累積變形曲線(xiàn)類(lèi)型與滑坡預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)*

劉傳正

(自然資源部地質(zhì)災(zāi)害技術(shù)指導(dǎo)中心，北京 100081，中國(guó))

0 引 言

自1960年代日本學(xué)者齋藤(Saito，1965，1969)根據(jù)土體蠕變?cè)囼?yàn)建立滑坡預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型以來(lái)，基于變形數(shù)據(jù)開(kāi)展滑坡預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的模型方法已有數(shù)十種(李秀珍等，2003)。遺憾的是，學(xué)術(shù)界對(duì)于滑坡預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)物理基礎(chǔ)的探索卻缺乏實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步?？赡艿脑蚴?，齋藤模型是滑坡一定會(huì)發(fā)生的情況，學(xué)界數(shù)十年工作的重點(diǎn)就是如何預(yù)測(cè)滑坡發(fā)生的準(zhǔn)確時(shí)間。事實(shí)上，處于開(kāi)放的地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)中的滑坡孕育與發(fā)展隨著外界因素的變化而表現(xiàn)出鮮明的階段性、抑制性、恢復(fù)性或弛豫期，滑坡預(yù)測(cè)需要基于滑坡邊界條件、成分結(jié)構(gòu)、初始條件和激發(fā)因素作用等的時(shí)空變化進(jìn)行更全面的考量。本文把滑坡累積變形-時(shí)間曲線(xiàn)劃分為失穩(wěn)突發(fā)型、階躍演進(jìn)型和緩變趨穩(wěn)型，并分別探討其物理本質(zhì)及其可能的轉(zhuǎn)化關(guān)系，意在開(kāi)拓思維，走出齋藤曲線(xiàn)的束縛或局限，以更開(kāi)闊的視野開(kāi)展滑坡預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，服務(wù)防災(zāi)減災(zāi)。

巖土體沿著某個(gè)界面蠕動(dòng)變形直至滑坡發(fā)生的過(guò)程基本符合齋藤曲線(xiàn)型式，即斜坡從出現(xiàn)變形到最終失穩(wěn)破壞一般會(huì)經(jīng)歷初始啟動(dòng)(第Ⅰ階段)、等速變形(第Ⅱ階段)和加速變形(第Ⅲ階段)等3個(gè)階段(圖1)。許強(qiáng)等(2008)基于齋藤曲線(xiàn)做出了精細(xì)的滑坡預(yù)警研究與應(yīng)用成果，把齋藤曲線(xiàn)的第Ⅲ階段(加速變形)細(xì)分為初加速、中加速和加加速3個(gè)亞階段，并給出了以切線(xiàn)角為代表的一系列預(yù)警判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)(許強(qiáng)，2020)。

圖1 滑坡變形發(fā)展的3階段(Saito，1969)Fig.1 Three stages of deformation and failure in landslide(Saito，1969)

任何巖土體蠕變破壞直至失穩(wěn)都會(huì)經(jīng)歷啟動(dòng)、發(fā)展、加速的過(guò)程，從蠕變?cè)囼?yàn)的齋藤曲線(xiàn)推及到巖土體滑坡的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，只是模型上更復(fù)雜而已。根據(jù)巖土試驗(yàn)和滑坡案例的變形-時(shí)間曲線(xiàn)研究，許強(qiáng)(2012)，許強(qiáng)等(2020)將滑坡分為突發(fā)型、漸變型、穩(wěn)定型3類(lèi)，并給出了產(chǎn)生這3類(lèi)變形行為的巖土體蠕變力學(xué)條件(圖2)。

圖2 巖土體蠕變曲線(xiàn)簇(許強(qiáng)等，2020)Fig.2 Sets of creep curves of rock and soiland the mechanic conditions(from Xu et al.，2020)

許強(qiáng)(2012)描述了穩(wěn)定型、漸變型和突發(fā)型3類(lèi)滑坡的基本特征。突發(fā)型滑坡主要發(fā)生于臨空條件和滑移條件較好的巖質(zhì)斜坡中，滑坡失穩(wěn)破壞經(jīng)歷的時(shí)間往往要比漸變型滑坡短，滑坡發(fā)生前總位移量一般小于漸變型滑坡，但其臨界位移速率又往往大于漸變型滑坡。漸變型滑坡主要發(fā)生于松散土質(zhì)斜坡，或滑動(dòng)條件不好但具有時(shí)效變形特征的巖質(zhì)斜坡中，滑坡的孕育和演化一般需經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的變形與應(yīng)變能的積累。穩(wěn)定型滑坡主要發(fā)生于穩(wěn)定性相對(duì)較好，但當(dāng)其遭受某種外界因素(如降雨、人類(lèi)工程活動(dòng)、地震等)作用時(shí)，斜坡會(huì)突然出現(xiàn)明顯的變形和地面開(kāi)裂的情形，隨著外界影響因素的衰減和消失，斜坡在自重作用下又逐漸恢復(fù)其原有的狀態(tài)，一定時(shí)間后變形會(huì)逐漸停止。

應(yīng)該說(shuō)，這些認(rèn)識(shí)是具有啟發(fā)意義的。單就累積變形曲線(xiàn)而論，圖2中的漸變型、突發(fā)型可以歸為一類(lèi)，兩者的區(qū)別僅在于等速變形階段的長(zhǎng)短或監(jiān)測(cè)捕獲變形數(shù)據(jù)的時(shí)間點(diǎn)，但總體特征都是滑坡一旦啟動(dòng)，就會(huì)完成滑坡過(guò)程。

