边坡滑坡安全状态的评判标准研究

黄 兵

（遵义市交通勘察设计有限公司，贵州 遵义 563126）

0 引言

在实际边坡工程中，易受到外部荷载和人为因素的影响而发生边坡失稳破坏，对人民安全和财产造成损失。因此，对边坡稳定性的研究和判断一直是工程领域的重点。

李腾[1]根据某边坡实际工程案例，采用坡面修整和锚杆格栅的方式对边坡加固的施工方法进行研究。赵辉等[2]考虑到了降雨的影响，模拟了强降雨条件下边坡饱和渗流的时程变化情况，探究了边坡安全系数与土体饱和度之间的关系和变化规律。徐小乐等[3]研究了牵引式滑坡在暴雨、地震等不离条件下的失稳概率。熊杨福[4]利用实际工程土样进行了不同含水率下的膨胀力试验，推导边坡受到膨胀力作用的稳定性分析表达式。

该文为研究边坡滑坡在自然灾害和人为因素影响下的破坏情况，对在滑坡过程中的累计位移-时间关系和St-t关系进行理论研究和梳理，对比了理论和实际的差异。对滑坡的4 种变形阶段进行划分，推导出加速变形阶段与急剧变形阶段之间的临界点划分标准。

1 滑坡变形曲线

图1 为在塑性累计破坏中的经典滑坡表面时间-位移曲线。从图中可以看出，在开始阶段，滑坡受到外部荷载（地震、强降雨、列车）和人为因素扰动发生初始变形，位移增加速度较为缓慢。在匀速变形阶段，累计位移增加缓慢，相对来说比较稳定。在匀速变形阶段末端和加速变形阶段开始时，位移-时间曲线出现拐点，位移增加速度逐渐加快。最后在急剧变形阶段，边坡出现较大的变形，开始出现失稳。

图1 滑坡累计时间-位移曲线

将累计位移/时间定义为St，即在t时刻该点对应的原点坐标割线正切值。图2 为滑坡割线斜率-时间曲线，从图2 得知，St=tanα，表示在图1 累计时间-位移曲线中该点连线坐标原点的连线与水平横坐标轴的夹角，因此该St-t曲线反映了在累计时间-位移曲线中的割线正切值随着时间的变化趋势。

图2 滑坡割线斜率-时间曲线

如果该曲线囊括边坡从初始阶段直到最后急剧变形发生失稳破坏，St-t曲线具有以下3 种特征：1）在1 初始变形阶段，St呈现下降趋势，斜率小于0。2）在1 匀速变形阶段，St下降幅度微小，斜率逐步由负转变到0 附近。3）在3 加速变形阶段，St呈现开始逐步增加，斜率由0 变正。4）在4 急剧变形阶段，St呈现快速增长的趋势，边坡开始出现过大的变形，进而出现失稳破坏的情况。

然而在实际边坡检测过程中，很难从初始变形阶段监测，很可能在某一特定变形阶段进行监测，这时的St-t曲线则与图2 所呈现的存在差异。图3 为不同变形阶段的累计位移-时间曲线和St-t曲线。

图3 边坡变形曲线

2 滑坡变形的St-t 曲线

在实际的滑坡案例中，由于受到许多外界因素的影响，因此在实际监测过程中不可避免地存在操作和设备上的误差，滑坡变形的监测数据和St-t曲线很少呈现该文所描述的那种趋势。

为了进一步对滑坡的变形规律进行探究，并由此获得St-t曲线对滑坡进行分析和预测，该文采用间距为匀速阶段1/20 时间段作为间隔的方式采用等间距描点法做出滑坡的位移-时间曲线。

2.1 案例1

案例1 为受人为因素影响导致的基岩滑坡，St-t曲线如图4 所示。在初始变形前期，曲线波动较大，St从0.3 升至0.6，然后经过一段微小波动后开始变小。在匀速变形阶段，曲线较为平稳，斜率逐渐变小，在末段接近于0。在加速变形阶段，St开始逐渐上升，斜率越来越大，最后进入急剧变形阶段，St和斜率都出现较快地增长，边坡开始破坏。

