滑坡角及其變化在滑坡孕育、發(fā)展過程中的重要地位

1、滑坡角及其變化在滑坡孕育、發(fā)展過程中的地位作者簡介：王昌益(1959)，男，漢，工程師。研究方向：物理學(xué)、力學(xué)、地質(zhì)學(xué)、環(huán)境地質(zhì)學(xué)、礦產(chǎn)勘探與開發(fā)。聯(lián)系人： 王昌益， HYPERLINK mailto: ；電話手機(jī)通訊地址：蓬萊國土資源局，265600王昌益（1蓬萊市國土資源局 265600；2青島理工大學(xué)研究生處）摘 要：滑坡角角是控制制滑坡現(xiàn)現(xiàn)象孕育育、發(fā)展展與發(fā)生生的決定定性因素素之一。人人們早就就注意到到了滑坡坡角對滑滑坡現(xiàn)象象發(fā)生的的控制性性，但是是，將滑滑坡角視視為一種種動力學(xué)學(xué)因素，始始終還沒沒有納入入議事日日程。根根據(jù)滑坡坡

2、動力學(xué)學(xué)方程，滑滑坡角在在滑坡現(xiàn)現(xiàn)象中扮扮演著極極其重要要的角色色，在今今后的滑滑坡預(yù)測測研究中中，必須須高度重重視滑坡坡角對滑滑坡現(xiàn)象象的控制制作用。關(guān)鍵詞：滑滑坡角；控制；滑坡動動力學(xué)方方程中途分類號號：O3、OO4、OO5、PP5、PP6、PP3、XX43（見見中國國圖書館館分類法法）對滑坡現(xiàn)象象形成控控制的除除了動力力和邊坡坡巖土層層物質(zhì)性性質(zhì)兩種種重要因因素外，還還有一種種非常重重要的因因素，就就是滑坡坡角。滑滑坡角是是控制滑滑坡現(xiàn)象象孕育、發(fā)發(fā)展與發(fā)發(fā)生的決決定性因因素之一一。人們們早就注注意到了了滑坡角角對滑坡坡現(xiàn)象發(fā)發(fā)生的控控制性，但但是，將將滑坡角角視為一一種動力力學(xué)因素素，

3、始終終還沒有有納入議議事日程程。據(jù)近近年來的的滑坡預(yù)預(yù)測實踐踐與理論論研究發(fā)發(fā)現(xiàn)：重重視滑坡坡角及其其變化對對滑坡現(xiàn)現(xiàn)象的控控制性研研究極其其重要?；陆遣徊粌H控制制滑坡的的方向，而而且控制制滑坡的的動力大大小?；陆遣⒉⒉皇侨稳我猱a(chǎn)生生的任意意一個三三角幾何何角度，而而是由邊邊坡物質(zhì)質(zhì)所處的的天然環(huán)環(huán)境（邊邊界條件件）確定定的一個個特定角角度。重重視滑坡坡角的研研究就是是重視對對滑坡環(huán)環(huán)境研究究，其研研究意義義主要是是事先確確定滑坡坡的方向向，進(jìn)而而對滑坡坡進(jìn)行準(zhǔn)準(zhǔn)確的定定量預(yù)測測。滑坡動力學(xué)學(xué)方程概概論探索科學(xué)問問題必須須符合客客觀統(tǒng)一一和科學(xué)學(xué)統(tǒng)一規(guī)規(guī)律?；陆菍卢F(xiàn)現(xiàn)象的控控

