高偉，劉樂軍，劉杰，徐元芹，李萍，李培英，徐廣波

(1.國(guó)家海洋局第一海洋研究所 海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266061；2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 海洋地質(zhì)過程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266061；3.平邑縣住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，山東 平邑 273300)

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山東省北長(zhǎng)山島海岸滑坡演化特征及成因機(jī)制

高偉1，2，劉樂軍1，2，劉杰1，2，徐元芹1，2，李萍1，2，李培英1，2，徐廣波3

(1.國(guó)家海洋局第一海洋研究所 海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266061；2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 海洋地質(zhì)過程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266061；3.平邑縣住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，山東 平邑 273300)

通過無人機(jī)航拍、探地雷達(dá)、三維激光掃描儀和位移傳感器等技術(shù)手段建立的海岸滑坡周期性和實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，獲得了2012年3月至2014年9月的北長(zhǎng)山島海岸滑坡體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。山東省北長(zhǎng)山島海岸滑坡位于長(zhǎng)島縣山后村附近，因開山采石造成山體陡立形成臨空危險(xiǎn)面而處于極不穩(wěn)定的狀態(tài)，內(nèi)部節(jié)理和裂隙及千枚巖層的存在是滑坡發(fā)生的主要內(nèi)在因素，而人為采石和暴雨等極端條件是導(dǎo)致滑坡發(fā)生最重要的影響因素。山體呈現(xiàn)整體下滑而頂部向外拉張的趨勢(shì)，累計(jì)滑動(dòng)距離超過0.3 m，高程變化5.0～10.0 m，具有大雨大滑、小雨小滑的特點(diǎn)，其滑動(dòng)距離與降雨量具有很強(qiáng)的正相關(guān)性，日降雨量大于80 mm時(shí)滑坡體失穩(wěn)。自然因素與人為因素共同導(dǎo)致了北長(zhǎng)山島滑坡體的發(fā)生，其成因機(jī)制特別是極端天氣條件下的演化特征研究對(duì)豐富和發(fā)展海島滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警理論體系具有十分重要的意義。

北長(zhǎng)山島；海岸滑坡；監(jiān)測(cè)預(yù)警

1　引言

海島地質(zhì)災(zāi)害系指對(duì)海島人民生命財(cái)產(chǎn)造成直接損失，或?qū)u地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境和地貌景觀造成破壞，并影響海島經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和間接造成損失的分布于島陸、島岸、環(huán)島近岸海域的地質(zhì)現(xiàn)象和地質(zhì)作用[1]。隨著沿海經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和空間資源的日趨緊張，迅猛的海島開發(fā)導(dǎo)致海島地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象頻發(fā)，不僅對(duì)海島環(huán)境影響巨大，而且由于海島環(huán)境相對(duì)孤立導(dǎo)致救災(zāi)十分困難，因此海島地質(zhì)災(zāi)害越來越引起人們的重視[2—6]。中國(guó)是亞洲乃至世界上滑坡災(zāi)害最為嚴(yán)重的地區(qū)之一且呈逐年加重的趨勢(shì)[7—12]，海島上的海岸滑坡也層出不窮。海岸滑坡是指坡度較陡的海岸巖土體在重力以及降水、地震、海浪和人為活動(dòng)等作用下沿滑動(dòng)面發(fā)生整體滑動(dòng)的現(xiàn)象，與陸域滑坡相比海岸滑坡往往受到波浪、潮流等水動(dòng)力條件的影響，而一旦發(fā)生滑塌則不僅能造成海岸后退，規(guī)模巨大的滑坡有時(shí)還會(huì)形成涌浪，致使岸邊人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)受到破壞。我國(guó)海島以基巖島為主，2012年在我國(guó)82個(gè)典型海島地質(zhì)災(zāi)害普查中發(fā)現(xiàn)，滑坡災(zāi)害是最多的，其中的66個(gè)島上共發(fā)現(xiàn)381處滑坡，且全部分布在基巖島上[13]。雖然目前大陸上的滑坡地質(zhì)災(zāi)害研究較為豐富，但是關(guān)于海岸滑坡特別是海島滑坡的研究和關(guān)注度相對(duì)較少，監(jiān)測(cè)技術(shù)手段也相對(duì)較為單一，較為缺乏海島滑坡地質(zhì)災(zāi)害成因機(jī)制及其影響因素的研究。因此，本文基于多種監(jiān)測(cè)手段獲取的滑坡體數(shù)據(jù)，對(duì)北長(zhǎng)山島海岸滑坡的成因機(jī)制和演化趨勢(shì)進(jìn)行分析，為進(jìn)一步豐富海島地質(zhì)災(zāi)害理論和科學(xué)防災(zāi)減災(zāi)提供研究基礎(chǔ)和理論支持。