1 滑坡累積變形曲線(xiàn)類(lèi)型

除某些特殊時(shí)機(jī)、特定環(huán)境的日月引潮力作用外，崩塌、滑坡、泥石流(按流體考慮)、地面塌陷等的發(fā)生主要是地球重力作用的失衡，造成失衡的因素包括自然作用與人為活動(dòng)。自然作用包括各種自然作用的累積效應(yīng)、降雨、地震和凍融引發(fā)作用，人為活動(dòng)包括切坡、開(kāi)挖、堆載、水位升降、灌溉和爆破等(劉傳正，2014)。基于多年開(kāi)展地質(zhì)災(zāi)害防治研究和公共管理技術(shù)支撐的體驗(yàn)，根據(jù)滑坡作用因素、時(shí)間和強(qiáng)度等，崩塌滑坡的累積變形-時(shí)間曲線(xiàn)可以劃分為失穩(wěn)突發(fā)型、階躍演進(jìn)型和緩變趨穩(wěn)型3類(lèi)，如此可能更符合實(shí)際的滑坡動(dòng)態(tài)發(fā)展演化歷程，也更有利于服務(wù)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)警、綜合防治和應(yīng)急響應(yīng)工作(圖3)。

圖3 滑坡累積變形的3種演變類(lèi)型Fig.3 Three types of displacement-time curves in landslide evolution

1.1 失穩(wěn)突發(fā)型

失穩(wěn)突發(fā)型滑坡累積變形-時(shí)間曲線(xiàn)顯示持續(xù)上升梯度變陡特征，即滑坡必定發(fā)生。滑坡一經(jīng)啟動(dòng)，第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ階段接續(xù)出現(xiàn)，或發(fā)現(xiàn)滑坡活動(dòng)并進(jìn)行監(jiān)測(cè)之時(shí)滑坡動(dòng)態(tài)已進(jìn)入第Ⅱ階段甚至第Ⅲ階段。一般意義上，突發(fā)型滑坡具有災(zāi)變性或不可逆轉(zhuǎn)的特性，沒(méi)有足夠強(qiáng)度的外界干預(yù)滑坡是一定會(huì)發(fā)生的。應(yīng)對(duì)突發(fā)型滑坡的正確對(duì)策就是提前撤離，除非必要與可能兼?zhèn)涞那樾危趴紤]采取緊急處置措施阻止滑坡的發(fā)生。

就長(zhǎng)時(shí)間尺度看問(wèn)題，很多滑坡似乎都顯示突發(fā)型(齋藤型)特征，但細(xì)化到一個(gè)階段或一個(gè)年度分析，則發(fā)現(xiàn)滑坡累積變形都存在階梯式上升演進(jìn)的特點(diǎn)，曲線(xiàn)的臺(tái)階期即緩變期就是防治的機(jī)會(huì)，問(wèn)題是能否被把握。

1.2 階躍演進(jìn)型

階躍演進(jìn)型滑坡累積變形-時(shí)間曲線(xiàn)顯示階躍式上升與平緩交替出現(xiàn)的特征，未來(lái)可能演化為滑坡發(fā)生，也可能轉(zhuǎn)向穩(wěn)定狀態(tài)?；陆?jīng)歷第Ⅰ、Ⅱ階段后進(jìn)入一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定期或顯著的減速階段，變形曲線(xiàn)出現(xiàn)平緩臺(tái)階，且類(lèi)似的變形特征可能經(jīng)歷多個(gè)周期而不進(jìn)入第Ⅲ階段。階躍型滑坡具有可逆性，如果具有治理的必要性和可行性，可以抓住主滑面強(qiáng)度恢復(fù)和外界因素作用減弱的時(shí)機(jī)，人為干預(yù)阻止滑坡的發(fā)生。平緩(臺(tái)階)段是外因如地下水作用的減弱、消退或滑帶和滑體巖土強(qiáng)度的部分恢復(fù)時(shí)期，而變形曲線(xiàn)躍升段則可能是水庫(kù)水位上升、冰雪消融滲流或降雨滲流引起的地下水位升高及孔隙水壓力增大時(shí)期。

因此，階躍型滑坡活動(dòng)發(fā)展的結(jié)局有兩種：一是在自然因素弱化或人為干預(yù)作用下，滑坡變形趨緩段或減速階段顯著加長(zhǎng)，滑坡演進(jìn)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)榫徸冓叿€(wěn)，即進(jìn)入圖3中B1狀態(tài)；二是周期性的累積變形持續(xù)性地降低巖土強(qiáng)度，后來(lái)的躍階越來(lái)越高，但趨緩段越來(lái)越短，最終進(jìn)入第Ⅲ變形階段而發(fā)生滑坡，或某一時(shí)段外界作用因素急劇增大而使變形急劇演進(jìn)導(dǎo)致滑坡發(fā)生，階躍型轉(zhuǎn)變?yōu)橥话l(fā)型(齋藤型)，即進(jìn)入圖3中B2狀態(tài)。

1.3 緩變趨穩(wěn)型

緩變趨穩(wěn)型滑坡累積變形-時(shí)間曲線(xiàn)顯示逐漸平緩梯度變小趨零的特征，即滑坡經(jīng)歷等速變形后逐漸減速直至轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬?duì)穩(wěn)定狀態(tài)?；陆?jīng)歷第Ⅰ、Ⅱ階段后滑速逐漸降低，滑坡活動(dòng)進(jìn)入相對(duì)平靜期，且不出現(xiàn)再次加速的情形，即保持圖3中C1狀態(tài)。趨穩(wěn)型滑坡的出現(xiàn)一是自然作用或人為活動(dòng)的強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間未達(dá)到巖土體發(fā)生整體運(yùn)動(dòng)的程度，二是處于階躍階段的滑坡因工程治理而變得穩(wěn)定的效果顯現(xiàn)。自然，由于滑坡邊界條件、初始條件急劇改變，或外界超強(qiáng)激發(fā)因素，如強(qiáng)烈地震、降雨滲流或開(kāi)挖堆載施加作用，趨穩(wěn)型滑坡也可能會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)殡A躍型滑坡，即進(jìn)入圖3中C2狀態(tài)。

