劉傳正

(自然資源部地質(zhì)災(zāi)害技術(shù)指導(dǎo)中心，北京 100081，中國)

0 引 言

自1960年代日本學(xué)者齋藤(Saito，1965，1969)根據(jù)土體蠕變試驗(yàn)建立滑坡預(yù)測預(yù)報(bào)模型以來，基于變形數(shù)據(jù)開展滑坡預(yù)測預(yù)報(bào)的模型方法已有數(shù)十種(李秀珍等，2003)。遺憾的是，學(xué)術(shù)界對于滑坡預(yù)測預(yù)報(bào)物理基礎(chǔ)的探索卻缺乏實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步。可能的原因是，齋藤模型是滑坡一定會發(fā)生的情況，學(xué)界數(shù)十年工作的重點(diǎn)就是如何預(yù)測滑坡發(fā)生的準(zhǔn)確時間。事實(shí)上，處于開放的地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)中的滑坡孕育與發(fā)展隨著外界因素的變化而表現(xiàn)出鮮明的階段性、抑制性、恢復(fù)性或弛豫期，滑坡預(yù)測需要基于滑坡邊界條件、成分結(jié)構(gòu)、初始條件和激發(fā)因素作用等的時空變化進(jìn)行更全面的考量。本文把滑坡累積變形-時間曲線劃分為失穩(wěn)突發(fā)型、階躍演進(jìn)型和緩變趨穩(wěn)型，并分別探討其物理本質(zhì)及其可能的轉(zhuǎn)化關(guān)系，意在開拓思維，走出齋藤曲線的束縛或局限，以更開闊的視野開展滑坡預(yù)測預(yù)報(bào)，服務(wù)防災(zāi)減災(zāi)。

巖土體沿著某個界面蠕動變形直至滑坡發(fā)生的過程基本符合齋藤曲線型式，即斜坡從出現(xiàn)變形到最終失穩(wěn)破壞一般會經(jīng)歷初始啟動(第Ⅰ階段)、等速變形(第Ⅱ階段)和加速變形(第Ⅲ階段)等3個階段(圖1)。許強(qiáng)等(2008)基于齋藤曲線做出了精細(xì)的滑坡預(yù)警研究與應(yīng)用成果，把齋藤曲線的第Ⅲ階段(加速變形)細(xì)分為初加速、中加速和加加速3個亞階段，并給出了以切線角為代表的一系列預(yù)警判據(jù)標(biāo)準(zhǔn)(許強(qiáng)，2020)。

圖1 滑坡變形發(fā)展的3階段(Saito，1969)Fig.1 Three stages of deformation and failure in landslide(Saito，1969)

任何巖土體蠕變破壞直至失穩(wěn)都會經(jīng)歷啟動、發(fā)展、加速的過程，從蠕變試驗(yàn)的齋藤曲線推及到巖土體滑坡的預(yù)測預(yù)報(bào)，只是模型上更復(fù)雜而已。根據(jù)巖土試驗(yàn)和滑坡案例的變形-時間曲線研究，許強(qiáng)(2012)，許強(qiáng)等(2020)將滑坡分為突發(fā)型、漸變型、穩(wěn)定型3類，并給出了產(chǎn)生這3類變形行為的巖土體蠕變力學(xué)條件(圖2)。

圖2 巖土體蠕變曲線簇(許強(qiáng)等，2020)Fig.2 Sets of creep curves of rock and soiland the mechanic conditions(from Xu et al.，2020)

許強(qiáng)(2012)描述了穩(wěn)定型、漸變型和突發(fā)型3類滑坡的基本特征。突發(fā)型滑坡主要發(fā)生于臨空條件和滑移條件較好的巖質(zhì)斜坡中，滑坡失穩(wěn)破壞經(jīng)歷的時間往往要比漸變型滑坡短，滑坡發(fā)生前總位移量一般小于漸變型滑坡，但其臨界位移速率又往往大于漸變型滑坡。漸變型滑坡主要發(fā)生于松散土質(zhì)斜坡，或滑動條件不好但具有時效變形特征的巖質(zhì)斜坡中，滑坡的孕育和演化一般需經(jīng)歷長時間的變形與應(yīng)變能的積累。穩(wěn)定型滑坡主要發(fā)生于穩(wěn)定性相對較好，但當(dāng)其遭受某種外界因素(如降雨、人類工程活動、地震等)作用時，斜坡會突然出現(xiàn)明顯的變形和地面開裂的情形，隨著外界影響因素的衰減和消失，斜坡在自重作用下又逐漸恢復(fù)其原有的狀態(tài)，一定時間后變形會逐漸停止。

應(yīng)該說，這些認(rèn)識是具有啟發(fā)意義的。單就累積變形曲線而論，圖2中的漸變型、突發(fā)型可以歸為一類，兩者的區(qū)別僅在于等速變形階段的長短或監(jiān)測捕獲變形數(shù)據(jù)的時間點(diǎn)，但總體特征都是滑坡一旦啟動，就會完成滑坡過程。

