1、滑坡空间预测
通过现场调查和地质分析，结合物理模知拟和数值模拟等手段，分析预测滑坡发生范围、变形破坏方式、运动方向和路线、成灾范围、堆积形态与规模等。
滑坡灾害的成灾范围应包括：
（1）滑坡体发生滑动的范围。
（2）滑坡体运动所达到的范围。同时应重视在特殊条件下（如V字形峡谷等）产生气浪效应、折射回弹效道应、多冲程效应、大块石弹跳飞溅效应等所能影响的范围。
（3）滑坡体可能造内成的次生灾害（如涌浪、堵江后上游淹没下游产生洪涝灾害，在暴雨条件下由滑坡堆积体或碎屑流转化为泥石流等）的危害范围。
（4）在恶劣条件（地震、暴雨等）下的放大效应所波及的范围。
本手册主要针对滑坡时间预警预报。为了将这一问题阐述的更加透彻，在此从斜坡变形发展的基本理论开始讨论容。
2、《滑坡防治技术方法示范与指南》的编制
一、内容概述
本项目在全面收集、综合研究国内外滑坡防治工程成果经验的基础上，系统总结了滑坡防治的有效工程技术方法和工程手段，并开展了锚固技术、微型组合抗滑桩技术、滑带注浆技术等滑坡防治工程新技术新方法的试验研究工作，在此基础上编制了《滑坡防治技术方法示范与指南》，为我国地质灾害防治工作服务。本项目主要研究内容及取得的成果如下：
1.完成了国内外滑坡防治工程技术方法的总结研究
本项目收集分析了大量国内外滑坡防治的技术研究成果及防治工程案例，翻译了国外滑坡防治技术手册、技术规程等资料近50万字，编写了8.5万字的《国内外滑坡防治工程技术方法综合调研报告》。通过国内外滑坡防治工程技术方法的总结研究，针对我国国情，提出以排水、减重、反压、支挡、滑带土改良为主的我国滑坡防治技术体系。
2.开展了滑坡预应力锚固关键技术参数及长期有效性的研究
针对当前锚固技术存在的黏结力设计参数取值以经验为主的问题，开展了锚索（锚杆）杆体与砂浆黏结力、砂浆与各类岩土体的黏结力的试验研究，给出了精确的黏结力数据。
针对锚索的长期有效性问题，本项目在漫湾水电厂左岸边坡上完整的不受扰动地挖出一根已经工作20年的全黏结预应力锚索，开展相关研究工作，此为国内首次。通过研究，了解了外锚头部位、锚夹片锁紧部位、自由段钻孔弯曲导致索体砂浆包裹不充分部位等的情况，并对开挖出来的锚索及围岩体进行了物理化学和力学性能试验。研究表明该全黏结预应力锚索在服役20年之后钢绞线未见明显锈蚀，虽钢绞线的弹性模量有所减弱、预应力有所下降，但是抗拉强度基本不变，锚索的工作是有效的，锚索是安全的。
3.开展了微型组合抗滑桩技术的试验研究
通过室内试验和数值模拟研究了微型组合抗滑桩的工作机理，对桩与土的相互作用规律进行了深入分析，在此基础上研究得出微型组合抗滑桩理想长径比为50～120，距径比为6～10，为微型组合抗滑桩的设计，特别是应急抢险方案的快速确定，提供了重要依据。
4.开展了滑带注浆技术的试验研究
针对适合采取注浆加固的典型滑坡类型，开展了滑带注浆加固试验工作，分析了工作机理，评价了加固效果，并获取了注浆加固的关键技术参数。
5.完成了《滑坡防治技术指南》编制
通过收集国内外滑坡防治技术标准和规范及国内外滑坡勘查、设计、治理、监测、监理技术资料，系统总结和分析国内外滑坡防治技术方法的最新研究成果和防治工程的成功经验与失败教训，编制完成了《滑坡防治技术指南》，为从事滑坡防治勘查、设计、施工的工程技术人员提供了全面翔实的技术资料和科学依据。
《滑坡防治技术指南》包括8篇42章，主要内容包括滑坡的识别与机理分析、滑坡勘察、滑坡稳定性分析与风险评价、滑坡防治方案的确定与优化、滑坡防治技术与设计方法、滑坡防治工程施工、滑坡监测与预警预报、滑坡防治工程典型案例等。
二、应用范围及应用实例
1.成果应用范围
本项目系统总结了国内外滑坡防治的工程技术方法，开展了新技术新方法的研究，编制了《滑坡防治技术指南》，获得了丰富的成果，对滑坡灾害的防治具有重要的指导意义。