2　數(shù)據(jù)來源和研究方法

本文依托海洋公益性行業(yè)專項(xiàng)課題“我國(guó)典型海島地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)及預(yù)警示范研究”，建立了由實(shí)時(shí)性和周期性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成的北長(zhǎng)山島海岸滑坡監(jiān)測(cè)與預(yù)警體系[14—15]。實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用恒張力位移傳感器[16]和地表位移計(jì)測(cè)量滑坡體滑動(dòng)速率通過中國(guó)移動(dòng)實(shí)時(shí)傳輸?shù)筋A(yù)警系統(tǒng)；周期性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包含傳統(tǒng)方式、探地雷達(dá)、無人機(jī)遙感、三維激光掃描和氣象指標(biāo)監(jiān)測(cè)等方式，以2次/年為基本頻率，暴雨期或滑動(dòng)速率加劇期增加監(jiān)測(cè)頻次；數(shù)據(jù)處理采用ArcGIS、Geomagic等軟件和ABAQUS有限元計(jì)算平臺(tái)。自2012年3月監(jiān)測(cè)體系建立以來，通過獲取滑坡體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和形態(tài)變化數(shù)據(jù)，結(jié)合氣象指標(biāo)等誘發(fā)因素，掌握了滑坡體的成因機(jī)制及發(fā)展趨勢(shì)。

3　滑坡體演化特征

山東省北長(zhǎng)山島為基巖島，石英砂巖豐富，島上采石場(chǎng)非常發(fā)達(dá)[17]，原始落后的采石技術(shù)導(dǎo)致山體破裂十分嚴(yán)重，滑坡災(zāi)害頻發(fā)，對(duì)人民財(cái)產(chǎn)安全和海島旅游[18]造成嚴(yán)重威脅。該滑坡位于長(zhǎng)島縣北長(zhǎng)山島東南部山后村附近(圖1)，是自然因素與人為因素共同作用所造成的一個(gè)典型的巖質(zhì)滑坡，滑坡區(qū)整體寬度約320 m，平均高度80 m，平均坡度60°。北長(zhǎng)山島滑坡體分為南北兩個(gè)滑動(dòng)區(qū)，北側(cè)持續(xù)下滑，南側(cè)變化幅度相對(duì)較小。北側(cè)主滑坡體寬約100 m，高90 m，最大坡度為65°，2012年之前歷史垂向滑動(dòng)3.5 m，水平滑動(dòng)約4.0 m。頂部巖體開裂，發(fā)育3組呈拉開狀的平行于滑動(dòng)面的主裂縫，最大拉開寬度達(dá)2.5 m；南側(cè)滑坡體寬約80 m，高70 m，最大坡度為60°。

圖1　山東省北長(zhǎng)山島海岸滑坡位置圖Fig.1　Location of the study area in Beichangshan Island

3.1滑坡體區(qū)域高程變化

利用ArcGIS的空間減法分析功能，將北長(zhǎng)山島監(jiān)測(cè)區(qū)域的2013年8月無人機(jī)反演獲得的高程數(shù)據(jù)減去2012年6月無人機(jī)反演獲得的高程數(shù)據(jù)進(jìn)行空間網(wǎng)格差異分析，從而獲得兩期高程變化數(shù)據(jù)[19-20](圖2)。分析表明，滑坡體高程變化明顯，高程減小幅度在5.0～10.0 m的面積為1 326 m2，占統(tǒng)計(jì)區(qū)域的3.9%，主要分布在滑坡區(qū)北側(cè)及南側(cè)的部分區(qū)域，是原有完整山體被采挖后引起的；南部區(qū)域高程增大2.0～5.0 m，則是由于其周邊山體開挖后碎石堆積引起；高程減小幅度在1.0～5.0 m的面積較大，占統(tǒng)計(jì)區(qū)域的27.5%。統(tǒng)計(jì)表明，滑坡體整體高程持續(xù)減小，部分區(qū)域由于碎石堆積呈現(xiàn)高程增加的現(xiàn)象。

