工程地质学报  2018, Vol. 26 Issue (1): 179-192   (3989KB)    
锁固型斜坡失稳机理及其物理预测模型
薛雷①②③, 秦四清①②③, 泮晓华, 陈竑然①②③, 杨百存①②③, 张珂①②③    
① 中国科学院地质与地球物理研究所, 中国科学院页岩气与地质工程重点实验室 北京 100029;
② 中国科学院地球科学研究院 北京 100029;
③ 中国科学院大学 北京 100049;
④ 南洋理工大学, 土木与环境工程学院 新加坡 639798
摘要:稳定性受潜在滑面上锁固段所控制的一类斜坡,称之为锁固型斜坡,其失稳机理较为直观明确,我们认为突破斜坡失稳预测这一世界性科学难题应从该类斜坡入手。本文总结了当前有关锁固型斜坡的分类研究,认为可将其分成两大体系;指出锁固型斜坡演化3阶段与锁固段变形破坏过程之间存在内在联系,其演化过程之所以出现加速蠕滑阶段,是因为锁固段损伤累积至体积膨胀点后所致;发现锁固段峰值强度点和残余强度点可视为锁固型斜坡演化进程中的两个特征灾变点,其分别对应着突发型和渐变型滑坡的发生;基于锁固段损伤本构模型和重正化群理论,导出了体积膨胀点、峰值强度点与残余强度点三者之间的量化力学联系,构建了锁固型斜坡失稳的物理预测模型;据此模型对盐池河山崩、新滩滑坡和Libby坝左坝肩楔形岩质滑坡的回溯性预测效果良好,并可合理解释其失稳机理;阐述了该模型的使用原则和配套技术方法,以便于实际应用。
关键词锁固型斜坡    锁固段    突发型滑坡    渐变型滑坡    加速蠕变    失稳预测    
MECHANISM AND PHYSICAL PREDICTION MODEL OF INSTABILITY OF THE LOCKED-SEGMENT TYPE SLOPES
XUE Lei①②③, QIN Siqing①②③, PAN Xiaohua, CHEN Hongran①②③, YANG Baicun①②③, ZHANG Ke①②③    
① Key Laboratory of Shale Gas and Geoengineering, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029;
② Institutions of Earth Science, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029;
③ University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049;
④ School of Civil and Environmental Engineering, Nanyang Technological University, Singapore 639798
Abstract: The slope, whose stability is controlled by the locked segments within a potential slip surface, is referred to as the locked-segment type slope. It is well known that the instability prediction of slopes is a worldwide scientific problem. We suggest here that solving the instability prediction of the locked-segment type slope can be taken as a breakthrough because it has the explicit instability mechanism. In the present study, the classification method of locked-segment type slopes is discussed. It is pointed out that there exists an essential connection between three-phase creep development of the locked-segment type slope and the damage process of the locked segment, and that a locked-segment type slope will evolve into the tertiary creep stage when the cumulative damage of the locked segment reaches its volume dilation point. It is found that the peak strength point and the residual strength point of the locked segment can be regarded as two characteristic catastrophe points, respectively corresponding to the occurrence of the abrupt landslide and progressive one. Combining a one-dimensional renormalization group model with the strain-softening constitutive model of the locked segment, we establish the mechanical expressions among the volume dilation point, the peak strength point and the residual strength point and hence present a physical instability prediction model of locked-segment type slopes. The evolutionary mechanisms of three typical cases, the Yanchihe avalanche, the Xintan landslide and the wedge rockslide on the left abutment of Libby Dam, are reasonably explained and satisfied retrospective analysis results are obtained by the model. Finally, some related supporting techniques and applying principles about the model are introduced for actual applications.
Key words: Locked-segment type slope    Locked segment    Abrupt landslide    Progressive landslide    Tertiary creep    Instability prediction    

0 引言

我国滑坡灾害频发,据中国地质环境信息网(http://www.cigem.gov.cn/)报道,仅2016年滑坡灾害就达7 403起,约占当年全国各类地质灾害总数的76.2%。因此,开展斜坡失稳机理及其预测研究,具有十分迫切的社会需求和重要的科学价值。作为公认的世界性科学难题,斜坡失稳预测研究已经历现象预测、经验预测、统计预测、非线性预测与综合预测等阶段,提出的失稳预测模型已达数十种(文宝萍,1996; 许强等,2004),如著名的斋藤模型(Saito,1965)和福囿模型(Fukuzono,1985)等,相关预警与预测预报判据指标亦有十余种,如位移速率、位移加速度、位移矢量角与位移曲线切线角等。经前人不懈努力虽偶有一些成功预警、预报案例报道,如长江三峡新滩滑坡和加拿大Hogarth滑坡等(文宝萍,1996),但更多的是失败教训,如受三峡水库175 m试验性蓄水影响,三峡库区云阳县凉水井斜坡变形破坏严重,至2009年4月坡体后缘弧形拉裂缝与两侧边界裂缝贯通,政府部门由此发出黄色预警并对长江部分航道进行了封航(陈涛等,2014),但该斜坡至今仍未失稳。事实上,撇开未开展监测的斜坡,单就已开展监测预警的斜坡而言,成功的案例也很少,这很大程度上在于:①基于经验或统计的多数预测模型缺乏明确的物理基础;②作为失稳预测判据指标的临滑阈值往往因坡而异,不具普适性,如新滩滑坡临滑阶段的位移速率达116 mm · d-1,而黄蜡石滑坡滑前位移速率仅为2 mm · d-1。目前,越来越多的学者已清醒地认识到,解决斜坡失稳预测这一科学难题,只能从其演化机理入手,从经验或统计预测回归到物理预测。

自20世纪80年代起,许多学者(张倬元等,1981; 苏伯苓,1986; 王兰生等,1986; 胡广韬等,1992; 程谦恭等,2004; 黄润秋等,2008; 许强等,2009; 秦四清等,2010a; Yin et al., 2011; 泮晓华等,2014; Tang et al., 2015; Xue et al., 2017; 黄润秋等,2017)指出,诸多大型斜坡稳定性受潜在滑面上锁固段所控制(图 1),其中锁固段是指承受应力集中的高强部位,如岩桥和支撑拱等。基于是否存在对斜坡稳定性起控制性作用的锁固段,可将斜坡分为锁固型斜坡和非锁固型斜坡两大类。需强调的是,锁固段具有聚能效应,其在未贯通之前会储存大量弹性应变能,并在锁固段突发脆性断裂时转换为坡体动能,导致滑坡高速启动,故锁固型斜坡失稳后往往具有强烈破坏性,典型实例如昭通头寨沟特大型滑坡(唐川,1991)、三峡库区千将坪滑坡(肖诗荣等,2010)、唐家山滑坡(罗刚等,2013)和重庆武隆鸡尾山滑坡(邹宗兴等,2014)等。

图 1 锁固型斜坡示意图(据杨百存等(2017)修改) Fig. 1 Schematic illustration of the locked-segment type slope

容易理解,①若潜在滑面上的锁固段未发生贯通性破坏,即使在降雨等因素作用下斜坡蠕滑出现加速行为,也不会发生整体失稳滑动,这表明锁固型斜坡失稳机理较为直观明确、具有实现物理预测的可行性;②锁固型斜坡演化过程具有明显阶段性,特别是其失稳前必出现显著加速蠕滑阶段,这表明锁固型斜坡失稳前具有可判识的前兆。以上两点意味着,锁固型斜坡可能是斜坡失稳预测这一世界性难题中“强度”相对薄弱、最有可能首先被突破的一个“锁固段”,若能从锁固段破裂行为入手,则有可能从根本上解决该类斜坡失稳预测问题。鉴于此,自2010年起,在国家自然科学基金项目资助下,秦四清课题组开始对该类斜坡进行系统研究(秦四清等,2010a; Xue et al., 2014a, 2017; 泮晓华等,2014; 陈竑然等,2017; 杨百存等,2017),论证了大量斜坡中存在锁固段的客观性,初步完成了对锁固型斜坡的分类,初步提出了锁固型斜坡判识方法,构建了锁固型斜坡失稳的物理预测模型并对典型实例进行了回溯性预测验证。

