左雙英，蒲 泉，史文兵，王 勇，吳道勇，王安禮

(1.貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025； 2.貴州大學(xué) 喀斯特地質(zhì)資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550025；3.貴州省有色金屬和核工業(yè)地質(zhì)勘查局物化探總隊(duì)，貴州 都勻 558099； 4.貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測中心有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550081)

貴州省地處云貴高原的斜坡地帶，受河流的侵蝕切割，地勢起伏大、地表相當(dāng)破碎，地質(zhì)災(zāi)害頻繁。隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的步伐加快，對(duì)山地斜坡的開發(fā)利用加快，加之貴州夏季多雨的氣候條件，各類崩滑事故愈加頻繁。近年來，關(guān)嶺崗烏[1]、福泉[2]、納雍張家灣[3]、水城雞場[4]等幾起重大地質(zhì)災(zāi)害事故對(duì)當(dāng)?shù)孛裆：薮?。上述崩滑事故中，降雨誘發(fā)的堆積層滑坡是其中最主要的滑坡類型之一，其特點(diǎn)是堆積體表層土粒徑粗、孔隙大、吸水性強(qiáng)，下部為細(xì)顆粒粉土或黏土，滲透性低，在短時(shí)強(qiáng)降雨作用下迅速吸水入滲，在坡體內(nèi)部大量聚集來不及排出，導(dǎo)致坡體孔隙水壓力增大，有效應(yīng)力、抗剪強(qiáng)度降低[5]，破壞了原有的平衡狀態(tài)而產(chǎn)生滑坡。因此，降雨型堆積層滑坡坡體物質(zhì)組成與降雨入滲地下水復(fù)雜作用的特殊性給斜坡傳統(tǒng)力學(xué)評(píng)價(jià)預(yù)測方法的有效應(yīng)用帶來了極大的困難與不確定性[6-7]。為此，深入研究滑坡的先兆因素，得出易于監(jiān)測的指標(biāo)，提高滑坡預(yù)警預(yù)報(bào)的可操作性和準(zhǔn)確性是業(yè)內(nèi)亟待解決的重點(diǎn)和關(guān)鍵問題。

滑坡的預(yù)警研究自日本學(xué)者齋藤率先提出的經(jīng)驗(yàn)公式至今已有近50余年的發(fā)展歷程[8]。期間，國內(nèi)外眾多學(xué)者針對(duì)這一問題展開系列研究，對(duì)滑坡的預(yù)警判據(jù)研究做出了重要貢獻(xiàn)。例如，適用于長期預(yù)報(bào)的判據(jù)[9]：穩(wěn)定性系數(shù)(K)、聲發(fā)射參數(shù)以及可靠概率(Ps)；適用于臨滑預(yù)報(bào)的判據(jù)[10]：位移加速度、位移矢量角、蠕變曲線切線[11]等。以上判據(jù)的提出對(duì)于我們?cè)诨碌睦碚撗芯可嫌兄匾饬x，但是對(duì)于實(shí)際的預(yù)警預(yù)報(bào)工作卻有諸多不便，例如指標(biāo)不易觀測、經(jīng)濟(jì)成本高等。許強(qiáng)等[12]強(qiáng)調(diào)應(yīng)加強(qiáng)區(qū)域性氣象預(yù)警和單體滑坡預(yù)警工作，將預(yù)警的重心轉(zhuǎn)移到對(duì)歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和基于變形、地下水位、雨量等關(guān)鍵指標(biāo)的預(yù)警模型和判據(jù)研究。Shruti Naidu等[13]利用事件進(jìn)行回歸分析，建立降雨閾值方程，通過降雨閾值分析滑坡穩(wěn)定性的Fs值建立安博里滑坡預(yù)警系統(tǒng)，但是該法僅對(duì)淺層滑坡適用；陸研等[14]利用Liang Kleeman信息流方法研究得出重慶地區(qū)滑坡泥石流發(fā)生頻次與年均降雨量顯著相關(guān)，建議在暴雨發(fā)生時(shí)加強(qiáng)對(duì)滑坡災(zāi)害的監(jiān)測與預(yù)報(bào)；吳益平等[15]基于信息—物元模型將傳統(tǒng)的滑坡災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)警延伸到滑坡災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警預(yù)報(bào)，為降雨誘發(fā)滑坡的預(yù)警工作提出了新的思考。綜上所述，目前國內(nèi)外關(guān)于降雨型滑坡的預(yù)警研究大多屬于大面積區(qū)域上的預(yù)報(bào)，對(duì)于單體滑坡的降雨參數(shù)預(yù)警卻很少涉及。

