摘"要：湖北十堰某滑坡具清晰邊界特征，歷史上已出現(xiàn)多次局部失穩(wěn)，具有較大的潛在威脅。在未采取防治措施前6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的累計(jì)變形值為103.69～197.80 mm，均值為160.68 mm，且地表裂縫也時(shí)有發(fā)育，即滑坡變形特征顯著。在穩(wěn)定性計(jì)算過程中，主滑面Z—Z’剖面在工況1—工況3條件下的穩(wěn)定系數(shù)為1.022～1.172，處于欠穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài)，并經(jīng)變形預(yù)測，滑坡變形還會繼續(xù)增加，且增加速率依舊很大，說明滑坡穩(wěn)定性后續(xù)還會趨于減弱?；路乐畏桨冈O(shè)計(jì)為“抗滑樁+排水溝”，且在采取滑坡防治處理后，主滑面的穩(wěn)定系數(shù)為1.345～1.856，均屬穩(wěn)定狀態(tài)，加之抗滑樁的變形值為19.12～26.80 mm，均在變形控制值范圍內(nèi)，充分說明滑坡防治措施是合理有效的。

關(guān)鍵詞：滑坡；變形特征；防治措施；變形預(yù)測

Deformation characteristics and prevention measures of a rainfall induced landslide in Shiyan， Hubei Province

GAO Sha， YIN Yemeng

（The 5th Geological Brigade of Hubei Provincial Geological Bureau， Ezhou 436000， Hubei， China）

Abstract： Landslides generally have clear boundary characteristics and multiple instances of local instability have occurred in Shiyan in history， posing a significantly potential threat. This paper chooses six monitoring points to analyze landslide deformation characteristics. Before taking preventive measures， the cumulative deformation values of the six monitoring points range from 103.69 to 197.80 mm， with an average of 160.68 mm. Surface cracks have also occasionally developed， indicating significant deformation characteristics of landslides. In the stability calculation process， the stability coefficient of the Z-Z 'profile of the main sliding surface ranges from 1.022 to 1.172 under conditions of 1 to 3， which is in an unstable-to-stable state. According to deformation prediction， the deformation of the landslide will continue to increase at very high rate， indicating that the stability of the landslide tends to weaken in the future. The landslide prevention and control plan is designed as \"anti-slip pile+drainage ditch\"， and after taking landslide prevention and control measures， the stability coefficient of the main sliding surface ranges from 1.345 to 1.856， all in a stable state. In addition， the deformation value of the anti-slip pile ranges from 19.12 to 26.80 mm， all within the deformation control value range， fully demonstrating that the landslide prevention and control measures are reasonable and effective.

Keywords： landslides; deformation characteristics; prevention and control measures; deformation prediction

近年，滑坡災(zāi)害失穩(wěn)變形時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅區(qū)內(nèi)居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，開展滑坡變形特征分析及防治措施研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義（岳境等，2023；程江濤，2021；邱錦安等，2022）。目前，不少學(xué)者開展了相關(guān)研究，如李曉斌等（2023）開展了古滑坡既有變形特征分析及發(fā)展規(guī)律研究；周露露等（2023）分析了庫岸滑坡的變形機(jī)理；張亦海等（2023）構(gòu)建了降雨條件下的滑坡監(jiān)測預(yù)警模型；任文輝（2023）利用灰色模型等構(gòu)建了滑坡變形預(yù)測模型。上述研究表明開展滑坡變形分析是十分必要的，且滑坡防治能徹底解除滑坡威脅，因此，開展滑坡變形與防治研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。十堰市某滑坡受降雨誘發(fā)復(fù)活，對區(qū)內(nèi)居民造成嚴(yán)重的潛在威脅，以其為研究對象具有很好的代表性，因此，本文以此滑坡為實(shí)例背景，在開展滑坡變形特征分析及穩(wěn)定性評價(jià)基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場條件，進(jìn)一步開展防治措施研究，以期切實(shí)保證區(qū)內(nèi)居民生命財(cái)產(chǎn)安全。

1 "工程概況

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，研究區(qū)位于湖北省十堰市竹溪縣水坪鎮(zhèn)，滑坡前緣以河流為界，左側(cè)以沖溝為界，右側(cè)以山脊為界，后緣以變形終止處為界，邊界特征清晰，且此滑坡具圈椅狀平面形態(tài)（圖1），主滑方向?yàn)?8°，縱向長度約400 m，橫向?qū)挾燃s300 m，平均厚度約15 m，體積約180×10⁴ m³，屬中型滑坡。

