水动力型滑坡形成运动机理与防控减灾技术*

周家文 陈明亮 李海波 徐奴文 肖明砾 杨兴国 孙海龙 戚顺超

( 四川大学水利水电学院，水力学与山区河流开发保护国家重点实验室 成都 610065)

0 引 言

如何更好地应对滑坡灾害是全球面临的一个共同难题，受全球气候变化及活跃地质构造活动的影响，近年来滑坡灾害问题尤为突出。与此同时，人口数量的持续增长以及经济的快速发展加剧了人类活动的影响，例如在地质环境敏感区域进行生活生产建设( 如房屋建造、水利水电工程、交通道路建设、矿山开采等) ，也是导致滑坡灾害频繁发生的重要诱因( 殷坤龙，2004) 。中国是一个多山的国家，高山、高原和丘陵等山区约占陆域国土面积的2/3( 中国岩石力学与工程学会地面岩石工程专业委员会，1998; 黄润秋，2007) ，是世界上滑坡灾害最严重的国家之一。滑坡作为一种多发性地质灾害，严重威胁着人类的生产和发展，给人类生命和财产安全带来了巨大的威胁。据自然资源部的公开统计数据显示，近5 年( 2014－2018) 来，每年因滑坡等地质灾害造成的直接经济损失超过10×108元，人员伤亡众多( 中华人民共和国自然资源部，2014，2015，2016) 。

水动力型滑坡是指在冰川融雪、降雨、水位变动、地表径流及地下水活动等水动力因素驱动下而发生的斜坡岩土体失稳灾害( Au，1998; 汤明高等，2006; 许强等，2007; 刘礼领等，2008; Zhou et al.，2017; Chen et al.，2018) 。水不仅在滑坡形成、运动以及致灾过程中起关键作用，而且水动力响应过程与滑坡灾害的发生有着紧密的关联。根据自然资源部的公开统计数据，大部分滑坡灾害是由降雨、水位变动、冰川消融等水动力因素诱发的。例如: 2017年6 月24 日，四川省阿坝藏族自治州叠溪镇新磨村发生高位山体滑坡，该滑坡是一起典型的受长期地质演化和短期降雨激励作用而引发的特大型高位滑坡灾害，共造成83 人死亡、失踪，直接经济损失5.4×108元。2016 年7 月1 日，贵州省毕节市大方县理化乡偏坡村金星组发生大型滑坡灾害，该滑坡是一起由降雨诱发的浅层推移式顺层岩质滑坡灾害，共造成23 人死亡、失踪，直接经济损失640 余万元。

随着三峡工程等大型水电工程的投入运行，水位的频繁变动使得水电库区成为水动力型滑坡的多发区。如三峡库区自2003 年蓄水以来，2600 多个涉水潜在不稳定斜坡已有600 余处产生了变形，数十处发生了滑坡灾害，直接经济损失达数十亿元( 钱灵杰，2016) 。2003 年7 月13 日发生在三峡库区的秭归千将坪滑坡( 滑坡方量2400×104im3) ，造成重大经济损失和人员伤亡( 14 人死亡、10 人失踪) 。如图1 所示，西南地区位于青藏高原与云贵高原和四川盆地的过渡地带，该区域垂直落差大、降水集中、江河密布，是我国水资源最丰富的区域，分布有金沙江( 20 个梯级) 、雅砻江( 21 个梯级) 、大渡河( 22 个梯级) 、澜沧江( 21 个梯级) 4 大水电基地。而这些地区也往往地质条件复杂、地震活动频繁、生态环境脆弱、降雨量集中，水库运行后极易诱发库区滑坡，直接威胁到梯级水电开发与运行的安全，造成工程停运、诱发涌浪、堵塞河道等，甚至引发灾难性溃坝事故，对沿江/河两岸民众生命财产带来极大的灾难。

图1 西南地区水能资源富集Fig. 1 Southwest China is rich in hydropower resources

滑坡作为水利、交通、能源等工程建设项目中的热难点问题，国内外学者对于滑坡机理的认识已经较为成熟。目前对滑坡灾害的研究一般包括4 个方面:滑坡的区域性分布规律、滑坡的变形破坏机制、滑坡的稳定性评价、滑坡的监测预警和防治( 黄润秋等，2007) 。在滑坡的区域性分布规律研究中，一方面主要探究特定区域内滑坡的空间分布特征和主要影响因素( Thomson et al.，1977; 陈剑等，2005;Korup，2005; 王治华，2007; Schulz et al.，2008) ，另一方面评价滑坡在空间尺度发生的可能性( Tan et al.，2008; Gariano et al.，2017) 。在滑坡的变形破坏机制研究方面，针对不同动力成因的滑坡，国内外学者通过物理模型试验、数值模拟以及与原型监测的对比分析等手段做了相当多的工作( 许建聪等，2008; Gong et al.，2012; 冯文凯等，2016; Sun et al.，2016; 王鲁男等，2016; Zhao et al.，2019) 。边坡的稳定性评价、监测与预测预报是滑坡的另一个热点问题，也是关键问题( 许强等，2004; Wang et al.，2007; Chen et al.，2011; 李宁等，2012; 贺可强等，2015a，2015b; Liu et al.，2018) 。

水动力型滑坡的孕育和动力灾变过程非常复杂，受到地质环境、水文活动、人类活动及其他外界扰动等多方面因素的耦合作用，其形成机理、破坏模式和早期识别与应急预警是滑坡灾害防治的基础和核心问题。本文在大量水动力型滑坡灾害调查和防治工作的基础上，分析了水动力型滑坡灾害的形成机理和致灾过程，探讨了水动力型滑坡灾害早期识别预警与防治的关键技术与存在的问题，可为未来的防灾减灾工作提供理论支撑。

1 水动力滑坡影响因素与破坏模式

地质环境、水文过程以及人类活动干扰等因素的长期作用在水动力型滑坡的孕育过程中起着关键作用。斜坡在各种不利因素的持续交替作用下，逐渐产生变形破坏，稳定性不断降低并趋于极限失稳状态，最终在短期水文条件的改变下而导致整体失稳破坏，科学认识和掌握滑坡影响因素与破坏模式是做好早期识别、监测预警和防控减灾的重要基础。