1 滑坡累積變形曲線類型

除某些特殊時機(jī)、特定環(huán)境的日月引潮力作用外，崩塌、滑坡、泥石流(按流體考慮)、地面塌陷等的發(fā)生主要是地球重力作用的失衡，造成失衡的因素包括自然作用與人為活動。自然作用包括各種自然作用的累積效應(yīng)、降雨、地震和凍融引發(fā)作用，人為活動包括切坡、開挖、堆載、水位升降、灌溉和爆破等(劉傳正，2014)?；诙嗄觊_展地質(zhì)災(zāi)害防治研究和公共管理技術(shù)支撐的體驗(yàn)，根據(jù)滑坡作用因素、時間和強(qiáng)度等，崩塌滑坡的累積變形-時間曲線可以劃分為失穩(wěn)突發(fā)型、階躍演進(jìn)型和緩變趨穩(wěn)型3類，如此可能更符合實(shí)際的滑坡動態(tài)發(fā)展演化歷程，也更有利于服務(wù)地質(zhì)災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警、綜合防治和應(yīng)急響應(yīng)工作(圖3)。

圖3 滑坡累積變形的3種演變類型Fig.3 Three types of displacement-time curves in landslide evolution

1.1 失穩(wěn)突發(fā)型

失穩(wěn)突發(fā)型滑坡累積變形-時間曲線顯示持續(xù)上升梯度變陡特征，即滑坡必定發(fā)生?；乱唤?jīng)啟動，第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ階段接續(xù)出現(xiàn)，或發(fā)現(xiàn)滑坡活動并進(jìn)行監(jiān)測之時滑坡動態(tài)已進(jìn)入第Ⅱ階段甚至第Ⅲ階段。一般意義上，突發(fā)型滑坡具有災(zāi)變性或不可逆轉(zhuǎn)的特性，沒有足夠強(qiáng)度的外界干預(yù)滑坡是一定會發(fā)生的。應(yīng)對突發(fā)型滑坡的正確對策就是提前撤離，除非必要與可能兼?zhèn)涞那樾危趴紤]采取緊急處置措施阻止滑坡的發(fā)生。

就長時間尺度看問題，很多滑坡似乎都顯示突發(fā)型(齋藤型)特征，但細(xì)化到一個階段或一個年度分析，則發(fā)現(xiàn)滑坡累積變形都存在階梯式上升演進(jìn)的特點(diǎn)，曲線的臺階期即緩變期就是防治的機(jī)會，問題是能否被把握。

1.2 階躍演進(jìn)型

階躍演進(jìn)型滑坡累積變形-時間曲線顯示階躍式上升與平緩交替出現(xiàn)的特征，未來可能演化為滑坡發(fā)生，也可能轉(zhuǎn)向穩(wěn)定狀態(tài)。滑坡經(jīng)歷第Ⅰ、Ⅱ階段后進(jìn)入一個相對穩(wěn)定期或顯著的減速階段，變形曲線出現(xiàn)平緩臺階，且類似的變形特征可能經(jīng)歷多個周期而不進(jìn)入第Ⅲ階段。階躍型滑坡具有可逆性，如果具有治理的必要性和可行性，可以抓住主滑面強(qiáng)度恢復(fù)和外界因素作用減弱的時機(jī)，人為干預(yù)阻止滑坡的發(fā)生。平緩(臺階)段是外因如地下水作用的減弱、消退或滑帶和滑體巖土強(qiáng)度的部分恢復(fù)時期，而變形曲線躍升段則可能是水庫水位上升、冰雪消融滲流或降雨滲流引起的地下水位升高及孔隙水壓力增大時期。

因此，階躍型滑坡活動發(fā)展的結(jié)局有兩種：一是在自然因素弱化或人為干預(yù)作用下，滑坡變形趨緩段或減速階段顯著加長，滑坡演進(jìn)運(yùn)動趨勢轉(zhuǎn)變?yōu)榫徸冓叿€(wěn)，即進(jìn)入圖3中B1狀態(tài)；二是周期性的累積變形持續(xù)性地降低巖土強(qiáng)度，后來的躍階越來越高，但趨緩段越來越短，最終進(jìn)入第Ⅲ變形階段而發(fā)生滑坡，或某一時段外界作用因素急劇增大而使變形急劇演進(jìn)導(dǎo)致滑坡發(fā)生，階躍型轉(zhuǎn)變?yōu)橥话l(fā)型(齋藤型)，即進(jìn)入圖3中B2狀態(tài)。

1.3 緩變趨穩(wěn)型

緩變趨穩(wěn)型滑坡累積變形-時間曲線顯示逐漸平緩梯度變小趨零的特征，即滑坡經(jīng)歷等速變形后逐漸減速直至轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬Ψ€(wěn)定狀態(tài)?；陆?jīng)歷第Ⅰ、Ⅱ階段后滑速逐漸降低，滑坡活動進(jìn)入相對平靜期，且不出現(xiàn)再次加速的情形，即保持圖3中C1狀態(tài)。趨穩(wěn)型滑坡的出現(xiàn)一是自然作用或人為活動的強(qiáng)度及持續(xù)時間未達(dá)到巖土體發(fā)生整體運(yùn)動的程度，二是處于階躍階段的滑坡因工程治理而變得穩(wěn)定的效果顯現(xiàn)。自然，由于滑坡邊界條件、初始條件急劇改變，或外界超強(qiáng)激發(fā)因素，如強(qiáng)烈地震、降雨滲流或開挖堆載施加作用，趨穩(wěn)型滑坡也可能會轉(zhuǎn)變?yōu)殡A躍型滑坡，即進(jìn)入圖3中C2狀態(tài)。

