探讨滑坡变形预警指标与前缘桩锚支挡作用的有机融合滑坡通常指岩体或土体在重力作用下,整体顺坡下滑的地质现象,是一种广泛分布的具有很大破坏作用的地质灾害[1]。为了能够对滑坡进行提前防护与治理,预防和减少滑坡造成的损失,就必须对滑坡进行预警预报,而滑坡预警阈值的拟定可以为滑坡的预警预报提供一个可供参考的确定量值。在滑坡变形演化过程中,位移可作为滑坡变化最显著的特征之一,包括地表位移、深部位移、地表变形速率和深部变形速率等。滑坡在进入匀速变形阶段、加速变形状态与失稳破坏状态时,位移—时间曲线均会呈现不同的特征[2],因此,目前滑坡预警阈值大多是直接基于位移变化或其他相关指标(如,切线角[3]、应变速率[4]、动能、动能变化率[5]等)而拟定的。其中,直接基于滑坡坡表位移变化和坡表变形速率而得到的滑坡预警阈值更为简洁明了,直观可操作,较为方便适用于实际工程,故在一般工程中常常采用此种方法来拟定滑坡预警阈值。通过对大量滑坡在不同变形阶段特征的统计分析,得到了滑坡在不同变形阶段地表变形与地表变形速率的普适性预警阈值[6,7,8]。统计结果表明:滑坡加速变形阶段历时18～1080d,接近一半的滑坡加速阶段历时位于区间30～90d,绝大部分滑坡急剧变形阶段历时小于30d;滑坡在进入加速变形阶段时裂缝最大宽度为1～50cm,进入急剧变形阶段时最大裂缝宽度为4～126cm,其中土质滑坡与堆积体滑坡临界裂缝宽度较大,岩质滑坡临界裂缝宽度相对较小;滑坡进入急剧变形阶段的位移临界速率一般不超过50mm/d,各种滑坡进入加速变形阶段的位移速率均不大,但此速率值与破坏模式关系相关,当破坏模式为滑动破坏时,滑坡该位移速率阈值基本都不超过4mm/d,当为倾倒破坏或崩塌破坏时,滑坡该阈值稍大,一般大于4mm/d[9]。但将一般性预警阈值用于某一特定滑坡,由于特定的地质环境条件,滑坡具有明显的个性特征[10],那么一般性预警阈值应用在特定滑坡中时,阈值精度则无法保证。此外,若滑坡在监测设施布置之前已有相关治理措施(如桩锚支挡等),这会对滑坡之后的变形起到阻缓作用,在这种工况下采用基于统计分析而得到的滑坡变形预警阈值较实际情况会偏大,无法应用于实际工况,这时在提出符合实际工况的变形预警阈值时,必须要考虑先前治理措施对滑坡之后变形的阻缓作用,而前人研究中并未对该工况进行研究;对于某一特定地质条件下滑坡的变形阶段分析与预警阈值拟定,主要是基于实际的监测数据而建立,从而得到特定滑坡的预警阈值[11,12,13,14,15],但也无法全面考虑滑坡的特征,同样会导致预警阈值精度不足[16]。另外,监测数据与滑坡变形阶段具有同步性,监测数据是滑坡变形阶段的直观反映,而对于滑坡目前变形阶段之后阶段的预警阈值拟定,从现有监测数据中也无法分析获得。由此可见,对于已有相关治理措施且目前处于某一变形阶段的滑坡,整个变形阶段预警阈值的拟定,必须考虑已有的治理措施对滑坡变形的阻缓作用,除此之外,还应考虑滑坡具体的地质特征与目前所处的变形阶段,在此基础上,综合考虑滑坡实际的监测数据和普适性预警阈值,便可得到符合上述工况的预警阈值。本文以岷江电化西侧滑坡为例,根据滑坡的实际地质特征,通过FLAC建立了滑坡数值模型,利用强度折减法得到滑坡失稳破坏时的坡向位移。考虑到前缘桩锚支挡作用,用之前得到的滑坡失稳破坏时的坡向位移减去锚索所能承受的最大变形量,得到了考虑前缘桩锚支挡作用的滑坡失稳破坏时的位移值。结合滑坡险情预警分级,对考虑前缘桩锚支挡作用的滑坡失稳破坏时的位移值等梯度折减,拟定出滑坡坡表变形总量的预警阈值;根据前人统计研究得到的滑坡坡表普适性变形速率并结合滑坡坡表近半年的实际监测变形速率的分析,拟定出了滑坡坡表变形速率的预警阈值。