其中预应力锚固关键技术参数及长期有效性方面的研究成果，完善了滑坡锚固的黏结力参数取值，并第一次获得了锚索的长期工作状态，优化了锚固技术在滑坡灾害防治中的应用，为今后制定更完善的滑坡锚固技术标准提供了依据。
微型组合抗滑桩技术研究成果适用于滑面埋深较浅的土质滑坡或碎裂岩体滑坡的加固，对于永久性治理工程，建议滑面埋深不超过15m，滑坡应急抢险工程或临时性加固工程，滑面埋深可延伸至20m。
《滑坡防治技术指南》为国内首部滑坡防治技术方面的指南，内容全面详实，具有指导性、实用性、权威性，能够较好地满足滑坡防治技术人员的需要。
2.应用实例
本项目中的微型组合抗滑桩研究成果，先后在内宜高速公路K57滑坡治理工程、四川省犍为县人民医院住宅楼滑坡应急抢险加固工程、龙会3（5）井站场安全隐患治理工程、龙7井滑坡治理工程中得到了应用，取得了良好的治理效果。
三、推广转化形式
本项目的具体技术成果的推广可采用会议交流、技术咨询、现场服务等方式进行。
对于本项目编写的《滑坡防治技术指南》，可通过公开出版发行的方式进行推广，出版后也可以通过举办滑坡防治技术培训班等方式进一步促进成果的转化，推进我国滑坡灾害防治技术的进步。
技术依托单位：中国地质科学院探矿工艺研究所
联系人：郭启锋
通讯地址：成都市郫县成都现代工业港北区港华路139号
邮政编码：611734
联系电话：028-66529383
电子邮件：gqf28@163.com
3、岩土工程数值模拟软件
市面上有限元软件都可以，不过有操作界面中英文之分，首先你可以考虑这个方面。其次学校有可能没有买相同多类型的有限元软件，最好询问一下学校买了哪一种，如果做硕士论文时，用盗版属于侵权，公司会告你的。我个人建议选择较为大型的软件，因为在计算结果上有保证，我用的FLAC3D，挺容易学的。
4、滑坡分析评价方法的研究
本书注重工程实用性的研究，通过探讨我国工程界所用方法zd的不足，推广应用国际上已成熟的更为完善的方法，因此不涉及三维极限平衡法和数值模拟方法的研究。国内在工程实践中广泛采用推力传递法，该方法只满足力的平衡，不满足力矩平衡，又假定条间力的方向平行于底滑面，许多学者对该方法和其他方法作了比较研究，认为推力传递法存在理论缺陷，国外不用该方法。国内之所专以被广为应用，是因其模型简洁，易于理解，计算也简单，通过列表手算就可以完成。而Morgenstern-Spence法在国外则作为常规的方法，该方法满足所有力和力矩平衡，只需要对条间力的方向做出合理的假定，但求解复杂，必须编程实现。本书旨在对二维极限平衡法进行系统的对比研究，通过编程实现对Morgenstern-Spence法的推广应用，并对Janbu法改进，使其与Morgenstern-Spence法相互验证。
根据以上内容，本书按图1-1的技术路线开展研究。总之，通过本项目的系统研究，建立黄土滑坡实用可行的勘测技术和更为先进科学的评属价方法，提高黄土滑坡勘探的精度和评价结果的可靠性，为滑坡治理工程设计服务。
5、 高陡边坡稳定性、滑坡预测预报及地面沉降等专门问题的研究
（1）由于当前矿产资源的寻找已由浅部转向深部，在矿山的开发中，露天开采转向开采深部埋藏的矿床，同时，一些长期开采的老露天矿山也逐渐转入深凹矿山，因此高陡边坡的稳定性成为深凹露采的突出问题。通常高陡边坡特指边坡高度在500m以上，边坡坡度在55°以上。中国在露天矿边坡稳定性研究方面有不少理论建树和工程实践。70年代通过金川矿的实践，建立了边坡稳定性判据的原理和方法，即以岩体结构特性为基础，地质构造控制为纲，应用赤平极射投影，实体比例投影法作为边坡稳定性简便的作用分析方法。80年代又建立了岩质边坡变形破坏的地质模型，90年代更强调工程地质工作的重要性和多种分析评价方法的综合评价。在高陡边坡的勘测（岩心定向钻探）、模型的建立、物理与数值模拟（如地质力学物理模拟和有限元、边界元与离散元耦合分析）以及边坡加固方面均有突破性进展。近年来分形理论开始应用到边坡稳定性的研究中，它对边坡变形破坏机理分析及地质模式定量化描述有实际意义。