1.4 突發(fā)型、階躍型和趨穩(wěn)型滑坡轉(zhuǎn)化關(guān)系

突發(fā)型、階躍型和趨穩(wěn)型3類滑坡動態(tài)在一定條件下是可以逐次轉(zhuǎn)化的。一般地，滑坡由突發(fā)型向階躍型乃至趨穩(wěn)型方向轉(zhuǎn)變是困難的，且人工干預(yù)的代價(jià)可能是高昂的。反之，滑坡由趨穩(wěn)型向階躍型乃至突發(fā)型方向轉(zhuǎn)變卻可能是相對容易的，只要遭遇或引發(fā)滑坡狀態(tài)改變的自然、人為因素足夠大。人類努力的方向是極力阻止或避免滑坡趨穩(wěn)型向階躍型乃至突發(fā)型轉(zhuǎn)變，而對滑坡由突發(fā)型向階躍型乃至趨穩(wěn)型轉(zhuǎn)變因代價(jià)高昂，特別是對于進(jìn)入失穩(wěn)狀態(tài)的快速變化者，全面撤離或應(yīng)急避險(xiǎn)是為上策。

2 累積變形曲線之滑坡案例

2.1 失穩(wěn)突發(fā)型滑坡

失穩(wěn)突發(fā)型滑坡臨災(zāi)時間預(yù)報(bào)的探索是學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)之一，尤其是事后的建模與模擬外推出現(xiàn)了大量的研究成果，使該類滑坡的理論認(rèn)識逐漸深化。突發(fā)型滑坡累積位移曲線與變形速率曲線形態(tài)具有相似形態(tài)。

隴海鐵路西寶段臥龍寺新滑坡是1955年8月18日黃土塬邊大滑坡東部的部分復(fù)活。1971年3月11日開始出現(xiàn)新滑坡裂縫，同年3月11日開始打樁觀測，5月5日3時15分發(fā)生滑坡，造成28人死亡。歷時66d的監(jiān)測結(jié)果顯示了滑坡逐漸加速變形，具有典型的齋藤曲線特征(圖4)(陳建勝等，2013)。

圖4 臥龍寺新滑坡發(fā)展過程曲線(陳建勝等，2013)Fig.4 Displacement-time curve of new landslide in Wolongsi(from Chen et al.，2013)

1988年1月10日18時37分，重慶巫溪縣大寧河上游西溪河左岸中陽村滑坡造成26人遇難，7人受傷?；掳l(fā)展過程是后緣拉裂縫逐漸擴(kuò)大，上部巖體拉裂縫的擴(kuò)展滯后于下部巖體的快速下沉。1985年以來的危巖體變形開裂監(jiān)測顯示，斜坡巖體一旦進(jìn)入加速變形階段，滑坡位移速率-時間曲線具有類似齋藤曲線的特征(滿作武，1991)。

類似的，1994年春季冰雪凍融，甘肅永靖黑方臺黃茨滑坡變形加劇，黃土與泥巖接觸層面發(fā)育為剪切滑移面，上部土體中形成貫通性拉張裂縫。1995年1月30日2時30分，黃茨滑坡整體滑動，滑坡變形累積曲線具有典型的失穩(wěn)突發(fā)型特征(吳瑋江等，2006)。

2.2 階躍演進(jìn)型滑坡

就滑坡的完整發(fā)展歷史而論，階躍演進(jìn)型滑坡是比較普遍的類型，水庫水位周期性漲落變化或年度降雨變化，乃至季節(jié)性凍融都會造成滑坡累積變形在水動力作用下出現(xiàn)階躍式上升與臺階式緩慢蠕變交替出現(xiàn)的情形。

長江三峽庫區(qū)樹坪滑坡每年秋季水位從145m向175m上升時滑坡變形曲線緩慢上升，每年春季水位從175m向145m回落時變形曲線出現(xiàn)一個明顯的快速增長臺階，整個變形曲線表現(xiàn)出“階躍式”變化特征(圖5)。水位上升時滑坡體內(nèi)地下水位升高，孔隙水壓力增加，滑動帶抗剪強(qiáng)度減小，不利于滑坡體穩(wěn)定，但初始階段自外向內(nèi)的滲透壓力和坡面水壓力也會暫時性的有利于滑坡穩(wěn)定。水庫水位消落特別是水位驟降過程中，滑坡體內(nèi)地下水位下降滯后于水庫水位消落，造成斜坡內(nèi)部的地下水滲透力或暫態(tài)孔隙水壓力指向岸坡之外，顯著不利于滑坡體穩(wěn)定，向外的動水壓力與滑坡巖土體下滑力具有更大的耦合作用效應(yīng)。降雨滲流軟化和水庫水位下降兩個因素同時出現(xiàn)時，迭加耦合效應(yīng)會使水庫滑坡活動幅度顯著增大。2007年、2008年和2009年主汛期，滑坡累積位移出現(xiàn)明顯的上升階梯(劉傳正等，2020)。

圖5 長江三峽水庫水位變動與樹坪滑坡累積位移及降雨量關(guān)系Fig.5 Regional rainfalls and cumulative displacements of Shuping landslide，water fluctuation of Three Gorges reservoir in Changjiang River