1.4 突發(fā)型、階躍型和趨穩(wěn)型滑坡轉(zhuǎn)化關(guān)系

突發(fā)型、階躍型和趨穩(wěn)型3類(lèi)滑坡動(dòng)態(tài)在一定條件下是可以逐次轉(zhuǎn)化的。一般地，滑坡由突發(fā)型向階躍型乃至趨穩(wěn)型方向轉(zhuǎn)變是困難的，且人工干預(yù)的代價(jià)可能是高昂的。反之，滑坡由趨穩(wěn)型向階躍型乃至突發(fā)型方向轉(zhuǎn)變卻可能是相對(duì)容易的，只要遭遇或引發(fā)滑坡?tīng)顟B(tài)改變的自然、人為因素足夠大。人類(lèi)努力的方向是極力阻止或避免滑坡趨穩(wěn)型向階躍型乃至突發(fā)型轉(zhuǎn)變，而對(duì)滑坡由突發(fā)型向階躍型乃至趨穩(wěn)型轉(zhuǎn)變因代價(jià)高昂，特別是對(duì)于進(jìn)入失穩(wěn)狀態(tài)的快速變化者，全面撤離或應(yīng)急避險(xiǎn)是為上策。

2 累積變形曲線(xiàn)之滑坡案例

2.1 失穩(wěn)突發(fā)型滑坡

失穩(wěn)突發(fā)型滑坡臨災(zāi)時(shí)間預(yù)報(bào)的探索是學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)之一，尤其是事后的建模與模擬外推出現(xiàn)了大量的研究成果，使該類(lèi)滑坡的理論認(rèn)識(shí)逐漸深化。突發(fā)型滑坡累積位移曲線(xiàn)與變形速率曲線(xiàn)形態(tài)具有相似形態(tài)。

隴海鐵路西寶段臥龍寺新滑坡是1955年8月18日黃土塬邊大滑坡東部的部分復(fù)活。1971年3月11日開(kāi)始出現(xiàn)新滑坡裂縫，同年3月11日開(kāi)始打樁觀測(cè)，5月5日3時(shí)15分發(fā)生滑坡，造成28人死亡。歷時(shí)66d的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示了滑坡逐漸加速變形，具有典型的齋藤曲線(xiàn)特征(圖4)(陳建勝等，2013)。

圖4 臥龍寺新滑坡發(fā)展過(guò)程曲線(xiàn)(陳建勝等，2013)Fig.4 Displacement-time curve of new landslide in Wolongsi(from Chen et al.，2013)

1988年1月10日18時(shí)37分，重慶巫溪縣大寧河上游西溪河左岸中陽(yáng)村滑坡造成26人遇難，7人受傷?；掳l(fā)展過(guò)程是后緣拉裂縫逐漸擴(kuò)大，上部巖體拉裂縫的擴(kuò)展滯后于下部巖體的快速下沉。1985年以來(lái)的危巖體變形開(kāi)裂監(jiān)測(cè)顯示，斜坡巖體一旦進(jìn)入加速變形階段，滑坡位移速率-時(shí)間曲線(xiàn)具有類(lèi)似齋藤曲線(xiàn)的特征(滿(mǎn)作武，1991)。

類(lèi)似的，1994年春季冰雪凍融，甘肅永靖黑方臺(tái)黃茨滑坡變形加劇，黃土與泥巖接觸層面發(fā)育為剪切滑移面，上部土體中形成貫通性拉張裂縫。1995年1月30日2時(shí)30分，黃茨滑坡整體滑動(dòng)，滑坡變形累積曲線(xiàn)具有典型的失穩(wěn)突發(fā)型特征(吳瑋江等，2006)。

2.2 階躍演進(jìn)型滑坡

就滑坡的完整發(fā)展歷史而論，階躍演進(jìn)型滑坡是比較普遍的類(lèi)型，水庫(kù)水位周期性漲落變化或年度降雨變化，乃至季節(jié)性?xún)鋈诙紩?huì)造成滑坡累積變形在水動(dòng)力作用下出現(xiàn)階躍式上升與臺(tái)階式緩慢蠕變交替出現(xiàn)的情形。

長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)樹(shù)坪滑坡每年秋季水位從145m向175m上升時(shí)滑坡變形曲線(xiàn)緩慢上升，每年春季水位從175m向145m回落時(shí)變形曲線(xiàn)出現(xiàn)一個(gè)明顯的快速增長(zhǎng)臺(tái)階，整個(gè)變形曲線(xiàn)表現(xiàn)出“階躍式”變化特征(圖5)。水位上升時(shí)滑坡體內(nèi)地下水位升高，孔隙水壓力增加，滑動(dòng)帶抗剪強(qiáng)度減小，不利于滑坡體穩(wěn)定，但初始階段自外向內(nèi)的滲透壓力和坡面水壓力也會(huì)暫時(shí)性的有利于滑坡穩(wěn)定。水庫(kù)水位消落特別是水位驟降過(guò)程中，滑坡體內(nèi)地下水位下降滯后于水庫(kù)水位消落，造成斜坡內(nèi)部的地下水滲透力或暫態(tài)孔隙水壓力指向岸坡之外，顯著不利于滑坡體穩(wěn)定，向外的動(dòng)水壓力與滑坡巖土體下滑力具有更大的耦合作用效應(yīng)。降雨滲流軟化和水庫(kù)水位下降兩個(gè)因素同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，迭加耦合效應(yīng)會(huì)使水庫(kù)滑坡活動(dòng)幅度顯著增大。2007年、2008年和2009年主汛期，滑坡累積位移出現(xiàn)明顯的上升階梯(劉傳正等，2020)。