文中依托貴州省地質(zhì)災(zāi)害自動(dòng)化監(jiān)測預(yù)警項(xiàng)目對(duì)該坡體展開深入研究，并基于坡體表面堆積松散、內(nèi)部兼具低滲透性的特性對(duì)其預(yù)警預(yù)報(bào)工作開展研究。通過現(xiàn)場調(diào)查和無人機(jī)圖像(UAV)結(jié)合數(shù)字高程模型(DEM)建立該滑坡的PFC3D數(shù)值模型，模擬該坡體在自重和不同地下水位靜水壓力作用下的變形和運(yùn)動(dòng)過程，監(jiān)測模擬過程中顆粒的位移和速度，將位移突變點(diǎn)(計(jì)算不收斂)對(duì)應(yīng)的地下水位作為臨界參數(shù)；在Pradel & Raad提出的降雨入滲土坡深度的算法基礎(chǔ)上，反演臨界降雨時(shí)長以及降雨強(qiáng)度參數(shù)，并驗(yàn)證降雨預(yù)警閾值的合理性。

1 研究區(qū)工程地質(zhì)概況

研究區(qū)表層堆積體結(jié)構(gòu)松散，部分降水透過松散土層入滲至薄層泥巖風(fēng)化物。泥巖風(fēng)化物級(jí)配曲線如圖1所示，土體顆粒主要為細(xì)粒組和砂粒組，粘粒含量約為21%，粉粒約占32%，砂粒組含量47%，基本符合含砂粘質(zhì)粉土的粒徑組成。另外，土體曲率系數(shù)Cc=2.63，不均勻系數(shù)Cu=64.2為級(jí)配良好型土體，其顆粒級(jí)配較好在宏觀上表現(xiàn)為較小顆粒能夠很好的填充在空隙當(dāng)中，表現(xiàn)出相對(duì)較低的滲透能力。

滑坡后緣、中部不斷有工程活動(dòng)建設(shè)，各種填方堆載加大了斜坡下滑力(圖2)?；鲁醅F(xiàn)變形時(shí)間為2008年，于2013年4月開始，受強(qiáng)降雨作用影響，滑坡體上的房屋、道路、地面陸續(xù)出現(xiàn)開裂變形、沉降等變化。在多雨季節(jié)由于上部土體松散，降水入滲坡體內(nèi)部；而坡體底部土體滲透系數(shù)低，造成水體易進(jìn)難出，使得斜坡內(nèi)部地下水位線持續(xù)升高，自重增加且孔隙水壓力上升，坡體的穩(wěn)定性朝著不利的方向發(fā)展(圖3)。從2017年10月25日第一次監(jiān)測開始，測點(diǎn)位移量較前期監(jiān)測有增大趨勢，滑體坡面上有多條新裂縫，據(jù)此推斷山體蠕動(dòng)變形速度具有加劇趨勢，穩(wěn)定性較差，發(fā)生滑坡的可能性增大，嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)安全。

圖3 納縫滑坡工程地質(zhì)剖面圖(3-3剖面)Fig.3 Engineering geological profile of Nafeng landslide

2 離散元數(shù)值模擬

2.1 顆粒流計(jì)算原理

近年來，顆粒流(PFC3D)作為離散元軟件，已經(jīng)成為邊坡工程、地下洞室開挖、路基穩(wěn)定等巖土工程領(lǐng)域中十分成熟的數(shù)值計(jì)算方法[16]。區(qū)別于有限元，顆粒流中的球體單元較為符合散體材料的特性，在涉及土質(zhì)邊坡的計(jì)算中表現(xiàn)出一定的優(yōu)越性，因此被眾多學(xué)者沿用[17]。球體之間的接觸包括ball-ball接觸和ball-wall接觸。球體受到重力以及外力的作用失去原有的平衡，在顆粒的動(dòng)態(tài)變化中通過牛頓第二定律計(jì)算其位移變化，通過不斷更新球體位移計(jì)算模型的運(yùn)動(dòng)情況。