1.1 滑坡影响因素

人类活动或工程修建( 如水电站、铁路、公路等) 会对局部地区的地形、地貌、河网水系等造成一定的扰动，造成局部降雨、地下水位、冰川活动发生改变，进而诱发水动力型滑坡。其次，人类的不合理开垦、破坏植被和回填堆载等行为会导致生态环境的进一步恶化; 工程中的开挖爆破、卸荷采空，会扩展延伸原有的节理裂隙并产生新的节理裂隙，使得岩土体的结构变得更加松散，在开挖面形成应力集中，产生更有利于滑动的力学行为; 工程扰动如坡脚的开挖会使上部岩土体失去支撑，更容易发生坍塌。

1.1.1 地质环境因素

在水动力型滑坡的形成、运动和堆积过程中，地形地貌、地质构造、地层岩性和地震动力等地质环境因素发挥了重要作用。坡度是地形地貌中影响水动力型滑坡的关键要素，坡度反映了水动力型滑坡发育和破坏的可能性，决定着水动力型滑坡运动和堆积过程，坡度较大的斜坡，出现水动力型滑坡的风险也较大。地质断裂带的构造运动影响着水动力型滑坡的分布，在构造应力的长期作用下，结构面得到发育，岩土体的完整性和连续性遭到破坏，不利于斜坡稳定性。另外，结构面大大增加了岩土体与大气和水的接触，因此在断裂带附近，岩石的节理裂隙发育，风化程度较高，结构较为破碎，常常伴随着较强的地下水活动，易造成水动力型滑坡灾害的发生。地震动力会破坏边坡岩体的完整性并产生丰富的松散堆积物，使得山区的地质环境变得更加脆弱。近年来，西南地区发生了多次特大地震( 包括2008 年汶川地震、2013 年芦山地震和2014 年鲁甸地震等) ，多次强震扰动的影响对滑坡灾害的发生产生了极大的影响。据水利部官方调查统计数据显示，2008 年汶川地震后5 年内我国共计发生数千次规模性水动力型滑坡，灾害频次是震前5 年内的2 倍多，共计造成3029 人死亡/失踪，直接经济损失高达44.7×108元，滑坡灾害发生的频率、规模以及致灾影响均有明 显 的 增 大( Zhou et al.，2013; Li et al.，2019) 。

加强水利工程建设投入，挖掘洪水资源利用潜力，提高对水资源的调控能力。对现有病险水利工程进行除险加固，提高供水效率，同时着力建设1座大型水库——双峰寺水库，重点建成6座中型水库和15座小型水库，调节径流，以丰补枯，使全市水利工程总蓄水调节能力达到8.5亿m3，地表径流控制率达到24%。以现代科技为支撑，突破传统的工程管理模式，提高水利工程管理和调度水平，确保工程效益的有效发挥，使水利管理步入良性循环。

地层岩性是水动力型滑坡最主要的影响因素之一，水动力型滑坡的易发地层一般具备以下特征( Varnes，1954，1978; 刘广润等，2002; Hungr et al.，2014) : ( a) 抗剪强度低; ( b) 结构较为松散;( c) 遇水敏感性高( 软化、崩解、细颗粒流失、应力状态改变等) 。如图2 所示，常见的岩土体类型主要有:( 1) 堆积层。堆积层的孔隙多且大，结构较为松散，对水力条件的变化尤为敏感。在长期地质演化中，降雨入渗以及地下水变化等水文活动将可能导致堆积层中的细颗粒随着渗流流失，致使岩土体结构松散，容易发生斜坡失稳。尤其是在水电库区，频繁的水位变动对于斜坡上的堆积层产生严重的不利影响。( 2) 破碎岩体。如果岩体裂隙发育程度高并贯通形成滑动面，当强降雨入渗或者水库蓄水，大量的水流进入岩体结构面易导致滑坡灾害。( 3) 软岩。软岩与水接触之后力学强度会降低，常发水动力型滑坡的软岩主要有页岩、泥岩、千枚岩和变质砂岩等。( 4) 含有软弱夹层( 软弱结构面) 的斜坡。一般来说，具有稳定岩性的斜坡很难在水动力型驱动因素的作用下发生滑坡灾害。然而，如果浅层岩体与基岩之间含有软岩夹层，当水力条件发生变化时，水与软岩之间的相互反应导致岩体软化，致使其抗剪强度逐步降低且伴随着岩土颗粒的流失等问题，大大增加了发生滑坡灾害的可能性。

图2 水动力型滑坡的易发地层Fig. 2 Common geo-materials with potential of water-induced landslide

1.1.2 水文因素

水不仅是水动力型滑坡的直接诱发因素，而且深刻影响着水动力型滑坡的发育和运动过程。水对于水动力型滑坡的影响主要表现为3 个方面: ( 1)降低岩土体的力学性能，尤其会降低滑动带或软弱结构带的抗剪强度; ( 2) 使岩土体产生不利于边坡稳定性的力学行为; ( 3) 水的物理化学作用，水的物理作用主要指渗透、润滑、冲刷和侵蚀等，化学作用有溶解、软化、泥化崩解和水化等( 周凯琦，2017;Chen et al.，2018; 冀前锋等，2019) 。水动力型滑坡的发育阶段是一个长期且缓慢变化的过程，水文活动的变化是最主要的影响因素之一( Zhou et al.，2017) 。在长期地质演化中，以冲刷侵蚀为主的河流切割作用导致了山势的陡峻和深谷地貌，为水动力型滑坡的发育提供了基础条件。降雨或冰山融雪等形成地表径流并冲刷侵蚀坡面，或通过坡面节理裂隙入渗坡体，导致干湿性交替变化和脉动水压力，降低岩土体的力学强度，破坏了岩土体的完整性和连续性，大大增加发生水动力型滑坡的可能性。