圖5 長(zhǎng)江三峽水庫(kù)水位變動(dòng)與樹(shù)坪滑坡累積位移及降雨量關(guān)系Fig.5 Regional rainfalls and cumulative displacements of Shuping landslide，water fluctuation of Three Gorges reservoir in Changjiang River

一般認(rèn)為，1985年6月12日3時(shí)45分發(fā)生的長(zhǎng)江三峽新灘滑坡具有初始蠕變、勻速蠕變和加速蠕變的階段性特征(齋藤曲線(xiàn))。細(xì)化分析發(fā)現(xiàn)，滑坡累積位移曲線(xiàn)更多地表現(xiàn)為階梯式演進(jìn)的特征。這種演進(jìn)一方面取決于滑坡整體強(qiáng)度隨時(shí)間的損失，另一方面則與年度降雨的周期性累積損傷存在明確關(guān)系。根據(jù)作者的親身經(jīng)歷(中國(guó)地質(zhì)報(bào)，1985年第224號(hào))和王尚慶等(1998)發(fā)表的數(shù)據(jù)，重新整理新灘滑坡最典型的A3點(diǎn)監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)該點(diǎn)1979年下半年滑坡啟動(dòng)，曲線(xiàn)出現(xiàn)第一個(gè)階梯，此后總體平穩(wěn)。1982年下半年出現(xiàn)劇變，曲線(xiàn)出現(xiàn)第二個(gè)更高的階梯，此后再次總體平穩(wěn)。1983年上半年和1984年上半年的緩變時(shí)段比之前明顯縮短，下半年變形速率均出現(xiàn)直線(xiàn)上升，1985年上半年沒(méi)有出現(xiàn)緩和段直接發(fā)展為整體大滑坡。也就是說(shuō)，無(wú)論1985年降雨如何，滑坡都會(huì)進(jìn)入全面滑移模式，而不會(huì)等待汛期降水的再次激發(fā)作用(圖6)。

圖6 新灘滑坡A3點(diǎn)累積位移、月位移監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)Fig.6 Cumulative displacement curve and velocity in a month at A3 monitoring point in Xintan landslide

從變形速度分析，A3點(diǎn)月位移速度在1979年9月、10月分別為336.3mm、161.3mm，標(biāo)志著滑坡的全面啟動(dòng)。1980～1982年整體平穩(wěn)低速發(fā)展，1982年下半年再次出現(xiàn)高速發(fā)展，1983年下半年高速演進(jìn)且數(shù)據(jù)跳動(dòng)劇烈，1984年下半年以后位移速率雖有變動(dòng)但維持中高速率持續(xù)發(fā)展，直至1985年6月發(fā)生整體大滑坡。值得注意的是，1980～1982年上半年、1983年上半年、1984年上半年、1985年春季，幾個(gè)時(shí)段的滑坡緩變期依次縮短，緩變期的最小速率依次增大，說(shuō)明滑坡逐漸進(jìn)入整體運(yùn)動(dòng)模式，汛期降雨滲流的滯后效應(yīng)越來(lái)越明顯，或者說(shuō)滑坡運(yùn)動(dòng)對(duì)即時(shí)降雨的響應(yīng)越來(lái)越不明顯，而進(jìn)入全面破壞階段。

2.3 緩變趨穩(wěn)型滑坡

緩變趨穩(wěn)型滑坡的出現(xiàn)一是自然外力的解除使滑坡發(fā)展失去后繼動(dòng)力而逐漸趨于穩(wěn)定，二是滑坡前緣自然阻擋或工程干預(yù)使滑坡發(fā)展受到抑制而逐漸穩(wěn)定。

鏈子崖T8～T12縫段危巖體的位移或形變監(jiān)測(cè)結(jié)果在施工前、施工過(guò)程中和竣工后等3個(gè)階段表現(xiàn)出明顯不同的特點(diǎn)，且符合地質(zhì)環(huán)境和工程狀態(tài)條件，反映了蠕動(dòng)變形、工程施工擾動(dòng)和防治工程治理效果(劉傳正等，2006；劉傳正，2009)。1995年以前，危巖體基本等速蠕動(dòng)發(fā)展。1996～1999年8月治理工程施工期間，危巖體動(dòng)態(tài)受到施工擾動(dòng)影響，在持續(xù)變形的背景下出現(xiàn)跳躍性變化。1999年9月工程竣工后，宏觀地質(zhì)巡查未發(fā)現(xiàn)明顯的變形跡象，深大裂縫的相對(duì)位移變化趨于逐年減弱，危巖體變形動(dòng)態(tài)調(diào)整逐漸趨于穩(wěn)定，證明了危巖體治理工程效果顯著(圖7)。

圖7 鏈子崖T9～T11 縫間危巖體1994～2004年間位移變化曲線(xiàn)Fig.7 Cumulative displacement curves from 1994 to 2004 in T9～T11 rockmass in Lianziya

2.4 滑坡失穩(wěn)、階躍到趨穩(wěn)的轉(zhuǎn)化

撫順西露天礦南幫滑坡是一個(gè)巨型順層滑動(dòng)的滑坡，降水滲流和前緣開(kāi)挖導(dǎo)致抗滑力和前緣支撐力弱化使滑坡啟動(dòng)并緩慢長(zhǎng)距離運(yùn)動(dòng)，中下部和兩側(cè)阻滑、礦坑底部前緣填方壓力及北幫抵擋反力作用，逐步抑制了滑坡的運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)和沖擊作用，是實(shí)現(xiàn)滑坡“軟著陸”的典型案例。

