玄武岩台地型滑坡灾害动态风险综合评价及防灾控制——以嵊州市剡湖街道南山塘滑坡为例

徐兴华,吴雪琴*,冯杭建,唐小明,卢琰萍

(1.浙江省地质矿产研究所,浙江 杭州 310007；2.嵊州市自然资源和规划局，浙江 嵊州 312400)

浙江省嵊县组玄武岩分布范围较广，主要位于于浙东—浙东南的嵊州—新昌—天台—宁海一带，其中嵊州市是较为集中的区域之一[1]。玄武岩分布区域常分布台地型滑坡，据统计浙江省130余处玄武岩台地滑坡(含隐患)主要分布于上述县(市、区)[2]，有一定的集聚性，其中由降雨引发的滑坡有120余处，占比达95%，可见降雨是主要诱发因素和作用条件。

玄武岩台地型滑坡一般规模和范围较大，滑体上常分布有村庄，一旦发生滑坡致灾严重、影响深远，如嵊州市风火岗滑坡、新昌县下山滑坡，发生滑坡后都实施了整村搬迁[3]。玄武岩台地型滑坡一般表层分布松散堆积物，下部分布硅藻土等河湖相沉积层[4]，降雨作用下可出现间歇性滑动，相对于常见滑坡类型具有特殊的结构和性质。针对玄武岩台地型滑坡的类型、结构特征、土体性质、致灾成因等方面，已有相关学者开展了一些基础性研究[4-7]，分析了降雨激发滑坡的作用机制[8-9]，并针对性地提出了合理的防灾对策与建议[10]。此外，国内一些研究人员还针对西南地区玄武岩崩滑地质灾害，探讨了地质构造背景的影响[11]，分析了玄武岩力学性质参数对滑坡形成的作用[12-13]，并从工程地质角度研究了玄武岩古滑坡的复活机制[14]。这些研究工作有利于深化对该类型滑坡的特征性质、形成原因和防灾处置等方面的认识。

目前，对玄武岩台地型滑坡的特征性质、形成原因和防灾处置等有了一定程度的了解，但如何深化对该类型滑坡成因机制及灾变特征的认识，如何结合村庄承灾体分布综合评价降雨激发台地型滑坡灾害的动态风险，以实施科学的滑坡综合防灾控制具有现实的指导意义。本文以嵊州市剡湖街道南山塘滑坡作为研究对象，首先深入研究了其成因机制及变形破坏模式，并利用非饱和渗流和极限平衡理论，结合风险评价理论，建立了降雨作用下滑坡稳定性-危险性-动态风险综合评价体系；然后通过计算模拟并分析了不同降雨强度作用下滑坡灾害的动态风险水平，以此进行综合防灾决策研究；最后将系统截排水和远程自动化监测预警相结合的技术应用于玄武岩台地型滑坡综合防治，并通过工程实践和监测分析其可行性、防灾效果及风险管控能力，进一步证实了综合防治技术对于玄武岩台地型滑坡防灾控制的实践意义。

1 研究区概况

1. 1 基本情况

嵊州市剡湖街道南山塘滑坡[15]位于玄武岩台地区(见图1)，2002年滑坡区开始出现坡体前缘局部塌方、房屋墙体开裂错位等变形迹象，故后期对房屋开裂区村民实施了避让搬迁；2014—2015年间在强降雨影响下滑坡区发生了地面下沉、开裂，坡体前缘道路开裂、挡墙鼓出，后部村庄区多层民居房屋也出现墙体变形开裂、地面开裂下错等变形现象。可见，降雨作用下该滑坡可发生间歇性蠕滑变形，将危害村庄中前部20户56人的生命和财产安全，危害程度达重大级。

图1 嵊州市剡湖街道南山塘滑坡概貌图

1. 2 地质环境背景条件

该滑坡区属亚热带季风气候，温暖湿润、四季分明、雨量充沛。据当地气象监测资料(2000年以来)，该地区多年平均降雨量为1 400 mm，年最大降雨量为1 682.5 mm，最大日降雨量为185.0 mm(2017年5月30日)，最大1小时降雨量为68.5 mm(2017年6月13日)；每年降雨日多集中在5～6月梅雨期和8～9月台风雨期，占全年降雨量的70%，是引发滑坡的主要时段。

滑坡区为玄武岩台地区，斜坡相对高差为50～60 m，呈上平中缓下陡。顶部较平坦，高差为10 m，坡度在5°以内，分布居民边缘处分布玄武岩陡坎，高度为10～15 m，近于直立，以中风化玄武岩为主，下方为宽4m的通村干道；中部地形较低缓，高差为15～20 m，坡度为5°～10°；坡表前缘斜坡地带高差为20～30 m，坡度为15°～25°，坡表分布农作物种植区和村庄道路，道路切坡形成高2.0 m的边坡，路宽为3～4 m；底部为塘家坂水库，面积约为30 000 m2，调查期间水位深为1.0～2.0 m，未见明显渗漏或侧蚀现象。