高陡边坡的稳定性有其特殊性：边坡岩组和岩体结构复杂，受地应力和地下水的影响导致边坡应力状态复杂，因此进一步研究高陡边坡稳定性应从①地表与地下中小型构造关系与规律，如何通过地表工程地质勘测推断地下构造，特别是软弱结构面的性状与分布；②研究节理化岩体及软弱结构面的组合，以建立适合的地质模型和力学模型；③岩体的赋存环境因素，主要指地应力与地下水和人类工程活动（开挖、采动）的影响；④边坡岩体应力状态；⑤边坡变形破坏机制的分析等5个关键性问题深入研究，争取有所突破（许兵等，1992）。
（2）滑坡发生时间、滑坡活动强度和滑坡危害的预测预报，正如地震的预测预报一样，其诱发因素的复杂性及变化的随机性、不确定性，也是难度很大，至今还有不少关键问题尚未解决，有待探索和完善。目前较成功的滑坡预测预报方法主要还是以地质分析、经验判断为主，并基于监测资料的趋势定量预报。如滑坡变形前兆的现象预报，位移－时间曲线变化趋势判断，以及以应变速率为基本参数的预测预报法等。这些方法对临滑预报较为有效。80年代发展起来的统计数学模拟法、黄金分割法和90年代提出的非线性动力学模型预报法主要用于对已发生的滑坡作反演拟合预报，事后验证效果较好。如应用分形理论，求出各种分维值，发现信息维、容量维、关联维与滑坡演变阶段的对应关系有一定的规律。因此，“以地质研究为基础，探寻滑坡变形在宏观上的几何规律，微观上的物理、化学规律及数学上统计规律，仍是未来滑坡滑动时间预测预报研究的目标”。对于滑坡活动强度，包括滑速和滑距的预测预报方法有质点运动学和滑坡运动机理研究与质量运动学相结合的两种类型，但都不够成熟。“如何将质点运动物理学理论和能量转换与守恒定律更合理地用于滑坡运动特征研究，是今后的主要研究趋势”（文宝萍，1996）。
（3）五六十年代国内外即开始地面沉降的研究，至今已分别召开过4次地面沉降学术讨论会。我国在研究地面沉降机理及控制沉降治理方面达到了较高的水平，走在国际的前列。目前如上海、天津等已进入以数学模型预测为主的动态微量控沉阶段（年沉降量约1～2cm）。我国将地面沉降地质成因划分为5种沉降地质模式，据其不同特点进行勘察。对于沉降机理的研究侧重粘性土的微结构定量特性与主要工程地质性质的制约关系以及粘性土中孔隙水的运移问题。长春地质学院提出粘性土中孔隙水渗透规律的实质是“涉及两种孔隙通道中重力水和结合水相互转化问题”。在地面沉降计算和预测方面取得的重要进展是考虑了有越流产生（以往假定无越流补给而建立水位模型），并有粘性土中的释水补给含水层条件下建立的三维水流模型与一维固结沉降模型耦合而建立的数学模型，经实际应用效果良好。
专家们认为今后地面沉降研究的发展趋势为进一步引进非线性科学，以粘性土中孔隙水的运移规律为重点，探讨土结构变化－孔隙水运移－物理力学性质变化之间的联系，获得最大限度合理开采地下水资源的最佳地下水采灌量方案，使我国地面沉降的研究和控制达到更高的水平（阎世骏等，1996）。
6、地质灾害风险评估方法研究进展
一、评估方法的分类及适用性
对基于GIS的滑坡危险性评估方法分类和评述可参见Soeters和Van Westen（1996）、Carrara等（1995，1999）、Guzzetti等（1999），Aleotti和Chowry（1999）和Van Westen（2000）发表的文章。一致认为评估方法可分为4类：
（1）基于滑坡编目的概率方法；
（2）启发式方法（直接方法——地貌填图，或间接方法——定性图的结合）；
（3）统计方法（双变量或多变量统计）；
（4）确定性方法（Soeters和Van Westen，1996）。有关滑坡风险评估方面的出版物不多，但最近有一些关于滑坡风险评估的综述出版物值得称赞，如Cruden和Fell（1997）、Guzzetti（2000）、Dai等（2002）的文章以及Lee和Jone（2004）出版的教科书。根据澳大利亚岩土力学协会滑坡风险管理分委会提出的分类方法是基于定量化水平分为以下三种：