圖8 撫順西露天礦南幫滑坡E400(J16)、E1200(J07)剖面監(jiān)測(cè)點(diǎn)累積位移-時(shí)間曲線(xiàn)Fig.8 Cumulative displacement curves in E400(J16) and E1200(J07)monitoring lines at Nanbang landslide of West open pit in Fushun

2.4.1 失穩(wěn)突發(fā)階段

2.4.2 階躍演進(jìn)階段

2014年10月～2016年10月出現(xiàn)平緩階梯式上升，E400和E1200測(cè)線(xiàn)的最大累積位移分別達(dá)到96m、75m。2014年底水平速率回落到80～110mm·d-1，滑坡速率多次波動(dòng)但并未出現(xiàn)急劇加速現(xiàn)象，說(shuō)明變形趨勢(shì)逐漸受到抑制。汛期、非汛期加速與減速交替，變形曲線(xiàn)多次階梯性抬升。2015年汛期最大水平變形速率可達(dá)92.59mm·d-1，后速率呈波動(dòng)性回緩。2016年主汛期再次出現(xiàn)變形高峰值，水平速率分別達(dá)80mm·d-1和150mm·d-1，但持續(xù)時(shí)間短。2017年以來(lái)降雨影響明顯減弱，平均速率在10～20mm·d-1之間波動(dòng)。對(duì)應(yīng)地，平均垂直變形速率與水平變形速率幾乎具有完全類(lèi)似的特點(diǎn)。

2.4.3 緩變趨穩(wěn)階段

滑坡西部觀禮臺(tái)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果與中東部的變形強(qiáng)度、時(shí)間分布具有高度一致性，但總體上滑坡西部(觀禮臺(tái))的變形速率和變形量大于中部區(qū)(E400)，更大于東部區(qū)(E1200)。

3 滑坡預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)問(wèn)題

3.1 滑坡變形的物理本質(zhì)

齋藤曲線(xiàn)反映的是巖土體破壞從啟動(dòng)到進(jìn)入不可逆的破壞發(fā)展?fàn)顟B(tài)的3個(gè)階段。第Ⅰ階段啟動(dòng)后出現(xiàn)減速現(xiàn)象只是激發(fā)巖土體破壞的自然或人為作用能量釋放高峰過(guò)后的緩解，此后進(jìn)入似線(xiàn)性的持續(xù)破壞第Ⅱ階段。第Ⅱ階段完整出現(xiàn)可能是地下水軟化作用使滑動(dòng)帶的強(qiáng)度沒(méi)有恢復(fù)甚至有所降低，巖土體滑動(dòng)面上的有效應(yīng)力在第Ⅰ階段后再未提升到滑坡啟動(dòng)前的狀態(tài)。進(jìn)入第Ⅲ階段，巖土體破壞的完整邊界條件已經(jīng)形成，巖土體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步解體，初始條件進(jìn)一步惡化，巖土體變形破壞進(jìn)入不可逆的指數(shù)型的持續(xù)增長(zhǎng)階段，直至最后崩塌或滑坡發(fā)生。

秦四清等(2010)提出，斜坡失穩(wěn)的臨界位移與加速蠕變起點(diǎn)的位移和鎖固段數(shù)量有關(guān)，與斜坡的具體破壞機(jī)制和環(huán)境因素?zé)o關(guān)。據(jù)此，作者建立了鎖固段臨界位移準(zhǔn)則，認(rèn)為單鎖固段主要表現(xiàn)為斜坡的脆性破壞，如巖崩、滾石和巖體傾倒破壞；多鎖固段表現(xiàn)為斜坡的蠕變破壞，如巖滑、堆積層滑坡、黃土滑坡等。這樣的理論探索具有啟發(fā)意義，但顯然把崩塌滑坡問(wèn)題看成了孤立的靜態(tài)封閉系統(tǒng)。因?yàn)槿绮豢紤]外界因素的再次輸入激發(fā)作用，巖土體多鎖固段的破壞將可能不再出現(xiàn)，除非巖土體已進(jìn)入不可逆的破壞發(fā)展?fàn)顟B(tài)。若是后者，第二或更多鎖固段的破壞也就不存在了。

無(wú)疑地，巖土體初始破壞階段(齋藤曲線(xiàn)第Ⅰ階段)是存在未連通的鎖固段的。進(jìn)入等速變形的齋藤曲線(xiàn)第Ⅱ階段，理論上滑動(dòng)帶已經(jīng)形成貫通，這個(gè)階段出現(xiàn)“鎖固”只是內(nèi)外引發(fā)因素作用減弱或弛豫期結(jié)束，部分滑動(dòng)帶的強(qiáng)度得以恢復(fù)，孔隙水壓力降低導(dǎo)致有效應(yīng)力增加造成滑坡某些地段應(yīng)力集中或稱(chēng)之為“鎖固”，宏觀上表現(xiàn)為變形減緩。進(jìn)入齋藤曲線(xiàn)第Ⅲ階段，斜坡失穩(wěn)加速變形向臨界位移挺進(jìn)，滑坡必然發(fā)生成為不可逆了，自然也就不存在“鎖固段”，而滑坡時(shí)間預(yù)報(bào)主要是這個(gè)階段。

斜坡巖土體重力作用失衡是對(duì)自然或人為作用加卸載的響應(yīng)，或多種作用的響應(yīng)?；录捌渌幁h(huán)境是時(shí)刻與外界存在密切聯(lián)系的物質(zhì)與能量交換的開(kāi)放系統(tǒng)。初始條件是基礎(chǔ)狀態(tài)，邊界條件改變巖土體力學(xué)平衡，激發(fā)條件造成滑坡內(nèi)部應(yīng)力變化調(diào)整，成分結(jié)構(gòu)決定應(yīng)力調(diào)整的時(shí)空分布和程度范疇。

