滑坡變形階段的劃分及短期預報研究

楊慶義，孫 政

（1. 山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013；2. 國核電力規劃設計研究院，山東 濟南 250013）

滑坡變形階段的劃分及短期預報研究

楊慶義1，孫 政2

（1. 山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013；2. 國核電力規劃設計研究院，山東 濟南 250013）

滑坡是一種重要的地質災害，一旦發生，就會帶來嚴重的后果，本文研究了滑坡變形階段的劃分問題，并在此基礎上提出了每個階段應該進行的相應工作及目的。當滑坡進入加速變形階段后期，出于防災減災的需要，此時準確預報滑坡發生時間顯得尤為重要，結合實際工程本文研究了滑坡進入加速變形階段的短期預報問題，并取得了較好的效果。

滑坡；預報；分析

滑坡是一種重要地質災害，一旦發生，就會帶來嚴重的后果，導致公路和鐵路運輸中斷、河道堵塞、摧毀廠礦、掩埋村鎮，造成重大災害。滑坡之所以往往給人類造成嚴重的損失，究其原因是人們難以事先準確知道其發生的地點、時間、強度和影響，也就預先難以防范，所以對于滑坡災害，重在預測預報。［1］

從廣義上講，滑坡預測預報包括時間預報、空間預測和災害預測。從狹義上講，滑坡的預測預報就是指對坡體失穩、發生劇滑時間的預報，即滑坡時間預報。滑坡時間預報準了，可大大降低災害影響，避免人員傷亡，降低經濟損失。因而滑坡時間預報是邊（滑）坡安全預報的核心。

傳統的采用擬合整段監測位移與時間關系曲線的方法［2、3］（如Verhulst模型等）來預估滑坡具體日期的做法并不科學，因為滑坡在發展過程中往往受到降雨、庫水位升降及其他一些不可預見的人為因素的影響，而這些影響又是事前未知和不確定的。在滑坡處于等速變形階段或者進入加速變形階段初期時預報滑坡發生時間的可能性很小，因此在邊（滑）坡預報研究中，要首先弄清當前滑坡處于何種變形階段，并且明確各個變形階段與時間預報相關的任務和目的，為最終準確預報滑坡時間做好充分的準備。

出于上述目的，本文研究了滑坡變形階段的劃分問題，并在此基礎上提出了每個階段應該進行的相應工作及目的。當滑坡進入加速變形階段后期，出于防災減災的需要，此時準確預報滑坡發生時間顯得尤為重要，因此在本文中研究了滑坡進入加速變形階段的短期預報問題。

1 滑坡變形階段的劃分及各個階段的任務

滑坡變形的典型位移－時間曲線可分為3個階段，即初始減速變形階段、等速變形階段、加速變形階段，見圖1。實際上大部分滑坡的位移－時間曲線有一定程度的波動和起伏，［4］可以采用文獻給出的一些方法對變形數據做相應的處理，使之變成光滑曲線再用于滑坡預報。根據滑坡所處的變形階段，可將滑坡預報分為以下幾種階段：長期、中期、短期、臨滑四個階段。考慮長期和中期預報的一些重復性，可以根據實踐經驗，將其簡化為中長期預報、短期預報、臨滑預報，其中最重要的是臨滑預報。

圖1 典型滑坡變形－時間曲線

1.1 中長期預報

斜坡已經存在某些滑坡跡象（包括老滑坡的殘留跡象和新生滑坡的初始跡象），但尚未出現較明顯的位移變化，因而是對滑坡今后變形行為和破壞時間的趨勢性預報。

預報目的：判斷存在滑坡的可能性，決定是否需要對滑坡進行監測和觀察。

預報特點：這是一種“可能性”預報，不確定性大，現實中隨著外界條件和時間的變化，滑坡變形可能持續發生，也可能在變形之后恢復穩定。長期預報不要求預報出確切的滑坡時間，但應該指出滑坡處于何種階段，是以較快的速度開展還是以較為緩慢的速度進行著。

1.2 短期預報

邊（滑）坡后緣、前緣、兩側全面表現出來可觀察到的不斷發展的變形和裂縫，而且情況日趨嚴重。可根據監測數據和觀察資料，對滑坡的短期內的變形行為和破壞時間做出粗略預報。

預報目的：基本上確定滑坡的可能性，必須對滑坡進行詳細的監測和密切觀察，以便預報劇滑時間和災害影響范圍，并采取應急搶險措施或防范措施，減輕災害影響。

預報特點：滑坡變形持續增長，位移速度－時間曲線由線性狀態轉為非線性，出現一定加速。明顯的變形跡象與位移速度加速表明，滑坡的可能性非常大，只有在其他因素（如卸載、壓腳、支護等）的影響時，滑坡才可能在變形中趨于平衡穩定。

1.3 臨滑預報

滑坡的變形破壞現象和詳細的全方位的綜合監測數據出現突變，表明滑坡即將出現劇滑狀態。

預報目的：必須嚴密監視滑坡的動態變化，隨時根據影響因素的變化對預報結果做出修改，并采取一切措施，最大限度地減少災害。對于臨滑狀態的滑坡，需要立即徹底轉移危險區內的人員和物資，對危及交通安全的滑坡區域，實施嚴格的交通管制。

預報特點：坡體的變形破壞出現突變，位移－時間曲線處于劇速蠕變階段，對滑坡臨滑所做出的時間預報表明滑坡即將發生，臨滑預報是滑坡時間預報中最為重要的階段。

2 臨滑階段的滑坡時間預報

當邊坡變形進入加速變形階段后期，滑坡在短期內發生已成為一種必然，此時才可以選用一些合適的數學模型來模擬變形－時間曲線，預報滑坡時間。齋藤預報法是國內外為數不多的成功事先預報滑坡的方法之一，其原理可表示為下述微分方程。［5］