滑坡区分布嵊县组玄武岩及河湖相沉积层，表层覆盖松散堆积物。第二期玄武岩(N2s-β2)为灰黑、灰色橄榄玄武岩，中风化，岩心呈碎块状、短柱状，坚硬，致密块状结构，局部分布气孔状构造，厚度大于30 m，柱状节理较发育，岩体结构较破碎-较完整，前缘斜坡局部地带分布全-强风化层，呈砂土状、碎块状、散体状，结构松散，局部原岩结构不清，手掰易碎。第二期玄武岩间夹青灰、灰白色黏土(N2s-B2)，系河湖相沉积硅藻土层，结构松散，可塑状，压缩性中等-高，下部局部密实，呈硬塑-坚硬状，其含水量高，结构性较强，遇水或扰动后性质变差、强度急剧降低，属特殊性土，为不良工程地质层，可构成潜在的滑移带，厚度为3～8 m，斜坡中部较前后两侧厚。表层残坡积层(Qel-dl)为灰黄色粉质黏土，结构松散，稍湿，可塑状，中等压缩性，局部夹碎块石，厚度为1～5 m，浅表分布厚度为0.5～3.5 m的土黄色人工填土，稍湿，可塑状，有一定孔隙度。

村庄区进行村民建房和筑路等活动，其中房屋建筑多为2～4层砖混结构房屋，还分布有1层砖混或砖木结构房屋。区内人类工程活动对地质环境的影响较强烈。

2 玄武岩台地型滑坡特征及成因机制分析

2. 1 滑坡变形破坏特征

滑坡区裂缝分布主要位于斜坡中前部村庄地带(见图2)，在房屋墙体、地面和道路等处较为明显，多为拉张裂缝。其中，前缘挡墙局部为鼓胀裂缝，地面裂缝呈断续分布，长短不一；水泥地面裂缝往往延展至墙体，村前道路一带裂缝延展较长，长度在5～10 m不等，宽度、错距在1～5 cm之间；村庄建筑墙体裂缝呈竖向展布，自上而下逐渐变宽，宽度为1～2 cm左右，在楼拱、门框等处由于应力集中可见放射状裂缝。滑坡区变形破坏迹象呈断续展布，在刚性结构物上表现较为明显，带有一定的差异性或分布不连贯性。

2. 2 滑坡范围、规模及性质

根据该滑坡变形及结构特征，滑坡区平面呈半圆弧形，周界范围如下：滑坡后缘至中后部玄武岩陡坎及通村干道下方，滑坡前缘至村庄前侧斜坡地带，滑坡两侧至地形坳沟处。滑坡区横向宽为180～230 m，斜长为100 m，高差为10 m左右，平面面积为32 500 m2，潜在滑体厚度在3.5～8.0 m之间，平均值以5.5 m计，潜在滑坡方量为12.5×104m3，主滑方向为243.5°，系表层松散土体和上部沉积黏土沿着下部玄武岩及软弱沉积夹层向前缘临空方向发生差异性变形或缓慢蠕滑，属中型浅层推移式玄武岩台地型滑坡，降雨是主要的激发因素。

图2 嵊州市剡湖街道南山塘滑坡区平面图

2. 3 滑坡结构特征

根据滑坡区工程地质结构特征(见图3)，潜在的滑动面(带)为：下部③3层第二期中风化玄武岩和沉积夹层——②2层硬塑-坚硬状“硅藻土”黏土，前缘局部贯穿②1层可塑状“硅藻土”黏土和①2层粉质黏土。滑坡体物质自上而下分别为：表层结构松散且有一定孔隙度的①2层粉质黏土和①1层人工填土以及上部②1层可塑状“硅藻土”黏土。滑床主要为下部③3层第二期中风化玄武岩和沉积夹层——②2层硬塑-坚硬状“硅藻土”黏土。该滑坡前缘剪出口位于村庄前部道路下方斜坡地带，目前主要分布梯田耕种区。

图3 嵊州市剡湖街道南山塘滑坡区工程地质剖面图(L1)

2. 4 滑坡成因机制

2.4.1 滑坡变形破坏模式

该滑坡处于玄武岩台地区，结合滑坡变形破坏特征、工程地质结构和岩土体性质等分析，同时考虑所处台地地貌、玄武岩间夹硅藻土和潜在滑移面较缓，认为该滑坡变形破坏模式属于蠕滑-拉裂式类型，主要系上部松散堆积物沿着下伏中风化玄武岩及沉积夹层产生变形积聚或蠕滑(动);从作用机制上分析，该滑坡属于重力推移式滑坡，受降雨的影响会产生持续压缩变形积聚或局部差异性变形和缓慢剪切蠕滑。

可见，南山塘玄武岩台地型滑坡的危害影响范围主要位于潜在滑坡区域，因其未有明显向前滑移趋势，故对坡麓地带的影响较小。

2.4.2 滑坡形成条件及影响因素

(1) 独特的地形地貌条件：玄武岩台地区呈顶平-中缓-下陡，后缘分布陡坎，该滑坡位于台地边缘中前部，前缘斜坡较陡，高差较大，易于发生滑塌。

(2) 特殊的滑体结构特征：区域表层覆盖松散堆积物，厚度较大，雨水地表水易于下渗，使得地下水水位升高，导致岩土体性质变差，易产生压缩变形；区域下部分布的硅藻土黏土为特殊性不良工程地质层，其含水量高、压缩性中等-高、渗透系数低，为相对不透水层，由于上部滑体内地下水相对丰富，会在该处形成地下水渗流的相对活跃地带，使其软化和泥化，产生压缩变形和剪切破坏，再加上地下水的长期渗透，易形成潜在的滑移面，不利于坡体稳定。