2.2 微觀參數(shù)的獲取

在離散元的計(jì)算中，散體材料的宏觀力學(xué)特征通過微觀強(qiáng)度表現(xiàn)。但是，并沒有合適的函數(shù)關(guān)系可以合理地表示散體材料的宏觀參數(shù)與微觀強(qiáng)度之間的非線性關(guān)系。通常情況下，通過匹配數(shù)值試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線獲得[18]。結(jié)合該研究區(qū)的勘查資料以及現(xiàn)場取樣，選擇室內(nèi)大型剪切試驗(yàn)進(jìn)行力學(xué)測試(圖4)，不同法向力作用下的剪應(yīng)力-剪切位移曲線見圖5，所得宏觀力學(xué)參數(shù)如表1，其中滲透系數(shù)是通過現(xiàn)場雙環(huán)滲透試驗(yàn)測得。

圖4 試驗(yàn)裝置 圖5 不同法向力下的剪應(yīng)力-應(yīng)變曲線

表1 土樣宏觀物理力學(xué)參數(shù)Table 1 Macro mechanical parameters of soil samples

為了更好的模擬土體中力的作用，選擇接觸粘結(jié)模型。試驗(yàn)所得粘質(zhì)粉土細(xì)顆粒粒徑小于0.05 mm，在模擬過程中，數(shù)值試驗(yàn)的顆粒粒徑值選取很難完全與真實(shí)的顆粒粒徑保持一致，為了滿足計(jì)算效率需要，等比例擴(kuò)大半徑生成顆粒。模型尺寸25×25×25 m，顆粒最大最小半徑比為1.66，通過內(nèi)嵌fish語言伺服控制，實(shí)現(xiàn)大剪試驗(yàn)三維數(shù)值模擬(圖6)。模擬過程中反復(fù)調(diào)整相應(yīng)微觀參數(shù)，直到應(yīng)力-應(yīng)變曲線(圖7)逼近室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果。數(shù)值試驗(yàn)所得微觀參數(shù)如表2所示。

圖6 剪切盒與數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果Fig.6 Shear box and shear results

圖7 大剪數(shù)值試驗(yàn)剪應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.7 Shear stress-strain curve of large shear numerical test

表2 滑坡模型微觀參數(shù)Table 2 Micro-strength parameters of the landslide PFC model

2.3 納縫滑坡(PFC3D)模型建立

納縫滑坡數(shù)值模型主要包括地形高程數(shù)據(jù)獲取以及幾何模型的生成。地形數(shù)字高程通過現(xiàn)場無人機(jī)勘測攝像(UAV)生成，利用該數(shù)字高程生成幾何模型(圖8)，模型的相關(guān)參數(shù)為已獲得的微觀強(qiáng)度參數(shù)。

圖8 納縫滑坡(PFC3D) 數(shù)值模型圖 圖9 滑體地下水靜水壓力計(jì)算示意圖

隨著降雨時(shí)長的增加，入滲到坡體內(nèi)部的水也會(huì)隨之增多，而滑面以上的土層透水性能差致使這些水體不斷聚集抬高地下水位線，該處的靜水壓力值將不斷增大，在靜水壓力的作用下滑面滑動(dòng)的趨勢增強(qiáng)，當(dāng)?shù)叵滤痪€增加到一定程度時(shí)，土體內(nèi)部的抗剪強(qiáng)度將無法承受變大的靜水壓力值而發(fā)生破壞(圖9)?；诖?，該模型在計(jì)算過程中，主要通過改變顆粒不同靜水壓力大小而全面分析滑坡各個(gè)位置的變形情況，模擬過程中分別對(duì)滑坡前緣、后緣以及中部9個(gè)區(qū)域進(jìn)行全過程監(jiān)測。

2.4 模擬結(jié)果

模型在代入匹配的微觀參數(shù)后到達(dá)最初的平衡，此時(shí)對(duì)每個(gè)顆粒施加垂直向下的靜水壓力(p=ρhg)，每個(gè)顆粒在靜水壓力平行于坡面的分力作用下開始發(fā)生變形。通過反復(fù)調(diào)試靜水壓力的大小，找到模型位移不收斂的靜水壓力區(qū)間。隨著降雨入滲，土體顆粒的靜水壓力增大是一個(gè)動(dòng)態(tài)增加的過程。當(dāng)靜水壓力值在某個(gè)界限值以下時(shí)，土體顆粒最終會(huì)趨于平衡。在該模型的計(jì)算過程中，增加顆粒的靜水壓力值，顆粒的位移曲線會(huì)出現(xiàn)階梯狀態(tài)的增長，但是隨著靜水壓力值的增大，其平衡的程度會(huì)降低，具體表現(xiàn)為平衡階段曲線的水平程度降低。靜水壓力值增大到某一個(gè)界限值時(shí)，顆粒之間的力鏈聯(lián)結(jié)發(fā)生斷裂時(shí)，則認(rèn)為坡體發(fā)生了破壞。