4、制也不不能脫離離動力學(xué)學(xué)規(guī)律，要要認(rèn)識滑滑坡角在在滑坡現(xiàn)現(xiàn)象中的的控制地地位，首首先必須須清楚控控制滑坡坡現(xiàn)象孕孕育、發(fā)發(fā)展與發(fā)發(fā)生過程程的各種種因素之之間的定定量統(tǒng)一一規(guī)律，掌掌握描述述滑坡運(yùn)運(yùn)動規(guī)律律的動力力學(xué)方程程，否則則，就無無法正確確認(rèn)識滑滑坡角在在滑坡現(xiàn)現(xiàn)象中的的控制地地位。為為此，這這里首先先簡述滑滑坡動力力學(xué)方程程問題。用力學(xué)語言言來表達(dá)達(dá)，滑坡坡動力學(xué)學(xué)方程由由一個非非常簡單單的方程程組構(gòu)成成。即 . 1-1式中，P表表示控制制滑坡現(xiàn)現(xiàn)象發(fā)生生的驅(qū)動動力；FF表示合力力；R表示阻阻力；EE是滑坡坡體的不不穩(wěn)定性性質(zhì)特征征值，體體現(xiàn)滑坡坡體的失失穩(wěn)程度度，稱不不穩(wěn)定特征值值；T

5、是滑坡坡體的穩(wěn)穩(wěn)定性質(zhì)質(zhì)特征值值，體現(xiàn)現(xiàn)滑坡體體的穩(wěn)定定程度，叫叫穩(wěn)定特特征值。驅(qū)動力力P由重力力、大氣氣降水、地地表水、地地下水、泥泥石流等等產(chǎn)生，通通過觀測測滑坡物物質(zhì)密度度和地表表地下水水以及泥泥石流流流量便可可以獲得得，所以以，P值是可可獲得值值；合力力F等于滑滑坡質(zhì)量量與它的的加速度度之積，其其中，質(zhì)質(zhì)量可以以用單位位質(zhì)量（即即密度）代代表，加加速度可可以測得得，所以以，合力力值不難難獲得；阻力RR等于合合力與力力之差，也也不難獲獲得。因因此，穩(wěn)穩(wěn)定性特征值值與不穩(wěn)穩(wěn)定特征征值都是是很容易易獲得的的參數(shù)值值。T和E都不是是簡單的的調(diào)整系系數(shù)，而而是根據(jù)據(jù)力學(xué)理理論和對對立統(tǒng)一一理論推

6、推導(dǎo)出來來的一對對具有對對立統(tǒng)一一關(guān)系規(guī)規(guī)律的自自然參數(shù)數(shù)。由于于人為確確定的參參數(shù)值與與各種自自然科學(xué)學(xué)量之間間不滿足足客觀統(tǒng)統(tǒng)一與對對立統(tǒng)一一規(guī)律，往往往導(dǎo)致致科學(xué)研研究錯誤誤現(xiàn)象出出現(xiàn)。因因此，本本文不引引用任何何具有人人為規(guī)定定性的自自然科學(xué)學(xué)參數(shù)。T和E之間的對立統(tǒng)一關(guān)系式是 . 1-22就是說，滑滑坡體的的穩(wěn)定程程度T=1，不不穩(wěn)定程程度就是是E=0；相反，滑滑坡體的的穩(wěn)定程程度T=0，不不穩(wěn)定程程度就是是E=1；滑坡體體的穩(wěn)定定程度TT=0.99，不穩(wěn)穩(wěn)定程度度就是EE=0.11.實際上，TT和E就是判判定滑坡坡現(xiàn)象發(fā)發(fā)生還是是不發(fā)生生的最可可靠判據(jù)據(jù)。從理理論上來來說，這這兩個

7、判判據(jù)應(yīng)該該是很可可靠的，至至于在實實踐應(yīng)用用中是否否可靠，那那還取決決于觀測測研究所所得來的的數(shù)據(jù)是是否可靠靠?？刂苹逻\(yùn)運(yùn)動的驅(qū)驅(qū)動力PP和不穩(wěn)穩(wěn)定特征征值E都是變變化的，所所以，設(shè)設(shè)驅(qū)動力力由P0變?yōu)镻t，則有有驅(qū)動力力變化率率與驅(qū)動動力P0和Pt以及作用用時間tt之間的的關(guān)系式式 ； 11-3設(shè)不穩(wěn)定性性特征值值由E0變?yōu)镋t，則有有不穩(wěn)定定特征值值的變化化率與特征征值E0和Et以及時時間t之間的的關(guān)系式式 . 11-4將式1-33和式1-44代入式式，得. 1-55這被稱為描描述滑坡坡運(yùn)動規(guī)規(guī)律的動動力學(xué)方方程的完完整形式式?；陆窃诨聞恿αW(xué)方程程中的地地位滑坡角構(gòu)成成控制滑滑