适逢我研究室(原中国科学院地质所水文地质工程地质研究室)成立60周年,我们梳理课题组过去几年与锁固型斜坡相关的研究成果撰写此文以示庆祝。希望本文能起到抛砖引玉作用,加深业内同仁对锁固型斜坡失稳物理预测模型及其配套关键技术和方法的理解,促进其落实到应用层面。

1 锁固型斜坡分类

目前,国内对锁固型斜坡的分类研究,主要有两大体系:

体系(一):由成都理工大学研究团队提出。自20世纪80年代起,该团队经几代人持续研究(张倬元等,1981; 黄润秋, 2004, 2007; 黄润秋等,2008; 许强等,2009; Huang,2012),依据锁固段存在形式和赋存位置,将锁固型岩质斜坡划分为“三段式”、“挡墙式”、“阻滑块体”、“线性多级”和“阶梯状多级”5种类型(黄润秋等,2017)。

体系(二):由中国科学院地质与地球物理研究所秦四清课题组提出。如前所述,课题组自2010年起开始对锁固型斜坡进行研究(秦四清等,2010a; Xue et al., 2014a, 2017; 泮晓华等,2014; 陈竑然等,2017; 杨百存等,2017),在分析多个典型滑坡资料的基础上,将锁固型斜坡划分为两大类:层状锁固型斜坡(图 2a图 2b图 2c)和非层状锁固型斜坡(图 2d图 2e图 2f)。在此基础上,依据锁固段潜在宏观破裂贯通面与坡体地层层面的产状关系,将层状锁固型斜坡细分为“跨层斜切式”与“顺层直剪式”两类,其中根据坡面与地层层面的产状关系将“跨层斜切式”进一步细分为内倾式(图 2a)和外倾式(图 2b);依据锁固段赋存形式,将非层状锁固型斜坡细分为“均质岩桥式”、“挡墙式”和“支撑拱式”3类。在分类的基础上,系统总结了上述两大类锁固型斜坡的形成条件(泮晓华等,2014)。

图 2 锁固型斜坡分类(据Chen et al.(2017a)修改) Fig. 2 Classification of the locked-segment type slopes

上述两套分类体系有相同之处,如均划分有“挡墙式”;亦存在交叉情况,如体系(一)中的“线性多级”和“阶梯状多级”与体系(二)中的“跨层斜切式”。总体上,锁固型斜坡分类研究目前尚处于起步阶段,今后仍待继续完善。下面,重点阐述我们课题组划分的两大类5种锁固型斜坡的主要地质特征。

1.1 跨层斜切式

坡体成层状,但不具备沿地层层面滑出的条件,例如逆倾坡(图 2a)或地层倾角大于等于坡角的顺倾坡(图 2b),坡体只能以一定角度切穿地层滑出,被切穿部位未贯通之前可视为锁固段,是应力集中的载体。鉴于锁固段潜在宏观破裂贯通面与地层层面以一定角度相交,故谓之“跨层”。内倾式典型案例如青海查纳滑坡与甘肃洒勒山滑坡;外倾式典型案例如云南昭通头寨沟滑坡、大光包滑坡、唐家山滑坡、三峡库区千将坪滑坡与鸡扒子滑坡。

1.2 顺层直剪式

坡体成层状,具备沿地层层面滑出的条件,但沿该层面(潜在滑面)存在未贯通部位(锁固段)(图 2c)。鉴于锁固段潜在宏观破裂贯通面与地层层面大体上平行,故谓之“顺层”。典型案例如贵州印江岩口滑坡。

1.3 均质岩桥式

坡体通常由整体性较好的单一块状岩体组成,其内部潜在滑面上未贯通的部位为锁固段(图 2d)。典型案例如平武县平溪村滑坡。

1.4 挡墙式

坡体中部有形如挡墙的高强度地质结构(锁固段)嵌入,对其上部坡体起阻挡作用,潜在滑面中断于此(图 2e)。典型案例如四川华蓥溪口滑坡。

1.5 支撑拱式

常存在于堆积层斜坡。“支撑拱”一词由王兰生等(1986)研究新滩滑坡成因机理时提出(见3.2节新滩滑坡案例分析),因其直观形象,我们仍延续使用这一术语,但支撑拱(锁固段)式斜坡发育形式多样,不局限于新滩滑坡这一种模式(图 2f)。例如,当堆积体下伏滑床有平缓平台发育或其横截面沿下滑方向存在由宽变窄地段时,又或在堆积体中存在巨大孤石时,其对坡体稳定性起到某种程度的控制作用。

2 锁固型斜坡失稳的物理预测模型

斜坡从开始变形至失稳滑动,一般需经历初始、等速与加速蠕滑3个阶段(图 3a),加速蠕滑是其失稳前的显著特征。就锁固型斜坡而言,我们认为其演化进入加速蠕滑阶段的本质,是在坡体自重、降雨、地震等因素作用下,锁固段损伤演化到一定程度后所致。若将斜坡潜在滑面上的锁固段视为大尺度岩样,由大量研究(Brace et al., 1966; Bieniawski,1967; Barton,1973; Lajtai et al., 1974; Martin et al., 1994; Grasselli,2001; Fishman,2008; Budi et al., 2014; Xue et al., 2014b, 2015a, 2017)可知,锁固段在上覆坡体压剪作用下的变形破坏过程具有阶段性,通常可划分为如图 3b所示5个阶段,即裂纹闭合阶段Ⅰ、弹性变形阶段Ⅱ、稳定破裂阶段Ⅲ、非稳定破裂阶段Ⅳ和峰后阶段Ⅴ。体积膨胀点作为稳定破裂阶段与非稳定破裂阶段的分界点,当外部荷载加载至该特征点时,岩样破坏行为呈现出两个显著特征(Martin et al., 1994; 薛雷等,2013; 孙强等,2014; 薛雷,2016):一是即使外部荷载维持恒定不再继续增大,岩样内部微裂纹也会自发扩展演化直至宏观破裂发生。换言之,岩样若发生宏观破裂,其损伤演化过程必经过体积膨胀点;二是岩样内部声发射(AE)事件开始丛集(图 4),通常能观察到显著高能级AE事件发生,其可作为岩样宏观破裂前可识别的AE活动性前兆。由此可知,锁固型斜坡演化过程之所以出现加速蠕滑阶段,本质是在长期环境因素作用下锁固段损伤演化至体积膨胀点后所致,此时其内部裂纹开启了向宏观破裂演化的自发扩展模式,导致由锁固段提供的抗滑力快速衰减,而相应地斜坡下滑力则占据主导地位,斜坡由此呈现出加速蠕滑特征。换言之,锁固段变形破坏过程中体积膨胀点C与锁固型斜坡加速蠕滑阶段起点C1之间存在内在本质联系(图 3)。

图 3 锁固型斜坡演化过程(a)与锁固段变形破坏过程(b)的对应关系(据秦四清等(2010a)Xue et al.(2014a)修改) Fig. 3 Corresponding connection between the creep process of the locked-segment type slope(a) and the damage process of the locked segment(b)

图 4 三轴压缩下花岗岩AE事件从随机分布到丛集的演化(据Lei et al.(2004)修改) Fig. 4 Evolution of AE events from random to cluster distribution for a granite specimen subjected to triaxial compression

显然,①峰值强度点作为非稳定破裂阶段与峰后阶段的分界点,其物理意义非常明确,即当锁固段损伤演化至该特征点时,其发生宏观破裂,表明此时斜坡潜在滑面已贯通;②残余强度点可视为应力-应变曲线峰后阶段的拐点,其物理意义也很明确,即当锁固段损伤演化至该特征点时,宏观破裂面两侧原本相互咬合状态被突破,斜坡滑面抗剪强度降至残余强度,可视为最低值。我们认为,锁固段峰值强度点和残余强度点可视为锁固型斜坡演化进程中的两个特征灾变点,其分别对应着突发型与渐变型滑坡的发生(详见后述)。

