b常数值）。五、滑坡的防御对策一些滑坡的成功预报表明，充分利用斜坡变形地段的地形地质条件，合理布置监测网点，监测成果（日变率）与斜坡宏观变形特征相结合，是准确预报滑坡的最佳途径。现将滑坡预报方法及防御对策标准分述如下：注意线：日变率0.01-0.1mm,相当于滑坡蠕动变形阶段。斜坡变形趋势有二种可能：一是继续发展，斜坡变形量与时间呈增速变形曲线，日变率曲线斜率不断在增大；二是斜坡应力调整后停止