8、坡的一一個重要要因素，與與滑坡現(xiàn)現(xiàn)象和其其它因素素共同產(chǎn)產(chǎn)生了滑滑坡動力力學(xué)方程程。那么么，滑坡坡角在滑滑坡動力力學(xué)方程程中的位位置或地地位是什什么？從從式1-1和式式1-55來看，控控制滑坡坡的要素素并不含含滑坡角角。是的的，滑坡坡角對滑滑坡現(xiàn)象象構(gòu)了獨獨特的控控制，但但它是控控制作用用程度和和變化程程度或控控制滑坡坡體穩(wěn)定定性的形形式在滑滑坡現(xiàn)象象中起著著控制作作用，所所以，通通常被包包含在動動力學(xué)方方程的的的不穩(wěn)定定性質(zhì)特特征值和和穩(wěn)定性性質(zhì)特征征值中。那那么，該該怎樣來來認(rèn)識滑滑坡角對對滑坡現(xiàn)現(xiàn)象孕育育、發(fā)生生與發(fā)展展的控制制作用呢呢？滑坡坡角在滑滑坡動力力學(xué)方程程中究竟竟處于什什么地

9、位位呢？下下面讓我我們來探探討這個個問題。據(jù)研究得知知，滑坡坡角是通通過控制制驅(qū)動力力的有效效作用率率和滑坡坡方向來來控制滑滑坡運(yùn)動動的。在在垂直方方向上，由由于存在在地層物物質(zhì)，不不存在可可以滑動動的空間間余地，所所以，只有在那種種存在可可以滑動動的空間間的方向向上可以以滑動，即即向可以以滑坡的的邊界方方向滑動動。這樣樣以來，驅(qū)使滑坡運(yùn)動的驅(qū)動力P就被滑坡角減小或增大為， 2-1如圖所示，所以，滑坡角對滑坡產(chǎn)生的控制性被包含在式1-1中的E值和T值之中?；娈a(chǎn)生的支承力是一種不平衡力，它在滑坡方向上也產(chǎn)生一個驅(qū)動滑坡物質(zhì)運(yùn)動的分力，其大小等于.這個分力也疊加在驅(qū)動滑坡運(yùn)動的驅(qū)動力之上。這個力

10、雖然很小，但對巨大的滑坡體來說，這個力是不可忽視的一種強(qiáng)大動力。如果將滑坡角看作是控制滑坡現(xiàn)象孕育、發(fā)展與發(fā)生的一種因素進(jìn)行單獨考慮，那么，滑坡動力學(xué)方程組的力學(xué)形式就應(yīng)該表達(dá)為 . 2-2因此，滑坡坡動力學(xué)學(xué)方程的的完整形形式可以以表達(dá)為為 . 22-3表1 滑坡角角與值對對照表滑坡角51015202530354045(1+coos2)siin0.173330.342210.500030.644400.694430.87550.958851.0199991.06007滑坡角505560657075808590(1+coos2)siin1.082261.088861.082251.068821

