滑坡变形阶段的划分及短期预报研究

杨庆义，孙 政

（1. 山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013；2. 国核电力规划设计研究院，山东 济南 250013）

滑坡变形阶段的划分及短期预报研究

杨庆义1，孙 政2

（1. 山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013；2. 国核电力规划设计研究院，山东 济南 250013）

滑坡是一种重要的地质灾害，一旦发生，就会带来严重的后果，本文研究了滑坡变形阶段的划分问题，并在此基础上提出了每个阶段应该进行的相应工作及目的。当滑坡进入加速变形阶段后期，出于防灾减灾的需要，此时准确预报滑坡发生时间显得尤为重要，结合实际工程本文研究了滑坡进入加速变形阶段的短期预报问题，并取得了较好的效果。

滑坡；预报；分析

滑坡是一种重要地质灾害，一旦发生，就会带来严重的后果，导致公路和铁路运输中断、河道堵塞、摧毁厂矿、掩埋村镇，造成重大灾害。滑坡之所以往往给人类造成严重的损失，究其原因是人们难以事先准确知道其发生的地点、时间、强度和影响，也就预先难以防范，所以对于滑坡灾害，重在预测预报。［1］

从广义上讲，滑坡预测预报包括时间预报、空间预测和灾害预测。从狭义上讲，滑坡的预测预报就是指对坡体失稳、发生剧滑时间的预报，即滑坡时间预报。滑坡时间预报准了，可大大降低灾害影响，避免人员伤亡，降低经济损失。因而滑坡时间预报是边（滑）坡安全预报的核心。

传统的采用拟合整段监测位移与时间关系曲线的方法［2、3］（如Verhulst模型等）来预估滑坡具体日期的做法并不科学，因为滑坡在发展过程中往往受到降雨、库水位升降及其他一些不可预见的人为因素的影响，而这些影响又是事前未知和不确定的。在滑坡处于等速变形阶段或者进入加速变形阶段初期时预报滑坡发生时间的可能性很小，因此在边（滑）坡预报研究中，要首先弄清当前滑坡处于何种变形阶段，并且明确各个变形阶段与时间预报相关的任务和目的，为最终准确预报滑坡时间做好充分的准备。

出于上述目的，本文研究了滑坡变形阶段的划分问题，并在此基础上提出了每个阶段应该进行的相应工作及目的。当滑坡进入加速变形阶段后期，出于防灾减灾的需要，此时准确预报滑坡发生时间显得尤为重要，因此在本文中研究了滑坡进入加速变形阶段的短期预报问题。

1 滑坡变形阶段的划分及各个阶段的任务

滑坡变形的典型位移－时间曲线可分为3个阶段，即初始减速变形阶段、等速变形阶段、加速变形阶段，见图1。实际上大部分滑坡的位移－时间曲线有一定程度的波动和起伏，［4］可以采用文献给出的一些方法对变形数据做相应的处理，使之变成光滑曲线再用于滑坡预报。根据滑坡所处的变形阶段，可将滑坡预报分为以下几种阶段：长期、中期、短期、临滑四个阶段。考虑长期和中期预报的一些重复性，可以根据实践经验，将其简化为中长期预报、短期预报、临滑预报，其中最重要的是临滑预报。

图1 典型滑坡变形－时间曲线

1.1 中长期预报

斜坡已经存在某些滑坡迹象（包括老滑坡的残留迹象和新生滑坡的初始迹象），但尚未出现较明显的位移变化，因而是对滑坡今后变形行为和破坏时间的趋势性预报。

预报目的：判断存在滑坡的可能性，决定是否需要对滑坡进行监测和观察。

预报特点：这是一种“可能性”预报，不确定性大，现实中随着外界条件和时间的变化，滑坡变形可能持续发生，也可能在变形之后恢复稳定。长期预报不要求预报出确切的滑坡时间，但应该指出滑坡处于何种阶段，是以较快的速度开展还是以较为缓慢的速度进行着。

1.2 短期预报

边（滑）坡后缘、前缘、两侧全面表现出来可观察到的不断发展的变形和裂缝，而且情况日趋严重。可根据监测数据和观察资料，对滑坡的短期内的变形行为和破坏时间做出粗略预报。

预报目的：基本上确定滑坡的可能性，必须对滑坡进行详细的监测和密切观察，以便预报剧滑时间和灾害影响范围，并采取应急抢险措施或防范措施，减轻灾害影响。

预报特点：滑坡变形持续增长，位移速度－时间曲线由线性状态转为非线性，出现一定加速。明显的变形迹象与位移速度加速表明，滑坡的可能性非常大，只有在其他因素（如卸载、压脚、支护等）的影响时，滑坡才可能在变形中趋于平衡稳定。

1.3 临滑预报

滑坡的变形破坏现象和详细的全方位的综合监测数据出现突变，表明滑坡即将出现剧滑状态。

预报目的：必须严密监视滑坡的动态变化，随时根据影响因素的变化对预报结果做出修改，并采取一切措施，最大限度地减少灾害。对于临滑状态的滑坡，需要立即彻底转移危险区内的人员和物资，对危及交通安全的滑坡区域，实施严格的交通管制。