圖2　2012年6月到2013年8月北長(zhǎng)山島海岸滑坡三維高程變化分級(jí)圖Fig.2　Map of the landslide 3D changes in elevation from June 2012 to August 2013 of the Beichangshan Island

整體而言，該區(qū)域的采石開挖土方導(dǎo)致的山體滑坡、崩塌災(zāi)害比較嚴(yán)重，特別是在北側(cè)，其靠近山頂公路的部分邊坡出現(xiàn)滑移跡象，形成了一個(gè)V形裂縫。圖3和圖4為該滑坡體不同時(shí)期的無人機(jī)三維圖及實(shí)景圖，從圖中可明顯看出V形裂縫，V形裂縫頂部的寬度可達(dá)3.0 m，深度達(dá)2.0 m，為滑坡體頂部持續(xù)拉張所形成。

圖3　滑坡體不同時(shí)期的無人機(jī)遙感影像圖Fig.3　Unmanned aerial vehicle remote sensing figures of the landslide at different stages

3.2滑坡體形態(tài)變化

滑坡體形態(tài)變化特征是判斷滑坡體穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。2012年6月、11月、2013年3月、8月和2014年6月，在宏觀地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上，采用影像全站儀和三維激光掃描儀對(duì)該滑坡體形態(tài)(圖4)進(jìn)行了5次周期性的監(jiān)測(cè)并進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析和模型計(jì)算，詳細(xì)分析了滑坡體不同時(shí)期的形態(tài)變化特征(圖5)。

圖4　北長(zhǎng)山島主滑坡體形態(tài)Fig.4　Main-landslide of the Beichangshan Island

圖5　2012年6月至2014年6月北長(zhǎng)山島滑坡體形態(tài)變化特征Fig.5　Landslide evolution characteristic from June 2012 to June 2014 of Beichangshan Island

2012年6月至2012年11月，主滑坡體處于持續(xù)采石階段，但巖體基本處于穩(wěn)定狀態(tài)?；麦w形態(tài)變化幅度主要為-1.5～0 m，占總變化量的42%，下部碎石堆積最大挖取深度為10.0 m，巖壁凹洼處碎石滑落最大為5.0 m。根據(jù)三維模型計(jì)算結(jié)果，2012年6月和11月的選取范圍總方量分別為141 516 m3和132 680 m3(參考面高度為10.0 m)；其上部選取范圍總方量分別為37 878 m3和35 390 m3(參考面高度為40.0 m)。即總變化量為-8 836 m3，其中上部為-2 488 m3，下部為-6 348 m3。因此，2012年6-11月，主滑坡體變化特征主要為下部碎石堆積體的挖取造成上部碎石的持續(xù)滑落，而崖體則基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2012年11月至2013年3月，鑒于該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害較為嚴(yán)重，當(dāng)?shù)卣P(guān)閉了山后村采石場(chǎng)，但時(shí)有盜采現(xiàn)象發(fā)生。形態(tài)比較結(jié)果表明，主滑坡體基巖整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，山體上碎石堆積增多，下部碎石堆積體仍處于開挖階段?；麦w形態(tài)變化幅度主要為0～1.5 m，占總變化量的68%。根據(jù)三維模型計(jì)算結(jié)果，2012年11月和2013年3月的選取范圍總方量分別為132 680 m3和133 545 m3；其上部選取范圍總方量分別為35 390 m3和36 684 m3。即總變化量為865 m3，其中上部為1 294 m3，下部為-429 m3。因此，2012年11月至2013年3月，主滑坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)，變化特征主要是崩落碎石堆積于崖體，坡腳下碎石堆積體處于小規(guī)模開挖狀態(tài)。

2013年3-8月，該期間長(zhǎng)島縣遭受暴雨襲擊，僅在7月份就有23天在降雨，極端天氣造成滑坡體形態(tài)發(fā)生較大變化。形態(tài)比較結(jié)果表明，主滑坡體中部巖體崩塌滑落，上部巖體向外擴(kuò)張，山體和坡腳處碎石堆積增多?；麦w形態(tài)變化幅度主要為0～1.5 m，占總變化量的64%。其中崖體中部基巖崩塌厚度為1.0～2.0 m，上部巖體拉張寬度約1.0 m，碎石堆積厚度可達(dá)2.0 m以上(圖6)。根據(jù)三維模型計(jì)算結(jié)果，2013年3月和8月的選取范圍總方量分別為133 545 m3和134 938 m3；其上部選取范圍總方量分別為36 684 m3和36 824 m3。即總變化量為1 393 m3，其中上部為140 m3，下部為1 253 m3。因此，2013年3-8月，受極端降雨條件影響，主滑坡體處于滑崩狀態(tài)，變化特征主要是巖體上部持續(xù)向外擴(kuò)張，中部巖體崩塌，下部碎石堆積。