若能构建体积膨胀点与上述两个特征灾变点之间的量化力学联系,则可基于锁固段体积膨胀点处破裂行为,实现对峰值强度点和残余强度点处破裂行为的前瞻性物理预测。

研究表明(秦四清等, 2010a, 2011; Xue,2015),锁固段在剪切状态下的破坏概率p可采用经典的Weibull分布表示,即:

$ p = 1 - {{\rm{e}}^{ - \left( {\frac{\varepsilon }{{{\varepsilon _0}}}} \right)m}} $ (1)

式中,ε为锁固段沿滑面的剪切应变;ε0为平均剪切应变的测度;m为Weibull分布的形状参数,可表征材料微元强度初始分布的非均匀程度。

由式(1)可得具有应变软化性质的锁固段在剪切状态下的损伤本构模型为:

$ \tau = {G_{\rm{s}}}\varepsilon {{\rm{e}}^{ - \left( {\frac{\varepsilon }{{{\varepsilon _0}}}} \right)m}} $ (2)

式中,τ为剪应力;Gs为初始剪切模量。

对式(2)分别求关于ε的一阶和二阶导数,利用两者在峰值强度点和拐点处分别为零的条件,可得:

$ \frac{{{\varepsilon _{\rm{f}}}}}{{{\varepsilon _0}}} = {\left( {\frac{1}{m}} \right)^{\frac{1}{m}}} $ (3)

$ \frac{{{\varepsilon _{\rm{t}}}}}{{{\varepsilon _0}}} = {\left( {\frac{{m + 1}}{m}} \right)^{\frac{1}{m}}} $ (4)

式中,εfεt分别为锁固段在峰值强度点和残余强度点处沿滑面的剪切应变。

如前所述,体积膨胀点作为稳定破裂阶段与非稳定破裂阶段的分界点,锁固段破裂行为在该点发生了质变,故体积膨胀点可视为重正化群理论中的不稳定不动点(pc)(图 5)(秦四清等,2010a; 薛雷等,2013; Xue et al., 2014c, 2015b),该点的临界破裂概率可基于锁固段破裂一维重正化群模型(图 6)得到,即:

$ {p_{\rm{c}}} = 1 - {2^{\frac{1}{{1 - {2^m}}}}} $ (5)

图 5 锁固段体积膨胀点的物理意义 Fig. 5 The physical implication of the volume dilation point of the locked segment a.不稳定不动点pc迭代求解过程;b.锁固段变形破坏过程

图 6 锁固段破裂一维重正化群模型示意图(据秦四清等(2010a)Xue et al.(2014a)修改) Fig. 6 Schematic illustration of one-dimensional renormalization group model describing the failure process of locked segment

将式(5)带入式(1)得:

$ \frac{{{\varepsilon _{\rm{c}}}}}{{{\varepsilon _0}}} = {\left( {\frac{{\ln 2}}{{{2^m} - 1}}} \right)^{\frac{1}{m}}} $ (6)

式中,εc为锁固段在体积膨胀点处沿滑面的剪切应变。

分别求式(3)与式(6)、式(4)与式(6)以及式(4)与式(3)的比值,并以锁固段在体积膨胀点、峰值强度点与残余强度点处的剪切位移ucufut分别替换相应的剪切应变εcεfεt,可得:

$ \frac{{{u_{\rm{f}}}}}{{{u_{\rm{c}}}}} = {\left( {\frac{{{2^m} - 1}}{{m\ln 2}}} \right)^{\frac{1}{m}}} $ (7)

$ \frac{{{u_{\rm{t}}}}}{{{u_{\rm{c}}}}} = {\left[ {\frac{{\left( {1 + m} \right)\left( {{2^m} - 1} \right)}}{{m\ln 2}}} \right]^{\frac{1}{m}}} $ (8)

$ \frac{{{u_{\rm{t}}}}}{{{u_{\rm{f}}}}} = {\left( {1 + m} \right)^{\frac{1}{m}}} $ (9)

可看出,上述位移比仅与形状参数m值有关。研究表明(薛雷,2011),围压、温度、加载速率、试样高径比(扁平程度)等对形状参数m有显著影响,具体特征如下:围压↑,m↓;温度↑,m↓;加载速率↓,m↓;试样高径比↓,m↓。这说明参数m不仅取决于岩石微元强度初始分布的非均匀程度,而且还受外部环境条件影响。最新研究表明(陈竑然等,2017; 杨百存等,2017),采用Weibull分布描述岩石破坏行为时,m的合理取值范围为[1.0,4.0]。

当斜坡存在单锁固段时,在[1.0,4.0]区间内分别计算式(7)~式(9)的平均值,可得:

$ {u_{\rm{f}}} = 1.48{u_{\rm{c}}} $ (10)

$ {u_{\rm{t}}} = 2.49{u_{\rm{c}}} $ (11)

$ {u_{\rm{t}}} = 1.68{u_{\rm{f}}} $ (12)

其中,式(10)为单锁固段损伤演化至峰值强度点处,即其贯通破坏时的临界位移准则;式(11)或式(12)为单锁固段损伤演化至残余强度点处的临界位移准则。

当斜坡存在多锁固段时,在秦四清等(2010a)的研究基础上,可进一步导出多锁固段逐次贯通破坏的临界位移准则和最后一个锁固段损伤演化至残余强度点处的临界位移准则,即:

$ {u_{\rm{f}}}\left( k \right) = {1.48^k}{u_{\rm{c}}} $ (13)

$ {u_{{\rm{t - last}}}} = 2.49{u_{{\rm{c - last}}}} $ (14)

$ {u_{{\rm{t - last}}}} = 1.68{u_{{\rm{f - last}}}} $ (15)

式中,ucuf(k)分别为第1锁固段体积膨胀点和第k个锁固段峰值强度点处沿滑面的剪切位移;uc-lastuf-lastut-last分别为最后一个锁固段在体积膨胀点、峰值强度点和残余强度点处沿滑面的剪切位移。由于单锁固段为多锁固段情况的特例,故式(10)~式(12)亦为式(13)~式(15)的特例。

我们将式(13)~式(15)统称为锁固型斜坡失稳的物理预测模型,模型中常数1.48、2.49与1.68的存在,避免了准确测定深部岩石物理力学参数的困难,使得对崩滑灾害的物理预测成为可能。

假定坡体位移与锁固段沿滑面的剪切位移呈正比,应用上述预测模型,则可根据锁固段损伤演化至体积膨胀点对应的斜坡加速蠕滑阶段起点位移值,定量预测出每个锁固段损伤演化至峰值强度点、最后一个锁固段演化至残余强度点对应的斜坡临界位移值,结合斜坡实时位移监测数据,便可实现对锁固型斜坡的失稳预测。需强调的是,模型的预测精度依赖于斜坡演化过程位移监测数据的完整性,但现实情况往往是在斜坡已出现明显变形迹象后才开始布置监测,因此监测开始前的斜坡位移值Δ会遗失。为此,秦四清等(2010a)导出了Δ的估算公式,即:

$ \Delta = \frac{{u_{\rm{f}}^ * \left( 1 \right) - 1.48u_{\rm{c}}^ * }}{{0.48}} $ (16)

