1.3 滑坡研究现状

1.3.1 滑坡时空发育规律研究

在滑坡时空发育规律研究方面，随着技术方法的不断更新与进步，逐渐由以前简单的定性分析转向结合GIS、遥感技术、数值模拟等手段来综合分析滑坡的发育规律或形成机制。

滑坡的时空发育规律主要受控于滑坡所处的地质环境与外部诱发因素，影响滑坡时空发育规律的地质环境因素主要包括地形地貌、地层岩性与地质构造等；而控制滑坡时空发育规律的外部诱发因素主要包括降雨，库水位波动、地震及其他人类工程活动等，滑坡的发育通常是滑坡所处的地质环境与外部诱发因素共同作用的结果。

滑坡所处地质环境对滑坡时空发育规律有着至关重要的作用，国内外学者开展了一系列基于地形地貌、地层岩性和地质构造等因素对滑坡发育规律影响的研究。

地形地貌对滑坡的时空发育通常具有控制性作用。

Montgomery等（1994）建立了地表数字地形数据与斜坡稳定性耦合模型，探讨了地形对浅层滑坡发育的控制作用［1］。Vorpahl等（2012）通过建立统计学模型，指出滑坡的触发与滑坡所在斜坡所处的位置有关［2］，滑坡的形成和发育更容易发生在具有小面积凸起的斜坡而不是平坦的斜坡地带。Zhang等（2012）通过对黄土地区的滑坡进行研究，指出地貌特征是控制降雨诱发浅层滑坡形成和发育的主要因素，滑坡后地貌特征与滑坡的运动类型具有显著相关性［3］。Mark等（1995）通过对1500个滑坡进行分析，发现浅层滑坡与陡峭地形具有很好的相关性［4］。戴福初等（2000）以香港大屿山为研究区，利用GIS手段自动提取滑坡发生地的地形条件，统计分析后发现滑坡易滑地形为坡度大于20°、高程在100.00～500.00m的南坡［5］。Lee（2009）指出海底滑坡发育具有不均匀的时空分布特征，空间上主要受到峡湾、河流三角洲、大陆坡等地形因素控制，时间上受到海底滑坡规模、位置、海底压力和温度等因素影响，其分布具有不均匀性［6］。Gao（1993）通过航片解译滑坡，并将其与地形数据层进行叠加分析，发现滑坡易发区主要分布在中等高程、坡度陡、北、北东向和西、北西向坡的凹坡［7］。

地层岩性与构造作用往往也是导致滑坡时空发育规律发生变化的重要因素。

夏金梧（1997）对长江上游1763处滑坡点进行统计分析后，指出滑坡在空间上有沿岩性软弱区或软硬相间岩层区内成片发育、沿断裂带成群成带分布等特征［8］。Roering等（2005）基于DEM模型获得大型滑坡的分布，并建立自动识别大型滑坡地形特征的算法函数，探讨了地层厚度、岩性以及结构对大型滑坡发育和分布的影响［9］。王治华（2007）以地形图作为基础资料，采用“数字滑坡”技术方法，分析了三峡水库区中前段826个滑坡的分布及其发育环境的基本信息，得出地层是控制三峡库区中前段滑坡发育的最重要的地质环境因素，褶皱与江河的空间位置关系对滑坡分布也有一定的控制作用［10］。祁生文等（2009）以汶川大地震的11个重灾区为研究对象，通过对重灾区航片等数据的解译，指出地层岩性是控制灾种发育存在地域性差异的主要因素，地形地貌、坡度等因素对灾害的发育也有不同程度的影响［11］。缪海波（2012）以三峡库区侏罗系红层滑坡为研究对象，阐明了该类岩层对滑坡发育的控制作用［12］。庞茂康（2011）利用 AHP 法对白龙江流域滑坡成因地质环境条件开展定量层次分析后，指出区域断裂带和顺向坡层状岩质岸坡评价因子对流域滑坡的控制作用最为显著［13］。

1.3.2 滑坡影响因素研究

当滑坡受到外部因素的影响时，其时空发育规律必然也将发生改变。国内外学者基于降雨、地震、库水位作用及其他人类工程活动等因素对滑坡时空发育规律开展了一系列研究。

降雨对滑坡发育规律有着显著影响。Guthrie等（2005）通过航拍数据解译了加拿大哥伦比亚温哥华岛西海岸范围内的201个碎屑流和泥石流，并基于GIS平台统计分析得出滑坡分布具有组团特征，与降雨风暴的分布存在因果关系［14］。Salciarini等（2006）建立瞬时降雨入渗和网格边坡稳定性耦合模型，对意大利中部某区域进行了浅层滑坡易发性分析，探讨了浅层滑坡在降雨影响下的发育规律［15］。Jemec等（2013）基于1990—2010年8次降雨事件的日降雨量和降雨强度数据，分析了该时期斯洛文尼亚某地区近400次滑坡发生记录，指出以降雨强度为阀值不能完全判定浅层滑坡的发生和失稳，滑坡的发育类型不同对降雨的响应情况存在差异［16］。