圖6　2013年3-8月滑坡體形態(tài)變化縱剖面圖Fig.6　Longitudinal section evolution of landslide from March to August in 2013

圖7　2012年6月至2014年6月滑坡體整體形態(tài)變化縱剖面圖Fig.7　Longitudinal section evolution of landslide from June 2012 to June 2014

圖8　滑坡體不同部位體積變化特征Fig.8　Volume fluctuations characteristics in different area of Beichangshan landslide

圖9　北長(zhǎng)山島滑坡體巖層內(nèi)部結(jié)構(gòu)探地雷達(dá)監(jiān)測(cè)圖Fig.9　Internal structure monitoring chart of the landslide by ground penetrating radar

2013年8月至2014年6月，處于禁采期，但同時(shí)下部山體遭人為開采現(xiàn)象仍十分嚴(yán)重?；麦w整體呈現(xiàn)緩慢下滑的趨勢(shì)，形態(tài)變化幅度主要為-1.3～0.2 m，占總變化量的88%。根據(jù)三維模型計(jì)算結(jié)果，2013年8月和2014年6月的選取范圍總方量分別為134 938 m3和131 470 m3；其上部選取范圍總方量分別為36 824 m3和36 882 m3。即總變化量為-3 468 m3，其中上部為58 m3，下部為-3 526 m3。因此，2013年8月至2014年6月，滑坡體處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，但整體仍呈現(xiàn)緩慢下滑的趨勢(shì)。

2012年6月至2014年6月，滑坡體的整體變化特征為主滑坡體總體變化幅度介于-4.0～0.5 m之間，主要變化幅度在-0.5～0.5 m之間；部分區(qū)域由于碎石開挖等可達(dá)10 m左右(圖7)?；麦w總體體積呈減小趨勢(shì)(圖8)，特別是2012年6-11月的采石期，采石量達(dá)到山體的6.2%。而進(jìn)入禁采期之后，其上部體積處于逐漸增大的趨勢(shì)，主要山體向外拉張的原因；而下部體積由于山體持續(xù)下滑和盜采的影響處于逐漸減少的趨勢(shì)。其中2013年8月下部體積增大，主要是因?yàn)楸┯暝斐缮喜可襟w擴(kuò)張加速，碎石大量滑塌形成。

4　海岸滑坡機(jī)制

根據(jù)對(duì)滑坡區(qū)地層內(nèi)部構(gòu)造和外部形態(tài)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，造成北長(zhǎng)山島滑坡地質(zhì)災(zāi)害較為嚴(yán)重的主要因素包括巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、人類采石活動(dòng)和極端天氣條件等3個(gè)因素。

4.1巖體內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定

北長(zhǎng)山島滑坡體內(nèi)部巖層結(jié)構(gòu)采用瑞典MALA探地雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)[21]，并輔以巖石取樣。結(jié)果表明，北長(zhǎng)山島以剝蝕山丘和海岸地貌為主要特征，丘陵和山脈多與地層走向一致。島陸起伏較大，基巖裸露，主要由石英巖砂、板巖和千枚巖組成。該滑坡體的變形破壞受巖體結(jié)構(gòu)控制，山體內(nèi)節(jié)理和裂隙發(fā)育，巖體破碎較為嚴(yán)重，內(nèi)部存在5～6條裂隙(圖9)，寬度均超過0.2 m，最大寬度達(dá)0.7 m；而板巖和層狀千枚巖為滑坡提供了極佳的滑動(dòng)面，兩者的共同作用成為導(dǎo)致滑坡發(fā)生的主要內(nèi)在因素。