1.1.3 人类活动干扰

滑坡的沿程侵蚀与体积放大效应是滑坡动力过程的另一个关键科学问题( Hungr et al.，2004) 。滑坡体在沿坡面的运动过程中通过铲刮侵蚀作用可使体积规模扩大数倍甚至数十倍，从而有可能大大增加运动距离和致灾影响。滑坡运动过程中的侵蚀铲刮效应主要表现为前缘的冲切破坏和中后部的运动剪切侵蚀。滑坡碎屑流在高速运动过程中，碎屑流前缘冲击并侵入基底物质，尤其是碎屑流前方出现地形上的陡变时，冲击作用尤为明显( 陆鹏源等2016) 。巨大的冲击力可以使基底被冲击部位的表层固体物质发生破坏而被侵蚀。中后部的运动剪切作用是滑坡碎屑流铲刮基底物质的另一重要作用方式。滑坡碎屑流的运动是一个复杂的过程，碎屑流与基底固体物质之间、碎屑流内固体颗粒之间、固体颗粒与孔隙间的液体或气体之间存在复杂的力学行为。

随着经济的快速发展，人类不断扩大自己的活动圈，在地质敏感区开展了大规模的工程建设和资源开采，在获得巨大经济效益的同时，也破坏了生态环境，严重影响了边坡的稳定性。

水动力型滑坡从孕育到整体失稳是个复杂的地质力学过程，地质环境、水文活动以及人类活动干扰等是影响滑坡的主要因素，而水库调节类型对于库区滑坡有着至关重要的影响。

1.1.4 水库类型

大型水电工程由于运行、防洪等需求不可避免会导致库水位频繁发生大幅度的波动性变化，由此引起强烈的水岩耦合作用，会严重影响库区边坡的稳定性，库岸边坡受水库蓄水、库水位的周期性变化以及降雨叠加效应的影响尤为敏感。表1 给出了西南典型水电库区基本参数及滑坡特征。在已建成的水电高坝大库工程中，毛尔盖、锦屏一级等年调节型水库的库水位变动幅度均较大( 因正常蓄水位与死水位相差一般高达60 ～80 m，蓄水、放空、发电等过程均会引起大幅度的水位变动) ，库区滑坡问题较为突出; 而大岗山等日调节型水库的库水位变动幅度相对较小( 因正常蓄水位与死水位相差一般控制在10 m 左右) ，但由于库水的长期浸泡及汛期降雨作用，加之受一些人工扰动的影响，库区滑坡问题依然存在。

表1 西南典型水电库区基本参数及滑坡特征Table 1 Basic parameters and landslides characteristic of typical hydropower reservoirs in Southwest China

库区滑坡分布特征主要受库区地质条件和水库调度过程中的水位变幅影响明显，正常蓄水位线附近岩土体在频繁的干湿交替作用下内部渗流场被频繁扰动，结构和力学强度不断劣化，极易发生库岸滑坡。从滑坡数量和规模来看，大岗山库区滑坡以小规模塌岸和零星滑坡为主，数量和规模明显小于锦屏一级库区和毛尔盖库区。锦屏一级库区以堆积层滑坡为主，而毛尔盖库区则以软岩顺层滑坡为主。此外，由于锦屏一级和毛尔盖库区分布有较多的堆积层、碎裂岩体和软岩( 例如千枚岩、泥岩等) 等遇水敏感性岩土体，不利的库区地质环境条件也是滑坡灾害较为严重的影响因素。

水库的调节类型直接影响库区滑坡灾害的时空分布特性:其一，水库的调节类型是根据水库库容的容量而定，库容直接反映了水库的影响范围; 其二，水库的调节类型关系到库水位变幅的幅度，库水位的变化是库区滑坡致灾的最主要水动力因素之一。基于已有的现场勘测、监测数据、机理分析等前期工作发现，蓄水、运行期的水位变动、降雨是库区堆积层滑坡的主要致灾因子。致灾因子对于影响斜坡稳定性的作用机制主要表现在岩土体物理性质和化学成分的变化、力学响应、渗流场变化和微观结构改变等方面。大量调查实例发现，往往导致库区堆积层滑坡致灾或者发育并不是单一的致灾因子引起，而是多种致灾因子耦合的结果。

1.2 滑坡破坏模式

从水动力型滑坡的失稳破坏规模来看，其破坏模式可分为:( a) 局部垮塌( 包括库区塌岸) ; ( b) 浅层滑; ( c) 深层滑坡。局部垮塌主要指在降雨、地表水流、地下水或水库蓄水的冲刷侵蚀作用下小规模岩土体的崩塌( 汤明高等，2006; 许强等，2007) ，易发于堆积层与碎裂岩体中( 图3a) 。小规模崩塌虽然危害较小，但局部岩土体的流失导致上部失去支撑，可进一步引发更大规模的滑坡。浅层滑坡的滑动深度一般不超过10 m，易发于堆积层与软岩地层中。浅层滑坡多是由强降雨或水库蓄水造成堆积层或破碎岩体受雨水浸润作用，导致岩土体内部孔隙水压力增大和抗剪强度降低造成的( 图3b) 。深层滑坡一般指滑坡厚度超过25 m 的滑坡，易发于堆积层、软岩地层、含有软弱结构面的地层以及复合地层( 例如上覆堆积层、下覆软岩的斜坡地层，例如图3c和3 d) 。深层滑坡的破坏过程与局部垮塌和浅层滑坡有较大区别，单次强降雨或水库蓄水就有可能引发局部垮塌或浅层滑坡，而深层滑坡一般是在长期自重、间歇性降雨、库水位波动、以及冻融循环和偶发性地震扰动等因素作用下导致斜坡深部结构面逐渐劣化并扩展贯通，经历较长历时的累积大变形过程后由水文条件改变或人工扰动而引发的( 孙玉进，2017) 。