1、岷江电化西侧滑坡工程概况岷江电化西侧滑坡位于四川省阿坝州茂县富顺乡团结村四川岷江电化有限公司厂区西面,中心地理位置为东经104°01′44.18″,北纬31°46′59.63″。该滑坡纵坡长约368m,横向最大宽度约230m,滑体平均厚约15m,面积约0.084km2,方量约94.2万m3,主滑方向约89°。图1监测装置平面布置滑坡区地貌单元属中山地貌,区内出露基岩为志留系茂县群灰绿色千枚岩夹砂岩、灰岩,岩层产状中缓,覆盖层多为残坡积层含碎石粉质黏土。受岩性和构造的控制,区内斜坡上部较陡,坡脚相对较平缓,多呈台阶状。滑坡区划分为3个滑坡,分别为主滑坡HP1、HP2与HP3。岷江电化西侧滑坡在进行监测前,已经进行过2次治理,主要措施为锚拉桩与截排水,这对阻碍滑坡的急剧下滑起到了一定的积极作用。自2019年1月初,地质灾害与工程安全监测课题组便对滑坡进行实时监测,并且获得了大量监测数据,根据测斜孔的位移监测成果分析可知,滑坡目前仍在持续下滑。滑坡区的监测系统主要由13个测斜孔、10个水位孔以及一个雨量计构成。其中:测斜孔IN-5、IN-4与水位孔SW-10位于滑坡HP1的后缘;测斜孔IN-3、IN-2、IN-6、IN-10、IN-11、IN-12与水位孔SW-7、SW-8、SW-9、SW-5、SW-3、SW-1位于滑坡HP1的中部;测斜孔IN-1、IN-7与水位孔SW-6、SW-4、SW-2位于滑坡HP1的前缘;测斜孔IN-8、IN-9位于滑坡HP2;测斜孔IN-13位于滑坡HP3。此外,在滑坡体中部回头弯处还布置一雨量计,用来对滑坡区的降雨情况进行实时监测。监测装置具体布置如图1所示。2、模型建立数值模拟选取岷江电化西侧滑坡HP1的1-1′纵剖面作为计算模型。在FLAC中通过Extrusion进行建模,之后将建立的数值模型分为三组:表层为滑体,主要成分为碎石土;中间夹层为滑带,主要成分为全风化千枚岩;底层为滑床,主要成分为强风化千枚岩。如图2所示,建立数值模型如下:(1)模型长326m,宽20m,高154m,X向为滑坡滑动方向,Y向为滑坡纵向延伸方向,Z向为滑坡重力反方向;(2)边界条件主要结合实际情况进行设定,模型底部采用位移边界条件,竖直和水平位移设置为0,四周设置为方向约束条件,表面设置为自由边界;(3)本构模型采用摩尔库伦模型;(4)相关计算参数如表1所列。图2滑坡数值模型表1数值模拟中相关参数取值图3滑坡X向位移随折减系数变化(位移单位:m)3、基于强度折减法的滑坡稳定安全系数强度折减系数法即是将土体参数c,φ值同时除以一个折减系数F,得到一组新的c′,φ′值,然后将其作为新的材料参数对滑坡进行试算。按以上步骤对c,φ不断按一定梯度进行折减,直到边坡即将发生破坏,这时便把对应的F称为边坡的稳定安全系数。具体如下c′=1Fc (1)3.1特征点位移计算判据为了充分展示滑坡随不同折减系数的位移变化,分别在滑坡前缘、中部与后缘各选取了1个坡面监测点,这样,便可对滑坡的位移变化进行全面的监控,其中,监测点JC01位于滑坡后缘,监测点JC02位于滑坡中部,监测点JC03位于滑坡前缘。计算初始折减系数为1.00,随后以0.05为增量不断增加折减系数,直至所有监测点位移发生突变。如图3、图4以及表2所示,可以看出,随折减系数的逐渐增大,滑坡各个监测点的X向位移也不断增大,在折减系数为1.15处,各个监测点的X向位移出现突变,位移速率急剧增大,即在折减系数为1.10～1.15时,滑坡处于由稳定向失稳状态的动态变化过程中。所以,由滑坡监测点位移计算判据可得滑坡的稳定安全系数为1.10。