11、.049961.030061.014451.0033761.00000根據(jù)此式，滑滑坡角對對滑坡現(xiàn)現(xiàn)象的控控制起著著至關(guān)重重要的決決定性作作用。例例如，當(dāng)當(dāng)滑坡角角等于00時，不不存在傾傾斜滑坡坡的斜面面，滑坡坡現(xiàn)象不不會發(fā)生生；當(dāng)滑滑坡角等等于900時，滑坡坡角對滑滑坡不產(chǎn)產(chǎn)生控制制，如果果，那么么，滑坡坡體就變變成了自自由落體體；當(dāng)=300時，； 2-4當(dāng)=455時， 2-5當(dāng)=600時，. 2-6可見，滑坡坡角在控控制滑坡坡運(yùn)動中中起著至至關(guān)重要要的地位位，而且且，當(dāng)滑滑坡角大大到一定定數(shù)值時時，基巖巖的支承承力不僅僅不再構(gòu)構(gòu)成阻止止滑坡現(xiàn)現(xiàn)象發(fā)生生的阻力力了，而而且變成了了驅(qū)動滑滑坡現(xiàn)

12、象象發(fā)生的的一種驅(qū)驅(qū)動分力力。因此此，在滑滑坡預(yù)測測研究中中，事先先勘察地地貌形態(tài)態(tài)、確定定可能出出現(xiàn)的滑滑坡角度度是至關(guān)關(guān)重要的的一項任任務(wù)?；陆堑淖冏兓瘜卢F(xiàn)象象的影響響受運(yùn)行環(huán)境境控制，滑滑坡角在在滑坡運(yùn)運(yùn)動中是是不斷變變化的。無無疑，這這種變化化對滑坡坡現(xiàn)象也也產(chǎn)生著著直接影影響。根根據(jù)滑坡坡動力學(xué)學(xué)方程，這這種影響響是直接接改變滑滑坡的動動力大小小與方向向。若滑滑坡角由由0變?yōu)閠=0+，那么么，根據(jù)據(jù)式2-3，滑滑坡動力力學(xué)方程程為 . 3-11如果滑坡角角增大，如如由300增加到到45，滑坡坡動量將將由 3-2變?yōu)?； 3-3二者之差即即滑坡體體的動量量增量為為 ； 3-4這

13、是一個可可怕的數(shù)數(shù)字。假假設(shè)，滑滑坡體的的質(zhì)量是是m=10000萬噸噸，v0=0.001米/秒，PP=988000000萬萬牛頓，t=1000萬萬牛頓，t=1秒，那么，滑坡體增加的動量是 公斤斤米/秒秒。 3-5與此相反，如如果滑坡坡角變小小，也將將會引起起滑坡體體在滑動動方向上上所受的的動力減減小?；陆桥c滑滑坡現(xiàn)象象之間關(guān)關(guān)系研究究舉例涼水井滑坡坡位于云云陽故陵陵鎮(zhèn)的長長江右岸岸斜坡地地帶，滑滑坡平面面形態(tài)呈呈“U”形形，為圈圈椅狀地地形，南南高北低低，后部部和前部部地形較較陡，中中部地形形較緩，自自然坡度度20355?；虑熬壘壐叱碳s約1000m，后緣高高程約3319.5m，縱縱向長約

14、約4344m，橫橫向?qū)捈s約3588m，面面積約111.8821104m2，總體體積約4407.79104m3?；w為為滑坡堆堆積（QQ4dell），物物質(zhì)組成成在垂向向上變化化較大，上上部為含含角礫粉粉質(zhì)粘土土、碎塊塊石土為為主，下下部為砂砂巖、泥泥巖塊石石及未完完全解體體的“假假基巖”。滑床為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組（J2s）泥巖和砂巖互層，巖層產(chǎn)狀為3404551?；婧缶壿^陡，中部和前部逐漸變緩，整體略向左傾，為推移式滑坡，滑帶為含角礫粉質(zhì)粘土，厚35cm，含水量高，滑動方向與現(xiàn)坡向基本一致。典型地質(zhì)剖面見圖1。圖1典型工工程地質(zhì)質(zhì)剖面圖圖2009年年1月，三三峽庫區(qū)區(qū)1755m試驗驗性蓄水水