图3 水动力型滑坡破坏模式Fig. 3 Type of water-induced landslides

(2) 对江、河、湖和水库等蓄水区的影响。水动力型滑坡的发生会导致大量岩土体流失和植被破坏，产生淤积效应，减少蓄水区的有效容积，尤其是对于水库来说，严重影响其正常运营; 不利于周围环境的水土保持，对于生态带来不利影响。

从水动力型滑坡的失稳模式来看，在堆积层极易发生圆弧型滑动和顺层滑坡，在驱动模式上又会表现出下部牵引式、上覆推挤式以及局部滑塌等形式。对于碎裂岩体来说，滑坡破坏受极为发育的结构面所控制，失稳模式主要表现为平面滑动、楔形体破坏以及组合块体滑动等，此外在特殊的地层中还会表现出一定的倾倒破坏模式。在软岩或受软弱结构面控制的地层中，局部滑落与顺层牵引式滑动表现的更为明显。滑坡的失稳模式不仅受控于斜坡地质环境条件，同时与外部水动力诱因密切相关，需要结合具体滑坡实际对其进行判别。

2.2.5 进镜与膀胱镜检 视频监视下置入电切镜，观察全尿道。进入膀胱后进行细致、全面的膀胱镜检，评估肿瘤及可疑病变的数目、大小、位置、可能浸润深度及其与膀胱内标志，尤其是与输尿管口、膀胱颈口或膀胱憩室的毗邻关系。耻骨上膀胱按压与适当程度的膀胱充盈有助于观察膀胱前壁。

2 水动力型滑坡形成机理

水是滑坡发育、破坏、运动和堆积过程中最活跃的动力因素之一，水动力型滑坡灾害的发生与水对斜坡的作用过程有着紧密的关联。降雨诱发的滑坡与水位变动诱发的滑坡既有一定的共同之处，但也有明显的差异性。以下主要针对库区滑坡和降雨滑坡对水动力型滑坡的形成机理进行分析。

2.1 库区滑坡形成机理

库区滑坡指在水利水电工程建设或堰塞湖形成的蓄水区域内发生的水动力型滑坡( Zhou et al.，2017; Chen et al.，2018) ，主要的外部诱因是蓄水浸没和水位频繁变动。从时间分布特点来看，库区滑坡的变形和破坏主要发生在蓄水期的水位大幅度上升和运行期内水位波动时期。从空间分布特点来看，库区滑坡体主要分布在水位线附近，但近水位线附近的滑坡体变形和破坏也会影响上部和两侧的岩土体。对于库区滑坡来说，不同的地质条件在滑坡形成机理上具有明显差异性。

关于系统工程素养，由于系统工程对象的复杂性，往往涉及哲学、心理学、社会科学、人文科学、自然科学、工程技术等等众多领域，需要顶层设计、过程控制、综合集成等，仅仅有科学素养是不够的，我认为有这样几个方面，一是科学素养；科学素养是基础，科学素养是对从事系统工程研究和实践的基本要求。

库区堆积层滑坡的直接诱因主要是蓄水期的水位大幅度上升和运行期内水位波动与降雨的耦合效应( Chen et al.，2018) 。蓄水是影响库岸边坡稳定性的主要水动力型因素，水电站投入运行之后，库水位的大幅度上升会导致大量库水渗入堆积层，改变堆积层内部的含水状态，同时抬升边坡内部的地下水位。由于堆积层的渗透性一般不足以让地下水位的抬升速度适应库水位的上升速度，会在边坡内部形成不稳定的瞬态渗流。瞬态渗流和入侵库水的作用会降低堆积层内岩土体的力学强度，特别是滑带附近土体抗剪强度的降低，不利于边坡稳定性。从力学行为的改变来看，瞬态渗流会在堆积层内部产生与渗流方向相同的渗流压力。渗流压力是否有利于边坡的稳定性需要通过计算判断。尽管渗流压力和外部静水压力的升高可能会增加沿滑动面的抗滑力，但是一些力学行为的其他变化仍然会不利于边坡的稳定性，比如滑动面上部的岩土体由于含水量的上升会导致浮托力的增加。水库蓄水后造成的滑坡案例非常多，三峡水电站、锦屏一级水电站、大岗山水电站等蓄水后库区都出现了数量和规模不等的滑坡，图4 给出了毛尔盖水电库区蓄水后出现的滑坡灾害无人机航拍情况。

图4 蓄水对于水动力型滑坡的影响Fig. 4 Influence of impoundment on water-induced landslide

从2017 年茂县滑坡、2018 年白格滑坡失稳过程中可以发现，在长期不利地质条件作用后，斜坡的稳定性接近于极限平衡状态，极可能在小规模降雨或人工扰动下而导致灾难性滑坡灾害的发生，滑坡的临界降雨量是一个值得深入研究的问题。

库区岩质滑坡主要是地层中软岩、软弱结构面受到水力劣化作用而诱发的滑坡，可分为顺层岩质滑坡和反倾岩质滑坡，其滑坡机理略有不同。顺层岩质滑坡一般沿着软弱结构面或者软弱夹层滑动，反倾岩质滑坡滑动面的形成是由于边坡长期在自重应力作用下发生弯曲－倾倒变形，产生贯通的破裂面。水库岩质滑坡的主要诱因有蓄水和强降雨。蓄水和强降雨的作用范围不同，蓄水主要影响抬升后的库水位以下的坡体，强降雨通过入渗坡面和裂缝影响表层岩体，实质上都是水与岩体的相互作用，导致沿滑动面的抗剪力减小，最终诱发滑坡。

STEM教育注重探究式的学习方法，区别于传统教育的单一式灌输教育，其通过教师的引导辅助，使得学习者可以通过自身思考，与他人合作自主建构问题答案，习得相关领域的知识以及解决问题的方法，培养问题解决能力、合作交流能力、创造力等；STEM教育注重将学习者置于真实的问题情境下，通过项目或问题的设置，将答案及解决途径开放给学习者，让学习者通过结队探索、搜集分析资料等一系列学习活动，解决在特定情境中的问题及项目[2]。

