地质灾害与环境环境
JOURNAL OF GEOLOGICAL HAZARDS AND ENVIRONMENT PRESERVATION
　1999年　第10卷　第4期　Vol.4　No.12 1999



滑坡坡面位移特征及其应用
阳吉宝
摘要：在详细分析滑坡坡面位移特征的基础上，提出根据坡面位移矢量确定滑坡滑动面，预报滑坡发生时间的原理和方法。
关键词：滑坡；滑动面；位移特征；滑坡预报
中图分类号：P642.22
文献标识码：A
文章编号：1006-4362(1999)04-0046-05
SURFACE DISPLACEMENT CHARACTERISTICS OF
LANDSLIDES AND ITS APPLICATION
Yang Jibao
(Shanghai Civil Defense Institute of Geotechnical Investigation,Shanghai　200232)
Abstract：　In this paper,surface displacement charactristics of landslides are discussed.The author presents the theory and method to determine slip surface and forecast landslide time in respect to surface displacement vector of slope.
Key words：　landslide;displacement characteristic;slip surface;landslide forecast
　　在滑坡稳定性研究中，滑坡位移监测是最可靠、最有意义的研究途径。通过滑坡位移监测，不仅可以得到坡体变形位移速率、方向等直观资料，且通过对监测资料的分析，可以深化滑坡变形机制及变形特征的认识，为失稳斜坡整治提供重要依据。位移监测是斜坡稳定性研究和滑坡预测预报中必不可少的工作。目前，分析滑坡位移监测资料，并据此来研究滑坡稳定性和预报滑坡时，往往只以一点的位移监测资料为依据，可靠性不太高。因为滑坡位移在整个斜坡上无论大小，还是方向都有一定差异。本文正是从滑坡坡面位移特征出发，讨论如何利用坡面位移监测资料来评价滑坡的稳定性。
1　滑坡坡面的位移特征
　　滑坡坡面位移在坡体不同部位，因其受力状态不同而具有不同特征，最常见的有如下3种坡面位移形式：
　　(1) 位移速率不断增大，位移矢量角(即垂直位移/水平位移)也不断增大，如图1a所示。此位移特征代表该段坡体失稳，为滑坡的主动滑动区。


图1　滑坡受力及位移矢量变化示意图
Fig.1　Forces and displacement vectors in landslide
　　(2) 位移速率不断增大，位移矢量角基本保持不变，如图1b所示。位移特征代表该段坡体相对稳定，在传递来的失稳外力作用下作剪切滑移。
　　(3) 位移速率不断增大，位移矢量角不断减小，如图1c所示。位移特征说明此坡体正在向临空方向发生剪出滑移。
　　也可以根据图1所示原理，对那些位移速率不断减小的边坡作出稳定判断。
　　文献［1］利用坡面位移矢量角与斜坡坡角比较(如图2所示)来判断斜坡稳定状态尚有不足之外，它还认为：坡面位移矢量朝坡内倾斜，这时坡体被压密而趋于稳定；位移矢量朝坡外倾斜，坡体处于失稳状态；位移矢量方向与坡面平行，这时斜坡体内剪应力最小，从斜坡安全角度看处于最佳位置。之所以不足在于：坡面位移是个动态过程，仅依据位移矢量角来评价斜坡稳定状态是不够的，还必须考虑位移速率大小的变化及位移矢量角的变化；同时，有些斜坡坡面形状较为复杂，往往与滑动面不平行，而上述分析却只有在坡面与滑动面平行的条件下才能成立。综上所述，用图1所示原理来评价斜坡稳定性是可行的。


图2　坡面位移矢量及坡面稳定状态
Fig.2　Surface displacement vector and stability state
2　滑坡面的确定
　　确定滑坡滑动面的位置，是正确评价斜坡稳定性并对其进行有效整治的前提。笔者在文献［2］中提出一种确定滑坡滑动面的位移矢量迭代法。这里主要介绍依据坡面位移矢量作图来确定滑动面的方法。
　　作图法的理论基础是：坡面上任一点位移矢量方向，都平行于该点位移矢量的法线与斜坡滑动面交点处的滑动面切线方向，如图3所示。