15、，滑坡坡中前部部受庫水水浮托作作用，中中前部出出現(xiàn)地表表裂縫。220099年3月月底水位位降至1160mm時遇暴暴雨，變變形加劇劇，形成成了以后后緣張拉拉裂縫和和兩側(cè)剪剪切裂縫縫相貫通通的邊界界裂縫，裂裂縫寬4404100mm，下下挫高2206600mm；中前部部因受后后部滑體體擠壓形形成鼓脹脹裂縫；前緣受受塌岸作作用，發(fā)發(fā)育有張張拉裂縫縫，裂縫縫分布見見圖2。簡簡易裂縫縫監(jiān)測表表明，裂裂縫寬度度持續(xù)緩緩慢增加加，滑坡坡處于蠕蠕動變形形狀態(tài)?；率Х€(wěn)穩(wěn)后可能能堵塞長長江航道道，產(chǎn)生生的涌浪浪可能威威脅到上上下游數(shù)數(shù)十公里里的船只只的安全全，為了了確保航航道及船船只安全全，為災(zāi)災(zāi)害預(yù)防防提供科

16、科學(xué)依據(jù)據(jù)，采用用專業(yè)預(yù)預(yù)警監(jiān)測測。事實上，天天然低洼洼空區(qū)規(guī)規(guī)定產(chǎn)生生的滑坡坡角是控控制涼水水井滑坡坡的一個個重要因因素。如如果沒有有這種虛虛空的低低洼地帶帶存在，滑滑坡現(xiàn)象象是不會會發(fā)生的的。根據(jù)據(jù)觀測資資料，220099年1月月前，涼水水井滑坡坡現(xiàn)象已已經(jīng)在孕孕育和發(fā)發(fā)展，只只是較緩緩慢。220099年3月底，在其它它作用和和以往變變形基礎(chǔ)礎(chǔ)上進(jìn)一一步遇到到暴雨加加載，滑滑坡現(xiàn)象象出現(xiàn)了了加速和和突變現(xiàn)現(xiàn)象。暴雨持持續(xù)5小小時，降降雨量為為0.11mm/秒，降降雨前的的張裂變變形速度度（沿滑滑面運(yùn)行行的滑坡坡速度）為為0.0001mmm/秒秒，降雨雨時的張張裂變形形速度是是1.006mm

17、m/秒。根據(jù)滑坡動力學(xué)方程，短暫的暴雨雨過后，總總共產(chǎn)生生的滑坡坡位移增增量是mmm.結(jié)論總之，滑坡坡角及其其變化構(gòu)構(gòu)成了控控制滑坡坡現(xiàn)象發(fā)發(fā)生的重重要因素素，在今今后的滑滑坡災(zāi)害害預(yù)測與與防治研研究中，必必須對其其給予高高度重視視。參考文獻(xiàn) 1王昌昌益，孫孫潔.滑滑坡預(yù)測測的作用用學(xué)原理理；城市市建設(shè)，220100.022下旬刊刊總第556期：1833 2王昌昌益，賀賀可強(qiáng). 作用的的對立統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)律律在滑坡坡研究中中的應(yīng)用用； HYPERLINK /Periodical-qdjzgcxyxb.aspx 青島理理工大學(xué)學(xué)學(xué)報， HYPERLINK /periodical/qdjzgcxyxb/2009-3.aspx 20009年3期 3王昌昌益，賀賀可強(qiáng).論地下水水運(yùn)動規(guī)規(guī)律及其其研究方方法；青島理理工大學(xué)學(xué)學(xué)報；20110年第第2期 4王昌昌益，孫孫潔.作作用學(xué)概概論；城城市建設(shè)設(shè)，20010.03下下旬刊總總第599期:3315 5. 王王昌益.論力學(xué)學(xué)缺陷，人人文社科科論壇；20110.99總1770期：596. 王昌益益，王守守岐，劉劉志英.運(yùn)動的的水對滑滑坡體產(chǎn)產(chǎn)生的機(jī)機(jī)械作用用；20003.01：507. 山田剛剛二，渡渡正亮，小小島澄治治，滑滑坡和