式（1）中，ε表示變形，t0可取為加速變形階段后期的任意時刻。

要求解方程（1），可在位移－時間關系曲線上取三點，見圖2，使其在位移上所對應的兩個間距△L相等，由此可求出參數a和b，進而可以推出滑坡啟動時間為：

圖2 滑坡加速蠕變階段位移－時間關系曲線

方程（1）也可表達為在變形加速階段，某時刻t的變形速率ε&與該時刻距破壞時間tr的時間（tr－t）的b次方成反比，即：

公式（3）的應用，一般是通過作圖法得出t0、t1及t2后，再求tr。這樣的好處是簡潔、直觀。事實上，位移時間曲線是由一些離散點連接而成，因此用直接作圖得出的光滑曲線，其可靠程度就因人而異了。

為了盡量減小在作圖法中的人為誤差，本文中根據公式（4），推導出變形隨時間變化的函數如下：

當b≠1時，

式（6）中，A、B、C、tr為待定參數。滑坡進入臨滑階段后，各個監測點的變形在總體上趨于一致，在獲得大量滑坡監測點的位移時間序列之后，可以采用優化算法（如梯度下降、遺傳算法等）。根據實測數據擬合出各個監測點如式（6）的變化趨勢，從而根據tr判斷滑坡發生時間。

2.1 滑坡進入加速變形階段后期的判別

要采用式（6）來預報滑坡發生時間，必須先判斷滑坡是否進入滑坡加速變形階段后期，可以采用如下三個標準來判斷：

（1）滑坡進入加速變形階段后期，基本呈現整體破壞的趨勢，滑坡上所有的測點一起加速變形，同步現象十分明顯；如果只是個別點出現劇烈的加速變形，滑坡可能只是局部發生破壞，而非整體破壞。

（2）變形速率大幅度增加。進入加速階段后期，滑帶的結構基本破壞，滑體在失去約束的情況下，變形速率與加速階段前期相比必然有大幅度的增加。

（3）變形速率除了大幅度增加外，而且是持續增加。有些邊坡在遇到降雨或庫水浸泡時，滑坡巖土體的強度降低，引起滑坡產生變形。但降雨過后或庫水消退后，巖土體強度又會升高，變形速度隨時間減小，最后邊坡趨于穩定。所以邊坡變形速率出現大幅度增加時，首先要查明原因，并且進行加密觀測，隨時注意滑坡發展動向。如果在外界影響因素沒有很大改變的條件下，滑坡變形速率一直持續增加，說明滑坡的結構基本破壞，在短時間內極有可能發生劇滑。

2.2 基于加速階段后期的時間預報法在黃茨滑坡上的應用

黃茨滑坡位于甘肅省永靖縣鹽鍋峽鎮黃茨村，鐵道部科學研究院西北分院通過地質調查、宏觀現象分析，認為該滑坡于1994年7月已進入滑坡加速蠕變后期。［6］從1994年9月底到滑坡劇滑前對其進行了大量的監測，積累了豐富的變形數據，為滑坡預報研究提供了一個不可多得的實例。

黃茨滑坡滑體上多個監測點的位移－時間曲線見圖3。

圖3 黃茨滑坡的多個測點的變形曲線

用式（6）對上述四個測點的位移－時間曲線進行擬合，通過優化方法得到相應的參數t 、A、B、C，擬合效果見表1和圖4。r

表1 齋藤法預報法分析成果表

3 結束語

從表1和圖4可以看出，應用公式（6）擬合出的曲線可信

1 王恭先.中國滑坡防治研究綜述［A］.蘭州滑坡會議論文選集［C］.北京：中國鐵道出版社，1988

2 晏同珍.滑坡時間的預測預報［A］.滑坡論文選集［C］.成都：四川科學技術出版社，1989

3 文寶萍.滑坡預測預報研究現狀與發展趨勢［J］.地學前緣，1996（1）：86～92

4 李天斌、陳明東.滑坡預報的幾個基本問題［J］.工程地質學報，1999（3）：200～206

5 Saito M. Forecasting time of slope failure by tertiary creep［A］.Proceedings of the 7th International Conference on Soil Mechanics and Foundati on Engineering［C］.Mexico City, 1969

6 徐俊齡.黃茨大型滑坡的監測預報［R］.蘭州：鐵道部科學研究院西北分院，1995度較高，相關系數均大于0.9，證明該方法上適用于未經任何加固的黃茨滑坡的臨滑預報。黃茨滑坡劇滑發生的真實日期是2005年1月31日凌晨2時30分，通過齋藤法計算得到的滑坡時間在2005年1月28日至2月1日之間，而且有3個點預測得到的滑坡日期就在1月31日，可見對于此類滑坡，該方法的預報效果已經能夠滿足工程需要。

Landslide Distortion Stage Division and Short-term Forecast Research

Yang Qingyi，Sun Zheng

The landslide is one important geological disaster, once occurs, will bring the serious consequence, this article has studied landslide distortion step the section division question, based on this and proposed each stage should carry on corresponding work and goal.When the landslide enters accelerates to distort the stage later period, reduces disaster the need stemming from the disaster prevention, this time the accurate forecast landslide had the time appears especially important, union actual project this article studies the landslide to enter accelerates to distort the stage short－term forecast question, and has made the good progress.

landslide; forecast; analysis

P642.1

A

1000－8136（2011）03－0008－03

圖4 齋藤預報法擬合效果圖