張 鑄 華北水利水電大學(xué)，鄭州 450000

張華贊 遼寧省高速公路運(yùn)營(yíng)管理有限責(zé)任公司桃仙分公司，沈陽(yáng) 110169

1 邊坡滑坡變形及監(jiān)測(cè)機(jī)理研究

邊坡發(fā)生失穩(wěn)往往不是一種單一因素作用的結(jié)果，它是眾多因素耦合作用下產(chǎn)生的結(jié)果。從已有的大量資料可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)坡體發(fā)生滑坡時(shí)，多具備以下三種特征：周期性、地域性和階段性。而滑坡的形成則要經(jīng)歷災(zāi)害孕育期、災(zāi)害成長(zhǎng)期、災(zāi)害發(fā)生期，隨著災(zāi)害的不斷累積疊加，最后產(chǎn)生明顯的宏觀變形，引起山體滑坡。因此，從邊坡滑坡機(jī)理進(jìn)行研究，探尋滑坡發(fā)生的周期規(guī)律，對(duì)于邊坡滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警可以起到很好的幫助作用。

邊坡滑坡機(jī)理的研究由來(lái)已久。1963年，日本學(xué)者齋藤迪孝結(jié)合大量工程實(shí)踐，并通過(guò)滑坡數(shù)據(jù)綜合分析，提出了滑坡預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)公式法和滑坡預(yù)報(bào)圖解法，建立了齋藤迪孝預(yù)報(bào)模型。目前，這種方法經(jīng)過(guò)后期大量工程實(shí)踐的驗(yàn)證，已經(jīng)得到業(yè)界的廣泛認(rèn)同。按照齋藤法的理論原理，土體變形以蠕變?yōu)橹?，可分為三個(gè)階段：初始蠕變、等速蠕變、加速蠕變，以應(yīng)變速率為基本參數(shù)建立了加速蠕變微分方程。當(dāng)巖土性質(zhì)不同時(shí)，其蠕變曲線也不相同，但滑坡的位移—時(shí)間曲線與巖石的蠕變曲線整體上保持相同的變化趨勢(shì)。隨著滑坡數(shù)據(jù)的逐漸積累和數(shù)據(jù)模型以及計(jì)算速度的迅速提升，日本學(xué)者對(duì)齋藤公式進(jìn)行了改進(jìn)，以差分法和最小二乘法優(yōu)化了齋藤迪孝模型，使得滑坡預(yù)報(bào)精度得到大幅提高。

其中，S軸表示坡體累計(jì)位移；t軸表示坡體變形時(shí)間；t0表示坡體形成時(shí)間點(diǎn)；t1表示坡體初始變形轉(zhuǎn)為等速變形臨界時(shí)間點(diǎn)；t2表示坡體等速變形轉(zhuǎn)為加速變形臨界時(shí)間點(diǎn)；t3表示坡體加速變形轉(zhuǎn)為下滑前臨界時(shí)間點(diǎn)。

圖1 齋藤迪孝模型位移—時(shí)間曲線

結(jié)合長(zhǎng)期的工程實(shí)踐，邊坡滑坡監(jiān)測(cè)時(shí)，一般很難獲得全程變形曲線，需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察，判斷滑坡所處階段，更多是從變形開(kāi)始的某個(gè)時(shí)段、即曲線中某點(diǎn)開(kāi)始監(jiān)測(cè)。進(jìn)行短期預(yù)報(bào)時(shí)，工程中普遍采用等速蠕變資料進(jìn)行滑坡預(yù)測(cè)。根據(jù)齋藤迪孝模型理論經(jīng)驗(yàn)公式法，得到基于蠕變曲線的等速蠕變微分方程：

求得微分方程的解：

tc為預(yù)測(cè)滑坡時(shí)間；t1為初始變形和等速變形臨界時(shí)間點(diǎn)；t2為等速變形和加速變形臨界時(shí)間點(diǎn)。