(3) 降雨及水文地质条件：连续强降雨是该滑坡的主要诱发条件，因雨水地表水下渗，滑体内地下水水位抬升，在下部岩土体性质差异面可形成地下水渗流的活跃地带，长期浸润软化并降低滑体滑带土的物理力学性质，且地下水水位抬升将增大孔隙水扬压力及动水压力，再加上前缘坡度较陡，使得地下水水力梯度变大，阻滑作用不足，对坡体稳定不利。

(4) 不良人类工程活动：村民建房形成不利附加荷载，种植疏松改造且形成人工填土，前缘修建道路切坡开挖，均不利于坡体稳定。

3 降雨作用下玄武岩台地型滑坡灾害动态风险综合评价

3. 1 滑坡灾害动态风险综合评价体系构建

不同降雨强度作用下，滑坡的稳定性和危险性会发生变化。结合滑坡危险区承灾体分布，可科学评估滑坡灾害动态风险，以为合理防灾提供决策依据。

本文基于非饱和渗流理论和极限平衡计算方法，采用滑坡稳定性流固耦合数值计算和失稳破坏概率蒙特卡洛模拟手段，确定了滑坡稳定性和危险性以及滑坡最大可能威胁范围，再结合风险评价理论，考虑承灾体易损性，建立了降雨作用下玄武岩台地型滑坡稳定性-危险性-动态风险综合评价体系(见图4)，并确定了不同降雨强度下滑坡灾害动态风险水平，在此基础上开展滑坡灾害综合防灾决策研究。具体技术流程如下：

图4 降雨作用下玄武岩台地型滑坡灾害动态风险 综合评价体系

(1) 根据滑坡区地形条件和工程地质及水文地质特征，构建概化地质模型，细化坡体结构，明确边界条件，赋于坡体各岩土层岩土体的物理力学参数和水力学参数，确定坡体初始地下水水位条件。

(2) 将大雨、暴雨、大暴雨和特大暴雨等不同降雨工况作为输入条件，并采用不同降雨强度进行表达，同时界定降雨历时，确定降雨计算周期。

(3) 通过GeoStudio系列平台[16]SEEP/W程序进行不同降雨强度作用下坡体暂态渗流计算，确定坡体地下水水位暂态渗流场及孔隙水压力分布。

(4) 基于坡体暂态渗流场分布，通过SLOPE/W程序进行不同降雨强度下的滑坡稳定性流固耦合数值计算和失稳破坏概率蒙特卡洛模拟，确定不同降雨强度下滑坡稳定性和失稳破坏概率，并进一步圈定滑坡最大可能威胁范围。

(5) 结合不同降雨强度作用下滑坡危险区范围内承灾体分布及其易损性评价，确定一定时期内不同降雨工况条件下滑坡灾害的动态风险水平，包括人口伤亡风险、经济损失风险和综合风险评价。

(6) 根据不同降雨强度作用下滑坡灾害的动态风险水平，结合地质环境条件、工程地质及水文地质特征和滑坡体结构，统筹人居条件、工程经济等因素，合理确定滑坡综合防灾方案及措施建议。

3. 2 理论基础与评价模型

3.2.1 降雨入渗非饱和岩土体暂态渗流

初始状态下，坡体呈非饱和状态，其内部存在基质吸力的作用，在强降雨作用下，雨水沿着坡体表面入渗，坡体体积含水量与孔隙水压力有关，其变化是关于孔隙水压力改变的函数，由于对于雨水入渗作用下的坡体暂态渗流问题，其是基于饱和-非饱和岩土体暂态渗流有限元等式[17]进行的，满足如下的控制方程：

(1)

式中：H为总水头(m)；Kx、Ky为x、y方向岩土体的渗透率(m/s)；Q为边界流量(m3)；mw为与体积含水量和孔隙水压力有关的岩土体储水曲线坡度(°)；γw为岩土体饱和重度(kN/m3)；t为时间(s)。

应用Galerkin方式将公式(1)转化为有限元方程[18]，其有限元解是关于时间t的函数，在渗流分析等式中是由与时间t相关的节点水头矢量{H}，t表征的，时间积分通过有限差分方式获得，由此得到控制方程的简洁形式为

(ωΔt[K]+[M]){H1}=Δt(1-ω){Q0}+ω{Q1})+([M]-(1-ω)Δt[k]){H0}

(2)

式中：Δt为时间增量(s)；ω为0～1之间的比例系数；[K]、[M]分别为渗透系数和土体储水曲线坡度矩阵；H1、Q1为时间增量结束时的水头(m)、流量(m3)；H0、Q0为时间增量开始时的水头(m)、流量(m3)。