式中,uc*uf*(1)分别为第1锁固段体积膨胀点和峰值强度点对应的实测位移值。

以单锁固段为例,当其损伤演化至峰值强度点时,斜坡演化进程的失稳类型很大程度上受控于锁固段与已存滑面介质(如软弱夹层)的剪切刚度比K锁固段/K软弱介质和滑面倾角θ。以图 7所示平面滑动型斜坡为例,其下滑力(F下滑力)为Wsinθ(W为滑体自重),显然滑面越陡,F下滑力越大;其抗滑力(F抗滑力)由锁固段(F锁固段)和软弱介质(F软弱介质)两部分组成,显然K锁固段/K软弱介质越大,F锁固段/ F抗滑力越大,即由锁固段提供的抗滑力占总抗滑力的百分比越大。容易理解,①若K锁固段/K软弱介质大(如岩质锁固段,脆性破坏程度较强,峰后应力降较大),当锁固段在峰值强度点处发生贯通破坏时,则F锁固段F抗滑力降幅大,相应的F下滑力/F抗滑力增幅大,此时若滑面倾角θ也大,F下滑力/F抗滑力增幅更显著,则短期内可能发生坡体失稳滑动,该类突发型滑坡的临滑行为可采用式(10)进行预测。若滑面倾角θ、剪出口前缘坡角β和剪出口至坡脚落差H较大时,某些突发型滑坡可归为崩塌。②若K锁固段/K软弱介质相差不大(如支撑拱式锁固段,脆性破坏程度较弱,峰后应力降较小),当锁固段在峰值强度点贯通破坏时,与①相比,则F抗滑力降幅和F下滑力/F抗滑力增幅均相对小一些,若滑面倾角θ也小,F下滑力/F抗滑力增幅更小,则在锁固段贯通破坏后,可能并不会在短期内发生突发型失稳,而是在锁固段逐渐损伤演化至残余强度点时才开始发生失稳滑动,该类渐变型滑坡的临滑行为可采用式(11)或式(12)进行预测。

图 7 斜坡平面滑动失稳力学模型 Fig. 7 Mechanical model of instability for a planar-slip slope

需指出的是,我们定义的突发型和渐变型滑坡,属于锁固型斜坡的研究范畴,均具有初始、等速与加速蠕滑3个阶段,只是由于刚度比等条件的不同,在进入加速蠕滑阶段后表现出不同的失稳演化行为,其内涵不同于许强(2012)定义的突发型和渐变型滑坡。

3 典型案例分析
3.1 盐池河山崩

1980年6月3日,湖北远安县盐池河磷矿发生灾难性大型山体崩塌(地理坐标为111.299°E,31.209°N),导致整个工矿区被毁,造成约284人死亡以及2 500万元财产损失。崩塌体在脱离鹰嘴崖山体垮落冲击地面过程中,引起一次与MS1.6天然地震能量近乎相当的强烈震动,并最终散落在崖下河谷宽缓地带和斜坡上,形成南北长约560 m、东西宽约400 m、最大厚度约40 m、方量约100×104 m3的堆积体,导致河道堵塞形成堰塞湖(荣建东,1981; 连志鹏等,2013; 李腾飞等,2016)。

分析表明(孙玉科等,1983; 孙广忠等,1988),盐池河山崩的发生具有特定地质背景,崩塌山体不仅具有三面临空的陡峻地形条件,而且具有软硬岩层相间的岩体介质结构和沿节理面追踪破坏的构造条件。除此之外,盐池河磷矿开采的影响也不容忽视。如图 8a所示,地下磷矿开采会引起上覆山体发生应力重分布,促使崩塌山体地表裂缝形成并向下延伸扩展,当裂缝Ⅰ和Ⅳ先后向深部延伸至崩塌山体底部滑面时,前者完成了对崩塌山体的侧向切割,为崩塌体的形成提供了边界条件,而后者则将崩塌体切割成两块,降低了崩塌山体整体滑移倾倒的难度。容易理解,裂缝由浅部向深部追踪发展的过程,实质就是锁固段逐步被剪断贯通的过程。按照前述锁固型斜坡分类体系(一)的标准,盐池河山崩可归类为前缘滑移-中部剪断-后缘拉裂的“三段式”(黄润秋,2007);而按照锁固型斜坡分类体系(二)的标准,由于盐池河崩塌山体内部锁固段潜在宏观破裂贯通面与层状地层相交(图 8a),其应属于“跨层斜切式”。

图 8 盐池河崩塌山体地质剖面示意图(a)及1980年裂缝Ⅳ水平位移观测记录(b) (据孙玉科等(1983)杨百存等(2017)修改) Fig. 8 Sketch of geologic profile map of the Yanchihe avalanche(a) and cumulative horizontal displacement observed at crack Ⅳ in 1980(b)

根据锁固段损伤演化至体积膨胀点对应的斜坡位移值uc(~15 cm),由式(13)可预测出锁固段损伤演化至峰值强度点对应的斜坡位移值uf(~22.2 cm),其十分接近于盐池河山崩前最后一次观测值(图 8b),对应于崩塌前1 d。

综上分析,盐池河山崩的破坏失稳机理可归纳为:在盐池河崩塌山体自重、降雨与地下磷矿开采扰动等因素长期作用下,山体内部锁固段逐步损伤演化至体积膨胀点,导致崩塌体出现明显位移加速现象;而崩塌前3 d近80 mm的降雨(荣建东,1981; 孙玉科等,1983),进一步加剧了锁固段损伤,使其最终演化至峰值强度点发生宏观破裂,导致裂缝Ⅳ与底部滑面连通,此时斜坡失稳已成必然。由于岩质锁固段刚度大,其失稳类型为突发型;加之剪出口处于高位且前缘临空,故失稳后运动表现形式为山崩。

3.2 新滩滑坡

1985年6月12日凌晨,在长江西陵峡上段兵书宝剑峡出口,湖北省秭归县新滩镇以北至广家崖一线斜坡上(地理坐标为110.808°E,30.951°N),发生了约3 000×104m3的巨型堆积层滑坡,造成新滩古镇全部被毁。庆幸的是,滑区内居民1 371人在滑坡发生前,已全部安全转移,无一伤亡。这一滑坡灾害史上的奇迹,一方面归功于政府果断决策、组织撤离有力,另一方面更是得益于科研人员开展的长期位移监测、中长期预报分析和及时的临滑报警(陈德基等,1985; 傅冰清等,1989; 王尚庆,1996)。

王兰生等(1986)在对新滩滑坡进行现场调查后发现,坡体中部姜家坡一带滑床凸起(图 9a),西侧缩窄,而东侧位于弯道处(图 9b),这种滑床形态与地形地貌的组合形成了一横跨坡体的“支撑拱”结构,对上部坡体起着支撑作用,与锁固段功能等效,并进一步推测由于西侧拱座发生局部液化、丧失抗剪强度,引发了“支撑拱”结构崩溃,最终造成新滩滑坡整体滑动。

图 9 新滩滑坡地质剖面图(a)、“支撑拱”模型(b)、A3监测点水平位移观测记录(c)及降雨资料(d) Fig. 9 Geologic profile map of the Xintan landslide(a); Sketch illustrating the soil arch structure that acts as the locked segment(b); Cumulative horizontal displacement observed at monitoring point A3(c); Monthly rainfall record(d) (据王兰生等(1986); 贺可强等(1992); Zhang et al.(2006); Xue et al.(2014a)修改)

根据锁固段损伤演化至体积膨胀点对应的斜坡位移值uc(~4.46 m),由式(13)可预测出锁固段损伤演化至峰值强度点对应的斜坡位移值uf(~6.6 m);由式(14)或式(15)可预测出锁固段损伤演化至残余强度点对应的斜坡位移值ut(~11.1 m),接近于推测的临滑起点位移值(图 9c)。需指出的是,新滩滑坡于1964年左右开始出现明显变形迹象,在姜家坡西侧和前缘各出现一条长约450 m和270 m的拉张裂缝(骆培云,1986),但直到1977年才开始对其进行位移监测(傅冰清等,1989),因此利用上述预测模型对新滩滑坡进行分析时,须先基于式(16)对开始监测前的斜坡位移值Δ进行估算。

