李瑞寬，梁慶國，李 璐，趙多銀，張 丹

(1.蘭州交通大學 土木工程國家級實驗教學示范中心，甘肅 蘭州 730070；2.蘭州交通大學 土木工程學院，甘肅 蘭州 730070；3.中國地震局 蘭州地震研究所 黃土地震工程重點實驗室，甘肅 蘭州 730000)

滑坡是指巖土體受到外界因素(降雨、地震、人為活動等)影響，沿一定的軟弱面(帶)做整體運動的現(xiàn)象。滑坡機理研究揭示了滑坡發(fā)生、運動、停止的整個過程[1]，為深入了解滑坡并開展滑坡災害防治打下了基礎。斜坡穩(wěn)定性研究是滑坡災害問題的一個重要研究方向，隨著土力學的發(fā)展，相關理論和方法的研究更加深入。多年來大量研究成果表明，專家學者更加偏重于斜坡穩(wěn)定性的定量研究，理論和技術不斷完善，定性與定量綜合研究的分析方法應用越來越廣泛。

1 滑坡機理研究

1.1 研究概況

鑒于滑坡災害的巨大危害性，國內外學者對滑坡的形成機理開展了大量研究。國外的研究起步較早。TERZAGHI首先將土力學的理論運用到滑坡形成機制的相關研究中，他認為孔隙水壓力變化會影響滑帶土的性質，從而對滑坡的形成產生重要的促進作用[2]。隨后，SKEMPTON[3]研究了黃土變形過程中孔隙水壓力對黃土有效強度的影響。近年來國內有關滑坡機理的研究得到了迅速發(fā)展。戴福初等[4]分析了滑坡的發(fā)生機理，在降雨入滲條件下，按照土體應力應變特性的不同，把潛在滑動面的類型分為剪脹型和剪縮型，認為突然失穩(wěn)型滑坡沒有明顯變形和破壞征兆，漸進破壞型滑坡在滑坡產生前抗剪強度逐漸降低，復活蠕滑型滑坡則存在軟弱滑動面。胡廣韜[5]對滑坡機理做了深入闡述，認為滑坡是滑動面上滑體推滑力與抗滑力矛盾發(fā)展的結果，當推滑力大于抗滑力時滑動產生，滑坡的產生與其本身特質及所處的應力場或力系密切相關，他將滑坡的啟動方式分為劇動和緩動兩種，將運動速度分為高速、中速和低速三級，同時還對滑坡按照不同的運動特征進行了詳細的分類。

1.2 幾種特殊的滑坡機理

(1)地震動觸發(fā)滑坡機理研究。地震動滑坡具有分布廣泛、一次性快速滑動的特點，是震區(qū)內常見的次生災害。毛彥龍等[6]對地震動滑坡的觸發(fā)作用做了詳細介紹，認為地震波的持續(xù)作用使變形積累并最終導致破壞(累進破壞效應)，使巖土體由靜止狀態(tài)變?yōu)檫\動狀態(tài)(啟發(fā)效應)，并在滑塊運動過程中提供加速度(啟程加速效應)，還提出了啟程劇發(fā)速度計算公式，當啟程劇發(fā)速度達到一定數(shù)值時，短程低速滑坡可轉化為遠程高速滑坡。周維垣[7]認為地震荷載對土質斜坡的影響多體現(xiàn)在與其他因素(如水)的共同作用上。黃潤秋等[8]調查了大量海原地震誘發(fā)的黃土滑坡，總結了地震影響耦合機制，包括地震波與構造力的耦合、與地形地貌特征的耦合、與場地土性質的耦合、與盆地效應的耦合及與突發(fā)水異常的耦合，在此基礎上結合黃土微結構參數(shù)，考慮地震液化，綜合分析了黃土滑坡的形成機理和分布規(guī)律。徐舜華等[9]對岷漳地震災區(qū)永光村和堡子村滑坡進行調查并采樣開展相關室內試驗，對地震與降雨兩者對滑坡的共同誘發(fā)作用進行了具體分析。