采用后差分方式，定义ω=1.0，可将控制方程进一步简化。可见，若要计算时间增量结束时的新水头值，就要知道时间增量开始时的初始水头值，然后再采用高斯消去法确定出每个节点在任意时刻的水头值，基于此从而确定出坡体基质吸力、孔隙水压力以及体积含水量等水力参数值。

坡体暂态渗流分析最重要的是赋于材料渗透特性，非饱和岩土体的渗透系数是关于基质吸力的函数，可通过试验手段获取其饱和状态下的渗透系数和体积含水量与基质吸力的关系，再采用拟合预测“Green and Corey”方法[19]确定非饱和岩土体的渗透系数。

3.2.2 滑坡稳定性流固耦合数值计算

非饱和坡体中存在基质吸力的作用，其对岩土体抗剪强度有着积极的贡献作用，有利于维持坡体稳定，可见对于非饱和态坡体的抗剪强度等式采用修正Mohr-Coulomb强度理论[17]，即为

τ=c′+(σn-ua)tanφ′+(ua-uw)tanφb

(3)

式中：τ为坡体抗剪强度(kPa)；c′、φ′分别为坡体有效黏聚力(kPa)、有效内摩擦角(°)；σn为总法向应力(kPa)；σn-ua、ua-uw分别为破坏面上的净法向应力(kPa)和基质吸力(kPa)；φb为与坡体基质吸力关联的内摩擦角(°)，其对应于基质吸力增长的抗剪强度增长曲线倾角，是与坡体基质吸力有关的函数，介于0和φ′之间，工程实践证明其介于15°～20°；(ua-uw)tanφb为坡体基质吸力引起的抗剪强度(kPa)；ua、uw分别为孔隙气压力(kPa)、孔隙水压力(kPa)。

对于坡体基质吸力、孔隙水压力和体积含水量等水力学参数，可经由上述饱和-非饱和坡体暂态渗流计算综合确定。存在基质吸力作用的滑坡稳定系数计算采用极限平衡方法[16]来实现，其通用极限平衡计算对应力矩和静力平衡可分为极限状态的力矩平衡稳定系数计算等式和静力平衡稳定系数计算等式。根据滑坡勘查规范[20]，滑坡稳定性可以划分为不稳定、欠稳定、基本稳定和稳定4级,见表1。

表1 滑坡稳定性分级表

3.2.3 滑坡危险性评价

考虑滑坡岩土体参数天然表现出空间变异性，采用蒙特卡洛模拟手段[21]，分析不同降雨强度、降雨时间并考虑岩土体参数(ks、sf、θ、c、φ)变异性的滑坡失稳破坏概率分布。

采用随机变量模型描述岩土体参数变异性，将多个参数作为随机变量计算滑坡不同时刻的失稳破坏概率，Θ表示不确定性参数，其概率密度函数(PDF)为f(Θ)，Fs(Θ,t)表示坡体在t时刻的安全系数Fs，则降雨t时刻滑坡失稳破坏概率pf(t)为

pf(t)=∭J[Fs(Θ,t)]f(Θ)dΘ

(4)

式中：J[FS(Θ,t)]为描述滑坡是否破坏的指示函数，有：

(5)

基于蒙特卡洛模拟对随机变量Θ进行N次随机抽样，相应的滑坡失稳破坏性概率可近似表示为

(6)

式中：Θk为随机变量Θ的第k个样本；pf(t)也表示降雨t时刻之前对应的滑坡失稳累积破坏概率，即pf(t)=p(tf

由此滑坡失稳时间PDF表示为

(7)

根据上述PDF可得对应的均值、方差分别为

(8)

(9)

基于经蒙特卡洛模拟确定的滑坡失稳破坏概率，参照相关评价技术要求[22]，可将滑坡地质灾害危险性划分为极高危险性、高危险性、中危险性和低危险性四个级别(见表2)。

表2 滑坡地质灾害危险性分级表

3.2.4 滑坡灾害综合风险评价模型建立

基于不同降雨强度作用下滑坡稳定性计算和危险性蒙特卡洛模拟，以滑坡体及其周边地带为评价区域，以独立的承灾体为评价单元，分析滑坡危险性相关的概率，确定人员和经济类承灾体的易损性，并结合风险评价理论[23-24]，考虑不同降雨工况的作用，开展滑坡一定时期内的综合风险评价，确定每一个承灾体的动态风险水平，并进行不同风险等级评价区划。

(1) 评价对象及类型：包括人口和经济类承灾体两种类型，可分为人员伤亡风险评价、经济损失风险评价和综合风险评价[22]，主要评价某一时间段内(一般为1 a)滑坡地质灾害对人员或经济所造成的潜在人员伤亡风险、经济损失风险和综合风险。

(2) 评价技术方法：在滑坡危险性评价的基础上，采用定量与定性相结合的方法确定各项风险评价参数，并对滑坡灾害进行动态风险综合评价，其表达式[22]为

Ri=Pi×Ei×Vi

(10)