综上分析,新滩滑坡破坏失稳机理可归纳为:在坡体自重、降雨等因素长期作用下,坡体内部“支撑拱”结构强度逐步退化,但1977年11月至1982年5月间坡体位移对降雨的响应总体上并不敏感(图 9c图 9d),这是因为“支撑拱”结构损伤累积尚未达到其体积膨胀点的缘故。当“支撑拱”结构损伤演化至体积膨胀点时,斜坡位移开始出现显著加速现象。当“支撑拱”结构损伤演化至峰值强度点时发生宏观破裂,导致“支撑拱”结构锁固作用失效,此时斜坡失稳已成必然,但由于“支撑拱”与周围介质刚度差异不大,其失稳类型为渐变型,坡体并不会立即失稳滑动。此后坡体位移对降雨的响应显著敏感(图 9c图 9d),伴随降水入渗,一方面增大了坡体自重,导致下滑力增大;另一方面降低了滑面有效应力,导致抗滑力降低,且滑面附近岩土介质遇水后强度发生软化。种种不利因素的叠加促使由上覆堆积体与下伏滑床之间摩擦提供的坡体抗滑力逐步衰减,而坡体下滑力则逐渐占据主导地位,导致新滩滑坡发生。

3.3 Libby坝左坝肩楔形岩质滑坡

1971年1月31日,美国蒙大拿州Libby坝左坝肩楔形岩质斜坡(图 10a)发生失稳滑动(地理坐标为115.309°W,48.408°N),庆幸的是此次事件未造成人员伤亡。该楔形岩质滑坡两侧边界分别由层理面DS+122和节理面A切割而成,前缘坡脚因开挖修建蒙大拿州37号高速公路而出现临空面(图 10b)(Voight,1979)。根据层理面DS+122相对光滑平整,而节理面A粗糙度较大的特征,Xue et al.(2017)推测该楔形滑坡在滑动之前沿节理面A应存在未贯通锁固段。按照我们提出的锁固型斜坡分类体系(二)的标准,推测该滑坡属于“跨层斜切式”。

图 10 Libby坝左坝肩1971年楔形岩质滑坡俯视图(a)、正视图(b)及H监测点位移观测记录(c) Fig. 10 Top view of the wedge rockslide on the left abutment of Libby Dam(a); Front view(b); Stair-step movement record observed at monitoring point H(c) (据Voight(1979); Xue et al.(2017); 陈竑然等(2017)修改)

图 10c示出了该楔形岩质滑坡的位移监测曲线,可看出其具有多次台阶状剧增蠕滑特征。显然,基于经验或统计的斜坡失稳预测模型,难以对此作出合理定性解释和定量预测,但借助多锁固段理念和锁固型斜坡失稳的物理预测模型,不仅能对其做出合理解释,而且能实现对其失稳演化过程的定量预测。

基于多锁固段理念,我们首先对该楔形滑坡多次台阶状剧增蠕滑特征及其失稳机理进行解释。ab段:坡体前缘开挖爆破作用造成了强度相对较低的第1锁固段在短时间内发生了快速破裂(但锁固段尚未损伤演化至体积膨胀点),改变了自然状态下原本极其缓慢的斜坡蠕滑演化轨迹(ab′→ab),导致斜坡位移出现第一次明显加速现象。bc段:在爆破效应消失后,斜坡蠕滑速率骤然变缓趋于自然演化状态,在坡体自重、降雨、冰雪冻融、地震等因素作用下锁固段强度逐渐退化,在斜坡位移增长到点c后,第1锁固段损伤累积达到了体积膨胀点,锁固段内部裂纹开启了向宏观破裂自发扩展演化的模式,导致斜坡位移出现第2次明显加速现象。cd段:随着第1锁固段内部裂纹快速扩展,其承载力急剧下降,由于应力转移,强度较高的第2锁固段将承受更大的下滑力。当坡体下滑力和抗滑力达到新的平衡态时(点d),斜坡加速蠕滑趋势被遏止。de段:在环境因素作用下锁固段强度进一步退化,斜坡由平衡态向准平衡态演化,其位移由此出现缓慢增长,当斜坡位移增长到点e时,第1锁固段损伤累积达到峰值强度点,几乎同时第2锁固段损伤累积也达到体积膨胀点,导致斜坡位移出现第3次明显加速现象。需特别说明的是,基于孕震断层多锁固段脆性破裂理论(秦四清等,2010b),我们曾分析了诸多标志性地震演化过程(秦四清等, 2016a, 2016b, 2016c),发现多锁固段体系损伤演化过程均满足这一特征,即第k个锁固段峰值强度点对应的应变(位移)十分接近于第k+1个锁固段体积膨胀点对应的应变(位移)。efgh段:当第2锁固段损伤演化至峰值强度点时发生宏观破裂,此时滑面中的所有锁固段均已贯通破坏,斜坡失稳已成必然。由于岩质锁固段刚度大,其失稳类型为突发型;剪出口前缘因道路开挖虽存在临空面,但落差不大,故失稳后运动表现形式以滑动为主。

综上分析,根据第1锁固段损伤演化至体积膨胀点(点c)对应的斜坡位移值uc(~22.8 mm),由式(13)可预测出第1锁固段损伤演化至峰值强度点(点e)对应的斜坡位移值uf(~33.7 mm,非常接近实际观测值~33.2 mm)(图 10c);同理,根据第2锁固段损伤演化至体积膨胀点(点e)对应的斜坡位移值uc(~33.2 mm),可预测出第2锁固段损伤演化至峰值强度点对应的斜坡位移值uf(~49.1 mm,略高于该斜坡失稳前最后一次观测值~43.6 mm)(图 10c)。需指出的是,从1971年1月18日最后一次获得观测数据至1971年1月31日滑坡最终发生,有近13 d的滞后期。Hamel(1974)推测造成滑坡滞后发生的原因,可能是由于沿节理面A发生了更大位移,形成了足够大的渗流通道,从而及时地将地下水排泄,降低了滑面孔隙压力所致。由此推断,该滑坡发生前的实际位移值很有可能大于最后一次观测值,更逼近于我们的预测值。

4 讨论与结论

本文重点阐述了我们课题组划分的两大类5种锁固型斜坡主要特征,以便于实际应用时辨识。基于锁固段损伤本构模型和重正化群理论,构建了锁固型斜坡失稳的物理预测模型,对盐池河山崩、新滩滑坡和Libby坝左坝肩楔形岩质滑坡的回溯性预测效果良好,且借助锁固段概念可合理解释上述案例在环境因素作用下的蠕滑——失稳演化过程。

为将锁固型斜坡失稳的物理预测模型应用于实际,须事先言明某些基本原则,以避免他人不当使用模型导致误判;此外还须给出解决某些关键技术问题的配套方法或建议。

4.1 斜坡代表性位移监测数据的遴选原则

位移监测对开展斜坡失稳预测的重要性毋庸置疑,正如孙广忠(1996)曾阐述“新滩滑坡预报成功靠的是什么,主要是靠变形监测”。应用本文提出的物理预测模型时,理论上应采用锁固段沿滑面的剪切位移,但碍于锁固段赋存环境往往具有隐蔽性,在目前难以对其深部位移进行有效监测的情况下,建议位移监测数据按照如下原则选择使用:锁固段自身数据优先,接近锁固段处的数据次之,距锁固段较远处的数据再次之。例如,前述新滩滑坡回溯性预测验证效果良好的原因,很大程度上在于A3监测点的布设位置恰恰位于坡体中部“支撑拱”结构西侧拱座附近(王兰生等,1986),坡体水平位移可近似表征锁固段剪切位移;又如Libby坝左坝肩楔形岩质滑坡回溯性预测效果良好的原因,在于其岩质坡体整体性好,近似刚体(Xue et al., 2017),坡体表面位移与其底部锁固段沿滑面的剪切位移近似成正比。