地震在发生频率上要远小于降雨，但强烈地震一旦发生，其对某区域内滑坡时空发育规律的影响也将十分显著。许强等（2010）对汶川地震诱发的大型滑坡的分布规律进行了深入研究，认为其发育分布及滑动、运动方式表现出自身的特点，具体可归结为距离效应、锁固段效应、上下盘效应与方向效应［17］。吴俊峰（2013）通过对大渡河干流22处地震滑坡进行工程地质调查和分析后，得出这些滑坡多有规模大、滑源高、滑距远、有河流堰塞历史等发育特征［18］。

人类工程活动在一定程度上也将影响滑坡的时空发育规律。Jakob等（2000）研究了加拿大哥伦比亚某地区不同密度、频率和规模的伐木活动对滑坡发育情况的影响，指出伐木活动使得滑坡发生的频率是其他未伐木地区的10倍［19］。张茂省等（2011）指出降水和人类工程活动是黄土滑坡的主要诱发因素，根据人类工程活动类型的不同，其对黄土滑坡的作用可分为斩坡型、灌溉型、水库型和堆载型等［20］。

伴随水利水电工程大力发展而修建的水库工程，库区内库水位波动对水库滑坡的时空发育将产生重要影响。水位波动和降雨入渗引起的冲刷、软化作用和静动水压力等是影响滑坡发育的重要因素（Fujita，1977；中村浩之，1990）［21、22］；殷跃平（2007）、Hu（2015）等分别研究了千将坪滑坡与朱家店滑坡变形模式，均认为库水和降雨的联合作用主导了水库滑坡的发育与变形破坏［23、24］；Tang等（2015）研究指出地下水对软弱滑带的弱化作用以及顺层软质岩层和层间滑动带的存在是形成黄土坡滑坡的重要条件，强降雨与水位骤降加剧了滑坡前缘变形［25］。在水库滑坡主控因素研究方面，廖秋林等（2005）和吴树仁等（2006）研究认为地层岩性、地质结构和地形地貌等地质因素是滑坡形成的内在控制因素，水库滑坡演化主控环境因素主要包括库水位波动和降雨［26、27］；王思敬（1996）研究认为蓄水引起的滑带土水理弱化和滑动面有效应力降低是诱发水库滑坡失稳的主要机制［28］；王士天等（1997）指出，三峡库区一系列大型顺层老滑坡的失稳破坏由长江水位大幅度涨落引起的水岩作用所触发［29］；Jian等（2009）研究表明三峡库区侏罗系红层滑坡的主控因素是岩体结构面、滑带土膨胀性和降雨的不利组合［30］。

综上所述，国内外学者在滑坡时空发育规律硏究方面已取得长足进展，但目前的研究并未考虑滑坡发育规律的时效性。随着地质环境的改变和外界条件的变化，滑坡变形演化过程应是一个动态变化的过程，其发育规律也应具有动态变化的特点。因此开展滑坡发育规律相关研究需进一步考虑滑坡发育规律的时效性。

1.3.3 滑坡变形破坏机理研究

水库滑坡演化机理研究内容主要涉及诱发条件、演化阶段和变形破坏机制三个方面。在水库滑坡诱发条件方面，主要开展了水库蓄水或运营导致岸坡水动力条件变化的研究。蔡耀军等（2002）将水库滑坡的诱发因素归纳为材料力学效应、水力学效应和水力机械作用三个方面；三峡库区和清江流域典型水库滑坡诱发机理是一批学者研究的重点［31］；汪发武等（1991）研究了三峡库区新滩滑坡的诱发机理，认为该滑坡是在暴雨、上硬下软的地层组合、滑带土的塑性流动和基岩谷底形态等多种因素的综合作用下形成的［32］；严福章、王思敬等（2003）研究发现，水库蓄水产生的材料力学效应和水力学效应是导致清江茅坪滑坡发生滑移变形的主要原因［33］；张保军等（2009）分析了清江隔河岩水库典型滑坡体的变形特征，发现地形地貌和地质结构、库水位升降及水库诱发地震是引起滑坡体变形的主要因素，库水位下降特别是骤降时滑坡变形最为显著［34］；肖诗荣等（2010）认为三峡库区千将坪滑坡具有孕育高速滑坡的典型结构特征，滑坡滑带的峰残强降差是滑坡高速启动的根本原因，高陡边坡蕴藏的高势能及滑带液化是滑坡高速滑动的主要原因［35］。上述研究表明，水库滑坡的发生与水的作用密不可分，库水位波动和暴雨入渗是水库滑坡发生的外因，滑坡自身的地质结构和地形地貌是水库滑坡形成的内因，水库滑坡是在内因和外因的共同作用下形成的。因此，水库滑坡的发生不是一个简单的力学过程，是多种因素复杂作用的结果。