(2)高速遠程滑坡機理研究。關于高速遠程滑坡，國內的相關研究起步較晚，但從20世紀末開始取得了一系列研究成果，如：姜云等[10]認為滑體與山包的碰撞、山包與平面之間的深溝、V形溝谷等條件綜合作用產生氣墊，為滑體的運動提供了良好的通道；胡厚田等[11]分析了碎屑流與泥石流在形成條件、動力機制和運動過程等方面的特點，結合固液、固氣兩相流的理論推導了碎屑流的運動方程；還有學者從理論上陸續(xù)提出了氣墊層說、孔隙氣壓力說、無黏性顆粒流說、顆粒流說、摩擦系數(shù)說、自我潤滑說、強度降說、諸多效應說等假說。特別是中國地質大學的張明副教授在最新的研究成果中利用 X光衍射、掃描電鏡和 DNA測試等多種高科技手段進行綜合測試，創(chuàng)新性地綜合研究了滑帶土有機物組分與無機礦物成分，認為酸雨的溶解作用及微生物的繁殖與分解作用會對礦物成分的改變及對土體強度產生重要影響，從而對滑坡的形成產生促進作用。

(3)中國大型滑坡機理研究。我國大型滑坡極為發(fā)育，以規(guī)模大、機理復雜、危害大等特點著稱。黃潤秋對中國大型滑坡的發(fā)生機理做了全面系統(tǒng)的闡述，認為中國大型滑坡的發(fā)生機理主要包括受坡腳近水平結構面控制的滑移-拉裂-剪斷“三段式”機理，整體松弛中下部完整、堅硬的“擋墻潰屈”機理，地下水的靜水推力和孔隙水壓力聯(lián)合作用的近水平地層的“平推式”滑坡機理，常見于西南高山峽谷地區(qū)的大規(guī)模反傾向層狀巖體傾倒變形機理，以及順傾向層狀巖體邊坡的滑移(彎曲)-剪斷機理；揭示了邊坡坡角和巖層傾角對傾倒變形的影響，臨界坡角與傾角都是60°；按照潛在滑動面傾角大小，區(qū)分了簡單順傾坡與隱伏型順傾坡，前者坡角大于傾角，滑動面往往出露，后者則相反，滑動面隱藏而難以被識別，常常孕育大型滑坡。

2 斜坡穩(wěn)定性研究

2.1 研究概況

在斜坡穩(wěn)定性研究的發(fā)展歷程中，新的假定與理論不斷被提出，主要有通用條分法、瑞典法、畢肖普簡化法、滑楔法等，特別是極限平衡理論得以長足發(fā)展。陳祖煜[12]曾對斜坡穩(wěn)定性研究的常用方法進行了具體分析。但在我國的實際工程應用中，傳遞系數(shù)法(剩余推力法)應用比較廣泛。黃顯貴等[13]認為地震力的影響是斜坡穩(wěn)定性評價中必須考量的一個重要因素，因此在剩余推力法條塊力學模型中加入了地震因素，研究地震荷載對穩(wěn)定系數(shù)的影響，為評價地震作用下的斜坡穩(wěn)定性提供了依據(jù)。同時，隨著有限元法、離散元法、差分方法、邊界元法等在靜動力學方面的應用日趨成熟，出現(xiàn)了大量相關研究成果。DUNCAN和GOODMAN應用有限元方法，為斜坡穩(wěn)定性研究開啟了數(shù)值模擬計算的大門。王樂華等[14]利用已有的工程地質資料，采用模糊數(shù)學方法對巴東地區(qū)的斜坡穩(wěn)定性進行了評價，建立了多級模糊綜合評判標準。近年來，強度折減法的研究成果逐漸增多。張士兵等[15]結合彈塑性大變形有限元理論，運用強度折減法分析降雨對黃土斜坡的影響，認為降雨會引起坡體質量增加、土體抗剪強度降低，從而導致失穩(wěn)發(fā)生；費康等[16]對強度折減法的原理進行了概括，并將其引入ABAQUS軟件進行計算。