需强调的是,对斜坡实施监测越早,所得位移监测数据越完整,其对斜坡蠕滑演化3阶段的表征越显著,本文提出的物理预测模型适用性就越好,预测精度也就越高。以单锁固型斜坡为例,①若在斜坡变形前就开始进行位移监测,则可采用上述模型进行预测分析;②若在斜坡加速蠕滑阶段开始后才进行位移监测,则无法采用上述模型进行预测分析;③若在斜坡尚未演化至加速蠕滑阶段前开始进行位移监测,且能识别出锁固型斜坡加速蠕滑阶段起点,能否采用上述模型进行预测需进一步视情况而定。若斜坡失稳类型为渐变型(如前述新滩滑坡),则可采用上述模型进行预测分析;若斜坡失稳类型为突发型,则不能采用上述模型进行预测分析,因为无法根据式(16)对开始监测前的斜坡位移值Δ进行估算,除非其监测的是已有裂缝的宽度变化(如盐池河山崩,可借助裂缝宽度初始值估算开始监测前的斜坡位移Δ)。综上所述,对于潜在危害比较大的锁固型斜坡,建议一定要尽早开展监测,最好是在斜坡变形前就监测,次之是刚开始变形就监测。

4.2 锁固段赋存位置与数目的判识

由上述分析知,监测点布设位置距离锁固段越近,其监测数据对锁固段损伤演化状态的表征越显著;据式(13)~式(15)知,若能提前知道锁固段数目,则可有效避免或减少误报。因此,要提高预测可靠性与模型预测精度,亟需解决判识斜坡内部锁固段赋存位置与数目的问题。然而,目前尚无成熟方法可供参考。我们认为通过已有锁固型斜坡分类类比(泮晓华等,2014; 黄润秋等,2017)、地质调查和地球物理探测技术等相结合的手段,或许是解决该问题的突破口。

4.3 锁固型斜坡加速蠕滑阶段起点的判识

如前所述,锁固型斜坡蠕滑3阶段普遍存在的客观事实,是其失稳预测能够开展的基础,而加速蠕滑阶段的准确判识则是能够定量预测斜坡失稳的前提条件。许强等(2008)发现,斜坡坡体裂缝体系的形成、扩展与斜坡蠕滑演化所处阶段存在一定对应关系,不同演化阶段裂缝出现的顺序、位置及规模有各自规律和特征,如坡体裂缝相互连接、贯通、趋于圈闭通常是斜坡进入加速蠕滑阶段的显著特征,这可视为斜坡演化进入加速蠕滑阶段的一个宏观判识方法。事实上,还存在一种更为直接地识别加速蠕滑阶段真实起点的方法。如前所述,当锁固段损伤演化至体积膨胀点时,微震事件在未来宏观破裂面附近开始丛集,并有显著高能级微震事件发生。基于此,未来引入微震手段判识锁固型斜坡加速蠕滑阶段的真实起点可能是一种行之有效的手段,但其前提是能够实现对锁固段的定位及其轮廓形态的界定,以便剔除微震序列中包含的非锁固段破裂信息。在尚不能明确定位锁固段的情况下,若要采用微震技术进行加速蠕滑阶段起点的识别,可借鉴秦四清等(2015)提出的最小有效性震级(Mv)的确定方法,对微震序列数据进行预处理,以降低非锁固段破裂信息的干扰。