2.2 案例2

案例2 为铁矿附近的岩质滑坡，图5 为案例2 的滑坡St-t曲线。在初始变形阶段，案例2 与案例1 相近，曲线波动较大，St从1.3 升至2.6，然后经过一段波动后开始逐渐变小。在匀速变形阶段，案例2 与案例1 不同，St下降幅度较大，最后加速度逐步递增，到达急剧变形阶段。

图5 案例2 滑坡St-t 曲线

2.3 案例3

图6 为案例3 的滑坡St-t曲线。该曲线与案例1 和案例2 略有不同。从图中可以看出，随着时间的增长，逐步从匀速变形阶段到加速变形阶段，这期间St数值变化不大，直到加速变形阶段末期，St才开始增长，然后进入急剧变形阶段，斜率越来越大。

图6 案例3 滑坡St-t 曲线

2.4 案例4

图7 展示了案例4 的滑坡St-t曲线。该案例相对较为经典，经历初始变形、匀速变形、加速变形和急剧变形4 个阶段。在初始阶段末到加速变形阶段末，曲线较为平稳，然后进入急剧变形阶段。

图7 案例4 滑坡St-t 曲线

3 滑坡各阶段判断标准

为了便于实际工程施工和应用，更准确地对滑坡进行预测，对滑坡St-t曲线中的初始变形、匀速变形、加速变形和急剧变形4 个阶段划分标准进行确定。

当St-t曲线在起始阶段时，斜率为负数且数值较大，则可由此判定该滑坡处于初始变形阶段。

当斜率为负数但数值较小，曲线St数值缓慢下降，则可由此判定该滑坡处于匀速变形阶段。

当斜率开始缓慢地由负转为正，曲线St数值开始上升且上升趋势逐步加快，由此判定该滑坡处于加速变形阶段。由于斜率取值较为困难，需要进行拟合，实际工程中难以采用，因此通过公式（1）进行判断。

式中：λ为该曲线的割线斜率；ti为在i时刻的时间；Sti为i时刻累计位移与时间的比值。

滑坡预警关键是判断滑坡是否从加速变形阶段到达急剧变形阶段。常规方法一般是对一些物理量进行整合来进行判断，如速率、加速度、位移量等。由于在实际工程中滑坡地质的复杂性和易受到人为、自然因素的影响，传统的方式复杂且不实用。

经过对上述4 个案例的研究并且对相关文献进行阅读归纳，总结相应的判断依据。通过5 期割线斜率和当期割线斜率进行计算的1 个以上割线斜率比判断较为可靠。表1 为采用该方法进行滑坡加速变形阶段与急剧变形阶段之间临界点的相关数据。

表1 滑坡割线斜率

从表1 的滑坡割线斜率比可以发现，曲线位于滑坡加速变形阶段与急剧变形阶段之间临界点附近时，割线斜率比由连续两期采集的，前一期大约在2.0～3.5，占66%，后一期割线斜率比约在1.2～2.0，占66%。为尽量避免滑坡危害，因此将第一期割线斜率比2.0，第二期割线斜率比1.0 作为临界点，如果大于该数值就认定滑坡变形增速过大开始进入急剧变形阶段。

根据以上标准，对以上案例滑坡进行判定预警，表2 展示了各滑坡利用该标准的报警次数。从表2 可以看出，4 种算例中，报警次数普遍为1～2 次。该预警方式较为准确，比较符合实际情况。因此，判断边坡是否开始进入急剧变形阶段进而发生失稳破坏，该标准是较为实用的。

表2 各算例报警次数

4 结论

该文对在滑坡过程中的累计位移-时间关系和St-t关系进行理论研究和梳理，并根据不同的算例，对比了理论和实际的差异。对滑坡的四种变形阶段进行划分，推导出加速变形阶段与急剧变形阶段之间临界点划分标准，结论如下。

在开始阶段，滑位移增加速度较为缓慢，斜率逐渐减少。在匀速变形阶段比较稳定。在匀速变形阶段末端和加速变形阶段开始时，位移-时间曲线出现拐点。急剧变形阶段，边坡出现较大的变形，开始出现失稳。

土体本身存在不均匀性和各向异性等特点并且在实际监测过程中的误差，实际滑坡变形的监测数据和St-t曲线与理论存在较大差异。

基于4 种算例验证，通过5 期割线斜率和当期割线斜率计算的两个以上割线斜率比来对加速变形阶段与急剧变形阶段之间临界点进行判断的方法较为可靠。