4.2不合理的采石方式

北長(zhǎng)山島海岸滑坡均位于采石場(chǎng)內(nèi)，因采石活動(dòng)形成臨空面造成上部巖體失去支撐而產(chǎn)生滑坡或崩塌。當(dāng)?shù)氐牟墒顒?dòng)基本處于粗放式的無序開采狀態(tài)，采用的亦是簡(jiǎn)單粗暴的采石方式。采石場(chǎng)“充分和合理”地掌握并利用了北長(zhǎng)山島基巖的巖體結(jié)構(gòu)和巖體組成，在陡崖坡腳處向巖體內(nèi)部開挖，節(jié)理和滑動(dòng)面發(fā)育并較為破碎的上部巖體因失去支撐而崩塌滑落成碎石堆積后被采石場(chǎng)開挖(圖10)，之后再在新的基巖面坡腳繼續(xù)開挖，周而復(fù)始。采石活動(dòng)“簡(jiǎn)單高效”，日均采石量達(dá)到3 000 m3，對(duì)山體穩(wěn)定性造成了極大的破壞。特別是山后村采石場(chǎng)，巖層幾乎垂直于地面，下部坡腳開挖后，巖層沿滑動(dòng)面迅速滑塌，引起頂部和后部巖體破碎開裂，直接威脅山頂?shù)娘L(fēng)電機(jī)組及配套公路的安全。

圖10　北長(zhǎng)山島不合理的采石方式Fig.10　Unreasonable quarry operation in Beichangshan Island

4.3強(qiáng)降雨對(duì)滑坡體的影響

北長(zhǎng)山島海岸滑坡速率由布設(shè)的10只恒張力位移傳感器(A1～A10)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其中A5為中心監(jiān)測(cè)剖面(圖4)。北長(zhǎng)山島為北溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，降水量季節(jié)分布明顯，降水日數(shù)集中于7-8月份。監(jiān)測(cè)期間，2012年7月長(zhǎng)島縣的降雨量?jī)H為150.0 mm，2013年7月份，平均降水量461.6 mm，為歷年單月全市平均降水量最大值，2013年8月至2014年9月降雨量均相對(duì)較小。2012年7月該滑坡體變化特征主要為下部碎石堆積體的挖取造成上部碎石的持續(xù)滑落，而崖體則基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。2013年7月份的持續(xù)降雨導(dǎo)致滑坡體擴(kuò)張速率加大，其中，7月9-13日降雨量244.5 mm，導(dǎo)致滑坡滑動(dòng)55.0 mm；18-23日，降雨量103.7 mm，滑動(dòng)62.9 mm。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，滑坡滑動(dòng)距離與當(dāng)?shù)氐慕涤炅坑兄軓?qiáng)的正相關(guān)性(圖11)，即正常條件下，山后村滑坡處于滑動(dòng)的臨界狀態(tài)，在暴雨等極端條件下處于滑動(dòng)狀態(tài)，屬于小雨小滑、大雨大滑，直至結(jié)束的狀態(tài)[22—24]。因此，在禁止采石活動(dòng)后，強(qiáng)降雨成為滑坡發(fā)生的主要影響因素，而通過有限元模型計(jì)算可以獲得該滑坡體滑動(dòng)的降雨量預(yù)警值。

圖11　2013年7月滑坡體滑動(dòng)距離與降雨量關(guān)系圖Fig.11　Relationship between sliding distance and rainfall at July， 2013

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查巖體的完整程度、結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀與結(jié)合程度，收集相關(guān)的地形地貌、地質(zhì)剖面、巖體力學(xué)參數(shù)等資料，以ABAQUS為計(jì)算平臺(tái)[25]建立典型剖面的滑坡體有限元分析模型(圖12)，以有限元軟件的靜力分析不收斂作為邊坡整體失穩(wěn)的標(biāo)準(zhǔn)，利用有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算不同剖面的穩(wěn)定性安全系數(shù)[26—27]，主要計(jì)算公式如下：

圖12　基于中心剖面(A5)建立的滑坡體有限元模型Fig.12　Finite element model based on the central section (A5)

通過對(duì)2013年7月11至8月10日期間日降雨量與監(jiān)測(cè)位移的統(tǒng)計(jì)分析，可初步建立日降雨量與日位移增量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，基于得到的兩個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，即以監(jiān)測(cè)位移統(tǒng)計(jì)為依據(jù)的日降雨量與日位移增量關(guān)系和以有限元計(jì)算結(jié)果為依據(jù)的折減系數(shù)與位移關(guān)系，以位移為中間變量，把日降雨量引起的滑坡位移增量等同于因滑坡強(qiáng)度參數(shù)降低引起的位移增量，找到對(duì)應(yīng)的折減系數(shù)，從而建立了日降雨量與滑坡強(qiáng)度等效折減系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系(表1)。