参考文献
Barton N. 1973. Review of a new shear-strength criterion for rock joints[J]. Engineering Geology, 7(4): 287~332. DOI:10.1016/0013-7952(73)90013-6
Bieniawski Z T. 1967. Mechanism of brittle fracture of rock:Part Ⅱ-experimental studies[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 4(4): 407~423. DOI:10.1016/0148-9062(67)90031-9
Brace W F, Paulding B W, Scholz C H. 1966. Dilatancy in the fracture of crystalline rocks[J]. Journal of Geophysical Research, 71(16): 3939~3953. DOI:10.1029/JZ071i016p03939
Budi G, Rao K, Deb D. 2014. Laboratory modelling of rock joints under shear and constant normal loading[J]. International Journal of Research in Engineering and Technology, 3(4): 190~200. DOI:10.15623/ijret
Chen D J, Yang T M, Xue G F, et al. 1985. A preliminary investigation of Jiangjiapo and Xintan landslide in Xiiling Gorge in Yangtze River[J]. Water Power, (10): 18~23.
Chen H R, Qin S Q, Xue L, et al. 2017a. A physical prediction model of instability for rock slopes with locked segments along a potential slip surface[J]. arXiv preprint: http://arxiv.org/abs/1712.02980.
Chen H R, Qin S Q, Xue L, et al. 2017b. Characterization of brittle failure of rock and limitation of Weibull distribution[J]. Progress in Geophysics, 32(5): 2200~2206.
Chen T, Zhao P, Wang K, et al. 2014. Discussion on the formation mechanism of Liangshuijing landslide in the Three Gorges Reservoir area[J]. Journal of Engineering Geology, 22(S1): 277~283.
Cheng Q G, Zhang Z Y, Cui P. 2004. Dynamical mechanism and stability criterion of landslide under lockup of soil arching[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 23(17): 2855~2864.
Fishman Y A. 2008. Features of compressive failure of brittle materials[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 45(6): 993~998. DOI:10.1016/j.ijrmms.2008.02.009
Fu B Q, Deng D R. 1989. Study on the three-dimensional monitoring system of the Xintan landslide[J]. Hydropower and Pumped Storage, (4): 1~7.
Fukuzono T. 1985. A new method for predicting the failure time of a slope[C]//Proceedings of the 4th International Conference and Field Workshop on Landslides. Tokyo: Tokyo University Press: 145-150.
Grasselli G. 2001. Shear strength of rock joints based on quantified surface description[D]. Lausanne, Switzerland: Swiss Federal Institute of Technology(EPFL).
Hamel J V. 1974. Rock strength from failure cases: left bank slope stability study-Libby dam and lake Koocanusa, Montana[R]. Omaha: Corps of Engineers.
He K Q. 1992. A double-sliding model of large scale sliderock slope and its double-sliding law——Selecting Xintan landslide as analysing example[J]. Journal of Hebei College of Geology, 15(1): 51~59.
Hu G T, Mao Y L, Zhao F S. 1992. On the elastic impulsive motion on initial path and high speed on traveling path of the bedrock landslide[J]. Journal of Catastrophology, 7(3): 1~7.
Huang R Q, Chen G Q, Tang P. 2017. Precursor information of locking segment landslides based on transient characteristics[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 36(3): 521~533.
Huang R Q, Xu Q. 2008. Catastrophic landslides in China[M]. Beijing: Science Press.
Huang R Q. 2004. Mechanism of large scale landslides in Western China[J]. Advance in Earth Sciences, 19(3): 443~450.
Huang R Q. 2007. Large-scale landslides and their sliding mechanisms in China since the 20th century[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 26(3): 433~454.
Huang R Q. 2012. Mechanisms of large-scale landslides in China[J]. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 71(1): 161~170. DOI:10.1007/s10064-011-0403-6
Lajtai E Z, Lajtai V N. 1974. The evolution of brittle fracture in rocks[J]. Journal of The Geological Society, 130(1): 1~16. DOI:10.1144/gsjgs.130.1.0001
Lei X L, Masuda K, Nishizawa O, et al. 2004. Detailed analysis of acoustic emission activity during catastrophic fracture of faults in rock[J]. Journal of structural geology, 26(2): 247~258. DOI:10.1016/S0191-8141(03)00095-6
Li T F, Chen H T, Wang R Q. 2016. Formation mechanism of Yanchihe landslide in Yichang city, Hubei province[J]. Journal of Engineering Geology, 24(4): 578~583.
Lian Z P, Tan J M, Li J F. 2013. Stability evaluation of Yanchihe phosphate mine in Yuan'an, Yichang, China[J]. Geology and Mineral Resources of South China, 29(1): 60~65.
Luo G, Hu X W, Gu C Z. 2013. Study of kinetic failure mechanism and starting velocity of consequent rock slopes under strong earthquake[J]. Rock and Soil Mechanics, 34(2): 483~490.
Luo P Y. 1986. Deformation development and critical sliding prediction of the Xintan landslide[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, (4): 40~45.
Martin C D, Chandler N A. 1994. The progressive fracture of Lac du Bonnet granite[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 31(6): 643~659. DOI:10.1016/0148-9062(94)90005-1
Pan X H, Xue L, Qin S Q, et al. 2014. Types, formation conditions and pre-decision method for large landslides with potential locked patches[J]. Journal of Engineering Geology, 22(6): 1159~1167.
Qin S Q, Li P, Yang B C, et al. 2016a. The identification of mainshock events for main seismic zones in seismic belts of the Circum-Pacific, ocean ridge and continental rift[J]. Progress in Geophysics, 31(2): 574~588.
Qin S Q, Yang B C, Wu X W, et al. 2016b. The identification of mainshock events for some seismic zones in Mainland China(Ⅱ)[J]. Progress in Geophysics, 31(1): 115~142.
Qin S Q, Yang B C, Xue L, et al. 2016c. The identification of mainshock events for main seismic zones in the Eurasian seismic belt[J]. Progress in Geophysics, 30(2): 559~573.
Qin S Q, Pan X H. 2011. Stress and strain instability criteria for crustal rocks under shear condition[J]. Chinese Journal of Geophysics, 54(7): 1767~1771.
Qin S Q, Wang Y Y, Ma P. 2010a. Exponential laws of critical displacement evolution for landslides and avalanches[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 29(5): 873~880.
Qin S Q, Xu X W, Hu P, et al. 2010b. Brittle failure mechanism of multiple locked patches in a seismogenic fault system and exploration on a new way for earthquake prediction[J]. Chinese Journal of Geophysics, 53(4): 1001~1014.
Qin S Q, Yang B C, Xue L, et al. 2015. Prospective prediction of major earthquakes for the Taiwan Strait seismic zone[J]. Progress in Geophysics, 30(5): 2013~2019.
Rong J D. 1981. The large-scale Yanchihe avalanche[J]. Earthquake, (2): 35~37.
Saito M. 1965. Forecasting the time of occurrence of a slope failure[C]//Proceedings of the 6th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. Montreal, Canada: [s. n. ], 537-541.
Su B L. 1986. Research on mechanism of the Sale Mountain landslide[J]. Journal of Hebei College of Geology, 9(3-4): 327~346.
Sun G Z, Yao B K. 1988. Landslide geology disaster and landslide investigation in China[C]//Chinese Society for Rock Mechanics and Engineering. Beijing: Science Press: 1-11.
Sun G Z. 1996. Succeeding signification in forecasting the Xintan landslide and deformation monitoring[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 7(S1): 1~4.
Sun Q, Qin S Q, Xue L, et al. 2014. Identification of the critical phenomena and information prior to rock rupture[M]. Xuzhou: China University of Mining and Technology Press.
Sun Y K, Yao B K. 1983. Study on the failure mechanism of the Yanchihe avalanche[J]. Hydrogeology and Engineering Geology, (1): 1~7.
Tang C. 1991. A study on large-scale catastrophic landslide at Touzai Gully of Zhaotong[J]. Yunnan Geographic Environment Research, 3(2): 64~71.
Tang H M, Zou Z X, Xiong C R, et al. 2015. An evolution model of large consequent bedding rockslides, with particular reference to the Jiweishan rockslide in Southwest China[J]. Engineering Geology, 186: 17~27. DOI:10.1016/j.enggeo.2014.08.021