（1）定性方法（以定性术语表示概率和损失）；
（2）半定量方法（指标性概率和定性术语）；
（3）定量方法（概率和损失的定量化）。
总的来说，滑坡空间分析方法可以分为两大类：一是定性方法，包括滑坡编目和启发式方法；二是定量方法，包括统计概率预测和基于过程的数值模拟方法。根据Soeters和van Westen（1996）的研究，将不同尺度的滑坡空间分析所适用的方法加以概括（表2-8）。将滑坡危险性的4种方法与3种风险评估方法进行组合，便可以获得适用于中比例尺（1∶10000～1∶50000）的多种有用的方法（表2-9）。
表2-8 不同尺度滑坡灾害空间分析建议方法
表2-9 中比例尺基于GIS滑坡风险区划的评估方法和特定组合的有用性
注：0：危险性评估方法不适合风险评估方法；1：有用性中等的组合，危险性评估方法不太适合于风险评估方法；2：有用性高的组合，危险性方法可能是用于风险评估的最好方法，但这取决于数据的可得性（如历史滑坡记录）；3：最有用的组合，在可得的输入数据条件下会得出最好的风险评估结果。
如果在滑坡编目中有滑坡发生的时间和规模方面的信息可以利用的话，就可以估计一定地点特定时间给定规模的滑坡发生概率。滑坡编目的另一用途是对滑坡危险性分析的结果进行验证和校正。因此，最好将滑坡编目数据分成两组，一组用于滑坡分析，另一组用于验证（Chung和Fabbri，1999）。这往往是一个最基本的、但往往被忽视的问题。应投入较大的资源进行高质量的滑坡编目，以保证获得可靠的空间分析数据。
启发式方法基于对当地有关滑坡的认识和专家的判断。这种方法还使用空间信息解释滑坡的发生。通常这样的信息包括地形、水文、地质、岩土、地貌、植被以及土地利用等信息。通过野外调查和航片的解译获得这些信息。不同专家对于环境因子对滑坡的影响判断是不同的，主要取决于他（们）对滑坡的认识和经验。这种判断的主观性以及没有确定的标准使得启发式方法具有明显的缺陷。然而，如果专家对其所研究的滑坡机制有深入的了解，并对研究区进行过详细调查研究，使用这种评估方法得出的结果还是比较准确的和适用的，特别是对滑坡敏感性的首次估计。启发式方法适用于定性和半定量风险评估，可以用有限经费编制出较大面积的可靠的滑坡图，当然，这些工作要由专家来做才行。
与定性方法不同的是，定量方法主要基于客观准则进行评估，从理论上来讲，使用大致相同的数据会得出比较一致的结果。定量方法中统计方法应用的最普遍。利用多元回归或判别分析，将环境因子（如地质、地貌、土壤、地形、水文、植被等）分布图与滑坡编目图（发生地点）进行空间统计计算，得到滑坡危险性图。或者通过概率预测模型（如贝叶斯概率法和模糊逻辑法）也可以计算得出滑坡危险性图。滑坡危险性图是静态的，没有考虑气象条件的变化、流域汇水条件的变化和人类对环境条件的影响。统计方法非常适用于空间概率的评估，但在评估时间概率或未来环境变化效应时存在问题。如果与不同触发事件的滑坡编目图结合，可能是在较大范围地区进行定量风险评估的最好方法。
另一类定量方法是基于过程的模型方法。这类模型将地形属性（如坡度、曲度、坡向、距河道的距离、汇水面积等）与水文特征（土壤饱和度、渗透性和水力传导性等）相结合，以获得有关土壤岩土性质（如凝聚力、内摩擦角、比重），从而进行坡体稳定性分析。主要可利用的模型是无限坡法，如由Montgomery和Dietrich（1994）开发的SHALSTAB模型，该模型在美国许多地区和巴西里约热内卢得到了广泛的应用。最近由Günther等（2002）开发的数字电影模拟方法也用于滑坡空间分析上。
对于定量风险评估，基于滑坡编目的概率方法通常是最好的方法（假设条件是过去发生的滑坡事件是未来发生滑坡的指示）。然而，这种方法需要相当完整的历史滑坡记录。在因气候变化导致环境发生巨大变化的地区，滑坡频率将发生显著变化，该方法不适用于这类地区。一般来讲，滑坡风险定量评估的最好选择是应用确定性滑坡稳定模型，与山坡水文条件动态模型相结合。这需要覆盖大面积地区的大量数据，并且要对滑坡类型和滑坡深度进行很大程度的简化。