在水库滑坡演化划分阶段方面，已有不少学者开展了相关研究。水库滑坡根据诱发机理的不同而呈现出复杂非线性的演化特征。薛果夫等（1988）将三峡库区新滩滑坡发展演化分为两个阶段：第一阶段为分段递进式松脱滑移阶段，可细分为蠕动变形期、缓慢压缩变形期和变形发展期；第二阶段为整体推移式滑移阶段，可分为加剧变形期和急剧变形期［36］；贺可强等（2002）探讨了表层位移矢量角与滑坡稳定性演化之间的关系，并将其应用于具体滑坡演化阶段的划分［37］；张保军等（2008）对库水位作用下清江茅坪滑坡与新滩滑坡的变形破坏阶段进行研究，将茅坪滑坡分为稳定阶段、初期蠕变和匀速蠕变阶段，将新滩滑坡分为初始蠕变期、匀速蠕变期、加速蠕变期和剧变破坏期［38］；许强等（2008）根据变形-时间监测曲线的总体特征，将滑坡演化阶段分为初始变形阶段、等速变形阶段、加速变形阶段和临滑阶段，并根据曲线的微观特征将其分为振荡型和阶跃型［39］；Macfarlane（2009）对新西兰一个大型水库滑坡的变形机理进行研究，发现该滑坡的变形规律主要受降雨影响，受库水位波动影响不明显，根据降雨阶段的不同，滑坡变形呈现出阶段性演化特征［40］；樊晓一（2011）在系统分析滑坡位移监测资料和位移演化特征的基础上，根据多重分形理论基本原理，对滑坡位移演化所具有的复杂性、突变性和非线性特征进行了分析和研究［41］；雍睿、胡新丽等（2013）研究认为推移式滑坡具有整体变形特征，并将其演化过程分为后缘压缩阶段、匀速变形阶段和加速变形阶段［42］；马俊伟、唐辉明（2014）等通过滑坡模型试验坡表位移监测，利用分形理论R/S分析法研究了抗滑桩加固斜坡失稳过程中坡面位移场的演化规律［43］。

在水库滑坡变形破坏机理方面，主要从工程地质角度开展了相关研究。Schuster（1979）通过对美国和加拿大库岸滑坡进行研究，提出9种水库滑坡变形破坏机制：岩层下错、层状滑移、岩崩、碎屑滑移、碎屑流动、碎屑岩崩、土坡下错、土坡侧向扩展及淤积土流动［44］；黄波林等（2007）对香溪河流域白家堡滑坡变形失稳机制进行分析，认为该滑坡的变形机制为前缘牵引后缘平推式，前期以牵引为主，后期以平推为主［45］；范宣梅、许强等（2008）研究了降雨在三峡库区红层软岩中诱发的平推式滑坡机理［46］。

水库运行条件下滑坡变形破坏主要受控于水位波动和降雨。强降雨、库水位波动产生的动水压力以及引起的滑坡岩土体软化，易导致滑坡发生渐进式牵引破坏（罗先启等，2005；Qi等，2006；胡新丽等，2007；倪卫达、唐辉明等，2013；唐晓松、郑颖人等，2013；Sun等，2015）［47-52］。由于滑坡体自身地质条件的多样性和复杂性，即使是相同的诱发因素其破坏机制也不尽相同，卢书强等（2014）研究认为三峡库区树坪滑坡是因下部坡体软弱基座蠕动牵引导致上部坡体拉裂变形，并逐渐发展为大规模滑移变形［53］。