靜水位高度h=1.60 m時(shí)坡體監(jiān)測點(diǎn)的變形如圖10所示。在靜水壓力的作用下，坡體各個(gè)部位均發(fā)生不同程度的變形，變形速率先增加隨后減小最終趨于零，說明位移收斂，坡體趨于平穩(wěn)。由圖可知，監(jiān)測點(diǎn)1、監(jiān)測點(diǎn)4附近位移較大，其峰值分別為0.32 m和0.21 m；其余監(jiān)測點(diǎn)位置變形相對(duì)較小，位移變化在0.02 m-0.09 m之間。結(jié)合監(jiān)測點(diǎn)所對(duì)應(yīng)位置分析，坡體左側(cè)的穩(wěn)定程度相對(duì)較低，當(dāng)外部條件發(fā)生改變，其變形破壞跡象明顯；而監(jiān)測點(diǎn)3、6、9位移變化較小。

圖10 靜水壓力高度1.60m時(shí)監(jiān)測點(diǎn)位移-時(shí)步曲線Fig.10 Displacement-time curve of monitoring point at 1.60 m hydrostatic pressure

當(dāng)靜水位高度增加到1.70 m時(shí)，隨著顆粒受到靜水壓力的增大，變形也呈現(xiàn)出增大的趨勢(圖11)，此時(shí)各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位置位移增長較為明顯。但是在整個(gè)坡面區(qū)域，位移變化卻存在較大的差異性，從各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的位移變化來看，監(jiān)測點(diǎn)1、4所在位置為整個(gè)坡面最不穩(wěn)定區(qū)域，監(jiān)測點(diǎn)3穩(wěn)定程度次之，監(jiān)測點(diǎn)2穩(wěn)定程度最高。整個(gè)坡面的后緣位移最大、中部以及前緣位移依次遞減，符合推移式滑坡特點(diǎn)。在該靜水壓力條件下，整個(gè)坡面的位移最終也是趨于穩(wěn)定，但是穩(wěn)定程度明顯降低，當(dāng)外營力增加時(shí)極有可能誘發(fā)滑坡。

圖11 靜水壓力高度1.70 m時(shí)監(jiān)測點(diǎn)位移-時(shí)步曲線Fig.11 Displacement-time curve of monitoring point at 1.70 m hydrostatic pressure

當(dāng)靜水位高度繼續(xù)增加到1.75 m時(shí)，各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的位移明顯變化，局部位置的位移表現(xiàn)出不收斂的變化特性，如圖12中監(jiān)測點(diǎn)1、3、4。總體來看，滑坡的失穩(wěn)發(fā)生在其后緣、中部位置，而滑坡前緣的位移變化均能趨于穩(wěn)定(圖13)。分析認(rèn)為，這是由于上部顆粒在水壓力作用下向下滑落，在前緣位置堆積所致。在該靜水壓力條件下顆粒之間的力鏈聯(lián)結(jié)主要表現(xiàn)為拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，數(shù)值模型破壞時(shí)的力鏈分布如圖14所示。圖中藍(lán)色代表壓應(yīng)力，綠色代表拉應(yīng)力，剖面3-3’監(jiān)測點(diǎn)1、4、7所對(duì)應(yīng)位置顆粒之間的力鏈主要為壓應(yīng)力，局部位置為拉應(yīng)力，斜坡表現(xiàn)為整體下滑；而剖面1-1’監(jiān)測點(diǎn)3、6、9所在剖面在后緣位置有著明顯的張拉破壞，土體顆粒向下運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)顆粒的堆積；在滑坡的中部位置以土體的剪切破壞為主，有明顯的剪切裂縫產(chǎn)生，并伴有部分張拉-剪切復(fù)合破壞，破壞沿著垂直于坡面方向逐漸發(fā)展貫通程度逐漸加大，最后裂縫貫通的區(qū)域出現(xiàn)整體的下滑并進(jìn)一步擠壓前緣位置顆粒；監(jiān)測點(diǎn)2、5、8的位移變化情況可以看出斜坡2-2’剖面在該靜水壓力條件下的位移是收斂的，最終仍然趨于穩(wěn)定，在其中部顆粒最大位移是25.4 cm，分析認(rèn)為可能是由于1-1’剖面的張拉-剪切復(fù)合破壞擴(kuò)展發(fā)展所致，但是并未形成貫通性的破壞，總體表現(xiàn)出較穩(wěn)定的狀態(tài)。