二、评估方法的进展
1.滑坡编目方法的进展
世界上只有极少数的地方建立了过去50～100年的完整的历史滑坡记录。在一些国家建立国家滑坡编目数据库，有时可以通过互联网获取数据库中的信息。其中最好的数据库包括意大利、中国香港、瑞士、法国、加拿大和哥伦比亚。可以利用这些数据进行滑坡危险性概率评估，这是定量风险评估的基础。根据Crovelli（2000），通常利用历史滑坡数据进行滑坡危险性评估的适用概率模型有两类：连续时间模型和离散时间模型。例如Coe等（2004a,b）将西雅图市（1909～1999）历史滑坡数据库有关信息输入到泊松模型中，据此估计出单体滑坡未来发生概率；还利用双峰概率模型估计了滑坡群年发生概率。这些成果图显示出未来可能发生的滑坡密度、平均重现期和超越概率。
香港是另一个具有相当丰富信息的滑坡数据库的典范。使用了将概率方法和启发式调整因素相结合的方法，利用该数据库的详细信息，估计了切坡失稳的年概率（Finlay等，1997）。历史滑坡记录还被用于计算滑坡触发事件（如降雨和地震）的概率。新西兰是这类分析研究的理想场所，确定了不同降雨强度下降雨临界值和滑坡概率（Glade，1997；Crozier和Glade，1999）。估计未来滑坡事件的频率和规模是必不可少的工作，最好在任何重大灾难性事件（地震、暴雨和飓风等）发生后，地貌学家应立即开展滑坡现象的编目以及不同承灾体损失调查。
2.启发式方法的进展
许多国家和地区实施的定性风险评估程序采用了启发式方法。例如美国加州（Blake等，2002）、新西兰（Glassey等，2003），澳大利亚（AGSO，2001；Michael—Leiba等，2003）、法国（Flageollet，1989）和瑞士（Lateltin，1997）。在澳大利亚国家地质灾害易损性的城市社区项目（或城市项目）是一项有关分析和评估包括滑坡在内的地质灾害对城市构成风险的计划，所使用的方法绝大多数是基于专家或地貌的启发式方法（AGSO，2001）。大区域的滑坡风险定量评估通常是一项艰巨的任务，因为计算整个地区的滑坡强度和频率是非常困难的事情，即便是借助GIS先进手段也是如此。在实践中，通常使用简化的定性评估程序，就像瑞士的做法一样（Lateltin，1997）（图2-1）。
地质灾害风险评估理论与实践
图2-1 瑞士水与地质联邦办公室采用的滑坡风险评估简化方案
注：表格中E为动能；V为滑坡速度；M为潜在物源物质的厚度；H为泥石流的高度。在这种方法中，没有根据滑坡发生的概率对滑坡事件做进一步的划分。
基于专家经验的定性方法将评估地区划分为几类风险地区：即“非常高”、“高”、“中等”、“低”、“非常低”的不同等级的风险地区。建议要对这些不同等级的风险说明实际应用的含义。例如，在非常高的风险地区，需要物理和非物理治理措施，必须限制更多的基础设施建设等。澳大利亚岩土力学协会滑坡风险分委会发布了有关财产滑坡风险评估的术语和方法指南，该指南综合考虑了滑坡发生的可能性及其可能的后果（与图3-1的方法相似），使用的方法适用于GIS环境的空间分析。
由于GIS技术的普遍应用，越来越多地使用了间接性的敏感性编图方法，而有关利用GIS的专家启发式的地貌编图或指数叠加编图方法（如Barredo等，2000； Van Westen等，2000）方面的出版物越来越少。 如上所述， 目前有关滑坡的数据库的不完善和数据标准的不统一，以及滑坡敏感性、危险性和风险性评估中存在的诸多困难，都需要专家的经验和知识开展滑坡风险评估和区划研究。特别是将地貌学家的启发式推理与计算机辅助模拟相结合的专家模型用以滑坡风险评估。美国开发的SMORPH模型便是这类模型的代表。该模型根据地形坡度和曲度将山坡划分为高、中、低不同的滑坡危险性等级。