一般認(rèn)為，1985年6月12日3時45分發(fā)生的長江三峽新灘滑坡具有初始蠕變、勻速蠕變和加速蠕變的階段性特征(齋藤曲線)。細(xì)化分析發(fā)現(xiàn)，滑坡累積位移曲線更多地表現(xiàn)為階梯式演進(jìn)的特征。這種演進(jìn)一方面取決于滑坡整體強(qiáng)度隨時間的損失，另一方面則與年度降雨的周期性累積損傷存在明確關(guān)系。根據(jù)作者的親身經(jīng)歷(中國地質(zhì)報(bào)，1985年第224號)和王尚慶等(1998)發(fā)表的數(shù)據(jù)，重新整理新灘滑坡最典型的A3點(diǎn)監(jiān)測曲線，發(fā)現(xiàn)該點(diǎn)1979年下半年滑坡啟動，曲線出現(xiàn)第一個階梯，此后總體平穩(wěn)。1982年下半年出現(xiàn)劇變，曲線出現(xiàn)第二個更高的階梯，此后再次總體平穩(wěn)。1983年上半年和1984年上半年的緩變時段比之前明顯縮短，下半年變形速率均出現(xiàn)直線上升，1985年上半年沒有出現(xiàn)緩和段直接發(fā)展為整體大滑坡。也就是說，無論1985年降雨如何，滑坡都會進(jìn)入全面滑移模式，而不會等待汛期降水的再次激發(fā)作用(圖6)。

圖6 新灘滑坡A3點(diǎn)累積位移、月位移監(jiān)測曲線Fig.6 Cumulative displacement curve and velocity in a month at A3 monitoring point in Xintan landslide

從變形速度分析，A3點(diǎn)月位移速度在1979年9月、10月分別為336.3mm、161.3mm，標(biāo)志著滑坡的全面啟動。1980～1982年整體平穩(wěn)低速發(fā)展，1982年下半年再次出現(xiàn)高速發(fā)展，1983年下半年高速演進(jìn)且數(shù)據(jù)跳動劇烈，1984年下半年以后位移速率雖有變動但維持中高速率持續(xù)發(fā)展，直至1985年6月發(fā)生整體大滑坡。值得注意的是，1980～1982年上半年、1983年上半年、1984年上半年、1985年春季，幾個時段的滑坡緩變期依次縮短，緩變期的最小速率依次增大，說明滑坡逐漸進(jìn)入整體運(yùn)動模式，汛期降雨滲流的滯后效應(yīng)越來越明顯，或者說滑坡運(yùn)動對即時降雨的響應(yīng)越來越不明顯，而進(jìn)入全面破壞階段。

2.3 緩變趨穩(wěn)型滑坡

緩變趨穩(wěn)型滑坡的出現(xiàn)一是自然外力的解除使滑坡發(fā)展失去后繼動力而逐漸趨于穩(wěn)定，二是滑坡前緣自然阻擋或工程干預(yù)使滑坡發(fā)展受到抑制而逐漸穩(wěn)定。

鏈子崖T8～T12縫段危巖體的位移或形變監(jiān)測結(jié)果在施工前、施工過程中和竣工后等3個階段表現(xiàn)出明顯不同的特點(diǎn)，且符合地質(zhì)環(huán)境和工程狀態(tài)條件，反映了蠕動變形、工程施工擾動和防治工程治理效果(劉傳正等，2006；劉傳正，2009)。1995年以前，危巖體基本等速蠕動發(fā)展。1996～1999年8月治理工程施工期間，危巖體動態(tài)受到施工擾動影響，在持續(xù)變形的背景下出現(xiàn)跳躍性變化。1999年9月工程竣工后，宏觀地質(zhì)巡查未發(fā)現(xiàn)明顯的變形跡象，深大裂縫的相對位移變化趨于逐年減弱，危巖體變形動態(tài)調(diào)整逐漸趨于穩(wěn)定，證明了危巖體治理工程效果顯著(圖7)。

圖7 鏈子崖T9～T11 縫間危巖體1994～2004年間位移變化曲線Fig.7 Cumulative displacement curves from 1994 to 2004 in T9～T11 rockmass in Lianziya

2.4 滑坡失穩(wěn)、階躍到趨穩(wěn)的轉(zhuǎn)化

撫順西露天礦南幫滑坡是一個巨型順層滑動的滑坡，降水滲流和前緣開挖導(dǎo)致抗滑力和前緣支撐力弱化使滑坡啟動并緩慢長距離運(yùn)動，中下部和兩側(cè)阻滑、礦坑底部前緣填方壓力及北幫抵擋反力作用，逐步抑制了滑坡的運(yùn)動態(tài)勢和沖擊作用，是實(shí)現(xiàn)滑坡“軟著陸”的典型案例。

圖8 撫順西露天礦南幫滑坡E400(J16)、E1200(J07)剖面監(jiān)測點(diǎn)累積位移-時間曲線Fig.8 Cumulative displacement curves in E400(J16) and E1200(J07)monitoring lines at Nanbang landslide of West open pit in Fushun