滑坡威脅對象主要位于后緣，包括既有道路和40"戶132人，歷史上已出現(xiàn)多次局部失穩(wěn)，且滑坡失穩(wěn)也會一定程度上造成前緣河流堵塞風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)鉆探資料，滑坡主要由以下物質(zhì)組成（圖2）：

①滑體土。以主滑面Z—Z’為例，剖面上布置了2"個(gè)鉆孔（即K1和K2），K1揭露滑體厚度為4.8 m，K2揭露滑體厚度為16.9 m；根據(jù)巖心及調(diào)查成果，滑體巖性主要為第四系夾碎石黏性土，濕—飽和，軟塑—可塑狀，均一性較差，其碎石含量28%～42%，成分多為板巖，磨圓度較差；滑體厚度變化差異較大，多介于3～20 m，平均厚度約15 m。

②滑帶土。滑帶土為淺灰色黏性土，主要由殘坡積物質(zhì)組成，位于基覆界面，夾雜少量角礫，含量約5%；滑帶含水量較高，滑帶土多處于濕—飽和狀態(tài)，具軟塑特征。滑面傾角主要表現(xiàn)為后緣陡、中前緣平坦特征，其中，滑坡后緣的滑面傾角20～50°，中前緣的滑面傾角23～28°。

③滑床?；仓饕獮榛鶐r，青灰色，巖性屬寒武系竹山組板巖，其產(chǎn)狀為51°∠24°，結(jié)合滑坡主滑方向，得出此滑坡為順層滑坡。

2 "滑坡變形特征分析及穩(wěn)定性評價(jià)

2.1 "變形特征分析結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查成果，該滑坡最早于2018年7月開始出現(xiàn)變形，其后歷年每遇強(qiáng)降雨時(shí)，都會出現(xiàn)規(guī)模不一的變形，造成道路破壞、房屋受損。在2023年8月12"日，受降雨影響，滑坡中后緣也出現(xiàn)了較多變形，典型裂縫有4條（L1—L4），基本特征如表1所示。

滑坡變形主要位于滑坡中后部，具較大的威脅性，為定量掌握滑坡變形特征，在地表布置了6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)（圖1）。按照1周1次的監(jiān)測頻率，獲得31期變形數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)得到6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的累計(jì)變形值結(jié)果（表2）。6個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的累計(jì)變形值為103.69～197.80 mm，均值為160.68 mm，說明滑坡變形顯著。

選擇累計(jì)變形值較大的B2、B4及B6監(jiān)測點(diǎn)的變形數(shù)據(jù)作為后續(xù)分析的數(shù)據(jù)來源。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，得到B2、B4及B6的變形數(shù)據(jù)（表3）。從表3可看出，隨著監(jiān)測時(shí)間的持續(xù)，3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的累計(jì)變形均呈增加趨勢，說明在監(jiān)測時(shí)段內(nèi)，滑坡穩(wěn)定性具有減弱特征。

為進(jìn)一步掌握滑坡變形特征，再對B2、B4及B6的變形速率特征參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。B2的變形速率范圍為1.05～12.72 mm·周^-1，均值為6.21 mm·周^-1；B4的變形速率范圍為1.24～11.60 mm·周^-1，均值為5.66 mm·周^-1；B6的變形速率范圍為1.85～12.49 mm·周^-1，均值為6.38 mm·周^-1。因此，滑坡變形速率的波動性較強(qiáng)，且均為正值，說明滑坡變形具持續(xù)增加特征。

2.2 "穩(wěn)定性評價(jià)結(jié)果

一般來說，傳遞系數(shù)法是滑坡變形的常用穩(wěn)定性計(jì)算方法（李曉瑋，2024；賴波等，2024；賈升安等，2023；文豪等，2022；王占巍等，2020），但考慮滑坡變形是滑坡各類因素綜合作用的體現(xiàn)，因此，提出以傳遞系數(shù)法開展滑坡穩(wěn)定性現(xiàn)狀分析，再利用變形預(yù)測模型評價(jià)滑坡穩(wěn)定性，預(yù)測滑坡的發(fā)展趨勢。