式中：Ri为某降雨工况下第i个评价单元滑坡灾害风险值；Pi为某降雨工况下第i个评价单元滑坡灾害危险性指数；Ei为某降雨工况下第i个评价单元承灾体价值(人员数量为人/a，经济价值为万元/a)；Vi为某降雨工况下第i个评价单元承灾体易损性。

(3) 承灾体易损性评价：根据调查结果，评估并统计每一处独立建构筑物内的家庭户籍人口数量或常驻留人员数量以及经济价值。人员和经济类承灾体易损性的数值区间为 0～1。按最大风险原则，根据滑坡稳定性定性或半定量地评估人员易损性，可认定滑坡发生失稳-破坏后，最大可能威胁范围之内的人员承灾体易损性为1，之外的为0；根据经济类承灾体本身特征及其与灾害体的空间位置关系(即危害区分布)等定性或半定量地评估经济类承灾体易损性，并根据威胁区范围距离致灾体的远近，划分为无、轻微、中等和严重危害区，当无法划分危害区等级与范围时，最大威胁区范围均作为严重危害区。建(构)筑物等经济类承灾体的易损性参照表3进行分析。

表3 建(构)筑物等经济类承灾体的易损性评价分级表

(4) 风险等级区划：通过不同降雨强度下滑坡灾害动态风险综合评价，确定每一个承灾体的风险值(人口伤亡、经济损失和综合风险)，并参照相关技术要求[22]和地质灾害危害分级[25]划定其风险等级，包括极高、高、中和低风险4个级别，见表4。

表4 滑坡地质灾害风险等级划分表

3.3 滑坡灾害动态风险综合评价

3.3.1 降雨工况条件设置

考虑大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨4种降雨工况作用，根据气象部门降雨强度划分标准[26]，不同的降雨工况条件以12 h内或24 h内的降水量(一般用24 h降雨量)来判定(见表5)，并设定相应值作为降雨输入条件和降雨计算周期。

表5 降雨工况划分表

3.3.2 滑坡地质模型及计算参数确定

以南山塘滑坡区工程地质剖面(L1)作为代表性计算断面(见图3)，构建该滑坡稳定性计算和危险性评价模型。其中，地下水水位线是正常勘查期间实测的稳定地下水水位线，并将其设定为初始地下水水位。

滑坡地质模型计算参数包括各地层水力学参数和岩土体物理力学指标(天然和饱和状态)。通过室内试验测试岩土体相关性质参数，结合坡体稳定状态并考虑周边类似情况和相关经验参数[12,27]，经测试、计算和反演等综合确定体现不同赋存状态下岩土体的水力学和物理力学性质参数(饱和状态下为固快有效应力强度指标)，见表6。为了合理反映前期降雨的影响，在岩土体强度参数取值时选用了饱和抗剪强度指标，以体现降雨对岩土体的劣化和弱化作用。

表6 滑坡岩土体基本计算参数表

构成潜在滑动带的岩土体基本为可塑状硅藻土黏土，试样饱和度在90%以上，故试验值基本为饱和抗剪强度值，但由于硅藻土特殊的微观结构和物质组成，其遭受外界扰动后结构力迅速消失，力学性质急剧变差，重塑硅藻土的抗剪强度值明显低于原状土，则取其残余强度值进行计算，并结合滑坡变形破坏特征及稳定性假定稳定滑坡系数FS=1.0进行反演确定。

3.3.3 滑坡稳定性计算和危险性评价

基于科学计算平台，采用最危险滑移面自动搜索的方法，开展了不同降雨工况条件下滑坡稳定性流固耦合计算，分析了坡体内部暂态渗流场变化以及滑坡稳定性等级区间，并通过蒙特卡洛模拟确定了滑坡失稳破坏概率及危险性等级，见图5和表7。

根据不同降雨工况条件下该滑坡稳定性和危险性评价结果(表7)可知：随着降雨强度的增大，坡体内部暂态地下水水位线逐渐升高，孔隙水压力逐渐增大，滑坡稳定性逐渐降低，由稳定向基本稳定甚至欠稳定状态方向发展；随之对应地，滑坡失稳破坏概率也逐渐增大，危险性由大雨和暴雨条件下的低危险性逐渐发展为大暴雨和特大暴雨条件下的中危险性，整个变化过程较好地反映了降雨激发玄武岩台地型滑坡的灾变作用机制和可能的失稳发展趋势，并且降雨强度越大地下水水位抬升幅度和滑坡失稳趋势越明显。

根据降雨作用下滑坡稳定性和危险性评价结果，结合其变形破坏地质模式，进一步圈定了该滑坡最大可能的危险区范围位于台地边缘潜在滑坡区域，覆盖村庄中前部居住区及前侧村道下方斜坡一带。