2.4.1 失穩(wěn)突發(fā)階段

2.4.2 階躍演進(jìn)階段

2014年10月～2016年10月出現(xiàn)平緩階梯式上升，E400和E1200測線的最大累積位移分別達(dá)到96m、75m。2014年底水平速率回落到80～110mm·d-1，滑坡速率多次波動但并未出現(xiàn)急劇加速現(xiàn)象，說明變形趨勢逐漸受到抑制。汛期、非汛期加速與減速交替，變形曲線多次階梯性抬升。2015年汛期最大水平變形速率可達(dá)92.59mm·d-1，后速率呈波動性回緩。2016年主汛期再次出現(xiàn)變形高峰值，水平速率分別達(dá)80mm·d-1和150mm·d-1，但持續(xù)時間短。2017年以來降雨影響明顯減弱，平均速率在10～20mm·d-1之間波動。對應(yīng)地，平均垂直變形速率與水平變形速率幾乎具有完全類似的特點(diǎn)。

2.4.3 緩變趨穩(wěn)階段

滑坡西部觀禮臺測點(diǎn)的監(jiān)測結(jié)果與中東部的變形強(qiáng)度、時間分布具有高度一致性，但總體上滑坡西部(觀禮臺)的變形速率和變形量大于中部區(qū)(E400)，更大于東部區(qū)(E1200)。

3 滑坡預(yù)測預(yù)報(bào)問題

3.1 滑坡變形的物理本質(zhì)

齋藤曲線反映的是巖土體破壞從啟動到進(jìn)入不可逆的破壞發(fā)展?fàn)顟B(tài)的3個階段。第Ⅰ階段啟動后出現(xiàn)減速現(xiàn)象只是激發(fā)巖土體破壞的自然或人為作用能量釋放高峰過后的緩解，此后進(jìn)入似線性的持續(xù)破壞第Ⅱ階段。第Ⅱ階段完整出現(xiàn)可能是地下水軟化作用使滑動帶的強(qiáng)度沒有恢復(fù)甚至有所降低，巖土體滑動面上的有效應(yīng)力在第Ⅰ階段后再未提升到滑坡啟動前的狀態(tài)。進(jìn)入第Ⅲ階段，巖土體破壞的完整邊界條件已經(jīng)形成，巖土體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步解體，初始條件進(jìn)一步惡化，巖土體變形破壞進(jìn)入不可逆的指數(shù)型的持續(xù)增長階段，直至最后崩塌或滑坡發(fā)生。

秦四清等(2010)提出，斜坡失穩(wěn)的臨界位移與加速蠕變起點(diǎn)的位移和鎖固段數(shù)量有關(guān)，與斜坡的具體破壞機(jī)制和環(huán)境因素?zé)o關(guān)。據(jù)此，作者建立了鎖固段臨界位移準(zhǔn)則，認(rèn)為單鎖固段主要表現(xiàn)為斜坡的脆性破壞，如巖崩、滾石和巖體傾倒破壞；多鎖固段表現(xiàn)為斜坡的蠕變破壞，如巖滑、堆積層滑坡、黃土滑坡等。這樣的理論探索具有啟發(fā)意義，但顯然把崩塌滑坡問題看成了孤立的靜態(tài)封閉系統(tǒng)。因?yàn)槿绮豢紤]外界因素的再次輸入激發(fā)作用，巖土體多鎖固段的破壞將可能不再出現(xiàn)，除非巖土體已進(jìn)入不可逆的破壞發(fā)展?fàn)顟B(tài)。若是后者，第二或更多鎖固段的破壞也就不存在了。

無疑地，巖土體初始破壞階段(齋藤曲線第Ⅰ階段)是存在未連通的鎖固段的。進(jìn)入等速變形的齋藤曲線第Ⅱ階段，理論上滑動帶已經(jīng)形成貫通，這個階段出現(xiàn)“鎖固”只是內(nèi)外引發(fā)因素作用減弱或弛豫期結(jié)束，部分滑動帶的強(qiáng)度得以恢復(fù)，孔隙水壓力降低導(dǎo)致有效應(yīng)力增加造成滑坡某些地段應(yīng)力集中或稱之為“鎖固”，宏觀上表現(xiàn)為變形減緩。進(jìn)入齋藤曲線第Ⅲ階段，斜坡失穩(wěn)加速變形向臨界位移挺進(jìn)，滑坡必然發(fā)生成為不可逆了，自然也就不存在“鎖固段”，而滑坡時間預(yù)報(bào)主要是這個階段。

斜坡巖土體重力作用失衡是對自然或人為作用加卸載的響應(yīng)，或多種作用的響應(yīng)。滑坡及其所處環(huán)境是時刻與外界存在密切聯(lián)系的物質(zhì)與能量交換的開放系統(tǒng)。初始條件是基礎(chǔ)狀態(tài)，邊界條件改變巖土體力學(xué)平衡，激發(fā)條件造成滑坡內(nèi)部應(yīng)力變化調(diào)整，成分結(jié)構(gòu)決定應(yīng)力調(diào)整的時空分布和程度范疇。