预报特点：坡体的变形破坏出现突变，位移－时间曲线处于剧速蠕变阶段，对滑坡临滑所做出的时间预报表明滑坡即将发生，临滑预报是滑坡时间预报中最为重要的阶段。

2 临滑阶段的滑坡时间预报

当边坡变形进入加速变形阶段后期，滑坡在短期内发生已成为一种必然，此时才可以选用一些合适的数学模型来模拟变形－时间曲线，预报滑坡时间。斋藤预报法是国内外为数不多的成功事先预报滑坡的方法之一，其原理可表示为下述微分方程。［5］

式（1）中，ε表示变形，t0可取为加速变形阶段后期的任意时刻。

要求解方程（1），可在位移－时间关系曲线上取三点，见图2，使其在位移上所对应的两个间距△L相等，由此可求出参数a和b，进而可以推出滑坡启动时间为：

图2 滑坡加速蠕变阶段位移－时间关系曲线

方程（1）也可表达为在变形加速阶段，某时刻t的变形速率ε&与该时刻距破坏时间tr的时间（tr－t）的b次方成反比，即：

公式（3）的应用，一般是通过作图法得出t0、t1及t2后，再求tr。这样的好处是简洁、直观。事实上，位移时间曲线是由一些离散点连接而成，因此用直接作图得出的光滑曲线，其可靠程度就因人而异了。

为了尽量减小在作图法中的人为误差，本文中根据公式（4），推导出变形随时间变化的函数如下：

当b≠1时，

式（6）中，A、B、C、tr为待定参数。滑坡进入临滑阶段后，各个监测点的变形在总体上趋于一致，在获得大量滑坡监测点的位移时间序列之后，可以采用优化算法（如梯度下降、遗传算法等）。根据实测数据拟合出各个监测点如式（6）的变化趋势，从而根据tr判断滑坡发生时间。

2.1 滑坡进入加速变形阶段后期的判别

要采用式（6）来预报滑坡发生时间，必须先判断滑坡是否进入滑坡加速变形阶段后期，可以采用如下三个标准来判断：

（1）滑坡进入加速变形阶段后期，基本呈现整体破坏的趋势，滑坡上所有的测点一起加速变形，同步现象十分明显；如果只是个别点出现剧烈的加速变形，滑坡可能只是局部发生破坏，而非整体破坏。

（2）变形速率大幅度增加。进入加速阶段后期，滑带的结构基本破坏，滑体在失去约束的情况下，变形速率与加速阶段前期相比必然有大幅度的增加。

（3）变形速率除了大幅度增加外，而且是持续增加。有些边坡在遇到降雨或库水浸泡时，滑坡岩土体的强度降低，引起滑坡产生变形。但降雨过后或库水消退后，岩土体强度又会升高，变形速度随时间减小，最后边坡趋于稳定。所以边坡变形速率出现大幅度增加时，首先要查明原因，并且进行加密观测，随时注意滑坡发展动向。如果在外界影响因素没有很大改变的条件下，滑坡变形速率一直持续增加，说明滑坡的结构基本破坏，在短时间内极有可能发生剧滑。

2.2 基于加速阶段后期的时间预报法在黄茨滑坡上的应用

黄茨滑坡位于甘肃省永靖县盐锅峡镇黄茨村，铁道部科学研究院西北分院通过地质调查、宏观现象分析，认为该滑坡于1994年7月已进入滑坡加速蠕变后期。［6］从1994年9月底到滑坡剧滑前对其进行了大量的监测，积累了丰富的变形数据，为滑坡预报研究提供了一个不可多得的实例。

黄茨滑坡滑体上多个监测点的位移－时间曲线见图3。

图3 黄茨滑坡的多个测点的变形曲线

用式（6）对上述四个测点的位移－时间曲线进行拟合，通过优化方法得到相应的参数t 、A、B、C，拟合效果见表1和图4。r

表1 斋藤法预报法分析成果表

3 结束语

从表1和图4可以看出，应用公式（6）拟合出的曲线可信

1 王恭先.中国滑坡防治研究综述［A］.兰州滑坡会议论文选集［C］.北京：中国铁道出版社，1988

2 晏同珍.滑坡时间的预测预报［A］.滑坡论文选集［C］.成都：四川科学技术出版社，1989

3 文宝萍.滑坡预测预报研究现状与发展趋势［J］.地学前缘，1996（1）：86～92

4 李天斌、陈明东.滑坡预报的几个基本问题［J］.工程地质学报，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 徐俊龄.黄茨大型滑坡的监测预报［R］.兰州：铁道部科学研究院西北分院，1995度较高，相关系数均大于0.9，证明该方法上适用于未经任何加固的黄茨滑坡的临滑预报。黄茨滑坡剧滑发生的真实日期是2005年1月31日凌晨2时30分，通过斋藤法计算得到的滑坡时间在2005年1月28日至2月1日之间，而且有3个点预测得到的滑坡日期就在1月31日，可见对于此类滑坡，该方法的预报效果已经能够满足工程需要。

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

图4 斋藤预报法拟合效果图