周翠英等(2019)指出，在滲流-化學(xué)-損傷效應(yīng)共同作用下，滲流作用會(huì)加速巖體軟化進(jìn)程，化學(xué)作用加速裂隙-孔隙損傷的發(fā)展，反過(guò)來(lái)促進(jìn)滲流及化學(xué)作用。軟巖軟化后可承受的極限應(yīng)變能量減少，也就降低了巖體強(qiáng)度并引發(fā)損傷。侯康明等(1995)指出，地質(zhì)塊體運(yùn)動(dòng)方式可分為穩(wěn)定滑動(dòng)和不穩(wěn)定滑動(dòng)，前者滑動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有應(yīng)力降，如滑坡等速或蠕變滑動(dòng)階段，后者滑動(dòng)過(guò)程中伴隨有周期性的應(yīng)力降，實(shí)際滑坡是蠕滑與黏滑交織共存，只是不同階段占主導(dǎo)者不同。

薛果夫等(1988)研究認(rèn)為，降雨能否引發(fā)新灘大滑坡不僅要考慮滑坡的成分結(jié)構(gòu)、邊界條件和降雨自身的強(qiáng)度及持續(xù)作用時(shí)間，還要考慮滑坡演化的歷史階段。在滑坡發(fā)展條件尚未成熟時(shí)，久雨暴雨不一定造成斜坡整體滑動(dòng)，但隨著變形的發(fā)展和巖土體的損傷，引發(fā)滑坡的降雨量會(huì)越來(lái)越小。在斜坡變形的最后階段，具有形成地下水活動(dòng)的一般降雨也可能引發(fā)大滑坡。因此，不同地質(zhì)環(huán)境條件，不同類(lèi)型的滑坡，甚至同一滑坡的不同發(fā)展階段，引發(fā)大滑坡的“臨界降雨量”是不同的，隨著變形階段的階躍式演進(jìn)，引發(fā)滑坡劇烈變形的臨界降雨量會(huì)越來(lái)越小，滑坡變形的間歇期或緩變期也會(huì)越來(lái)越短，直至不可逆的進(jìn)入失穩(wěn)突發(fā)狀態(tài)，即齋藤曲線(xiàn)第Ⅲ階段。

實(shí)際上，滑坡變形動(dòng)態(tài)是依賴(lài)于斜坡巖土體的成分結(jié)構(gòu)、邊界條件、初始條件和地下水活動(dòng)等決定巖土體強(qiáng)度、應(yīng)力集中和有效應(yīng)力的變化，正確的技術(shù)路線(xiàn)應(yīng)是考慮時(shí)間、空間和強(qiáng)度三要素的變形控制論與強(qiáng)度控制論的結(jié)合，以及客觀條件和減災(zāi)成本的許可程度。湯明高等(2019)通過(guò)統(tǒng)計(jì)三峽庫(kù)區(qū)滑坡測(cè)試資料得出，滑坡土體的滲透性具有一定的區(qū)域分布特征，滲透系數(shù)大小與滑坡土體中碎塊石含量呈正相關(guān)，據(jù)此可說(shuō)明滑坡滑動(dòng)帶巖土成分結(jié)構(gòu)會(huì)影響到有效應(yīng)力的變化。

崩塌滑坡發(fā)生的函數(shù)模型可寫(xiě)成(劉傳正，2019)：

Ht=[f(a)+f(b)+f(c)]d(t)

(1)

式中：f(a)為巖土體邊界形態(tài)函數(shù)；f(b)為成分結(jié)構(gòu)函數(shù)；f(c)為初始狀態(tài)函數(shù)；d(t)為引發(fā)因素函數(shù)。

式(1)的意義是，巖土體邊界函數(shù)(f(a))代表著斜坡地形完整平緩還是陡峻突變，邊界開(kāi)裂情況和底部完整性，寓含著破壞規(guī)模大?。怀煞纸Y(jié)構(gòu)函數(shù)(f(b))反映土體成分結(jié)構(gòu)決定斜坡的休止角，巖體成分結(jié)構(gòu)決定綜合或等效摩擦角；初始狀態(tài)函數(shù)(f(c))反映斜坡體是否明顯變形、地下水活動(dòng)和地應(yīng)力集中的分布狀態(tài)；引發(fā)因素函數(shù)(d(t))代表著顯著隨時(shí)間變化的降雨滲透、蠕動(dòng)損傷、凍脹融縮、地震或人為干擾等外界作用。

楊強(qiáng)等(2020)研究認(rèn)為，巖體結(jié)構(gòu)的變形破壞是一個(gè)漸近過(guò)程，不平衡力是巖體結(jié)構(gòu)變形破壞的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力，并指出了不平衡力本質(zhì)是巖體結(jié)構(gòu)非平衡態(tài)到平衡態(tài)的距離，巖體結(jié)構(gòu)非平衡演化的總體趨勢(shì)服從最小塑性余能原理。突發(fā)型滑坡的本質(zhì)是，無(wú)論外在因素是否持續(xù)激發(fā)，巖土體內(nèi)在的全面破壞已經(jīng)完成，滑坡發(fā)生已不可逆轉(zhuǎn)，意味著滑坡一定發(fā)生。階躍型滑坡活動(dòng)的物理本質(zhì)是，斜坡巖土體的蠕變?cè)诮咏鼩堄鄰?qiáng)度將要發(fā)生全面破壞時(shí)內(nèi)外因素的作用持續(xù)降低，滑動(dòng)帶的部分強(qiáng)度得以恢復(fù)，使巖土體由等速變形轉(zhuǎn)化為減速變形或微弱變形。趨穩(wěn)型滑坡活動(dòng)的物理本質(zhì)是滑坡巖土體的蠕變遠(yuǎn)未接近殘余強(qiáng)度，或內(nèi)外因素的作用快速減弱，滑動(dòng)帶的強(qiáng)度快速恢復(fù)，使巖土體由低速變形轉(zhuǎn)為微弱變形甚至不再變形。