风险编图将会从问题导向方法中受益匪浅，如可以仅选择那些已知的、造成破坏的滑坡失稳类型来确定风险影响因素。
3.统计方法的进展
地理信息系统（GIS）非常适用于间接的滑坡敏感性编图。可利用GIS的数据整合技术将使所有可能影响滑坡的地形要素与滑坡编目图结合起来（Van Westen，1993；Bonham Carte，1996；Chung和Fabbri，1999）。Chung和Fabbri（1999）开发出基于预测模拟的统计程序，将有利函数应用于每个参数上。使用该统计方法，可将地形单元或网格元调整为代表某特定滑坡类型未来发生概率的新数值。
值得注意的是，如何在滑坡敏感性统计评估中确定基础编图单元。从DEM中自动生成地形单元分类是主要的挑战之一。Chuang等（1995）定义了“唯一条件多变形”的概念，以此作为统计分析的基础单元对参数输入层进行叠加。M ller等（2001）定义并描述了利用GIS从DEM中生成的“土壤力学响应单元”（SMRU）的概念。以此作为基础单元，将启发式方法与土壤力学方法相结合对德国Rheinhessen地区进行了滑坡危险性评估。Juang等（1992）、Davis和Keller（1997）、Binaghi 等（1998）、Ercanoglu和Gokceoglu（2001）以及Gorsevski等（2003）综合运用了模糊学方法，进行了基于GIS的滑坡危险性评估。
采用实证权重模拟的双变量统计分析一直被广泛应用。该方法可以灵活地测试用于滑坡敏感性分析的输入因素的重要性，并可作为基于专家编图的辅助工具（Lee等，2002；Suzen和Doyuran，2003；Van Westen等，2003）。多变量统计分析也很重要，也是被广泛应用的方法（Carrara等，1999；Santacana等，2003）。根据最近的文献，目前最受欢迎的新的滑坡危险性统计方法是逻辑回归和人工神经网络（ANN）（如Chung等，1995；Rowbotham和Dudycha，1998；Ohlmacher和Davis，2003；Dai和Lee，2003）。ANN为输入层和输出层之间提供了一种转换机制，需要借助MATLAB系统完成有关计算。
用于滑坡风险评估的统计方法存在一些缺陷。一是简化了滑坡影响因素，仅考虑那些容易进行编图的因素或可以从DEM中生成的参数。二是关系到使用的统计方法的假设条件——在相似的环境组合条件下发生滑坡的可能性大。实际上环境因素在不断发生变化。三是不同滑坡类型有着不同的属性特征，应单独进行分析和评估。实践中因种种困难，难于做到这点。统计模型通常忽视了滑坡的时间方面，不能预测控制条件（如水位波动、土地利用变化和气候变化）的影响。因此，统计模型不能提供全面的时间概率信息，从而使其应用到定量风险评估变得困难。然而，如果能够利用特定时间间隔或特定重现期的滑坡编目图来生成统计关系，就会改进统计方法的评估水平。
近年来有一些关于将统计方法与不同时期滑坡图相结合的研究成果发表。例如，Zêzere等（2004）提出了用于葡萄牙里斯本北部滑坡危险性评估的区域尺度概率统计分析方法。他们基于“唯一条件多变形”这一基础单元，利用逻辑回归方法进行了滑坡危险性分析，得出的预测率曲线被用于滑坡敏感性图的定量解释和分类。由于滑坡与特定重现期的触发降雨事件相关，他们还将时间概率值关联起来。Dai和Lee（2003）在香港的部分地区也开展了类似的研究。然而，上述两个案例研究只开展了滑坡危险性评估，没有开展滑坡的风险评估。目前关于应用统计方法开展滑坡风险评估的研究还很少见。Remonodo等（2004）在西班牙北部进行的风险评估（包括使用过去损失数据进行易损性评估）是为数不多的研究案例之一。
4.确定性和动力模型方法的进展