水库滑坡动力学特征是滑坡演化过程的宏观表象，国内外学者系统开展了基于水库滑坡运动特征的滑坡分类研究。Varnes（1978）首次根据斜坡岩土体运动特征，将斜坡分为崩塌、倾倒、滑动、侧向扩展、流动和复合移动（Oldrich，2014）；孙玉科等（1983）将边坡变形破坏模式概括为倾倒变形破坏、水平剪切变形、顺层高速滑动、追踪平推滑移和张裂顺层追踪破坏5类［54］；晏同珍等（2000） 考虑滑坡发生的初始条件、根本原因和滑动方式，归纳出流变倾覆滑坡、应力释放平移滑坡、潜蚀陷落滑坡和孔隙水压浮动滑坡等9种滑坡类型［55］；刘汉超等（1990）将三峡库区复活型滑坡分为暴雨诱发型、加载诱发型、侵蚀诱发型、浸没诱发型，研究了这四类滑坡复活模式的演化机制及复活条件［56］；崔政权等（1999）将三峡库区斜坡变形失稳模式概括为新滩型、鸡扒子型和黄腊石型等8种类型［57］；晏鄂川、刘广润等（2004）考虑滑体组构特征、动力成因、变形运动特征和发育阶段等控制因素，组合建立了滑坡基本地质模型［58］；代贞伟、殷跃平等（2015）研究认为藕塘滑坡为具有多级多期次滑动特点，可将其定为三级多期次巨型顺层岩质滑坡［59］。

1.3.4 滑坡稳定性评价研究

滑坡稳定性评价方法包括定性和定量两类。定性评价方法有自然历史分析法、工程地质类比法和模型试验法等；定量评价方法中，极限平衡法与数值分析法是最主要的两种方法。基于刚体极限平衡原理的滑坡稳定性评价方法有瑞典法、Janbu法、Bishop法、M-P法、Sarma法和Push法等；数值分析法主要为基于强度折减法的各种数值方法。近年来诸多学者对上述方法进行了改进，陈祖煜等（1983）对M-P法进行了改进，推导出安全系数解的上、下限进行边坡稳定性评价［60］；郑颖人等（2004）采用有限元强度折减法得到边坡滑动面和安全系数，进行了边坡稳定性评价［61］；张均锋等（2005）对二维Janbu法进行了拓展，提出了一种适用于复杂条件滑面，且满足滑面所有条块间力与力矩平衡关系的三维极限平衡法评价滑坡稳定性［62］；郑宏（2007）通过取整个滑体为受力体并基于滑面应力修正，提出了严格三维极限平衡法［63］；王根龙，伍法权等（2008）采用强度折减法和极限分析上限定理的虚功率方程，推导得到非均质土坡稳定性评价的刚体单元上限法安全系数计算公式［64］；陈国庆，黄润秋等（2014）提出基于动态和整体强度折减法的边坡动态稳定性评价方法［65］。

在水库滑坡稳定性评价方面，刘新喜等（2003）对红石包滑坡在库水位下降时的滑坡稳定性评价，研究发现滑坡稳定性与库水位的关系呈抛物线变化趋势［66］；殷跃平（2003）研究了三峡库区地下水渗透压力对滑坡稳定性影响，说明了滑带平缓且厚度不大的滑坡中滑坡体浮力的降低速率要大于渗透压力的增加速率［67］；廖红建等（2005）研究了库水位下降期间不同渗透系数滑坡的稳定性，得到了库区降水速度和渗透系数与边坡稳定性之间的变化规律［68］；罗红明、唐辉明等（2008）提出了土水特征曲线的多项式约束优化模型和采用饱和—非饱和渗流数值模型，研究库水位周期性波动下赵树岭滑坡的稳定性［69］；Wang（2013）分别采用极限平衡方法和三维有限元数值模拟方法，研究了三峡库区凉水井滑坡在稳定水位和水位骤降工况下的稳定性［70］。

1.3.5 滑坡涌浪研究

涌浪计算的前提是地质灾害滑速计算，目前对于滑坡失稳后滑速计算方法很多，其中国内应用较多的方法有能量法、潘家铮法等。能量法是根据能量守恒定理提出的一种简化计算方法，该方法具有概念明确、可操作性强等优点。潘家铮（1980）提出的潘家铮法能够较为真实地反映滑面的形状并具有明确的力学概念，该方法把滑坡体垂直剖分为若干条块，更接近实际土质滑坡［71］。汪洋等（2005）对潘家铮法进行了一系列的改进，并应用于新滩滑坡、大堰塘滑坡运动研究［72］。大型滑坡下滑速度往往很大，滑距很远，仅仅用动能定理来求解而得到的结果往往与实际情况相差甚远。Hermann M Fritz（2002）总结了等效摩擦角与崩滑体体积的函数关系。数据显示，随着体积的增加，等效摩擦系数大幅下降。特别是地表滑坡显示了强烈的线性关系。通过等效摩擦系数可以估算运动速度［73］。