周翠英等(2019)指出，在滲流-化學(xué)-損傷效應(yīng)共同作用下，滲流作用會加速巖體軟化進(jìn)程，化學(xué)作用加速裂隙-孔隙損傷的發(fā)展，反過來促進(jìn)滲流及化學(xué)作用。軟巖軟化后可承受的極限應(yīng)變能量減少，也就降低了巖體強(qiáng)度并引發(fā)損傷。侯康明等(1995)指出，地質(zhì)塊體運(yùn)動方式可分為穩(wěn)定滑動和不穩(wěn)定滑動，前者滑動過程中沒有應(yīng)力降，如滑坡等速或蠕變滑動階段，后者滑動過程中伴隨有周期性的應(yīng)力降，實(shí)際滑坡是蠕滑與黏滑交織共存，只是不同階段占主導(dǎo)者不同。

薛果夫等(1988)研究認(rèn)為，降雨能否引發(fā)新灘大滑坡不僅要考慮滑坡的成分結(jié)構(gòu)、邊界條件和降雨自身的強(qiáng)度及持續(xù)作用時間，還要考慮滑坡演化的歷史階段。在滑坡發(fā)展條件尚未成熟時，久雨暴雨不一定造成斜坡整體滑動，但隨著變形的發(fā)展和巖土體的損傷，引發(fā)滑坡的降雨量會越來越小。在斜坡變形的最后階段，具有形成地下水活動的一般降雨也可能引發(fā)大滑坡。因此，不同地質(zhì)環(huán)境條件，不同類型的滑坡，甚至同一滑坡的不同發(fā)展階段，引發(fā)大滑坡的“臨界降雨量”是不同的，隨著變形階段的階躍式演進(jìn)，引發(fā)滑坡劇烈變形的臨界降雨量會越來越小，滑坡變形的間歇期或緩變期也會越來越短，直至不可逆的進(jìn)入失穩(wěn)突發(fā)狀態(tài)，即齋藤曲線第Ⅲ階段。

實(shí)際上，滑坡變形動態(tài)是依賴于斜坡巖土體的成分結(jié)構(gòu)、邊界條件、初始條件和地下水活動等決定巖土體強(qiáng)度、應(yīng)力集中和有效應(yīng)力的變化，正確的技術(shù)路線應(yīng)是考慮時間、空間和強(qiáng)度三要素的變形控制論與強(qiáng)度控制論的結(jié)合，以及客觀條件和減災(zāi)成本的許可程度。湯明高等(2019)通過統(tǒng)計(jì)三峽庫區(qū)滑坡測試資料得出，滑坡土體的滲透性具有一定的區(qū)域分布特征，滲透系數(shù)大小與滑坡土體中碎塊石含量呈正相關(guān)，據(jù)此可說明滑坡滑動帶巖土成分結(jié)構(gòu)會影響到有效應(yīng)力的變化。

崩塌滑坡發(fā)生的函數(shù)模型可寫成(劉傳正，2019)：

Ht=[f(a)+f(b)+f(c)]d(t)

(1)

式中：f(a)為巖土體邊界形態(tài)函數(shù)；f(b)為成分結(jié)構(gòu)函數(shù)；f(c)為初始狀態(tài)函數(shù)；d(t)為引發(fā)因素函數(shù)。

式(1)的意義是，巖土體邊界函數(shù)(f(a))代表著斜坡地形完整平緩還是陡峻突變，邊界開裂情況和底部完整性，寓含著破壞規(guī)模大??；成分結(jié)構(gòu)函數(shù)(f(b))反映土體成分結(jié)構(gòu)決定斜坡的休止角，巖體成分結(jié)構(gòu)決定綜合或等效摩擦角；初始狀態(tài)函數(shù)(f(c))反映斜坡體是否明顯變形、地下水活動和地應(yīng)力集中的分布狀態(tài)；引發(fā)因素函數(shù)(d(t))代表著顯著隨時間變化的降雨滲透、蠕動損傷、凍脹融縮、地震或人為干擾等外界作用。

楊強(qiáng)等(2020)研究認(rèn)為，巖體結(jié)構(gòu)的變形破壞是一個漸近過程，不平衡力是巖體結(jié)構(gòu)變形破壞的內(nèi)在驅(qū)動力，并指出了不平衡力本質(zhì)是巖體結(jié)構(gòu)非平衡態(tài)到平衡態(tài)的距離，巖體結(jié)構(gòu)非平衡演化的總體趨勢服從最小塑性余能原理。突發(fā)型滑坡的本質(zhì)是，無論外在因素是否持續(xù)激發(fā)，巖土體內(nèi)在的全面破壞已經(jīng)完成，滑坡發(fā)生已不可逆轉(zhuǎn)，意味著滑坡一定發(fā)生。階躍型滑坡活動的物理本質(zhì)是，斜坡巖土體的蠕變在接近殘余強(qiáng)度將要發(fā)生全面破壞時內(nèi)外因素的作用持續(xù)降低，滑動帶的部分強(qiáng)度得以恢復(fù)，使巖土體由等速變形轉(zhuǎn)化為減速變形或微弱變形。趨穩(wěn)型滑坡活動的物理本質(zhì)是滑坡巖土體的蠕變遠(yuǎn)未接近殘余強(qiáng)度，或內(nèi)外因素的作用快速減弱，滑動帶的強(qiáng)度快速恢復(fù)，使巖土體由低速變形轉(zhuǎn)為微弱變形甚至不再變形。