图5 不同降雨工况下滑坡孔隙水压力及稳定性变化图

表7 不同降雨工况下滑坡稳定性和危险性评价结果

3.3.4 降雨作用下滑坡灾害动态风险综合评价结果与分析

结合斜坡区房屋等建筑物和在册人口分布，按要求统计并评估人口和经济类承灾体易损性，通过单个承灾体户籍人口数量和经济价值总量予以表达。根据该滑坡区村庄建筑布局(见图2)并统计得知：2～4层房屋多为砖混结构，1层房屋为砖混或砖木结构；连幢3层和4层房屋价值超过100万元，户籍人口在3人以上，4层房屋户籍人员甚至多于10人；单幢3层和连幢2层房屋价值在50万元以上，单幢2层房屋价值在10万元以上，3层和2层房屋户籍人口多在3人以上，2层房屋单户户籍人口一般在1～3人；1层房屋几乎无人居住，房屋价值也低于10万元。

根据人员和经济类承灾体易损性确定方法，以特大暴雨工况为例，潜在滑坡危险区范围内危险性中等、区外危险性低，则危险区内人员易损性为1、但无人居住和区外人员易损性为0。结合斜坡区建筑物分布和结构类型，潜在滑坡危险区范围内的建筑物易损性与结构类型相关，砖混结构和砖木结构类建筑物易损性为1，钢混凝土结构类建筑物易损性为0.8，而位于危险区外的建筑物易损性为0。

在滑坡危险性和承灾体易损性评价的基础上，以独立的承灾体为评价单元，开展了降雨作用下滑坡灾害动态风险综合评价，并以特大暴雨工况(即最不利工况条件)下的评价结果(见图6)为例，进行具体分析。

(1) 大雨工况条件下，滑坡稳定，危险性低，人口伤亡和经济损失综合风险整体为低风险。

(2) 暴雨工况条件下，滑坡基本稳定，危险性低，滑坡危险区范围内局部地区有风险，其中连幢4层房屋人口伤亡和经济损失综合风险高，单幢4层房屋和连幢3层房屋综合风险值，其余均为低风险，而滑坡危险区外均为低风险。

(3) 大暴雨和特大暴雨工况条件下，滑坡发展为欠稳定，危险性中等，滑坡危险区范围内风险区域和风险等级均扩大，其中连幢4层房屋人口伤亡和经济损失综合风险极高、单幢4层和连幢3层房屋综合风险高，2层和单幢3层房屋综合风险中等，其余均为低风险，而滑坡危险区外均为低风险。

图6 降雨作用下滑坡灾害动态风险综合评价结果图(以特大暴雨工况为例)

综上分析可见，随着降雨强度增大，滑坡稳定性变差，危险性程度逐渐变大，滑坡灾害动态风险区域和风险等级也相应增大，尤其大暴雨和特大暴雨条件下，滑坡危险区动态风险出现极高和高风险级别，故有必要采取相应的防灾措施加强滑坡风险管控，提高滑坡稳定性，降低滑坡灾害风险，以保障人民生命和财产安全。

4 降雨作用下玄武岩台地型滑坡灾害综合防治技术体系

4. 1 总体思路及防灾方案

玄武岩台地型滑坡是一种具有特殊结构和非典型性质的滑坡类型，玄武岩下部分布的硅藻土黏土属不良工程地质层，可构成潜在的滑移面，降雨作用下地表水入渗形成地下水渗流、抬升地下水水位，可致边坡岩土体性质劣化、强度降低，导致坡体稳定性降低，危险性等级提高，不同降雨作用下滑坡灾害动态风险均有不同范围和程度的扩大，而且在大暴雨和特大暴雨工况条件下滑坡危险区出现极高和高动态风险水平。目前常用的防灾模式是实施滑坡危险区整体搬迁或采用抗滑桩或锚索等大型治理工程，不但周期长、耗资大，还彻底改变受威胁居民的正常生产及生活。

针对玄武岩台地型滑坡特殊的滑体结构和工程地质与水文地质特征，以及该滑坡潜在的滑移面低缓，向前滑动的趋势不甚明显，发生剧滑或速滑的可能性小，降雨和地表水入渗作用下上部松散岩土体可能会发生持续压缩变形积聚或局部差异性变形和缓慢剪切蠕滑等特点，通过有针对性地采用系统截排水和远程自动化监测预警相结合的防治技术，开展了该滑坡综合防灾控制，以有效促进滑坡体稳定，切实降低滑坡灾害风险，既充分维持了当地村民正常的生产及生活，也可有效避免整体搬迁和大规模治理带来的社会不安定和巨额资金投入。

南山塘滑坡综合治理和风险管控布局如图7所示，该综合防治系统包括系统截排水工程和远程自动化监测预警系统两大体系，见表8。

4. 2 滑坡区系统截排水工程

该滑坡灾害综合防治采用系统截排水工程消除雨水地表水不利作用(见图8)，主要包括：

(1) 排水明沟：布设于村庄中部通村主干道和上方陡坎处村道内侧，总长度为500 m，其中东西向通村主干道采用宽深沟，村道内侧采用窄沟。

图7 南山塘滑坡区综合治理和风险管控平面图

表8 南山塘滑坡区综合防治系统布局一览表

图8 南山塘滑坡区系统截排水工程现场建设图

(2) 截水盲沟：布设于中部通村主干道及与上方陡坎处村道内侧窄沟相连而横切道路的区段，长度为50 m，断面及材料规格均与明沟对应，顶面采用预制镂空式盖板封盖，保障道路安全通行。