2.2 降雨滑坡形成机理

降雨型滑坡主要指由降雨直接诱发的滑坡灾害( Au，1998; 刘礼领等，2008) 。单次强降雨直接引发的滑坡主要以土质滑坡为主，对于大型岩质滑坡，一般都要经历长期的累积开裂与变形过程，其结构面强度和整体稳定性不断降低，并在短期降雨作用下斜坡内部水文条件发生改变，而导致最终的破坏。

图5 水库堆积层滑坡的多因素耦合效应Fig. 5 Coupling effect of multi factors for reservoir landslide on accumulated formation

不利的地质构造背景与不良岩土体结构特性是发生大型岩质滑坡的先决条件，斜坡内部的断层、软弱夹层、原生结构面往往对岩质滑坡起控制性作用。在长期不利地质作用下( 自重、地震动力、降雨入渗、冰川融雪、冻融循环、卸荷风化等) ，斜坡逐渐产生变形破坏( 例如裂缝扩展、结构面张开、蠕动变形以及滑动面错动等) ，斜坡的稳定性不断降低并趋于极限失稳状态，最终短期强降雨导致岩土体强度参数降低和内部孔隙水压发生变化，最终诱发滑坡的发生。

2018 年10 月11 日发生的金沙江白格滑坡是典型的由长期地质作用和短期降雨诱发的岩质滑坡。白格滑坡所在区域是典型的高山峡谷地形，地形坡度大( 30°～50°) ，斜坡表面覆盖有深厚第四系现代河流冲积堆积层和冰碛堆积层，基岩为元古界雄松群( Ptxna) 片麻岩组，岩体韧性变形强烈。在长期自重、降雨和冰雪消融作用下，斜坡出现了明显大变形破坏现象。如图6a 所示，从2011 年4 月4 日拍摄的卫星图上已经可以看出明显的变形破坏现象，斜坡后缘出现明显拉裂错台，宽度达6 ～10 m，穿过滑坡区的村民小路错位明显，小型崩塌体广泛分布，修建于滑坡影响区的村民房屋、圈养牲口的临时建筑等出现明显变形开裂现象，截止滑坡前，村民均已搬迁离去。在长期蠕变大变形过程中，岩土体的抗剪强度不断降低，结构面不断扩展贯通，斜坡稳定性不断降低到趋于极限平衡状态。在滑坡发生前10 d 里，白格所在区域连续发生了多场降雨，累积降雨量超过45 mm，连续的降雨导致岩土体内部水文条件发生改变，最终触发了滑坡，如图6b 所示。

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图6 金沙江白格滑坡Fig. 6 The Baige landslide on the Jinsha River

运行期库水位波动和降雨对堆积层内部的渗流场和应力场的影响是一个动态过程，水位变化速率的大小对边坡稳定性的影响具有决定性作用。如图5 所示，当库水位缓慢下降时，堆积层内地下水位的下降速率可以适应库水位的下降速率。孔隙水的充分渗出使得边坡维持稳定的渗流状态，孔隙水压得以消散。当库水位骤降时，堆积层内地下水位的下降速率难以跟得上库水位的下降速率。孔隙水的渗出不足导致边坡内出现不稳定的瞬态渗流，孔隙水压不能得到及时消散。此时瞬态渗流产生的渗流压力方向是沿着滑动方向，增加沿着滑动面的牵引力。然而，紧跟库水位骤降之后的库水位上升会减弱库水位骤降对堆积层边坡的不利影响。当库水位恢复到设计蓄水位，反向渗流会降低渗透压力和恢复外部的静水压力，进而增加沿着滑动面的抗滑力。现实中水库的水位调度按照规范进行，出现水位骤降的情况很少，实际上，降雨和水位下降的耦合效应是库区滑坡变形和破坏的实际诱因，其作用机制被认为有:( 1) 强降雨导致大量雨水入渗坡内，抬升地下水位，导致边坡内水力响应滞后的增强; ( 2) 水位下降时，由于边坡前缘的负孔隙水压值增大导致雨水入渗过程得到增强，浅层出现局部过饱和现象，产生正孔隙水压。降雨和水位变动的耦合效应与滑坡体的规模、土水特征曲线和渗透性能等有关，仍需要大量研究工作去弄清。

3 水动力型滑坡运动过程及致灾影响

斜坡失稳后的滑坡动力过程非常复杂，尤其是特大型高位滑坡，在运动过程中可能会产生强烈的冲击破碎和沿程侵蚀铲刮现象，将导致滑坡运动性态的改变和堆积方量的增大，水的存在会加剧滑坡沿程侵蚀铲刮作用以及导致运动性态向流态化转变而造成更远的运动距离和更广的致灾范围( 郝明辉等，2014; 张伟锋，2015; Wang et al.，2016; 吴凤元，2017; 王畯才，2018) 。

3.1 滑坡运动碎屑化

大型高位滑坡失稳后，滑坡脱离体下坠并获得较大速度，当高速滑坡脱离体与基底发生接触后，由于速度的突然改变，脱离体会受到强烈的冲击碰撞而解体破碎，滑坡脱离体的破碎程度与岩体的节理裂隙发育程度和物理力学性能有关。在岩体的碰撞破碎过程中，冲击荷载并非均匀的作用于岩体上。这是由于岩体中已发育的节理裂隙改变了内部的应力分布，在节理裂隙处产生应力集中的现象，使大部分的冲击能量被节理裂隙附近的岩块所吸收。因此，当岩体因冲击碰撞发生解体破碎时，首先会使岩体内部已发育的节理裂隙发生扩展和相互贯通。此外岩块的破碎与加载条件也有关，随着加载( 碰撞)频率的增大，岩块的塑性性能减弱而脆性性能增强，破碎形式发生改变，破碎程度明显加大。