目前国内外地质灾害涌浪研究的方法有5种：①模型试验公式法；②原型物理相似试验法；③数值模拟法；④经验公式法；⑤理论分析法。近年来众多学者对上述方法进行研究取得了成果。王育林等 （1996）采用1∶150的比例尺，设定洪、中、枯三级流量，按不同方量、不同滑速等共80多种组合，进行了链子崖场地的涌浪模型试验[74]；试验结果形成了波速计算公式、最大涌浪计算式及沿程涌浪计算式，分析了涌浪的特征及爬高的特征。殷坤龙等 （2012）以三峡库区白水河滑坡上下游河道为原型，进行了1∶200涌浪相似试验，提出了宽阔河道的涌浪传播公式［75］；杜小弢等（2006）、Liu-Chao Qiu等（2008）、Falappi等（2007）采用光滑粒子流体动力学方法（SPH）对块体下滑激发的水波问题进行了数值模拟，计算的结果与试验结果进行了对比分析［76-78］；任坤杰等（2006）推导了用于模拟滑坡涌浪的DIF方程，并采用非规则网格有限积法和显式MacCormack预测-校正数值方法求解该方程，建立了滑坡涌浪数值模型，并且利用新滩滑坡的相关资料进行了验证［79］；Stéphane Abadie等（2010）采用多相流N-S方程模拟了各类型滑坡涌浪［80］；Ataie-Ashtiani等（2008）编制了非线性中长波Boussinesq类方程的LS3D软件，并利用该软件对Shafa-Roud水库和Maku水库的滑坡实例进行了波高、爬高和越坝高度研究［81］；黄波林等（2012）人应用Geowave模型进行了龚家方崩滑体涌浪研究，研究结果与实际调查结果吻合性好［82］；意大利的史蒂瓦内拉（1991）提出了根据滑坡方量、滑坡时间和水库深度计算涌高［83］；中国水利水电科学研究院（2006）综合分析加拿大麦卡坝、美国利贝坝（Libby）和奥地利吉帕施坝的涌浪试验资料，并根据碧口、柘溪和费尔泽坝涌浪试验资料，结合柘溪塘岩光滑坡的原型观测成果发现，水库滑坡的滑速和滑体的体积是影响涌浪高度的主要因素，提出水科院经验公式法来估算浪高［84、85］。Ataie-Ashtiani等（2007）根据Lituya Bay滑坡和历史若干大型滑坡涌浪的观测资料提出了涌浪波高经验公式［86］；Di Risio等（2008）在Noda法的基础上提出了新的理论分析方法，他对比了Noda法以及试验结果，有较好的吻合性［87］。

1.3.6 滑坡防控技术

滑坡防治理论研究应当包括以何种方式监测滑坡系统的演化进程，以及采用何种防治方法使滑坡系统达到非致灾状态。唐辉明等（1995）采用损伤力学等方法对滑坡治理前后稳定性进行了对比研究［88］；胡新丽（2006）进行了基于防治工程的滑坡—防治结构稳定性以及防治效果研究［89］；殷跃平（1996）建立了防治滑坡灾害的专家系统［90］；王恭先（2005）对滑坡防治中的几个关键技术进行了探讨［91］；黄国明（1998）、李天斌（2003）从控制角度研究滑坡稳定性［92、93］。

有些学者分析了导致滑坡发生的关键因素（Kwong et al.，2004），并提出了相应的稳定性分析方法［94］；Segalini 等（2004）、Petley 等（2005）指出滑坡控制的主要方法是减少滑坡的下滑力或增加滑坡的抗滑力，其控制方法是阻止导致滑坡失稳的不利因素的影响［95、96］；Miao 等（1999）和Petley 等（2005）的研究结果表明，对于潜在的或者渐进式的滑坡，其演化过程同时受外部和内部加荷因素的影响，防治措施必须及时实施方可实现对滑坡的有效控制［97、98］；魏作安等（2006）对滑坡防治措施定量与非定量分类进行了探讨，并针对渐进式滑坡提出了一种动态综合滑坡控制方法，即根据滑坡灾害的变化发展情况，将滑坡治理的各种措施分批分期地进行有机组合，适时地采用一种或多种措施进行治理，以减缓滑坡灾害的恶化或根除滑坡灾害［99］。