表1　基于位移等效的日降雨量與等效折減系數(shù)及安全系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

表1中的日降雨量與滑坡強(qiáng)度折減系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系是一種基于位移等效的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即日降雨量對(duì)滑坡位移的綜合影響用滑坡強(qiáng)度參數(shù)的折減來代替，不同的折減系數(shù)等效對(duì)應(yīng)不同的日降雨量，把每一個(gè)折減系數(shù)對(duì)原始強(qiáng)度參數(shù)(表2)進(jìn)行折減，更新參數(shù)，其他參數(shù)與有限元計(jì)算模型不變，提交ABAQUS進(jìn)行有限元強(qiáng)度折減計(jì)算。以等效折減系數(shù)1.79為例，即當(dāng)日降雨量達(dá)32 mm時(shí)，按計(jì)算不收斂判據(jù)得到的滑坡安全系數(shù)Fs=1.19，安全系數(shù)大于1，滑坡是穩(wěn)定的(圖13，圖14)。對(duì)表1中的每一個(gè)等效折減系數(shù)都進(jìn)行上述的計(jì)算過程，得到不同日降雨量與滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)的關(guān)系：即隨著日降雨量的增加，滑坡的安全系數(shù)逐漸減小。在日降雨量0～22 mm范圍內(nèi)，安全系數(shù)對(duì)降雨比較敏感，安全系數(shù)降低較快；當(dāng)日降雨量大于22 mm，安全系數(shù)對(duì)降雨量反饋較慢，安全系數(shù)降低緩慢；當(dāng)日降雨量達(dá)到22 mm時(shí)，安全系數(shù)已降為1.25；當(dāng)日降雨量達(dá)到80 mm時(shí)，安全系數(shù)已降為1.05，此時(shí)滑坡已接近失穩(wěn)。

表2　計(jì)算采用的初始巖體物理力學(xué)參數(shù)

圖13　日降雨量32 mm時(shí)中心剖面在計(jì)算不收斂(Fs=1.19)時(shí)的總位移分布圖Fig.13　Displacement distribution when the calculation does not converge (Fs=1.19) of daily rainfall 32 mm

圖14　日降雨量32 mm時(shí)中心剖面在計(jì)算不收斂(Fs=1.19)時(shí)的最大主應(yīng)力分布圖Fig.14　Maximum principal stress distribution when the calculation does not converge (Fs=1.19) of daily rainfall 32 mm

綜上所述，北長(zhǎng)山島海岸滑坡在無降雨、坡腳開挖等誘發(fā)因素下，滑坡體穩(wěn)定安全系數(shù)均大于2.1，滑坡體相對(duì)穩(wěn)定。在無序的采石活動(dòng)得到有效遏制后，降雨成為促使滑坡體位移增加甚至失穩(wěn)的主要因素。依據(jù)計(jì)算結(jié)果與分析，在日降雨量0～22 mm范圍內(nèi)，安全系數(shù)對(duì)降雨比較敏感，安全系數(shù)降低較快；當(dāng)日降雨量大于22 mm，安全系數(shù)對(duì)降雨量反饋較慢，安全系數(shù)降低緩慢，當(dāng)日降雨量大于80 mm時(shí)滑坡體會(huì)發(fā)生失穩(wěn)。目前滑坡體頂部拉張形成的松散巖體已經(jīng)處于持續(xù)下滑的狀態(tài)，如無科學(xué)規(guī)劃和采取防治措施，該滑坡體整體下滑的趨勢(shì)將越來越明顯。

5　結(jié)論

(1)北長(zhǎng)山島海岸滑坡為巖質(zhì)滑坡，其變形破壞受巖體結(jié)構(gòu)控制，屬于極不穩(wěn)定的滑坡體。滑坡體處于持續(xù)滑坡狀態(tài)，總體表現(xiàn)為上部拉張，中部崩塌，下部下滑，滑坡體高程持續(xù)減小，部分區(qū)域由于碎石堆積高程有所增大。內(nèi)部節(jié)理和裂隙及千枚巖層的存在是滑坡的主要內(nèi)在因素，而人為采石和暴雨等極端條件是導(dǎo)致滑坡發(fā)生最重要的影響因素。其中滑動(dòng)距離與當(dāng)?shù)氐慕涤炅坑兄軓?qiáng)的正相關(guān)性，具有大雨大滑、小雨小滑的特點(diǎn)。

