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第8章 有备无患——滑坡灾害的防治(1)

滑坡最主要的危害是摧毁农田、房舍、伤害人畜、毁坏森林、道路以及农业机械设施和水利水电设施等,有时甚至给山区造成毁灭性灾害。所以对滑坡灾害的防治工作是必不可少的。

滑坡的定性预报主要是剖析影响斜坡稳定性的主要因素,通过工程地质勘查,对可能发生的变形破坏方式或者失稳的力学机理的成因及其演变过程给出评价,来明确变形演变趋势和阶段、斜坡的稳定性状况、可能的滑动时间。

滑坡的成因机理、形成条件以及诱发因素都具有复杂性、多样性、随机性和非线性特点,并包括很多模糊和随机的不确定性因素,所以很难做出准确的判断。但是随着科技的发展,预测学和预测设备不断地得到发展和完善,如今已经可以对一些滑坡做出较为科学准确的预报预测了。具体可以这几方面预测:

1.滑坡的稳定性

影响滑坡稳定性的因素很多,一般可分为内在因素和外在因素两滑坡的定性预报个方面。

内在因素:是指斜坡体在形成和发展的漫长繁衍过程中,本身具备或者具有潜在的可能诱发滑坡的因素。

外在因素:是指除内在因素外,可能导致发生滑坡的因素,如人为因素等。

但一般情况下,滑坡发生时,内在因素和外在因素是同时存在的。

此外,可以将斜坡的稳定性状态划分为四个级别:稳定、较稳定、较不稳定和不稳定。

2.坡的变形破坏机理

我国对滑坡模式的划分,基本上是依照我国和国际着名工程地质学家张悼元先生对斜坡变形机理的六种划分模式:

蠕滑—拉裂、滑移—压致拉裂、滑移—拉裂、滑移—弯曲、弯曲—拉裂、塑流—拉裂以及这六种模式的相互复合模式。

国外在总结露天高边坡的破坏机理时,将其分为双结构面破坏、犁起破坏、弯折破坏、逐步破坏、平面型失稳、旧有构筑失效六类。

自然界中任何事物的形成和发展都有一定的规律和过程,滑坡也如此。专家将滑坡从形成、发展到发生与结束这个全过程划分成为了四个阶段:缓慢蠕动阶段、匀速变形阶段、加速变形阶段和临滑阶段。

在斜坡体形成和发展的过程中,会经历不同的阶段,每个不同的阶段都会展现出一些变形或者对环境等的破坏迹象。根据这种宏观变形破坏迹象,可以对滑坡更为了解,即做出预报。

与火山、地震等其他自然灾害差不多,在滑坡失稳前,特别是大滑坡发生前有多种宏观前兆出现,如地声、地气、地下水异常及动物异常等。

(3)滑坡的宏观前兆具体表现地声:包括岩土体摩擦、移动破裂发出的声响,建筑物倒塌、滚石发出的声响等。

地气:包括滑坡区冒出的无味或有味的热气等现象。

地下水:包括滑坡体及前缘泉点数目减少或增加,水位跃变,水温、水量、水质、水的颜色发生变化等。

动物异常:包括蛇出洞、家蜂外逃、耕牛惊叫、犬吠、鸡飞、老鼠搬家、麻雀搬迁等现象。

由于这些现象在临滑发生前表现直观,易于被人类捕捉,所以将其用于临滑预报十分有效。1963年9月13日,就用这种方法成功对宝成铁路须家河滑坡进行了预报。

滑坡预报的基本问题

1.滑坡预报概念(1)滑坡预报有广义和狭义之分。从广义上来说,滑坡预报包括时间预报、空间预报和灾害预测三项内容。只有这三个问题全面解决了,才能说是对滑坡做出了全面预报,也才能适时有效地、最大限度地减轻滑坡灾害。通常,人们仅将“预报”用于发生剧滑的时间,滑坡发生的地点和灾害范围则采用空间预测一词。所以,狭义的“滑坡预报”,仅仅是指时间预报。我们这里所说的预报主要是指滑坡滑动时间区段或者确切时间的预报。滑坡的时间预报和空间预报是相互联系又有区别的两个概念。空间预测是时间预报的基础和先决条件。只有明确了预报对象,才能有目的地开展滑坡灾害的时间预报。

时间预报是空间预测的继续,把空间预测具体化。时间预测和空间预测相互统一又相对独立。因此,滑坡的时间预报中包含了空间预报的内容。

(2)滑坡预报的时间尺度

滑坡发生前预测的时间长度称为滑坡预测预报的时间尺度。滑坡预测预报的时间尺度是滑坡预测预报的核心概念。根据滑坡预测预报实践的要求、滑坡的预报机理及其形成和危害特征,滑坡预报时间尺度可以分为临滑预报、短期预报、中期预报及长期预报四个阶段。