2.2.1 "穩(wěn)定性評價(jià)方法構(gòu)建

1）傳遞系數(shù)法

根據(jù)GB/T 32864－2016《滑坡防治工程勘查規(guī)范》，傳遞系數(shù)法的穩(wěn)定性計(jì)算公式為：

（1）

式中，F_s為穩(wěn)定性系數(shù)，n為條塊劃分?jǐn)?shù)，c_i為對應(yīng)條塊的傳遞系數(shù)，R_i為對應(yīng)條塊的抗滑力（kN），T_i為對應(yīng)條塊的下滑力（kN）。

同時(shí)，再進(jìn)一步將參數(shù)c_i的計(jì)算公式表示為：

（2）

式中，ψ為對應(yīng)條塊的內(nèi)摩擦角（°），θ為對應(yīng)條塊的傾角（°）。

結(jié)合工程實(shí)際，將滑坡穩(wěn)定性計(jì)算工況設(shè)計(jì)為3"個(gè)。工況1：天然工況，評價(jià)滑坡天然狀態(tài)下的穩(wěn)定性；工況2：評價(jià)滑坡暴雨?duì)顟B(tài)下的穩(wěn)定性；工況3：地震工況，評價(jià)滑坡地震狀態(tài)下的穩(wěn)定性。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)及反演成果，將滑坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)設(shè)計(jì)為：天然狀態(tài)下的滑體重度為19.5 kN·m^-3，滑帶黏聚力為14.1 kPa，內(nèi)摩擦角為19.7°；暴雨?duì)顟B(tài)下的滑體重度為20.5 kN·m^-3，滑帶黏聚力為10.5 kPa，內(nèi)摩擦角為16.8°。

最后，滑坡穩(wěn)定性狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)參照GB/T 32864—2016《滑坡防治工程勘查規(guī)范》的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2）變形預(yù)測模型

滑坡變形具有顯著的非線性特征，考慮到門控循環(huán)單元神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Gate Recurrent Unit，GRU）具有較強(qiáng)的非線性預(yù)測能力（楊偉東等，2022；黃永濤等，2021；李其峰等，2021），提出以其為基礎(chǔ)，構(gòu)建滑坡變形預(yù)測模型。GRU主要是刪除了長短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)的遺忘門，保留了重置門和更新門，簡化了預(yù)測結(jié)構(gòu)，以提高訓(xùn)練速率，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

GRU的原理已被以往研究詳述（潘建平等，2023；李璐等，2022；羅袆沅等，2023）。在GRU應(yīng)用過程中，激活函數(shù)σ對預(yù)測效果具有較大影響；為確保GRU參數(shù)的客觀性，提出利用麻雀搜索算法（Sparrow Search Algorithm，SSA）開展其尋優(yōu)處理，且經(jīng)SSA的參數(shù)尋優(yōu)處理，滑坡變形預(yù)測模型初步設(shè)計(jì)為SSA-GRU；一般來說，滑坡變形的非線性特征顯著，致使其預(yù)測結(jié)果也會存在一定的預(yù)測誤差，為進(jìn)一步提升預(yù)測精度，提出通過Arima模型開展其誤差補(bǔ)償預(yù)測，且其補(bǔ)償預(yù)測公式為：

（3）

式中，R_t為預(yù)測誤差的補(bǔ)償預(yù)測值，φ_m為自回歸系數(shù)，p、q為回歸參數(shù)，θ _j為滑動參數(shù)，r _t-m為預(yù)測誤差值，a _t-j、a _t為對白噪聲參數(shù)。

最終，將SSA-GRU-Arima作為滑坡變形預(yù)測模型。

在滑坡變形預(yù)測結(jié)果基礎(chǔ)上，提出相對誤差R_t及其均值M_r作為預(yù)測效果評價(jià)指標(biāo)，公式為：

（4）

（5）

式中，P_t為變形實(shí)測值，Y_t為變形預(yù)測值，d為驗(yàn)證樣本數(shù)。

根據(jù)R_t值和M_r值的計(jì)算原理，兩者值越小，說明預(yù)測效果越優(yōu)。

2.2.2 "穩(wěn)定性評價(jià)結(jié)果分析

1）傳遞系數(shù)法的穩(wěn)定性評價(jià)結(jié)果

按照傳遞系數(shù)法原理，對主滑面Z—Z’剖面開展穩(wěn)定性計(jì)算。經(jīng)計(jì)算：主滑面Z—Z’剖面在工況1條件下的穩(wěn)定系數(shù)為1.172，屬穩(wěn)定狀態(tài)；在工況2條件下的穩(wěn)定系數(shù)為1.022，屬欠穩(wěn)定狀態(tài)；在工況3條件下的穩(wěn)定系數(shù)為1.085，屬基本穩(wěn)定狀態(tài)。因此，此滑坡主滑面處于欠穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài)，降雨條件下具有較大的失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