图3　作图法确定滑坡滑动面示意图
Fig.3　To determine the slip surface using plotting diagram
　　作图法的具体步骤如下：
　　(1) 选择一条滑坡剖面，一般在滑坡滑动主轴线附近，且靠近滑坡位移监测点，标出滑坡后缘破裂面与坡面交点、前缘剪出口位置。
　　(2) 在上述剖面上标出各监测点及其位移矢量，位移矢量法线，并作相邻两法线夹角的角平分线。
　　(3) 从滑坡后缘破裂面与坡面交点处，作一直线平行于其邻近监测点的位移矢量，此直线相交于其下方第一条角平分线于某点，再从该点作一直线平行于其下方邻近监测点的位移矢量，……如此下去，直到剪出口为止。
　　(4) 根据斜坡地质条件及剪出口位置，作适当修正。这样就求出了滑动面的位置。
　　应用上述作图法是有条件的，它只对那些只有一个滑动面、滑体近似作整体滑移的滑坡有效。如滑坡体体积大，滑动面由多个倾角不一致的坡面组成，则应分段画出滑动面，再综合连起来。上述方法对土质斜坡较为适用。笔者运用此法确定的新滩滑坡上段滑动面，与实际勘探结果十分吻合。
3　滑坡时间预报
　　根据滑坡位移矢量的平面和剖面特征，能对坡体稳定性作出较为准确的判断，滑坡的时间预报也就有了基础和保证。在平面上，临滑前的位移矢量方向大多平行，据此可圈定滑坡周界并作失稳预报，如图4所示。


图4　处于临滑前(b)和非临滑前(a)坡体位移特征平面示意图
Fig.4　Schematic diagram showing slape displacement features at critical state (b) and noncritical state (a)
　　在剖面上，根据滑动面形状，可作如下分析：
　　(1) 滑动面形状是平面的滑动，主要特征是各点位移矢量近似平行，且不断增大，重点考察剪出口部位监测点位移矢量的变化，可根据剪出口部位位移速率不断增大而位移矢量角不断减小来作临滑预报。
　　(2) 具有圆柱面状或圆弧状滑面的滑坡，临滑前坡面监测点位移矢量法线相交于一个很小的范围内，此可作为临滑特征，来预报滑坡，如图5所示。