(3) 道路挡水板：布设于村庄中部通村主干道和上方陡坎处村道外侧，长度为300 m，既可扩大排水断面，又避免地表水流满溢冲蚀下方。

(4) 纵向排水沟：布设于村庄中部通村主干道往西侧冲沟排水出口处，长度为50 m，顺坡形设置，以便将集中水流排泄至场区外。

(5) 消能池：布设于沟渠水流转折与汇合处，共计6处，断面呈正方形，通村主干道西端适当扩大断面，顶面封盖加强安全防护。

(6) 配套工程：一是对滑坡危险区进行地面硬化阻渗、水沟修建和废水集中排放；二是对上方陡坎处村道内侧土体裸露区采用C20水泥砂浆抹面封闭阻渗；三是对陡坎清表处理后设置浆砌石挡墙。

沟渠断面以滑坡防治工程等级为Ⅲ级、暴雨强度重现期“20年一遇(P=5%)”为标准确定。

4. 3 滑坡区远程自动化监测预警系统

4.3.1 监测预警网络系统构成

根据玄武岩台地型滑坡结构特征、降雨滑坡蠕滑特性和场区环境，构建了系统型坡表、地下、空中一体化的降雨-地下水-滑坡变形远程自动化综合监测预警网络体系，见图9。

图9 南山塘滑坡区远程自动化综合监测预警网络 系统结构图

本次针对性布置“两纵三横”监测网络体系：纵向监测断面沿滑坡主滑方向布置，每条测线均监测坡体地下水水位和深部位移变化，并沿纵向测线于滑坡中部开阔地带布置雨量监测站和红外视频监控系统；同时在滑坡前缘布置横向坡表位移监测线监控滑坡区局部变形或滑塌，3条横向测线自上而下则分别监测坡体地下水水位、深部位移和表层位移变化。由此实现滑坡多因素全场景立体化监测控制。

4.3.2 监测预警网络系统建设

滑坡远程自动化综合监测预警网络系统按《崩塌、滑坡、泥石流监测规范》(DZ/T 0221—2006)[28]等相关要求建设(见图10)，具体监测内容如下：

(1) 降雨监测：布设1套雨量监测系统(WL01)，分析降雨与地下水水位的相关性。

(2) 坡体地下水水位监测：通过监测坡体地下水水位的动态变化，分析地下水水位与滑坡稳定性的相关性，并与深部测斜监控系统统一布局，沿两条纵向测线分别选择两处钻孔布置1处自动化监测系统(ZDSW02)和1个人工监测点(SW03)。

图10 南山塘滑坡区远程自动化综合监测预警系统 现场建设图

(3) 坡表绝对位移监测：采用GPS测量坡表三维(x/y/z)绝对位移量、方向及速率，于前缘斜坡布设1条横向测线、测点2个(GPS02、GPS03)。

(4) 坡体深部测斜：采用钻孔地下倾斜监测，监测滑坡角变位、倾倒变形及切层蠕滑，沿两条纵向测线分别选择两处钻孔布置1处自动化测斜系统(ZDCX02)和1个人工测斜点(CX03)。

(5) 红外视频监控：于滑坡中部空旷地带布设1套红外视频监控系统(SP01)，实时查看滑坡区是否出现地表裂缝或建筑物变形破坏等现象。

4. 4 滑坡综合监测分析与防治效果评价

4.4.1 降雨与坡体地下水水位动态变化分析

通过对比滑坡区降雨量(WL01监测点)与地下水水位(ZDSW02自动水位监测点)的对应变化关系(见图11)可知：滑坡区地下水水位变化与降雨量较为对应，两者变化趋势大体一致，降雨期间坡体内地下水水位有抬升，雨止后坡体地下水水位下降并恢复，此过程在滑坡区系统截排水工程实施初期(2018—2020年)表现较为明显；在滑坡区系统截排水工程正常发挥功能效应期间(2020年汛后至今)，坡体内部地下水水位常维持在一定相对平衡的状态，雨后地下水水位平均抬升幅度一般在1～2.5 m之间，相对前期的地下水水位平均抬升幅度3～6 m要小很多，降雨后地下水水位恢复正常的速度相对也较快，这种情况在近年2021年和2022年的4～9月雨汛期表现较为显著。

图11 南山塘滑坡区降雨量与地下水水位对应变化 关系图

可见，该滑坡体内部地下水水位受降雨的影响明显，雨期坡体内部地下水水位抬升，雨后坡体内部地下水水位逐渐下降，其变化幅度与降雨强度相互对应，但通过滑坡区系统截排水工程的实施，雨期坡体内部地下水水位的抬升幅度显著降低，通过有效截除雨水或地表水的下渗，促进地下水的排泄，促使滑坡体内部地下水水位维持在相对平衡的状态，不再出现大幅度的升降，从而有效维持了滑坡体稳定性。