(二)在镇街层面，非税收入预算编制形式化，镇街在非税收入预算编制方面严肃性较差，镇街在非税收入预算编报时不够精准，部分非税收入没有预算，支出也没有计划，无计划无预算问题突出，使得预算的约束力形同虚设。管理基础薄弱且执行力不强，镇街收取非税收入直接缴入财政所账户，待需要上缴时再上缴财政专户，在执收过程中，有的先上缴再征收、手续不够完备。票据管理不够规范，有的票据的领用使用没有规范的程序进行监管，有的未能严格执行“交旧领新”的管理制度，有的镇街票据填开不够规范。

滑坡脱离体运动破碎后转化为颗粒物，在与基底物质的相互作用过程中夹带、包裹基底碎屑物从而转化为碎屑流，滑坡脱离体的运动性态发生改变甚至表现出明显的流态化特征，导致滑坡的运动距离明显加大( Davies et al.，1999; 郝明辉等，2015) ，如2017 年茂县滑坡的碎屑化特征就十分明显( 图7) 。对于水动力型滑坡来说，基底物质的含水量往往较高，水的出现会对滑动接触面起到明显润滑作用，滑动阻力降低，可能导致更远的运动距离和更大的致灾影响。

图7 茂县滑坡运动碎屑化特征Fig. 7 Fragmentation phenomenon in the Maoxian landslide

3.2 滑坡沿程侵蚀放大

老龄化会不利于一些新兴产业的发展。当老年人口过多时，主要消费品与养老有关，而老年人对高新技术产品的需求较低且更加偏好现有已经使用习惯的产品。老年人口对新兴产业的接受程度低，且老年人口占人口比重大。导致社会整体对于新兴技术的需求量大幅减少，产业积极性也因此减弱，逐渐衰落，使产业对青年人的重视转移到对老年人的重视。例如日本曾经有着极大影响力的高科技公司，三洋、松下、富士通等，在十余年间渐渐淡出人们视野，老龄化可能会在某种程度上限制当地的高新技术产业发展，不利于产业结构升级和企业的创新。

当有降雨发生或其他形式的水存在时，基底物质的性状将会发生较大的改变。滑坡碎屑流在上部运动时，高速运动体会冲切、压缩土体，造成基底物质内部的土压力及孔隙水压突然升高，甚至出现负孔隙水压力，从而更易导致基底物质的剪切破坏，同时在水流的作用下，基底物质更易被上部运动体所携带走，滑坡运动冲切铲刮效应明显加剧。内部土压力和孔隙水压的急剧升高会导致基底物质的剪切破坏程度和范围都会加大，从而造成更为强烈的冲切铲刮作用结果。2000 年西藏易贡滑坡就是一个典型的高速远程滑坡案例( 图8) 。滑源区海拔在5000 m 以上，体积约为3×107m3，坠落的滑坡脱离高速碰撞后瞬速转化为碎屑流，并对运移路径表面堆积物产生强烈的冲击铲刮作用，由于降雨和冰山融雪作用使得基底物质含水率较高，滑坡碎屑流呈现明显流态化特征，加大了冲击铲刮效应和减小了滑坡阻力，最终的滑坡运动距离超过10 km，体积约为3×108m3的滑坡体涌入易贡河，滑坡运动过程沿程侵蚀放大效应明显，大量的滑坡堆积物最终堵塞河道并形成易贡堰塞湖，随后的堰塞湖溃决洪水影响下游河段超长距离并造成了重大的灾害损失。

The general solutions of the LG modes, the eigensolutions upl to the paraxial wave equation in cylindrical coordinates, have the form:

图8 易贡滑坡运动过程和冲击铲刮效应Fig. 8 Traces of scraping and erosion for water-induced landslide with a case in Yigong landslide

3.3 滑坡致灾影响

水动力型滑坡灾害的频繁发生给人类生产生活构成了极大的威胁，不仅会阻碍社会经济发展，同时还会造成不利的社会影响。水动力型滑坡在形成演化、动力演进、堆积致灾存在显著的不确定性和差异性等，复杂的系统性问题给早期识别、监测预警、风险评估、防控减灾以及应急处理等工作带来了巨大的挑战。水动力型滑坡造成的危害主要表现在以下几个方面:

( 1) 对构筑物的影响。主要包括对交通线路( 公路、隧道、桥梁等) 、生活建筑物和生产建筑物的作用( 图9) 。水动力型滑坡的影响范围广泛，除了滑坡体覆盖范围，还有滑坡体周边地区，沿程运动范围和堆积区域( 王丽君，2013) 。

首先设计跟踪微分器.由于后续非线性状态误差反馈控制律设计中需要系统摆角控制误差及其微分信号，同时也为了限制误差信号的变化率，柔化控制误差信号及其变化率，系统跟踪微分器设计为

图9 水动力型滑坡对于构筑物的影响Fig. 9 Influence of water-induced landslides on construction

2017 年茂县滑坡是典型的受长期地质演化和短期降雨作用而诱发的深层基岩滑坡。在1933 年叠溪大地震和1976 年松潘大地震作用下，斜坡已经明显受损，边坡可见多条拉裂缝和局部垮塌，在2008 年汶川大地震远场扰动和长期自重作用下拉裂缝不断扩展，加之多年冻融循环、间歇性降雨或融雪产生的水力致压影响，边坡的稳定性逐渐劣化并趋于极限失稳状态，斜坡失稳前的1 个月里出现了多起短期强降雨，最终引发了特大型深层岩质滑坡灾害( 图3d) 。

冠心病患者临床中发病率高,比较多见,在老年群体中,冠状动脉出现狭窄和阻塞症状,导致了患者的心肌细胞缺血,引起了心绞痛症状。无症状性心肌缺血是患者的心肌缺血但是没有相关的症状出现。这类患者的临床症状缺乏典型性和特异性,因此患者的病情无法察觉,继续进行剧烈的活动,容易导致心悸,严重的还会猝死,这属于隐匿性的冠心病。临床中对无症状心肌缺血需要进行深入研究,找到可靠的早期确诊方式,让患者的临床治疗有据可行。

水动力型滑坡除了直接造成危害，还会带来相关次生或衍生灾害( 灾害链) ，主要表现在以下几个方面:

NarBand方法基于频率分辨率来估计系统阻尼，然后得出有关模态振型，进而计算出系统模型的极点，对模态进行比例换算，模态固有频率如表4所示，模态指示函数法分析所得各阶模态振型如图9所示，置信度MAC值如表5所示。

①对于库区滑坡，灾害发生时大体积的岩土体在短时间内以高速度落入水库中可能形成涌浪，给附近地区及水利水电工程造成较大的危害。涌浪的形成和传播是一个复杂的过程，主要受滑坡体形态特征、滑坡入库持续时间、水库地形和水深等因素的影响。涌浪一旦形成，会对灾害点周边地区形成即时性危害，如击毁对岸的生活建筑物、种植区和交通设施，影响过往船只的通行等。涌浪形成以后，会向上下游传播，加大横向流速，形成局部回流和倒流，恶化了沿程航道水流条件，甚至中断航运。当涌浪传播到坝前，具有巨大动能的波浪冲击坝身，对坝体稳定性造成威胁，甚至导致溃坝; 如果此时的波浪高度接近或超过坝高时，可能造成坝顶漫水，在下游形成严重的水害。2015 年6 月24 日，重庆市巫山县三峡水库大宁河左岸发生体积约为2.3×105m3的红岩子滑坡，引发波浪高度约为5.0 ～6.0 m 的涌浪，击沉13 艘船只，造成2 人死亡，6 人受伤( Zhou et al.，2016) ; 1963 年10 月9 日，意大利瓦伊昂水库左岸发生体积约为2.4×108m3的特大型滑坡，形成250 m 的巨型涌浪，传播至1.4 km 远处的坝址时，波浪高度仍有70 m，造成数亿美元的经济损失，2600多人死亡失踪。

②对于降雨型滑坡，尤其是高位山体滑坡，灾害发生时大体积的岩土体在启动和沿坡面运动过程中，重力势能转化为动能。部分动能使滑坡体在冲击碰撞障碍物后崩解转换为碎屑状或碎块碎屑流，另一部分动能则转换为碎屑流的运动速度。在继续沿程运动过程中，碎屑流对基底的固体物质持续产生铲刮侵蚀效应，不断放大碎屑流的体积和速度，进而加大碎屑流的破坏力。当碎屑流运动汇入河道后会堵塞河道，甚至演化为堰塞湖灾害( Zhou et al.，2013) 。如图10 所示，2017 年6 月24 日，四川省茂县叠溪镇新磨村发生由降雨诱发体积约为4.5×106m3的大型滑坡，最终堆积方量约为1.3×107m3，摧毁坡脚的新墨村，导致83 人死亡失踪，堵塞河道长达1000 m( Hu et al.，2019) 。

图10 茂县滑坡碎屑流的影响:( a) 灾前; ( b) 灾后Fig. 10 Impact of the Maoxian landslide

4 水动力型滑坡预警识别与防控减灾

水动力型滑坡从发育、破坏、运动再到最终堆积整个灾害的发生过程，具有偶然性和复杂性，同时也给人类生命、财产安全和社会稳定带来巨大的威胁。“如何识别潜在的滑坡发生区域?”以及“如何作出有效的防控措施?”已经成为全世界人民共同关注的难题。

4.1 早期识别

潜在滑坡体的早期识别是研究、分析、评价和预测水动力型滑坡的基础工作。滑坡的早期识别是个复杂而艰巨的任务，首先需要对区域滑坡危险性进行判识。具有不利地质构造背景和不良岩土体结构的区域是大型滑坡的易发区，借助遥感、无人机等先进的遥测手段获取大范围地形地貌特征，并通过现场调研和地理勘察等手段获取地形地质构造背景，基于滑坡孕育及时空分布特性规律分析，可以发现圈定具有滑坡潜能的危险区域。

典型滑坡的早期定量识别是极具挑战性的工作。如图11 所示，滑坡发生前一般都具有典型前兆，如大变形、沉降、开裂破坏、小规模崩塌、树木倾倒、坡脚出溢点水浑浊等，可借助遥感、无人机、雷达、三维激光扫描等先进手段，获取高分辨率空间影像和三维模型信息，通过不同时期空间影像或模型信息的比对解译，获取斜坡体的形貌变化和变形时空演化规律，并结合现场地形地质特性，综合考虑后最终圈定识别滑坡体。

图11 茂县滑坡早期破坏特征Fig. 11 Deformation and failure characteristics in early Maoxian landslide

水库初期蓄水及前几个蓄水周期内是水动力型滑坡尤其是库区滑坡的高发期。由于库水位的突然变化，导致岩土体受水的浸泡而软化，且斜坡体内部的渗流场发生改变，而渗流场达到新的稳定状态需要较长的时间周期，这期间水的不利影响较为明显，极易诱发库区滑坡。因此在水库前期运行过程中，库岸滑坡的早期识别显得尤为重要，加强库区监测和巡查，及早制定应急预案是防止库区滑坡的有效手段。另外做好滑坡早期识别的宣传工作，发动群众力量“群测群防”有时候可达到事半功倍的效果。

4.2 监测预警

滑坡监测预警是最重要的防范手段之一，也是制定工程或非工程措施的基础。水动力型滑坡的监测主要可分为变形监测和水文监测，通过记录潜在危险源的变形演化过程或者水动力型驱动因素的作用强度，在灾害发生前及时做出安全警告，提前做出应对措施，有利于避免或减轻灾害对人类生命和财产造成的损失。

变形监测可分为为表面变形监测和深部相对位移监测。传统的表面变形监测如全站仪、位移计、测缝计、GNSS 系统等主要通过监测潜在滑坡区表面特征点位移的时间序列，InSAR、三维激光扫描、机载雷达等则可以获取变形区整个三维变形场的演化情况( 图12) 。深部相对位移是通过测斜孔等仪器获得侧向变形值，进而判断深部是否发育滑动面。水文监测则是通过雨量计、水位计、孔压计等获取滑坡区降雨量、地下水位、库水位以及孔隙水压等水文值变化情况，用于滑坡失稳的辅助判断。