圖12 靜水壓力高度1.75 m時(shí)監(jiān)測點(diǎn)位移-時(shí)步曲線Fig.12 Displacement-time curve of monitoring point at 1.75 m hydrostatic pressure

圖13 位移云圖Fig.13 Displacement cloud map

圖14 力鏈分布圖Fig.14 Force chain distribution

以上過程表明，納縫堆積體滑坡穩(wěn)定性與入滲坡體形成的靜水壓力大小關(guān)系緊密。經(jīng)過計(jì)算，靜水位高度為1.60 m時(shí)，坡體位移最終會(huì)處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)靜水位高度增加到1.70 m時(shí)，坡體位移曲線平緩程度下降；繼續(xù)增加靜水位高度到達(dá)1.75 m時(shí)，部分位移不能收斂，其強(qiáng)變形區(qū)為N01、N03以及N04。通過現(xiàn)場無人機(jī)勘測攝像(UAV)生成數(shù)字高程模型(DEM),建立的納縫滑坡PFC3D數(shù)值模型能夠全方位、多角度地反應(yīng)納縫滑坡的變形破壞過程，其位移軌跡能夠較好的吻合現(xiàn)場監(jiān)測影像。相比較PFC2D，PFC3D具有明顯的優(yōu)越性，更加真實(shí)地反應(yīng)滑坡過程中各個(gè)部位變形的強(qiáng)弱，更有利于在預(yù)警工作中對(duì)強(qiáng)變形區(qū)的識(shí)別和判斷，做出合理的預(yù)警決策。

3 滑坡預(yù)警閾值

3.1 反演模型

納縫堆積體滑坡具有低滲透特性，在降雨過程中斜坡表面的土體含有不同粒徑的碎石，因此表現(xiàn)出一定的松散特性，加之在不斷的蠕動(dòng)變形過程中斜坡各部位尤其是后緣發(fā)育有多條裂隙，這為降雨入滲提供了便利的滲流通道，更多的降水通過這些通道進(jìn)入到坡體內(nèi)部。蠕動(dòng)變形當(dāng)中再次松動(dòng)的是泥巖風(fēng)化土體，其細(xì)粒組含量達(dá)到53%，大小顆粒之間能夠互相填充表現(xiàn)出良好的級(jí)配特性，滲透系數(shù)為3.01×10-5cm/s，透水性能較差。因此，入滲到土體內(nèi)部的水體最終會(huì)在該處富集提高地下水位線，抬高的水位線高度可近似與入滲的深度相同，水體的富集會(huì)使孔隙水壓力上升有效應(yīng)力降低，同時(shí)水位線以下部分土體的靜水壓力會(huì)逐漸升高從而誘發(fā)滑坡。

降雨對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響可以分為以下2種情況：一是當(dāng)降雨強(qiáng)度小于巖土體入滲強(qiáng)度時(shí)，坡面大部分降水通過表面徑流作用排泄，少部分降水通過表面入滲作用浸入巖土體內(nèi)部。此時(shí)巖土體內(nèi)部必須考慮非飽和滲流問題，根據(jù)相應(yīng)水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件，綜合考慮其他相關(guān)因素，如滲透性、植被、地下水位變化等情況；二是當(dāng)降雨強(qiáng)度大于巖土體入滲強(qiáng)度時(shí)，水通過已有的滲流通道以及表面的入滲作用能夠不斷浸潤坡體，增加土體自重從而誘發(fā)滑坡。上覆土層的飽和區(qū)高度受降雨強(qiáng)度影響，并隨著降雨時(shí)長增加而升高。本文僅針對(duì)后者，討論當(dāng)降雨強(qiáng)度大于巖土體入滲強(qiáng)度時(shí)，通過離散元數(shù)值模擬所確定的臨界靜水位高度進(jìn)而推算出降雨強(qiáng)度以及降雨時(shí)長，作為納縫滑坡的預(yù)警參數(shù)閾值，可為納縫滑坡自動(dòng)化預(yù)警提供可用依據(jù)。