Voight B. 1979. Wedge rockslides, Libby Dam and Lake Kookanusa, Montana[C]//RockSlides and Avalanches. Amsterdam: Elsevier Scientific Publishing CO., 281-315.
Wang L S, Zhan Z, Su D G, et al. 1986. Preliminary studies of Xintan landslide development characteristic and the mechanism of the starting, motioning and stopping[C]//Chinese Society for Rock Mechanics and Engineering. Beijing: Science Press: 211-217.
Wang S Q. 1996. Review on prediction of Xintan landslide[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 7.
Wen B P. 1996. The state of the art and trend of the landslide predictions[J]. Earth Science Frontiers, 3(1-2): 86~92.
Xiao S R, Liu D F, Hu Z Y. 2010. Study of high speed slide mechanism of Qianjiangping landslide in Three Gorges Reservoir area[J]. Rock and Soil Mechanics, 31(11): 3531~3536.
Xu Q, Huang R Q, Li X Z. 2004. Research progress in time forecast and prediction of landslides[J]. Advance in Earth Sciences, 19(3): 478~483.
Xu Q, Pei X J, Huang R Q. 2009. Large-scale landslides induced by the Wenchuan earthquake[M]. Beijing: Science Press.
Xu Q, Tang M G, Xu K X, et al. 2008. Research on space-time evolution laws and early warning-prediction of landslides[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 27(6): 1104~1112.
Xu Q. 2012. Theoretical studies on prediction of landslides using slope deformation process data[J]. Journal of Engineering Geology, 20(2): 145~151.
Xue L, Qi M, Qin S Q, et al. 2015a. A potential strain indicator for brittle failure prediction of low-porosity rock:Part I-experimental studies based on the uniaxial compression test[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 48(5): 1763~1772. DOI:10.1007/s00603-014-0675-9
Xue L, Qi M, Qin S Q, et al. 2015b. A potential strain indicator for brittle failure prediction of low-porosity rock:Part Ⅱ-theoretical studies based on renormalization group theory[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 48(5): 1773~1785. DOI:10.1007/s00603-014-0681-y
Xue L, Qin S Q, Li P, et al. 2014a. New quantitative displacement criteria for slope deformation process:From the onset of the accelerating creep to brittle rupture and final failure[J]. Engineering Geology, 182(Part A): 79~87.
Xue L, Qin S Q, Pan X H, et al. 2017. A possible explanation of the stair-step brittle deformation evolutionary pattern of a rockslide[J]. Geomatics, Natural Hazards and Risk, 8(2): 1456~1476. DOI:10.1080/19475705.2017.1345793
Xue L, Qin S Q, Sun Q, et al. 2014b. A study on crack damage stress thresholds of different rock types based on uniaxial compression tests[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 47(4): 1183~1195. DOI:10.1007/s00603-013-0479-3
Xue L, Qin S Q, Sun Q, et al. 2014c. A quantitative criterion to describe the deformation process of rock sample subjected to uniaxial compression:From criticality to final failure[J]. Physica A:Statistical Mechanics and its Applications, 410: 470~482. DOI:10.1016/j.physa.2014.05.062
Xue L, Sun Q, Wang Y Y, et al. 2013. Study on the critical stress state of brittle failure of rock based on renormalization group theory[J]. Journal of Basic Science and Engineering, 21(4): 710~724.
Xue L. 2011. Renormalization study on rock failure and its application to strong earthquake prediction[D]. Beijing: Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences.
Xue L. 2015. A potential stress indicator for failure prediction of laboratory-scale rock samples[J]. Arabian Journal of Geosciences, 8(6): 3441~3449. DOI:10.1007/s12517-014-1456-1
Xue L. 2016. A study on the stress and strain thresholds of rock samples based on uniaxial compression tests and its implications[Postdoctoral Report] [R]. Beijing: Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences.
Yang B C, Qin S Q, Xue L, et al. 2017. A physical self-similarity law describing the accelerated failure behavior of rocks[J]. Chinese Journal of Geophysics, 60(5): 1746~1760.
Yin Y P, Sun P, Zhang M, et al. 2011. Mechanism on apparent dip sliding of oblique inclined bedding rockslide at Jiweishan, Chongqing, China[J]. Landslides, 8(1): 49~65. DOI:10.1007/s10346-010-0237-5
Zhang W J, Chen Y M, Zhan L T. 2006. Loading/Unloading response ratio theory applied in predicting deep-seated landslides triggering[J]. Engineering Geology, 82(4): 234~240. DOI:10.1016/j.enggeo.2005.11.005
Zhang Z Y, Wang S T, Wang L S. 1981. Principle of engineering geology analysis[M]. Beijing: Geological Publishing House.
Zou Z X, Tang H M, Xiong C R, et al. 2014. Starting-elastic-impulsive acceleration mechanism of high-speed rockslide and elastic-impulsive velocity calculation:Taking Jiweishan rockslide in Wulong, Chongqing for example[J]. Rock and Soil Mechanics, 35(7): 2004~2012.
陈德基, 杨天民, 薛果夫, 等. 1985. 长江西陵峡姜家坡一新滩滑坡的初步调查[J]. 水力发电, (10): 18~23.
陈竑然, 秦四清, 薛雷, 等. 2017. 岩石脆性破坏表征与Weibull分布适用范围[J]. 地球物理学进展, 32(5): 2200~2206. DOI:10.6038/pg20170548
陈涛, 赵鹏, 王凯, 等. 2014. 三峡库区凉水井滑坡成因及复活机制探讨[J]. 工程地质学报, 22(S1): 277~283.
程谦恭, 张倬元, 崔鹏. 2004. 平卧"支撑拱"锁固滑坡动力学机理与稳定性判据[J]. 岩石力学与工程学报, 23(17): 2855~2864. DOI:10.3321/j.issn:1000-6915.2004.17.002
傅冰清, 邓德润. 1989. 新滩滑坡立体监测系统研究[J]. 水电与抽水蓄能, (4): 1~7.
贺可强. 1992. 大型坡积层斜坡的双层滑移模型与双层滑移规律——以新滩滑坡分析为例[J]. 河北地质学院学报, 15(1): 51~59.
胡广韬, 毛延龙, 赵法锁. 1992. 论基岩滑坡的启程弹冲与行程高速[J]. 灾害学, 7(3): 1~7.
黄润秋, 陈国庆, 唐鹏. 2017. 基于动态演化特征的锁固段型岩质滑坡前兆信息研究[J]. 岩石力学与工程学报, 36(3): 521~533.
黄润秋, 许强. 2008. 中国典型灾难性滑坡[M]. 北京: 科学出版社.
黄润秋. 2004. 中国西部地区典型岩质滑坡机理研究[J]. 地球科学进展, 19(3): 443~450.
黄润秋. 2007. 20世纪以来中国的大型滑坡及其发生机制[J]. 岩石力学与工程学报, 26(3): 433~454.
李腾飞, 陈洪涛, 王瑞青. 2016. 湖北宜昌盐池河滑坡成因机理分析[J]. 工程地质学报, 24(4): 578~583.
连志鹏, 谭建民, 李景富. 2013. 湖北远安盐池河磷矿开采区稳定性评价[J]. 华南地质与矿产, 29(1): 60~65.
罗刚, 胡卸文, 顾成壮. 2013. 强震作用下顺层岩质斜坡动力失稳机制及启动速度研究[J]. 岩土力学, 34(2): 483~490.
骆培云. 1986. 新滩滑坡的变形发育和临阵预报[J]. 水土保持通报, (4): 40~45.
泮晓华, 薛雷, 秦四清, 等. 2014. 潜在锁固型滑坡的类型、形成条件和预判方法研究[J]. 工程地质学报, 22(6): 1159~1167.
秦四清, 李培, 杨百存, 等. 2016a. 环太平洋、大洋海岭与大陆裂谷地震带主要地震区主震事件判识[J]. 地球物理学进展, 31(2): 574~588.
秦四清, 泮晓华. 2011. 地壳岩石剪切失稳的应力与应变准则[J]. 地球物理学报, 54(7): 1767~1771.
秦四清, 王媛媛, 马平. 2010a. 崩滑灾害临界位移演化的指数律[J]. 岩石力学与工程学报, 29(5): 873~880.
秦四清, 徐锡伟, 胡平, 等. 2010b. 孕震断层的多锁固段脆性破裂机制与地震预测新方法的探索[J]. 地球物理学报, 53(4): 1001~1014.
秦四清, 杨百存, 吴晓娲, 等. 2016b. 中国大陆某些地震区主震事件判识(Ⅱ)[J]. 地球物理学进展, 31(1): 115~142.
秦四清, 杨百存, 薛雷, 等. 2015. 台湾海峡地震区大震预测[J]. 地球物理学进展, 30(5): 2013~2019. DOI:10.6038/pg20150505
秦四清, 杨百存, 薛雷, 等. 2016c. 欧亚地震带主要地震区主震事件判识[J]. 地球物理学进展, 30(2): 559~573.
荣建东. 1981. 盐池河大型崩塌[J]. 地震, (2): 35~37.
苏伯苓. 1986. 洒勒山滑坡机制研究[J]. 河北地质学院学报, 9(3-4): 327~346.
孙广忠, 姚宝魁. 1988. 中国滑坡地质灾害及其研究[C]//中国岩石力学与工程学会编. 北京: 科学出版社: 1-11.
孙广忠. 1996. 新滩滑坡预报成功的意义及变形监测[J]. 中国地质灾害与防治学报, 7(S1): 1~4.
孙强, 秦四清, 薛雷, 等. 2014. 岩石破坏临界现象与信息识别[M]. 徐州: 中国矿业大学出版社.
孙玉科, 姚宝魁. 1983. 盐池河磷矿山体崩坍破坏机制的研究[J]. 水文地质工程地质, (1): 1~7.
唐川. 1991. 昭通头寨沟特大型灾害性滑坡研究[J]. 云南地理环境研究, 3(2): 64~71.
王兰生, 詹铮, 苏道刚, 等. 1986. 新滩滑坡发育特征和启动、滑动及制动机制的初步研究[C]//中国岩石力学与工程学会编. 北京: 科学出版社: 211-217.
王尚庆. 1996. 回顾新滩滑坡预报[J]. 中国地灾害与防治学报, 7.
文宝萍. 1996. 滑坡预测预报研究现状与发展趋势[J]. 地学前缘, 3(1-2): 86~92.
肖诗荣, 刘德富, 胡志宇. 2010. 三峡库区千将坪滑坡高速滑动机制研究[J]. 岩土力学, 31(11): 3531~3536. DOI:10.3969/j.issn.1000-7598.2010.11.029
许强, 黄润秋, 李秀珍. 2004. 滑坡时间预测预报研究进展[J]. 地球科学进展, 19(3): 478~483.
许强, 裴向军, 黄润秋. 2009. 汶川地震大型滑坡研究[M]. 北京: 科学出版社.
许强, 汤明高, 徐开祥, 等. 2008. 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, 27(6): 1104~1112.
许强. 2012. 滑坡的变形破坏行为与内在机理[J]. 工程地质学报, 20(2): 145~151.
薛雷, 孙强, 王媛媛, 等. 2013. 岩体脆性破裂失稳临界应力特征重正化群研究[J]. 应用基础与工程科学学报, 21(4): 710~724.
薛雷. 2011. 岩石破裂过程的重正化群理论研究与强震预测应用[博士学位论文] [D]. 北京: 中国科学院地质与地球物理研究所.
薛雷. 2016. 岩石单轴压缩破裂过程应力和应变阈值研究及其启示意义[博士后出站报告] [R]. 北京: 中国科学院地质与地球物理研究所.
杨百存, 秦四清, 薛雷, 等. 2017. 岩石加速破裂行为的物理自相似律[J]. 地球物理学报, 60(5): 1746~1760. DOI:10.6038/cjg20170512
张倬元, 王士天, 王兰生. 1981. 工程地质分析原理[M]. 北京: 地质出版社.
邹宗兴, 唐辉明, 熊承仁, 等. 2014. 高速岩质滑坡启动弹冲加速机制及弹冲速度计算——以武隆县鸡尾山滑坡为例[J]. 岩土力学, 35(7): 2004~2012.