3.2塑性区判据同样可以得到折减系数初始值为1.00,增量为0.05的滑坡塑性区分布(见图5)。从图5可以看出,随着折减系数的逐步增大,滑坡塑性区从滑坡前缘逐渐扩大,且滑坡后缘也逐渐出现塑性区,直至折减系数为1.15时,滑坡塑性区沿中间夹层贯通,即滑坡此时为失稳状态。因此,由塑性区判据得到的滑坡稳定安全系数为1.10。图4监测点X向位移随折减系数变化曲线表2各个监测点随折减系数变化而变化的X向位移图5滑坡塑性区分布随折减系数变化由滑坡监测点位移判据与塑性区判据均得到滑坡的稳定安全系数为1.10,故可判定滑坡基于强度折减法得到的稳定安全系数为1.10。4、滑坡预警与分级滑坡的最终破坏往往要经历一定的时间历程与变形发展过程,因此可以依据滑坡变形所处的发展演化阶段、宏观变形迹象、发生概率大小和可能发生的时间,把滑坡险情预警级别划分为4个等级:注意级、警示级、警戒级、警报级,并分别以蓝色(滑坡处于匀速变形阶段)、黄色(滑坡处于加速变形阶段初期)、橙色(滑坡进入加速变形中期阶段)、红色(滑坡变形进入加加速变形阶段)予以标志[17]。4.1滑坡变形总量预警指标拟定根据前文可知,采用强度折减法得到滑坡HP1的三个监测点JC01、JC02、JC03在失稳破坏时的X向位移量分别为140cm、200cm、160cm。但前文在进行数值模拟时,并未考虑已有前缘抗滑桩锚索对滑坡的支挡作用,故滑坡变形总量预警指标应在未考虑锚索作用滑坡失稳破坏时的X向位移量减去锚索所能承受的最大X向位移的基础上进行拟定。锚索所能承受的X向最大位移计算如下ΔlX=Δlacosα (2)Δla=laεa (3)εa=FanAsEs (4)表3锚索物理以及力学参数式中,ΔlX为锚索沿X向的拉伸长度;α为锚孔倾斜角度;la为锚索长度;Δla为锚索拉伸长度;Fa为锚索锚固力;n为一根锚索中所含的钢绞线的根数;As为刚绞线截面面积;Es为钢绞线弹性模量;εa为锚索沿拉伸向的应变。在滑坡HP1前缘抗滑桩上总共打了3排锚索,由抗滑桩上部至下部锚索沿X向的拉伸长度分别计为ΔlX1、ΔlX2与ΔlX3,则锚索沿X向总的拉伸长度ΔlXt为ΔlXt=∑j=1mΔlXj,m=3 (5)锚索的物理以及力学参数如表3所列。由式(2)—式(5)以及表3可得ΔlXt=42.9cm,则滑坡HP1的三个监测点JC01、JC02、JC03在失稳破坏时的X向位移量分别为97.1cm、157.51cm、117.1cm。为了保证预警的提前性与安全性,即在滑坡发生失稳破坏前某一时间,就应立刻发出警报,为人员疏散、转移等保护措施争取时间,故预警的变形位移量应小于滑坡发生失稳破坏时的变形位移量,为此,分别采用滑坡发生失稳破坏时的变形位移量的80%、60%与40%这三个等梯度阈值进行红色、橙色、黄色与蓝色预警。关于滑坡变形总量预警指标的拟定如表4所列。表4滑坡变形总量预警指标拟定导出到EXCEL根据现场深部位移监测数据,目前监测点JC01、JC02、JC03(截止2019-06-19)的坡面位移分别为2.34cm、3.89cm、3.30cm,由表4可知,这三个监测点目前均处于蓝色预警状态。4.2滑坡变形速率预警指标拟定岷江电化西侧滑坡部分监测资料如图6所示。由监测资料可知:IN-1进入加速初期变形阶段的平均速率为0.26mm/d,进入加速中期变形阶段的速率为1.99mm/d;IN-2进入加速初期变形阶段的平均速率为0.36mm/d,进入加速中期变形阶段的速率为1.61mm/d;IN-4进入加速初期变形阶段的平均速率为0.11mm/d;IN-5进入加速初期变形阶段的平均速率为0.11mm/d。