3.2 滑坡預(yù)測預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性

滑坡發(fā)生時間的理論預(yù)測是根據(jù)已有的觀測數(shù)據(jù)，反映了滑坡體自身與內(nèi)外因素相互作用或博弈的歷史記錄，每個數(shù)據(jù)是記錄數(shù)據(jù)那一時刻的滑坡邊界條件、成分結(jié)構(gòu)、內(nèi)部因素如地下水作用和外界因素參與的綜合表征。即使外界因素沒有變化，滑坡運(yùn)動下一時刻的邊界條件、成分結(jié)構(gòu)、地下水作用等也是隨著滑坡的變形發(fā)展或歷史演進(jìn)而隨時變化的。因此，只是根據(jù)變形記錄數(shù)據(jù)追求滑坡的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)在理論上是難以成立的，因?yàn)樽冃沃皇腔聝?nèi)在因素綜合作用的外在的滯后的表現(xiàn)。無論位移數(shù)據(jù)是最新的還是以往的都是滑坡動態(tài)綜合特征的一個暫態(tài)性的標(biāo)志性參數(shù)，甚至只是一個局部性的暫態(tài)性的參數(shù)，且不說監(jiān)測點(diǎn)的代表性如何，尤其對于缺乏實(shí)際滑坡觀察經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人士更是如此。

毋庸諱言，滑坡啟動與發(fā)展是巖土體內(nèi)在性質(zhì)變化與外在環(huán)境作用之間物質(zhì)與能量交換的產(chǎn)物。實(shí)際上，單就依據(jù)滑坡累積變形曲線外推的預(yù)報(bào)方法追求滑坡的精確預(yù)報(bào)會自覺不自覺地陷入了自我想定的哲學(xué)觀(劉傳正，2015)。因?yàn)?，研究者只是看到了滑坡體變形運(yùn)動的動態(tài)外在，卻靜止地看待了巖土塊體變形的內(nèi)在因素，而內(nèi)在的邊界條件、初始條件和激發(fā)條件不但隨著環(huán)境因素而改變即外因致熵增加，其自身也是隨著巖土體的變形程度的變化而隨時隨地變化即內(nèi)因致熵增加。簡單地說，滑坡狀態(tài)的轉(zhuǎn)變主要是巖土體對外界因素加卸載響應(yīng)的時間與強(qiáng)度問題，追求所謂的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)自覺不自覺地假定了加卸載響應(yīng)的線性性、恒定性和結(jié)局的確定性。由于滑坡的邊界條件、初始條件乃至成分結(jié)構(gòu)永遠(yuǎn)是在動態(tài)變化的，巖土體內(nèi)在條件及外在環(huán)境輸入因素?zé)o時無刻不在變動過程中，追求滑坡的時空精準(zhǔn)預(yù)報(bào)就成為“測不準(zhǔn)”的問題。自然，追求滑坡的“完全報(bào)準(zhǔn)”、“精確預(yù)報(bào)”的防災(zāi)減災(zāi)必要性也就成了一個值得深思的問題。

基于變形控制進(jìn)行滑坡預(yù)測預(yù)報(bào)更多地考慮了巖土體的運(yùn)動學(xué)問題，包括滑坡變形的宏觀組合圖像、前后左右中間開裂變形整體協(xié)調(diào)性和監(jiān)測數(shù)據(jù)的動態(tài)變化等。激發(fā)因素作用結(jié)束或已不處于激發(fā)態(tài)但弛豫期未結(jié)束變形反而繼續(xù)延進(jìn)，激發(fā)作用強(qiáng)度、空間位置、作用時間、地質(zhì)體應(yīng)激反應(yīng)的持續(xù)時間，亦即弛豫期的長短則是巖土體強(qiáng)度破壞與恢復(fù)的時間效應(yīng)問題。由于巖土體接受內(nèi)外因素激發(fā)作用的過程和弛豫期是階段性的，預(yù)報(bào)外推的有效性必然是受限的，只要滑坡尚未發(fā)生，就永遠(yuǎn)不是終極預(yù)報(bào)。自然，越是接近滑坡發(fā)生時刻的預(yù)報(bào)外推準(zhǔn)確性越高，尤其是結(jié)合多方面情況的綜合研判。趨勢預(yù)測或階段預(yù)報(bào)正確的關(guān)鍵是對現(xiàn)狀的正確評判和未來激發(fā)因素、作用空間、強(qiáng)度、持續(xù)時間的正確認(rèn)識，而不是機(jī)械地依據(jù)曲線外推。

3.3 滑坡監(jiān)測預(yù)警與防災(zāi)減災(zāi)行動

滑坡的預(yù)測預(yù)報(bào)自然越準(zhǔn)越好，但工作目標(biāo)絕不是為了報(bào)準(zhǔn)，而是為了滿足防災(zāi)減災(zāi)需要。要在思想上明確，滑坡監(jiān)測預(yù)警是服務(wù)于防災(zāi)減災(zāi)的，基于監(jiān)測變形數(shù)據(jù)曲線的模型預(yù)測預(yù)報(bào)能夠滿足應(yīng)急避險(xiǎn)和減災(zāi)行動就是最大的成功，一味地追求滑坡精準(zhǔn)預(yù)報(bào)且不說理論上是否可能，但在應(yīng)用上并非絕對需要，且成本核算可能是不可接受的。用動態(tài)監(jiān)測、追蹤預(yù)警解決隨機(jī)因素作用，解決地質(zhì)問題的不確定性，越是后期如接近臨滑階段的預(yù)報(bào)越準(zhǔn)，但只是相對的，預(yù)測結(jié)果超前的接近滑坡實(shí)際發(fā)生時間就是令人敬仰的工作。預(yù)測結(jié)果推后于滑坡的實(shí)際發(fā)生時間則是不可接受的，那將會誤導(dǎo)防災(zāi)減災(zāi)行動決策，甚至釀成災(zāi)難性的后果。