2.滑坡监测点的选取

实践证明,将监测点放置于变形斜坡的不同部位,其所得到的参量值的时间序列会有明显的差异,数据各不相同不说,有的甚至相差甚远,很难从数据中得到准确统一的信息。因此,正确选择监测点对滑坡的预测工作起着至关重要的作用。

但是选取能真正代表斜坡变形状态的正确监测点要从众多的监测点中选出,从而依据此点的监测数据来确定监测时序资料进行预报。

关键点的选择与确定并非易事,需要通过大量的基础研究工作来进行确定。比如对斜坡类型、结构、环境条件、变形破坏现象等要进行深入的调查和分析,明确斜坡变形,遭到破坏的原因,并根据这个原因来对“关键点”做出最后的确定,那么所确定的关键点,就是可以作为预报参数的监测点。

今天,我们对滑坡进行监测的方法,还是多以位移监测为主,所以常用的预报参数通常取决于位移。

对因变形情况不同,而遭到机理破坏的斜坡,选择位移参数监测点一般有以下几个原则:

(1)蠕滑—拉裂型和滑移—拉裂型滑坡

这种情况的滑坡,在预报时一般其监测点选择在后缘主拉裂缝的宽度及其附近。并且监测重点要放在拉裂缝的宽度周围进行。但值得一提的是:蠕滑—拉裂型滑坡的拉裂缝有时候呈现出闭合的趋势。这种情况发生时要极其注意,因为很可能是坡体失稳的前兆,需及时确定情况,决定是否进行预报。

(2)对于滑移—弯曲型滑坡

对于这种形态的滑坡,应选择前缘弯曲隆起部位作为位移监测点,总结其资料确定滑坡的发生,进行预报。这里要注意:隆起部位是其监测重点。因为制约这类斜坡稳定性的关键部位就是坡脚前缘的弯曲隆起的部位。这是通过多次顺层斜坡滑移—弯曲型失稳破坏模型试验得出的结果。若是隆起部位溃屈,则表明整个斜坡将失稳,导致滑坡。

(3)对于塑流—拉裂型滑坡

这种形式的滑坡选择位移监测点时,通常选择在坡顶后缘来监测位移和裂缝的深度,数据达到一定指标时,则根据资料进行预报。

(4)对于滑移—压致拉裂和弯曲—拉裂型滑坡

此种形态的滑坡,多选择坡顶后缘为监测点,并根据位移值进行预报。与蠕滑—拉裂型滑坡的情况大体一致的是滑移—压致拉裂型滑坡,其在加速变形阶段后期,会由于坡体转动,而使后缘拉裂缝呈现出闭合趋势。

山体滑坡的预报方法

1.统计方法山体滑坡统计预报方法的主要思路是根据历史降雨滑坡资料和降雨数据,建立滑坡、降雨之间的经验性的统计关系,寻找临界降雨强度,是目前降雨滑坡预报中最常用的研究预报方法。在统计方法的研究和业务化过程中大体经历了三个过程:

雨量统计方法。主要思路是分析滑坡与降水关系,采取用滑坡个例发生时间对应反查降水情况,统计当日降水量、一段时间内累积降水量与山体滑坡的关系,从而建立预报指标,在预报指标的基础上结合降水预报和实况预报未来山体滑坡等级。

日综合雨量统计方法。降水对地质灾害的诱发作用不仅取决于当日降水,而且与前期过程降水量有关,前期各日降水量对该日滑坡的影响程度是不同的,前期的降雨量对成灾的影响随时间的延长而逐渐减弱直至消失,即是一个衰减过程。

因此,该统计方法的重点就是根据降水量和滑坡个例求出衰减系数,从而建立起预报指标。在确定衰减系数时,主要方法是取综合雨量均方差与综合雨量最大值之商最小作为目标函数,通过优化方法求得衰减系数。

基于不同地质灾害易发程度分区的有效降雨量统计方法山体滑坡不仅仅与降水有关,还与地质结构的类型和人类活动有关。因此在考虑到地质状况的基础上,再引入降水因素就能为山体滑坡预报提供较好的思路。由于国土资源部门在开展地质灾害易发程度等级区划时已经考虑了地形地貌、岩土类型、地质构造、水文地质及人类经济活动等因素,所以基于地质灾害易发程度等级区划的滑坡有效降水量预报方法就可以单一地考虑降水信息。

研究表明,降水对山体滑坡的诱发作用不仅取决于当日雨量,而且与前期过程降水量有关,但前期各日雨量对该次滑坡的影响程度是不相同的。那么前期每一天的降水量对滑坡的贡献到底有多大?为了进一步研究降水过程对致灾影响程度,就引入“滑坡有效降水量”这一概念。

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