強(qiáng)降雨工況下，土體入滲深度的推算需要滿足的2個(gè)基本條件是降雨強(qiáng)度Imin大于土體入滲率v0并滿足一定降雨時(shí)長(T)。目前針對(duì)降雨土坡入滲深度的計(jì)算方法較為合理的是國外學(xué)者Pradel & Raad[19]提出的經(jīng)驗(yàn)算法。本文依托離散元計(jì)算出的靜水位高度，據(jù)此公式反演出相對(duì)應(yīng)的臨界降雨強(qiáng)度以及降雨時(shí)長，并計(jì)算出降雨總量。計(jì)算方法如下所示：

(1)

(2)

(3)

式中，v0為入滲率；k為滲透系數(shù)(cm/s)；h為入滲深度(cm)；t為降雨時(shí)長(s)；S為基質(zhì)吸力(cm)；θs為土體飽和含水率(%)；θ0為土體實(shí)測含水率(%)；ds為相對(duì)密度，e為孔隙比。

基質(zhì)吸力通過粘質(zhì)粉土的土水特征曲線[20]得到，計(jì)算方法如下:

θ0×100=-0.0002S2-0.0115S+46.04.

(4)

式(3)反映了土體體積含水率與基質(zhì)吸引力的動(dòng)態(tài)變化關(guān)系。本文研究土體在降雨過程中的臨界閾值問題，隨著降水增多土體含水量增加，因此在使用式(3)的時(shí)候需要代入土體破壞時(shí)的含水量。同時(shí)，在降雨過程中土體水量增加土體顆粒有一個(gè)從塑限到液限的轉(zhuǎn)變過程。當(dāng)土體顆粒趨于液限時(shí)，土體就由可塑態(tài)變?yōu)榱鲃?dòng)狀態(tài)，土體也就喪失了其應(yīng)有的強(qiáng)度?；谝陨蟽牲c(diǎn)原因，在通過式(3)推導(dǎo)其基質(zhì)吸力時(shí)，θ0的取值為土體液限值，即θ0=wL=39.5%。

將θ0=39.5%代入到式(4)求解方程組得：

基質(zhì)吸力S=154.352 cm

降雨強(qiáng)度：

降雨時(shí)長：

累積總降雨量Q=I×T=5.73×10-5×8.87×24×3600=439.13mm

通過以上計(jì)算得出納縫滑坡臨界降雨強(qiáng)度I為5.73×10-5cm/s，降雨時(shí)長T為8.87 d，累計(jì)總降雨量為439.13 mm。

3.2 滑坡預(yù)警閾值指標(biāo)擬定

根據(jù)滑坡預(yù)警指標(biāo)劃分方式采用閾值的60%、70%、80%和90%進(jìn)行預(yù)警指標(biāo)劃分[21]，分別對(duì)應(yīng)藍(lán)色預(yù)警、黃色預(yù)警、橙色預(yù)警和紅色預(yù)警，各等級(jí)判別的臨界位移見表3，降雨強(qiáng)度和降雨總量見表4。

表3 納縫滑坡位移預(yù)警指標(biāo)Table 3 Early warning of displacement of Nafeng landslide cm

表4 納縫滑坡降雨預(yù)警指標(biāo)Table 4 Rainfall early warning of Nafeng landslide

3.3 實(shí)測資料驗(yàn)證

羅甸縣氣象局2008年至2017年10年降雨量統(tǒng)計(jì)，年最大降雨量1 326.2 mm(2014年)，年最小降雨量846.1 mm(2009年)，年平均降雨量1 098.68 mm。羅甸縣月平均降水量如表5所示，從降水量的時(shí)間分配來看，5月到10月是多雨的季節(jié)，集中了全年降水的89%。

表5 研究區(qū)2008-2017年每月平均降雨量Table 5 Average monthly rainfall in the study area, 2008-2017