2）變形預(yù)測條件下的穩(wěn)定性評價(jià)結(jié)果

按照2.1節(jié)分析成果，對B2、B4及B6監(jiān)測點(diǎn)開展變形預(yù)測，并以其預(yù)測結(jié)果評價(jià)滑坡穩(wěn)定性。具體評價(jià)依據(jù)：若滑坡后續(xù)變形趨于一定速率的增加，那么滑坡穩(wěn)定性趨于減弱方向發(fā)展；反之，若滑坡后續(xù)變形趨于收斂方向發(fā)展，那么滑坡穩(wěn)定性將會維持現(xiàn)狀，甚至趨于有利方向發(fā)展。由于SSA-GRU-Arima具有逐步優(yōu)化組合特征，因此，以B2監(jiān)測點(diǎn)為例，進(jìn)行不同優(yōu)化處理階段的預(yù)測結(jié)果統(tǒng)計(jì)（表4）。據(jù)表4，在27—31期的驗(yàn)證預(yù)測結(jié)果中，從GRU→SSA-GRU→SSA-GRU-Arima，相應(yīng)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)的R _t值具不同程度的減小特征，且三者的M _r值依次為3.14%、2.53%和2.01%，預(yù)測精度不斷提升，因此，充分說明SSA-GRU-Arima的優(yōu)化處理效果較優(yōu)。

對其余2個(gè)監(jiān)測點(diǎn)開展變形預(yù)測及后續(xù)外推預(yù)測，結(jié)果見表5。據(jù)表5，B2的R_t范圍為1.90%～2.09%，M _r值為2.01%；B4的R _t范圍為2.01%～2.14%，M _r值為2.07%；B6的R _t范圍為1.98%～2.10%，M _r值為2.05%。通過對比，3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的預(yù)測效果相當(dāng)，均具有較高的預(yù)測精度，充分說明SSA-GRU-Arima在滑坡變形預(yù)測中具有良好的適用性。

根據(jù)32—34期的外推預(yù)測結(jié)果，3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的累計(jì)變形后續(xù)還會繼續(xù)增加，其增加速率的均值依次為5.91 mm·周^-1、6.10 mm·周^-1和4.39 mm·周^-1，增加速率依舊很大，說明滑坡穩(wěn)定性后續(xù)還會趨于減弱，因此，結(jié)合傳遞系數(shù)法的穩(wěn)定性評價(jià)結(jié)果，該滑坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)較大。

3 "滑坡防治措施

3.1 "防治措施設(shè)計(jì)

3.1.1 "滑坡防治方案

結(jié)合工程實(shí)際，滑坡防治方案設(shè)計(jì)為“抗滑樁+排水溝”?？够瑯对O(shè)置的主要目的是提供足夠的抗滑力，且由于該滑坡主要威脅對象位于滑坡中后緣，即公路附近，因此，將抗滑樁設(shè)置在公路外側(cè)及居民區(qū)前緣，修建一排抗滑樁；排水溝設(shè)置的主要目的是將降雨時(shí)的地表水體順利排出滑坡范圍，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，在公路內(nèi)側(cè)及滑坡后緣設(shè)計(jì)截排水溝。

3.1.2 "滑坡分項(xiàng)防治措施

1）抗滑樁設(shè)計(jì)

抗滑樁截面均為2 m × 3 m，樁間距設(shè)計(jì)為6 m，并依據(jù)地質(zhì)條件，將樁長設(shè)計(jì)為16 m、22 m和28 m。在抗滑樁計(jì)算過程中，從下滑力、土壓力兩方面開展樁身內(nèi)力計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表6。

通過上述對比，3類抗滑樁均以下滑力計(jì)算的內(nèi)力開展后續(xù)計(jì)算，且根據(jù)樁身內(nèi)力計(jì)算，再進(jìn)一步通過式（9）、式（10）開展配筋計(jì)算：

（9）

（10）

式中：a為樁的面積比參數(shù)；a_t為鋼筋的面積比參數(shù)；A_s為鋼筋面積，mm²；A為樁截面積，mm²；f _c為混凝土強(qiáng)度，N·mm^-2；f _y為鋼筋設(shè)計(jì)值，N·mm^-2；r為樁半徑，mm；r_s為鋼筋半徑，mm。