進(jìn)行臨滑預(yù)報(bào)時(shí)，工程中普遍采用加速蠕變資料進(jìn)行滑坡預(yù)測(cè)。此時(shí)，在齋藤迪孝模型理論中，只存在加速變形階段曲線。通過(guò)位移曲線圖，即可預(yù)測(cè)滑坡發(fā)生的具體情況：（1）依據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，做出監(jiān)測(cè)位移曲線；（2）在曲線上隨機(jī)選擇兩個(gè)點(diǎn)，作出時(shí)間軸垂線，與T軸分別交于t1和t2；（3）以A為圓心，以t1和t2點(diǎn)水平間距一半為半徑作圓弧，分別交輔助線于M和M’；（4）過(guò)M’作縱軸垂線，與時(shí)間—位移曲線交于點(diǎn)B；（5）以A為圓心，以t1和t2點(diǎn)水平間距一半同t1和t3點(diǎn)水平間距一半的差值為半徑作圓弧，分別交輔助線于N和N’；（6）連接EN’并延長(zhǎng)線段，與直線M’B相交于點(diǎn)C；（7）過(guò)點(diǎn)C作T軸的垂線，交T軸于點(diǎn)tC，tC即為臨滑時(shí)間點(diǎn)。該方法開(kāi)創(chuàng)了世界滑坡預(yù)報(bào)的先河，被世界各國(guó)學(xué)者應(yīng)用和改進(jìn)，其中不乏成功案例。我國(guó)學(xué)者曾用此法反演過(guò)寶雞臥龍寺新滑坡和灑勒滑坡，結(jié)果比較滿意。其中，S軸表示累計(jì)位移；T軸表示時(shí)間。

圖2 齋藤迪孝模型圖解法滑坡預(yù)測(cè)曲線

2 滑坡地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警

2.1 變形監(jiān)測(cè)

公路邊坡監(jiān)測(cè)根據(jù)監(jiān)測(cè)內(nèi)容的不同，宜采用不同的監(jiān)測(cè)實(shí)施步驟，其基本流程相同，可分為五步進(jìn)行操作。第一步，實(shí)地踏勘、收集整理內(nèi)業(yè)資料，結(jié)合匯總數(shù)據(jù)對(duì)邊坡致災(zāi)因子、破壞形式、影響規(guī)模、成災(zāi)狀況合理分析，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性、危險(xiǎn)性進(jìn)行綜合評(píng)估；第二步，依據(jù)評(píng)估報(bào)告，確定滑坡變形監(jiān)測(cè)內(nèi)容及監(jiān)測(cè)項(xiàng)目；第三步，綜合考慮滑坡體危害性、經(jīng)濟(jì)以及技術(shù)可行性，選擇適用于公路邊坡坡體變形監(jiān)測(cè)的相關(guān)儀器；第四步，在公路邊坡的滑坡體上選擇合適的點(diǎn)位，布設(shè)固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合選用的監(jiān)測(cè)儀器確定監(jiān)測(cè)周期；第五步，調(diào)試數(shù)據(jù)收集和傳輸系統(tǒng)，對(duì)于公路施工和運(yùn)營(yíng)階段，可采用無(wú)線傳輸設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)收集技術(shù)，做到監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)有效。

2.2 滑坡預(yù)警

公路邊坡滑坡預(yù)警有廣義和狹義之分。僅從狹義預(yù)警角度對(duì)發(fā)生的坡體變形災(zāi)害做出警報(bào)?；骂A(yù)警從宏觀角度講，是一個(gè)集成體系，由公共管理部門(mén)借助于先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，充分調(diào)動(dòng)公眾參與，達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的。通常以邊坡變形量、變形速率結(jié)合齋藤迪孝模型，進(jìn)行綜合評(píng)估，提出監(jiān)測(cè)預(yù)警閾值。不同地質(zhì)狀況的坡體，通常預(yù)警閾值均不相同，需要根據(jù)理論模型、設(shè)計(jì)規(guī)范、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)綜合設(shè)置。

變形速率預(yù)警值：為避免不同人采用不同的坐標(biāo)，將變形曲線豎坐標(biāo)改造為時(shí)間量綱，以切線角表示變形速率。

切線角

初加速階段：45°＜切線角＜80°；中加速階段：80°≤切線角＜85°；臨滑階段：切線角≥85°；下滑前：切線角≈89°。

2.3 應(yīng)急預(yù)案

應(yīng)急預(yù)案，是指針對(duì)潛在發(fā)生的各種事故，提前制定行之有效的救援計(jì)劃或方案，做好定期演練的工作籌備，應(yīng)不大于3年對(duì)應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行更新修改一次。應(yīng)急預(yù)案是一種高效有序的管理方案，對(duì)于處置突發(fā)事件具有很強(qiáng)的針對(duì)性，對(duì)于降低人員傷亡和減少經(jīng)濟(jì)損失具有較為明顯的作用。

表1 預(yù)警分類(lèi)及警戒值判別