研究區(qū)于2017年10月25日開始布設(shè)觀測點(diǎn)等基礎(chǔ)工作，并于10月25日進(jìn)行第一次觀測點(diǎn)測量。截止2018年9月29日，對(duì)該滑坡體進(jìn)行了20次監(jiān)測，根據(jù)各監(jiān)測點(diǎn)情況，最大累計(jì)水平位移量為310.3 mm(圖15)，對(duì)應(yīng)剖面3-3’所在區(qū)域，其次是1-1’剖面區(qū)域，變化最小的是2-2’區(qū)域；從整個(gè)坡體來看，位移變化量最大的地方是其后緣公路所在位置，坡腳處位移相對(duì)較小。

通過數(shù)值計(jì)算的結(jié)果(圖12)與實(shí)測數(shù)據(jù)(圖15)以及近10年的降雨數(shù)據(jù)(表5)分析發(fā)現(xiàn)：斜坡在2017年10月到2018年5月的位移變化較小，而近十年的月平均降水最少的時(shí)間區(qū)間也是10月到次年5月，在降水充沛的月份里位移的變化則是相當(dāng)明顯的，這說明了導(dǎo)致該研究區(qū)變形破壞的最主要因素是降雨。從表3擬定的滑坡位移預(yù)警指標(biāo)分析來看，監(jiān)測期間最大位移為3-3’剖面附近的CJ10處310.3 mm，1-1’剖面最大位移為CJ6處190.5 mm，監(jiān)測值與計(jì)算值接近，并且達(dá)到藍(lán)色預(yù)警等級(jí)，證明了離散元數(shù)值計(jì)算得出的臨界位移變化量的合理性；由表5可知，羅甸縣每年5月、6月為全年降雨量最大季節(jié)，平均降雨量分別

圖15 位移監(jiān)測結(jié)果Fig.15 Displacement monitoring results

為213.27 mm，204.73 mm。而滑坡初現(xiàn)時(shí)間2008年5月的降雨量為288.9 mm達(dá)到了雨量的藍(lán)色預(yù)警值；研究區(qū)降雨充沛，為該區(qū)的低速緩慢活動(dòng)提供了不利條件。這種低速緩慢運(yùn)動(dòng)使得內(nèi)部巖土體的強(qiáng)度逐漸變?nèi)?，在持續(xù)的強(qiáng)降雨條件下都有可能誘發(fā)滑坡。2017年8月降雨量為246.4 mm，基本達(dá)到藍(lán)色預(yù)警雨量，而監(jiān)測位移結(jié)果表明其位移已經(jīng)達(dá)到藍(lán)色預(yù)警值。

綜合理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)際位移監(jiān)測以及氣象局所獲得降雨量結(jié)果來看，本文計(jì)算的降雨閾值具有一定的合理性。但是，工程地質(zhì)條件的復(fù)雜多樣性和土體強(qiáng)度隨著含水率變化的非線性等使得滑坡預(yù)警工作在監(jiān)測過程中存在很多困難。因此，可加強(qiáng)宏觀跡象特征的群測群防來提高監(jiān)測預(yù)警工作保障。

4 結(jié)語

(1)納縫坡體裂縫發(fā)育為降雨提供便利的滲流通道，坡體內(nèi)部土體粘粒含量約21%，粉粒約32%，砂粒組含量47%，級(jí)配良好，滲透特性較低。分析認(rèn)為：坡體表面開裂，易于入滲水體不斷在坡體內(nèi)部聚集，土體有效應(yīng)力降低，并伴隨滑帶處不斷增大的靜水壓力是滑坡變形的內(nèi)在原因。

(2)對(duì)斜坡的PFC3D數(shù)值計(jì)算，證明了靜水壓力的大小與坡體的穩(wěn)定性關(guān)系緊密：隨著靜水壓力增大坡體穩(wěn)定性逐漸降低，滑坡破壞臨界靜水壓力所對(duì)應(yīng)的臨界靜水位高度在1.70-1.75m之間。

(3)通過降雨入滲深度反演靜水位高度所對(duì)應(yīng)的降雨強(qiáng)度以及降雨時(shí)長，最終確定縫滑坡預(yù)警參數(shù)閾值：降雨強(qiáng)度I=5.73×10-5cm/s，降雨時(shí)長T=8.87d，累積降雨總量Q=439.13 mm，并進(jìn)一步通過實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證了預(yù)警參數(shù)閾值的合理性。