失穩(wěn)突發(fā)型(A型)一旦進(jìn)入第Ⅲ變形階段，滑坡發(fā)展變得不可逆，即滑坡無視外界激發(fā)作用因素的大小而一定發(fā)生，可認(rèn)為滑坡進(jìn)入全面滑移模式的“自動態(tài)”。例如，新灘滑坡在1984下半年進(jìn)入“自動態(tài)”，雖然主要經(jīng)歷旱季，降雨因素作用不大，但整體大滑坡持續(xù)發(fā)展直至發(fā)生。一般地，應(yīng)對失穩(wěn)突發(fā)型(A型)滑坡以避險(xiǎn)撤離為主，如滑坡發(fā)展的時間態(tài)勢允許，近期外界沒有激發(fā)因素出現(xiàn)，尤其是存在治理的必要與可能，則首先應(yīng)急處置遏制滑坡勢頭，隨后跟進(jìn)綜合整治措施也是可能的(范宣梅等，2007)。

階躍演進(jìn)型(B型)滑坡累積變形曲線顯示階躍上升與緩變交替出現(xiàn)，反映巖土體對外界因素作用及其滯后效應(yīng)的敏感性，可認(rèn)為滑坡處于應(yīng)激反應(yīng)整體變形調(diào)整的“他動態(tài)”。滑坡可能發(fā)生抑或趨于穩(wěn)定，減災(zāi)決策是防還是治，需要經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)和文化等方面的綜合考量。例如，長江三峽水庫區(qū)的滑坡受水位和降雨的年際周期性影響，滑坡防或治的決策就要考慮水庫壽命、大壩安全、航運(yùn)安全、生態(tài)保護(hù)、經(jīng)濟(jì)成本和社會影響等諸多因素。

緩變趨穩(wěn)型(C型)滑坡在第Ⅲ階段對外界因素的影響不敏感，滑坡整體向趨于穩(wěn)定但局部存在變形調(diào)整的“微動態(tài)”發(fā)展。緩變趨穩(wěn)型(C型)滑坡可能是令人輕松的，但要關(guān)注超出歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)的外界激發(fā)因素對巖土體穩(wěn)定性的影響，尤其是作用強(qiáng)度大、持續(xù)時間長的情形，要做好預(yù)案，防范滑坡向階躍演進(jìn)型(B型)轉(zhuǎn)變，甚至繼而快速發(fā)生失穩(wěn)突發(fā)型(A型)滑坡。

4 結(jié) 論

(1)滑坡累積變形-時間曲線可以劃分為緩變趨穩(wěn)型、階躍演進(jìn)型和失穩(wěn)突發(fā)型。緩變、階躍和突發(fā)型滑坡變形動態(tài)可以順次轉(zhuǎn)化，且前兩者可以相互轉(zhuǎn)化，但突發(fā)型不可以反向轉(zhuǎn)化。

(2)滑坡及其所處環(huán)境是時刻與外界存在密切聯(lián)系的物質(zhì)與能量交換的開放系統(tǒng)?；碌刭|(zhì)體的變化過程卻既存在線性漸變，也存在非線性突變，既具有確定性也具有隨機(jī)性?；谧冃蔚臅r間變化算法是一定時間區(qū)間上的整體論，但又是初始條件和激發(fā)條件不變下的分割論，這就決定了滑坡變形時間預(yù)報(bào)模型無論是確定性的還是隨機(jī)性的都不會得到精準(zhǔn)的結(jié)果。

(3)滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)是可識別、可監(jiān)測、可預(yù)警、可防范和一定條件下可治理的。基于監(jiān)測變形數(shù)據(jù)曲線的模型預(yù)測預(yù)報(bào)能夠滿足滑坡應(yīng)急避險(xiǎn)和減災(zāi)行動就是最大的成功，一味地追求滑坡精準(zhǔn)預(yù)報(bào)且不說理論上是否可能，但在應(yīng)用上并非絕對需要，且成本核算可能是不可接受的。

(4)突發(fā)型滑坡可認(rèn)為滑坡進(jìn)入“自動態(tài)”，意味著滑坡必然發(fā)生。階躍型滑坡對外界因素作用敏感，可認(rèn)為滑坡處于應(yīng)激反應(yīng)的“他動態(tài)”。趨穩(wěn)型滑坡除非遭遇超常的外界激發(fā)因素作用，滑坡處于向整體穩(wěn)定發(fā)展但局部存在變形調(diào)整的“微動態(tài)”。

致 謝遼寧省第十地質(zhì)大隊(duì)崔原高工提供了撫順西露天礦南幫滑坡監(jiān)測資料，特此說明并致謝!