图5　处于临滑前(b)和非临滑前(a)坡体位移特征平面示意图
Fig.5　Slope displacement features at critical (b) and noncritical (a) state on profile
　　(3) 滑动面形状复杂的滑坡，其坡面位移特征也较复杂，但仍可根据位移速率大小和位移矢量角的动态变化来分析滑体受力状态，没有滑体剪出滑移，就不会有剧烈滑坡，用剪出口处的矢量速率锐增和位移矢量角不断减小来预报滑坡，较仅以位移速率作为判据来预报滑坡准确性更高。
4　坡面位移的特殊现象
　　(1) 岩质斜坡变形多受软弱结构面控制，滑动面包容或拓展软弱面而生，坡体也近似刚体，因此，坡面位移常出现刚体转动、滑移等特征。文献［3］列举出洒勒山滑坡临滑前后缘张裂缝不是扩大而是闭合的事实。由此可知，滑体在临滑前发生偏转。
　　(2) 土体或松软岩体滑坡，滑体在变形过程中常出现压缩隆起和拉张裂缝，这主要是受控于滑动面形状。滑体在滑面曲率减小处出现裂缝，在曲率增大处产生挤压隆起。
　　(3) 仅用坡面一点的位移特征来预报滑坡常会出现误判误报情况。如抚顺西露天矿北帮W200剖面采坑内3号测点，于1986年12月下旬至1988年末所测得的位移—时间曲线就是一个很好的例子。当时测得的空间位移最高速率大于418 mm/d，到过现场的绝大多数专家、学者都认定很快就要发生滑坡，从而作出了错误判断。几年过去了，此边坡变形一直保持缓和状态。很明显，仅以一点位移速率作为临滑前兆是不充分的，应考察整个边坡面的位移特征。
　　(4) 受边界条件限制，所有滑坡在其临滑前都存在向临空方向剪切扩张的现象。如何利用这一微弱信息来研究滑坡，值得深思。目前，位移反分析主要用于地下工程，而对于边坡位移反分析工作则开展较少，其原因主要在于边坡边界条件复杂。笔者认为，若不用位移量大小而以位移矢量角作为边界条件，去限定和补充计算已知条件，乃是可行而有意义的。
5　滑坡时间预报应注意的若干问题
　　(1) 点面结合：　根据滑坡坡面位移特征来预报滑坡，应注意点面结合。也就是说，在综合分析滑坡体整体位移特征的基础上，再据一点位移—时间曲线作分析预报，不能以点代面，以偏概全，而应总览整个坡体滑动趋势，否则就会出现误判错报。
　　(2) 定性分析与定量计算相结合：　滑坡体往往是由复杂的岩土体组成，很难用现有的力学模型去进行准确的数学模拟与计算分析，定量计算只能供分析其变化总趋势时参考。为此，在进行滑坡时间预报工作过程中，应将定量计算与位移观测等手段相结合，用定量计算的成果来指导位移观测，同时对位移观测、宏观变形如滑坡体周围裂缝等作认真的定性分析，唯有将定性分析与定量计算相结合，相互论证，才能在量与质上把握住滑坡体变形发展的趋势。
　　(3) 开展系统研究：　这里所说的系统研究有三个含义：　① 对滑坡发展进行系统研究，弄清其内因、外因；② 对滑坡位移观测进行系统研究，不仅仅是只观测坡面位移特征，还应了解坡体深部变形情况；不仅仅只观测位移，还应了解坡体内地下水位变化等情况；③ 结合现有各种数学模型的优点，对坡体位移特征等进行详细分析，根据各种数学模型预报结果与实际结果的贴近程度，相应地赋予各种方法以不同的权值，将各种方法组合起来，对滑坡进行综合预报。滑坡在其发展过程中在许多方面都有明显的变化，若把各种前兆现象放到统一的滑坡发展过程中作深入地综合研究，那么对滑坡发展过程会有更全面、更深入的认识，滑坡预报的精度也会大大提高。
6　结论
　　(1) 滑坡坡面位移的时空特征是其受力状态的反映，根据位移监测资料来研究滑坡稳定性和预报滑坡时，应注意整个坡体和各点整个运动过程的位移特征，这样才能作出正确判断，避免误判错报。
　　(2) 根据坡面位移矢量作图法确定滑动面位置，是一种简易可行的方法，但要结合斜坡的地质条件和具体情况。
　　(3) 滑坡体在其失稳发展过程中，存在向临空方向发生剪切扩张现象，这可作为滑坡预报的一个标志，也值得作进一步研究。
作者简介：阳吉宝，男，1965年生。高级工程师。1996年获同济大学岩土工程专业博士学位。目前主要从事岩土工程治理科研与生产技术管理工作。已获省部级科研成果三等奖3项。出版专著2部，发表论文40余篇。
作者单位：阳吉宝　上海市民防地基勘察院，上海　200232
参考文献
［1］　孙玉科，姚宝魁.边坡稳定性研究的新课题.见：四川省地理学会滑坡专业委员会 等编.滑坡分析与防治［M］.重庆：科学技术文献出版社重庆分社，1984.
［2］　阳吉宝.用监测资料确定滑动面的新方法［J］.灾害学，1994，(2).
［3］　庆祖荫.半岩性高速滑坡形成机制及龙羊峡库岸滑坡评价［M］.见：中国岩石力学工程学会地面岩石工程专业委员会 等编.中国典型滑坡［M］.北京：科学出版社，1988.
［4］　 M Carter,S P Bentley.The geometry of slip surface beneath landslides［J］.Prediction from surface measurement,Candian Geotednical Journal,1985，22(2).
收稿日期：1999-06-07