(2)滑坡體總體體積呈減小趨勢(shì)。2012年6-11月的采石期，采石量達(dá)到山體的6.2%，高程變化達(dá)5.0～10.0 m，采石活動(dòng)成為影響滑坡體穩(wěn)定的重要因素；在禁止采石后，強(qiáng)降雨成為滑坡體滑動(dòng)的主要誘發(fā)因素；2013年7月暴雨期造成滑坡體快速下滑，根據(jù)有限元計(jì)算分析表明，在日降雨量0～22 mm范圍內(nèi)，安全系數(shù)對(duì)降雨比較敏感，安全系數(shù)降低較快；當(dāng)日降雨量大于22 mm，安全系數(shù)對(duì)降雨量反饋較慢，安全系數(shù)降低緩慢，當(dāng)日降雨量大于80 mm時(shí)滑坡體會(huì)發(fā)生失穩(wěn)。

(3)北長(zhǎng)山島海岸滑坡在傳統(tǒng)地質(zhì)監(jiān)測(cè)方法的基礎(chǔ)上，采用位移傳感器、無人機(jī)遙感、三維激光掃描、探地雷達(dá)和氣象指標(biāo)監(jiān)測(cè)等多學(xué)科多技術(shù)手段建立的實(shí)時(shí)性和周期性監(jiān)測(cè)體系，可有效的應(yīng)用于監(jiān)測(cè)滑坡體形態(tài)變化特征及演化規(guī)律。

(4)海岸滑坡對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境和海島安全造成嚴(yán)重的影響，因此加強(qiáng)滑坡體的監(jiān)測(cè)與預(yù)警，合理規(guī)劃采石活動(dòng)，加強(qiáng)滑坡體的防治與治理。對(duì)采石活動(dòng)影響的山體需要科學(xué)研究和及時(shí)預(yù)判，提前制定防治計(jì)劃，防患于未然。對(duì)于已經(jīng)發(fā)生的滑坡體，應(yīng)制定治理計(jì)劃和實(shí)施方案，通過修建排水措施或者護(hù)坡等加固工程來治理滑坡帶來的危害。

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Formation mechanism and evolution of Beichangshan Island coast landslide in Shandong Province

Gao Wei1，2， Liu Lejun1，2， Liu Jie1，2， Xu Yuanqin1，2，Li Ping1，2，Li Peiying1，2， Xu Guangbo3

(1.KeyLaboratoryofMarineSedimentologyandEnvironmentalGeology，F(xiàn)irstInstituteofOceanography，StateOceanicAdministration，Qingdao266061，China; 2.LaboratoryforMarineGeology，QingdaoNationalLaboratoryforMarineScienceandTechnology，Qingdao266061，China; 3.HousingandUrbanandRuralConstructionBureau，Pingyi273300，China)

In this paper，the monitoring data of Beichangshan Island coast landslide from March 2012 are obtained from the periodical and real time monitoring and warning system， which was established combining techniques such as unmanned aerial vehicle remote sensing， ground penetrating radar， 3D laser scanner and displacement sensors. Beichangshan Island coastal landslide is located near Shanhou Village， Changdao County， Shandong Province. It is extremely unstable due to the steep quarry face formed by unreasonable operation. The existence of joints and cracks as well as phyllite strata is the main internal factor of the landslide. And the main external factor is extreme conditions such as artificially quarrying and heavy rains. The mountain body tends to downslide on the whole， with the top showing a tensional outward trend. The cumulative sliding distance is more than 30 cm and the change of altitude is about 5-10 cm. The sliding distance has a strong positive correlation with the precipitation (i.e. a large sliding during heavy rain and a minor sliding during a light rain). The landslide might be unstable when the daily rainfall is over 80 mm. Natural factors and human factors both lead to the occurrence of the Beichangshan Island landslide， which makes the island landslide study of great importance．

Beichangshan Island; coast landslide; monitoring and forewarning

2015-11-26；

2016-05-10。

國(guó)家自然科學(xué)基金(41206054)；我國(guó)典型海島地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)及預(yù)警示范研究(201005010)；國(guó)家基金委-山東省聯(lián)合基金項(xiàng)目(U1606401)。

高偉(1983—)，男，山東省陽信縣人，副研究員，主要從事海洋地質(zhì)與災(zāi)害地質(zhì)研究。E-mail：gaoweigeo@fio.org.cn

P642.22

A

0253-4193(2016)09-0100-10