图12 基于三维激光扫描的丹巴开顶变形体三维整体变形分布情况Fig. 12 3D deformation distribution features of Kaiding landslide in Danba County

滑坡预警一般基于表面及深层变形、孔隙水压、地下水位等监测数据进行预测以及发布预警信息。然而，水动力型滑坡是一个复杂的系统性问题，不仅受到斜坡地形地质的影响，同时受到外部动因的影响( 人工扰动、地震、爆破开挖等) ，不同地质结构、不同的水动力条件( 降雨与水位变动) 的滑坡变形破坏过程存在很大的差异，难以采用单一的指标和统一的判据进行预警，如何更科学地进行滑坡预警值得深入思考与探索。在未来，或许可以利用人工智能和大数据等手段，通过大量实际滑坡多源长序列监测数据的融通、学习及深入挖掘等，把所有影响滑坡形成的内外部因素均能统一考虑进去，形成具备自主学习功能的滑坡智能预报预警技术方法。

4.3 防控减灾

滑坡从开始发育到失稳破坏是一个长期的地质演变、劣化过程，一旦大规模岩土体失稳，影响范围广泛，破坏程度惊人，因此通过科学合理的滑坡防治措施，将灾害损失降到最低，是具有非常重要现实和工程意义的( 谢和平等，2018) 。滑坡防治非常复杂，涉及到工程建设、经济民生、社会等多方面因素，需要通过非工程措施和工程措施的综合运用，才能达到防灾减灾的目的( 黄润秋，2003) ( 图13) 。

Research on the Transmission Mode of Offshore Wind Farm ZHENG Ming，WANG Changhong(99)

图13 水动力型滑坡的治理Fig. 13 Management of water-induced landslides

4.3.1 非工程措施

非工程措施的本质目的是让人类远离水动力型滑坡的影响区域，从而尽量降低损失，主要包括隐患排查、交通管制、安全警示和搬迁移民等。对于灾害发生概率较大的潜在滑坡影响区，首先需对滑坡在失稳破坏、运动、堆积、诱发涌浪过程中可能影响的范围进行预估，再对影响区域内的居民进行疏离搬迁。对于库区滑坡，可以通过对水库调度运行进行严格控制，避免库水位大变幅频繁波动来尽量降低水位变化对库岸边坡的稳定性造成影响。一旦库区边坡出现变形破坏现象，应该避免通过降低库水位或升高库水位等方式以期达到控制滑坡变形的目的，重点应该做好非工程避险以及工程加固处理措施。

4.3.2 工程措施

工程性措施的主要目的是通过增强边坡的稳定性和减弱外力因素对于岩土体的作用强度来增加滑坡体的稳定性，或通过缓解滑坡对人类、自然环境等造成的影响来降低损失。典型的工程措施包括:(1) 加固措施，主要包括网喷支护、锚固、框格梁、主动防护网和抗滑桩等，并辅助以生态修复措施促进水土保持; ( 2) 被动防护网和挡土墙等防护工程;( 3) 阻水和排水工程，用以增强岸坡对于地表径流和地下水的排出，减弱水流对于岩土体的冲刷侵蚀;( 4) 局部支护、开挖、削坡减载和压脚，局部支撑与挖方一般是针对岩质岸坡，通过改善围岩的完整性以增强岸坡的稳定; ( 5) 另外可通过道路改线( 利用隧洞饶避、远离正常蓄水位线等) 、移民搬迁等避开库区滑坡灾害的影响。

W=[WC1×[We11, We12, We13, We14], Wc2×[We21, We22, We23, We24], Wc3×[We31, We32, We33]]=[0.036, 0.138, 0.095, 0.061, 0.214, 0.182, 0.049, 0.085, 0.056, 0.024, 0.060]

水动力型滑坡，尤其是库区滑坡是典型的由人为因素改变斜坡的自然条件而触发的滑坡，因此可以通过从水库建设前期的设计规划开始就对库区滑坡进行深刻考虑和防范来降低损失。目前修建的水库，由于受到经济、社会等条件限制，水库复建公路、还建设施、移民安置等都离库区蓄水位线较近，容易受到水库蓄水的影响，频繁发生的库区滑坡给交通、库区人民的生活带来较大的不便。在未来水利水电工程建设过程中，可以考虑把库区滑坡的危害性作为重点考虑对象，提高复建道路、基础设施、移民安置点到正常蓄水位线的距离，远离库区滑坡影响区。

5 结 论

水动力型滑坡是指在冰川融雪、降雨、水位变动、地表径流及地下水活动等水动力因素驱动下而发生的斜坡岩土体失稳灾害，易发于松散堆积层、破碎岩体、软岩和含有软岩夹层的岩质边坡。地质环境、水文活动以及人类活动干扰等因素的长期作用在水动力型滑坡的孕育过程中起着关键作用。斜坡在各种不利因素的持续交替作用下，逐渐产生变形破坏，稳定性不断降低并趋于极限失稳状态，最终在短期水文条件的改变下而引发整体失稳破坏。斜坡失稳后的动力过程非常复杂，尤其是特大型高位滑坡，在运动过程中会产生强烈的颗粒破碎和冲击铲刮效应，导致滑坡运动性态的改变和滑坡体积的放大; 水的存在会加剧滑坡冲击铲刮作用和运动性态向流态化转变而导致更远运动距离和更广致灾范围。

滑坡的早期识别和监测预警是最重要的防范手段之一，也是制定工程或非工程措施的基础。水动力型滑坡是一个复杂的系统性问题，不同地质结构和水动力条件的滑坡变形破坏过程存在很大差异，难以采用一个固定的判据进行预警。水动力型滑坡防治非常复杂，涉及到工程建设、经济民生、社会等多方面因素，需要综合运用工程措施和非工程措施。在未来水利水电工程建设过程中，应重视库区滑坡的危害性，复建设施的修建应尽可能远离库区滑坡影响区。