3.2 滑坡預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性

滑坡發(fā)生時(shí)間的理論預(yù)測(cè)是根據(jù)已有的觀測(cè)數(shù)據(jù)，反映了滑坡體自身與內(nèi)外因素相互作用或博弈的歷史記錄，每個(gè)數(shù)據(jù)是記錄數(shù)據(jù)那一時(shí)刻的滑坡邊界條件、成分結(jié)構(gòu)、內(nèi)部因素如地下水作用和外界因素參與的綜合表征。即使外界因素沒(méi)有變化，滑坡運(yùn)動(dòng)下一時(shí)刻的邊界條件、成分結(jié)構(gòu)、地下水作用等也是隨著滑坡的變形發(fā)展或歷史演進(jìn)而隨時(shí)變化的。因此，只是根據(jù)變形記錄數(shù)據(jù)追求滑坡的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)在理論上是難以成立的，因?yàn)樽冃沃皇腔聝?nèi)在因素綜合作用的外在的滯后的表現(xiàn)。無(wú)論位移數(shù)據(jù)是最新的還是以往的都是滑坡動(dòng)態(tài)綜合特征的一個(gè)暫態(tài)性的標(biāo)志性參數(shù)，甚至只是一個(gè)局部性的暫態(tài)性的參數(shù)，且不說(shuō)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的代表性如何，尤其對(duì)于缺乏實(shí)際滑坡觀察經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)人士更是如此。

毋庸諱言，滑坡啟動(dòng)與發(fā)展是巖土體內(nèi)在性質(zhì)變化與外在環(huán)境作用之間物質(zhì)與能量交換的產(chǎn)物。實(shí)際上，單就依據(jù)滑坡累積變形曲線(xiàn)外推的預(yù)報(bào)方法追求滑坡的精確預(yù)報(bào)會(huì)自覺(jué)不自覺(jué)地陷入了自我想定的哲學(xué)觀(劉傳正，2015)。因?yàn)?，研究者只是看到了滑坡體變形運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)外在，卻靜止地看待了巖土塊體變形的內(nèi)在因素，而內(nèi)在的邊界條件、初始條件和激發(fā)條件不但隨著環(huán)境因素而改變即外因致熵增加，其自身也是隨著巖土體的變形程度的變化而隨時(shí)隨地變化即內(nèi)因致熵增加。簡(jiǎn)單地說(shuō)，滑坡?tīng)顟B(tài)的轉(zhuǎn)變主要是巖土體對(duì)外界因素加卸載響應(yīng)的時(shí)間與強(qiáng)度問(wèn)題，追求所謂的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)自覺(jué)不自覺(jué)地假定了加卸載響應(yīng)的線(xiàn)性性、恒定性和結(jié)局的確定性。由于滑坡的邊界條件、初始條件乃至成分結(jié)構(gòu)永遠(yuǎn)是在動(dòng)態(tài)變化的，巖土體內(nèi)在條件及外在環(huán)境輸入因素?zé)o時(shí)無(wú)刻不在變動(dòng)過(guò)程中，追求滑坡的時(shí)空精準(zhǔn)預(yù)報(bào)就成為“測(cè)不準(zhǔn)”的問(wèn)題。自然，追求滑坡的“完全報(bào)準(zhǔn)”、“精確預(yù)報(bào)”的防災(zāi)減災(zāi)必要性也就成了一個(gè)值得深思的問(wèn)題。

基于變形控制進(jìn)行滑坡預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)更多地考慮了巖土體的運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題，包括滑坡變形的宏觀組合圖像、前后左右中間開(kāi)裂變形整體協(xié)調(diào)性和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化等。激發(fā)因素作用結(jié)束或已不處于激發(fā)態(tài)但弛豫期未結(jié)束變形反而繼續(xù)延進(jìn)，激發(fā)作用強(qiáng)度、空間位置、作用時(shí)間、地質(zhì)體應(yīng)激反應(yīng)的持續(xù)時(shí)間，亦即弛豫期的長(zhǎng)短則是巖土體強(qiáng)度破壞與恢復(fù)的時(shí)間效應(yīng)問(wèn)題。由于巖土體接受內(nèi)外因素激發(fā)作用的過(guò)程和弛豫期是階段性的，預(yù)報(bào)外推的有效性必然是受限的，只要滑坡尚未發(fā)生，就永遠(yuǎn)不是終極預(yù)報(bào)。自然，越是接近滑坡發(fā)生時(shí)刻的預(yù)報(bào)外推準(zhǔn)確性越高，尤其是結(jié)合多方面情況的綜合研判。趨勢(shì)預(yù)測(cè)或階段預(yù)報(bào)正確的關(guān)鍵是對(duì)現(xiàn)狀的正確評(píng)判和未來(lái)激發(fā)因素、作用空間、強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間的正確認(rèn)識(shí)，而不是機(jī)械地依據(jù)曲線(xiàn)外推。

3.3 滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警與防災(zāi)減災(zāi)行動(dòng)