2.2 新技術、新方法的應用

(1)振動臺試驗。針對數(shù)值分析方法在物理基礎方面的局限性，振動臺模型試驗由于地震波作用過程的可再現(xiàn)性、觀察邊(斜)坡破壞特征的直觀性與便利性、檢測內部土體應力與加速度響應的直接性，因此得到了越來越廣泛的應用。常用的振動臺試驗儀器設備及試驗過程見圖1。關于振動臺設備的應用，WARTMANA采用小型振動臺試驗，重點關注邊坡模型產生的位移，用NEWMARK滑塊法進行相應計算，并對試驗結果與計算結果進行了比較；LIN et al.[17]利用振動臺試驗研究了砂土邊坡在地震作用下的響應，認為地震作用下，砂土邊坡的破壞面只存在于邊坡的表面；趙文琛[18]結合有限元數(shù)值模擬與大型振動臺試驗，研究黃土層內地震滑坡和黃土接觸面型地震滑坡，得出了黃土斜坡的一般失穩(wěn)破壞特征，闡述了強震作用下黃土斜坡的動力響應及失穩(wěn)演化過程，并對斜坡地震失穩(wěn)機制進行了驗證。

圖1 振動臺試驗儀器及試驗過程

(2)“3S”技術。隨著人工神經網絡應用系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、自適應神經模糊推理系統(tǒng)(ANFIS)等的廣泛應用，斜坡穩(wěn)定性研究逐步走上了系統(tǒng)化、智能化的發(fā)展道路，特別是以“3S”技術為依托的地震滑坡研究正在快速發(fā)展，其中RS技術多用于數(shù)據(jù)的收集與處理，GIS技術為制圖提供了便利，GPS技術則主要用于大型滑坡監(jiān)測。相較于傳統(tǒng)評價方法，采用“3S”技術的優(yōu)勢在于：數(shù)據(jù)采集全面而高效，可利用高分衛(wèi)星遙感技術等對滑坡進行三維識別，包括滑坡邊界、規(guī)模、方向、影響范圍及大小等基本信息，為區(qū)域滑坡分布圖繪制及滑坡微地貌類型與活動性判別提供了數(shù)據(jù)基礎，同時也為現(xiàn)場救援和災情分析提供了準確的第一手資料；數(shù)據(jù)解譯速度快、精度高、自動化，利用計算機后臺對大量數(shù)據(jù)進行綜合處理，高程度信息化為研究滑坡及其影響因素之間的關聯(lián)提供了便利，為斜坡失穩(wěn)的評價與危險性預測提供了技術支持。

3 展 望

“數(shù)字滑坡”的概念正被越來越多的人所接受和應用?！皵?shù)字滑坡”技術是采用RS、GIS等技術與手段，將滑坡地學特征及變化情況(變形、位移等)等遙感信息數(shù)字化，從而對滑坡情況進行深入調查。其工作模式為：利用高科技手段如無人機航攝、GPS測量、飛機搭載三維激光掃描系統(tǒng)等獲取三維空間數(shù)據(jù)，基于滑坡實例庫、模型庫、預報判據(jù)庫等基礎信息數(shù)據(jù)庫對滑坡體的空間分布、位置形態(tài)、物質和結構特征等進行數(shù)字化描述，建立信息平臺，并最終應用到滑坡機理與斜坡穩(wěn)定性的相關研究中。近年來，“數(shù)字滑坡”技術受到了國內外專家學者的廣泛關注，在汶川、蘆山、舟曲等地震滑坡災害應急調查和恢復重建中得到了應用，在挽回損失及維護地區(qū)穩(wěn)定方面發(fā)揮了巨大作用，為實施國家防災減災戰(zhàn)略提供了保障，推動了我國滑坡災害調查技術的進步。隨著數(shù)據(jù)獲取能力的提高和評價方法的改進，斜坡穩(wěn)定性傳統(tǒng)的評價方法不斷完善，并且與高速發(fā)展的科學技術結合更加緊密。

(1)GIS不再只適用于單一的危險性評價，基于大量數(shù)據(jù)信息的收集與存儲，其應用逐漸向定量化評價過渡，尤其是GIS在定性與定量相結合的評價方法中應用效果良好。

(2)隨著技術方法的不斷改進，監(jiān)測手段日益多樣化，GPS干涉測量技術、三維攝影技術等監(jiān)測手段的運用將大大提高斜坡時空穩(wěn)定性監(jiān)測的效率，為精準評價斜坡穩(wěn)定性提供保障。

(3)隨著計算機運行速度、數(shù)據(jù)收集與處理能力的提升和計算機平臺建設的不斷完善，結合滑坡基礎數(shù)據(jù)庫與空間數(shù)據(jù)庫，滑坡信息系統(tǒng)將更加綜合化，信息收集處理將更加迅捷、準確。