大多数滑坡进入急剧变形阶段位移速率均小于10mm/d,根据岷江电化西侧滑坡监测资料可将0.11mm/d作为一级预警指标阈值,1.61mm/d作为二级预警指标阈值,10mm/d作为三级预警指标阈值,具体滑坡变形速率预警指标拟定如表5所列。图61-1′纵剖面监测点孔口累计位移速率-时间曲线表5滑坡变形速率预警指标拟定5、结论(1)利用强度折减法,通过FLAC数值模拟的监测点坡向位移判据和塑性区判据得到岷江电化西侧滑坡坡面3个监测点在滑坡失稳破坏时的坡表位移。(2)用未考虑锚索作用的滑坡失稳破坏时坡向位移量减去锚索所能承受的最大坡向位移量,得到考虑锚索作用的滑坡失稳破坏时坡向位移量,在此基础上,对滑坡变形进行等梯度折减,拟定岷江电化西侧滑坡坡表变形总量的预警指标。通过计算可将0.00cm、38.84cm、58.26cm、77.68cm分别作为监测点JC01坡表变形总量蓝色、黄色、橙色与红色预警指标阈值;可将0.00cm、63.00cm、94.51cm、126.01cm分别作为监测点JC02坡表变形总量蓝色、黄色、橙色与红色预警指标阈值;可将0.00cm、46.84cm、70.26cm、93.68cm分别作为监测点JC03坡表变形总量蓝色、黄色、橙色与红色预警指标阈值。(3)根据对滑坡近半年实际监测资料的分析,并结合前人统计研究得到的滑坡普适性坡表预警速率,拟定了岷江电化西侧滑坡坡表变形速率的预警指标。滑坡的坡表变形速率蓝色、黄色、橙色与红色预警指标阈值分别为0.00mm/d、0.11mm/d、1.61mm/d、10.00mm/d。参考文献：[1]赵永红,王航,张琼,等.位移监测方法综述[J].地球物理学进展,2018,33(6):2606-2612.[2]许强,汤明高,徐开祥,等.滑坡时空演化规律及预警预报研究[J].岩石力学与工程学报,2008,27(6):1104-1112.[3]王珣,刘勇,李刚,等.基于西原模型的蠕变型滑坡预警判据及滑坡智能监测预警系统研究[J].水利水电技术,2018,49(8):29-38.[5]陈贺,汤华,葛修润,等.基于深部位移的蠕滑型滑坡预警指标及预警预报研究[J].岩石力学[8]李秀珍,许强.滑坡预报模型和预报判据[J].灾害学,2003,18(4):71-78.[9]李聪,朱杰兵,汪斌,等.滑坡不同变形阶段演化规律与变形速率预警判据研究[J].岩石力学与工程学报,2016,35(7):1407-1414.[10]黄润秋.论滑坡预报[J].国土资源科技管理,2004,6(21):15-21.[11]薛强,张茂省.延安淹土安滑坡监测预警及变形特征[J].西北地质,2018,51(2):220-226.[12]许强,曾裕平.具有蠕变特点滑坡的加速度变化特征及临滑预警指标研究[J].岩石力学与工程学报,2009,28(6):1099-1106.[13]宋磊.边坡变形预测与位移速率预警阈值方法研究[D].成都:西南交通大学,2015.[14]黄晓虎,夏俊宝,雷德鑫.一种基于位移监测的“降雨阶跃型”滑坡预警系统[J].中国地质灾害与防治学报,2018,29(6):68-76.[15]李聪,姜清辉,周创兵,等.基于实例推理系统的滑坡预警判据研究[J].岩土力学,2011,32(4):1069-1076.[16]王珣,李刚,刘勇,等.基于滑坡等速变形速率的临滑预报判据研究[J].岩土力学,2017,38(12):3670-3679.[17]王尚庆,徐进军,罗勉.三峡库区白水河滑坡险情预警方法研究[J].武汉大学学报(信息科学版),2009,34(10):1218-1221.姬超,陈好,陈皓,龙伦刚.考虑前缘桩锚支挡作用的滑坡变形预警指标研究[J].水利水电技术,2020,51(05):139-145.