4.4.2 滑坡区地表位移变化分析

图12 南山塘滑坡区地表位移监测变化曲线

通过对比该滑坡区前缘具有代表性的地表位移监测点(GPS02和GPS03)的位移变化(见图12)可知：滑坡地表累计位移整体变化较小，随着滑坡区系统截排水工程充分正常发挥功能效应(2020年汛后至今)，滑坡前缘区域坡表位移变化有逐渐变缓的趋势，地表位移变化速率逐渐降低，维持相对平缓的波动状态，而且滑坡区地表及现状建(构)筑物也未见明显变形迹象。可见，目前滑坡区表层位移变化相对较小，通过实施系统截排水工程，有效减缓滑坡趋势，发挥坡体促稳作用。

4.4.3 滑坡区深部测斜位移变化分析

通过分析滑坡区代表性钻孔深部位移自动测斜点ZDCX02(取布设于滑带处的测斜仪监测)和人工测斜点CX03的深部位移变化情况(见图13)可知：滑坡区深部位移变化主要呈“钟摆型”来回振荡变化态势，总体位移变化较小，累计位移变化差在10 mm以内，且整体位移变化幅度相对较小，无明显的突变点，未形成统一贯通的滑移面，说明目前滑坡内部位移整体变化较小，坡体较稳定，可见坡体深部与坡表位移变化进一步相互印证。

图13 南山塘滑坡区深部位移监测变化曲线

4.4.4 防灾效果与风险管控评价

经滑坡变形综合监测分析可见，通过实施系统截排水工程，有效避免了降雨及地表水汇入下渗，并促进了排水，能最大限度地消除其对坡体的不利影响，目前坡体内部地下水水位被控制在一个相对平衡状态，降雨作用下坡体内部地下水水位变化幅度较小，且滑坡区地表未见明显变形迹象，滑坡内部也未形成统一的滑移面，滑坡内部整体位移变化较小，说明系统截排水工程作用效应明显，防灾效果显著，滑坡现状稳定，危险性低，处于低风险水平(见图7)。

通过进一步强化系统截排水工程管养维护，确保滑坡区截排水系统一直充分发挥功能效应，避免地表渗水和促使表里排水，控制坡体内部地下水水位变化幅度，有效促进坡体稳定，同时持续开展系统性连续监测预警，以加强实时监控和性状反馈，综合技术作用下动态掌控滑坡稳定状态，维持坡体稳定和降低危险性，切实有效地将滑坡灾害控制在低风险水平，从而维护村庄区人员和经济安全。

5 结论与讨论

本文以地处玄武岩台地区的嵊州市剡湖街道南山塘滑坡为例，在分析滑坡类型、结构特征、成因机制和破坏模式的基础上，建立了降雨引发玄武岩台地型滑坡的稳定性-危险性-动态风险综合评价体系，通过流固耦合数值计算和蒙特卡洛模拟并结合滑坡地质灾害风险评价，开展不同降雨工况条件下滑坡灾害动态风险水平分析和综合防灾决策研究，并通过工程实践分析了系统截排水和远程自动化监测预警相结合的技术体系应用于玄武岩台地型滑坡综合防治的治理效果，得到如下结论：

(1) 顶平中缓下陡的台地地貌条件和玄武岩及下部分布的河湖相沉积硅藻土不良地质层构成了玄武岩台地型滑坡特殊的地质结构特征，降雨及地表水下渗是触发因素，可使坡体地下水水位抬升，形成地下水渗流，引发坡体局部差异性变形或剪切蠕滑，滑坡变形破坏模式以蠕滑-拉裂式为主。

(2) 针对不同降雨工况条件对坡体的影响作用，历经大雨、暴雨、大暴雨直至特大暴雨作用，随着降雨强度的增大，滑坡稳定性变差，由基本稳定发展为欠稳定，滑坡危险性程度渐变为中等危险性，滑坡灾害动态风险区域和风险等级也相应变大，特别是大暴雨和特大暴雨工况条件下滑坡危险区范围内连幢4层房屋人口伤亡和经济损失综合风险为极高，单幢4层和连幢3层房屋综合风险为高，2层和单幢3层房屋综合风险为中等，而滑坡动态综合风险出现极高和高级别意味着需采取防灾措施加强风险管控。

(3) 基于该滑坡特殊的地质结构特征，并结合潜在的滑移面较缓、降雨是触发因素、上部松散岩土体会发生持续压缩变形积聚或局部差异性变形和缓慢蠕滑等特点，有针对性地采用系统截排水和远程自动化监测预警相结合的技术体系进行玄武岩台地型滑坡综合防治，既能有效截除地表水流和促进排水，控制地下水水位变化幅度，促进坡体稳定，又建设了多因素、全场景、立体化的远程自动化综合监测预警网络系统，强化了滑坡稳定性实时监控和变形趋势动态反馈，在综合技术作用下治理工程效果明显，坡体目前处于稳定状态，危险性低，动态风险被控制在相对较低的水平，维护了当地人员和经济安全，说明该处滑坡综合防治效果突出，通过科学防治手段实现了滑坡灾害风险控制。

可见，对于降雨引发的玄武岩台地型滑坡，通过降雨作用下的滑坡稳定性-危险性-动态风险综合评价，采用系统截排水和远程自动化监测预警相结合的综合治理手段是一种切实可行的防治技术方法。