滑坡的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)自然越準(zhǔn)越好，但工作目標(biāo)絕不是為了報(bào)準(zhǔn)，而是為了滿(mǎn)足防災(zāi)減災(zāi)需要。要在思想上明確，滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警是服務(wù)于防災(zāi)減災(zāi)的，基于監(jiān)測(cè)變形數(shù)據(jù)曲線(xiàn)的模型預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)能夠滿(mǎn)足應(yīng)急避險(xiǎn)和減災(zāi)行動(dòng)就是最大的成功，一味地追求滑坡精準(zhǔn)預(yù)報(bào)且不說(shuō)理論上是否可能，但在應(yīng)用上并非絕對(duì)需要，且成本核算可能是不可接受的。用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、追蹤預(yù)警解決隨機(jī)因素作用，解決地質(zhì)問(wèn)題的不確定性，越是后期如接近臨滑階段的預(yù)報(bào)越準(zhǔn)，但只是相對(duì)的，預(yù)測(cè)結(jié)果超前的接近滑坡實(shí)際發(fā)生時(shí)間就是令人敬仰的工作。預(yù)測(cè)結(jié)果推后于滑坡的實(shí)際發(fā)生時(shí)間則是不可接受的，那將會(huì)誤導(dǎo)防災(zāi)減災(zāi)行動(dòng)決策，甚至釀成災(zāi)難性的后果。

失穩(wěn)突發(fā)型(A型)一旦進(jìn)入第Ⅲ變形階段，滑坡發(fā)展變得不可逆，即滑坡無(wú)視外界激發(fā)作用因素的大小而一定發(fā)生，可認(rèn)為滑坡進(jìn)入全面滑移模式的“自動(dòng)態(tài)”。例如，新灘滑坡在1984下半年進(jìn)入“自動(dòng)態(tài)”，雖然主要經(jīng)歷旱季，降雨因素作用不大，但整體大滑坡持續(xù)發(fā)展直至發(fā)生。一般地，應(yīng)對(duì)失穩(wěn)突發(fā)型(A型)滑坡以避險(xiǎn)撤離為主，如滑坡發(fā)展的時(shí)間態(tài)勢(shì)允許，近期外界沒(méi)有激發(fā)因素出現(xiàn)，尤其是存在治理的必要與可能，則首先應(yīng)急處置遏制滑坡勢(shì)頭，隨后跟進(jìn)綜合整治措施也是可能的(范宣梅等，2007)。

階躍演進(jìn)型(B型)滑坡累積變形曲線(xiàn)顯示階躍上升與緩變交替出現(xiàn)，反映巖土體對(duì)外界因素作用及其滯后效應(yīng)的敏感性，可認(rèn)為滑坡處于應(yīng)激反應(yīng)整體變形調(diào)整的“他動(dòng)態(tài)”?；驴赡馨l(fā)生抑或趨于穩(wěn)定，減災(zāi)決策是防還是治，需要經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)和文化等方面的綜合考量。例如，長(zhǎng)江三峽水庫(kù)區(qū)的滑坡受水位和降雨的年際周期性影響，滑坡防或治的決策就要考慮水庫(kù)壽命、大壩安全、航運(yùn)安全、生態(tài)保護(hù)、經(jīng)濟(jì)成本和社會(huì)影響等諸多因素。

緩變趨穩(wěn)型(C型)滑坡在第Ⅲ階段對(duì)外界因素的影響不敏感，滑坡整體向趨于穩(wěn)定但局部存在變形調(diào)整的“微動(dòng)態(tài)”發(fā)展。緩變趨穩(wěn)型(C型)滑坡可能是令人輕松的，但要關(guān)注超出歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)的外界激發(fā)因素對(duì)巖土體穩(wěn)定性的影響，尤其是作用強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的情形，要做好預(yù)案，防范滑坡向階躍演進(jìn)型(B型)轉(zhuǎn)變，甚至繼而快速發(fā)生失穩(wěn)突發(fā)型(A型)滑坡。

4 結(jié) 論

(1)滑坡累積變形-時(shí)間曲線(xiàn)可以劃分為緩變趨穩(wěn)型、階躍演進(jìn)型和失穩(wěn)突發(fā)型。緩變、階躍和突發(fā)型滑坡變形動(dòng)態(tài)可以順次轉(zhuǎn)化，且前兩者可以相互轉(zhuǎn)化，但突發(fā)型不可以反向轉(zhuǎn)化。

(2)滑坡及其所處環(huán)境是時(shí)刻與外界存在密切聯(lián)系的物質(zhì)與能量交換的開(kāi)放系統(tǒng)?；碌刭|(zhì)體的變化過(guò)程卻既存在線(xiàn)性漸變，也存在非線(xiàn)性突變，既具有確定性也具有隨機(jī)性?；谧冃蔚臅r(shí)間變化算法是一定時(shí)間區(qū)間上的整體論，但又是初始條件和激發(fā)條件不變下的分割論，這就決定了滑坡變形時(shí)間預(yù)報(bào)模型無(wú)論是確定性的還是隨機(jī)性的都不會(huì)得到精準(zhǔn)的結(jié)果。

(3)滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是可識(shí)別、可監(jiān)測(cè)、可預(yù)警、可防范和一定條件下可治理的?；诒O(jiān)測(cè)變形數(shù)據(jù)曲線(xiàn)的模型預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)能夠滿(mǎn)足滑坡應(yīng)急避險(xiǎn)和減災(zāi)行動(dòng)就是最大的成功，一味地追求滑坡精準(zhǔn)預(yù)報(bào)且不說(shuō)理論上是否可能，但在應(yīng)用上并非絕對(duì)需要，且成本核算可能是不可接受的。

(4)突發(fā)型滑坡可認(rèn)為滑坡進(jìn)入“自動(dòng)態(tài)”，意味著滑坡必然發(fā)生。階躍型滑坡對(duì)外界因素作用敏感，可認(rèn)為滑坡處于應(yīng)激反應(yīng)的“他動(dòng)態(tài)”。趨穩(wěn)型滑坡除非遭遇超常的外界激發(fā)因素作用，滑坡處于向整體穩(wěn)定發(fā)展但局部存在變形調(diào)整的“微動(dòng)態(tài)”。

致 謝遼寧省第十地質(zhì)大隊(duì)崔原高工提供了撫順西露天礦南幫滑坡監(jiān)測(cè)資料，特此說(shuō)明并致謝!