通過計(jì)算，樁型1設(shè)計(jì)30根直徑28 mm的受力主筋，箍筋采用直徑12 mm的鋼筋，間距30 cm，等級均為HRB335，設(shè)計(jì)彎矩值為27 462.85 kN·m，剪力設(shè)計(jì)值為6 425.01 kN，滿足設(shè)計(jì)要求。樁型2設(shè)計(jì)36根直徑32 mm的受力主筋，箍筋采用直徑12 mm的鋼筋，間距20 cm，等級均為HRB335，設(shè)計(jì)彎矩值為46 521.85 kN·m，剪力設(shè)計(jì)值為6 819.49 kN，滿足設(shè)計(jì)要求。樁型3設(shè)計(jì)40根直徑36 mm的受力主筋，箍筋采用直徑14 mm的鋼筋，間距20 cm，等級均為HRB335，設(shè)計(jì)彎矩值為77"012.52 kN·m，剪力設(shè)計(jì)值為9 425.85 kN，滿足設(shè)計(jì)要求。

2）排水溝設(shè)計(jì)

由于降雨是滑坡形成的重要誘因，加之暴雨工況是最不利工況，因此，排水溝設(shè)計(jì)是十分必要的。排水溝凈空尺寸設(shè)計(jì)為0.5 m × 0.6 m，排水能力0.3 m³·s^-1，壁厚設(shè)計(jì)為15 cm，采用混凝土材質(zhì)，等級為C30。

為驗(yàn)證排水溝設(shè)計(jì)的合理性，需計(jì)算滑坡區(qū)匯水流量Q，公式為：

（11）

式中：S_p為降坡強(qiáng)度，m·s^-1；a為徑流系數(shù)；F為匯水面積，m²。

經(jīng)計(jì)算，滑坡區(qū)的Q值為0.237 m³·s^-1，小于排水溝的設(shè)計(jì)排水能力，因此，排水溝的設(shè)計(jì)是滿足要求的。

3.2 "防治效果評價(jià)

在滑坡防治設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，開展防治效果評價(jià)。一方面，對采取滑坡防治措施后的滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行重新計(jì)算，判斷其穩(wěn)定狀態(tài)；另一方面，在采取滑坡防治后，在2#、7#、13#和16#抗滑樁樁頂布設(shè)變形監(jiān)測點(diǎn)，且經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算，抗滑樁變形控制值為60 mm。因此，從變形角度開展滑坡防治效果評價(jià)。

首先，滑坡主滑面Z—Z’剖面在工況1至工況3條件下的穩(wěn)定系數(shù)依次為1.856、1.345和1.602，均屬穩(wěn)定狀態(tài)，初步驗(yàn)證了防治措施達(dá)到了防治效果。

其次，按照1周1次的監(jiān)測頻率，共計(jì)得到1 a的變形監(jiān)測成果，其中，2#、7#、13#和16#抗滑樁的變形值依次為21.25、19.12、26.80、23.25 mm，均在變形控制值范圍內(nèi)，因此，說明滑坡防治措施的變形控制效果也較優(yōu)。

綜合上述，滑坡防治效果較好，驗(yàn)證了防治方案設(shè)計(jì)的合理性，切實(shí)保證了區(qū)內(nèi)居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

3 "結(jié)論

通過滑坡變形特征分析及防治措施研究，主要結(jié)論為：

1）滑坡在未采取防治措施前的變形特征顯著，6"個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的累計(jì)變形值為103.69～197.80 mm，均值為160.68 mm，且地表裂縫也時(shí)有發(fā)育。

2）在滑坡穩(wěn)定性計(jì)算過程中，主滑面Z—Z’剖面在工況1—工況3條件下的穩(wěn)定系數(shù)為1.022～1.172，處于欠穩(wěn)定—穩(wěn)定狀態(tài)，經(jīng)變形預(yù)測，滑坡變形還會繼續(xù)增加，且增加速率依舊很大，說明滑坡穩(wěn)定性后續(xù)還會趨于減弱。

3）結(jié)合滑坡現(xiàn)場條件，將滑坡防治方案設(shè)計(jì)為“抗滑樁+排水溝”，在采取滑坡防治處理后，主滑面在工況1—工況3條件下的穩(wěn)定系數(shù)為1.345～1.856，均屬穩(wěn)定狀態(tài)，加之抗滑樁的變形值為19.12～26.80 mm，均在變形控制值范圍內(nèi)，充分說明滑坡防治措施是合理有效的。

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