在确定性分析中，根据斜坡稳定性模型计算的安全系数来确定滑坡危险性。确定性模型提供了滑坡危险性最好的定量信息，可直接用于岩土工程设计或定量风险评估。然而，确定性模型需要大量的输入数据，这些数据需要通过实验室试验和野外测量获得，因此仅能在小范围内使用确定模型。Dietrich等（2001）、Gritzner等（2001）、Chen和Lee（2003）、Van Beek和Van Asch（2003）等研究人员，将确定性模型与降雨诱发的潜层滑坡联系起来，开发出了水文动力模型（模拟孔隙水压力的时间变化）与斜坡稳定性模型耦合的GIS模型，用以定量分析临界孔隙水压力值。由美国森林管理局开发的斜坡稳定性模型也是基于无限斜坡方程。Hammond等（1992）使用了该模型并利用蒙特卡罗模拟器得出斜坡失稳的概率值。Davis和Keller（1997）以及Zhou等（2003）还尝试将蒙特卡罗与模糊方法相结合来确定斜坡失稳概率。
用于地震诱发的滑坡危险分析的确定型方法通常是基于简化的Newmark斜坡稳定性模型，Miles 和Ho（1999）、Luzi等（2000）、Randall等（2000）、Jibson等（2000）在GIS的每个计算单元上应用Newmark斜坡稳定性模型，得出滑坡危险性预测值。Refice和Capolongo（2002）还开展了将蒙特卡罗模拟方法与Newmark斜坡稳定性模型相结合的研究。
Anderson和Howes（1985）使用了完全不同的方法。他们开发出将水文斜坡稳定性模型耦合在内的2D模型（目前为CHASM），用于道路边坡滑坡危险性编图。Van Asch等（1993）和Moon 和Blackstock（2003）也使用了该方法对奥地利西部的Vorarlberg的小型汇水流域以及新西兰惠灵顿市分别开展了滑坡危险性评估。Miller和Sias（1998）使用2维有限元模型模拟非承压地下水的通量，计算了水位高度和大型滑坡不同剖面（采用简化的Bishop分隔方法）的安全系数。
GIS被广泛应用于滑坡活动范围的模拟。Dymond等（1999）开发了不同暴雨事件和土地利用情景下，浅层滑坡及其向河网输送沉积物的、基于GIS的计算机模拟模型。高分辨率的DEM是模型中的主要部分。De Joode和VanSteijn（2003）建立了一个简单又完整的过程模型，用以模拟降雨诱发的滑坡初始滑动、沿剖面的径流、物质传输、侵蚀以及在主要沟谷中的泥石流扩展。在模拟滑坡的流动速度和影响范围时，普遍采用了细胞单元自动生成法（Avolio等2000）。
许多研究人员（如Terlien，1996；Montgomery等，1998；Dietrich等，2001；VanBeek，2002）开展了GIS环境下的确定性动态模拟研究。如果输入气象数据，确定型模型就能够预测斜坡失稳的空间和时间频率。最近研发出的一些模型可以预测斜坡失稳后物质的运移过程并确定出泥石流的影响带（Chen和Lee，2003）。这些信息将直接用于滑坡易损性和风险评估。确定性模型与统计模型相比，其优势是可以预测不同的土地利用情景（目前不存在）下的滑坡危险性变化，还可以预测气候条件变化情景下的滑坡危险性。
然而，确定型模型的参数化方面的限制，使滑坡发生的时空频率及其影响范围的预测的准确性具有许多不确定性。在汇水流域尺度上，仅可对诱发机制较为简单、水文构型简单的滑坡能进行模拟预测。由于滑坡发生的时间和空间分布数据有限，难于进行模型的矫正和有效性检验。在滑坡活动范围和沉积带中物质厚度的分布是重要的模型校正与检验参数（Van Asch等，2004）。
7、滑坡预测预报模型与方法
文献资料显示，目前，对于滑坡预测预报，国内外学者已先后提出了约40种滑坡预测预报模型和方法。表4.3为现有的具有代表性的滑坡定量预报模型和方法一览表。这些滑坡预测预报模型主要是随着数学的发展阶段而提出的相应模型，具体包括确定性预报模型、统计预报模型、非线性预报模型三类。确定性模型是把有关滑坡及其环境的各类参数用测定的量予以数值化，用数学、力学推理或试验方法，对滑坡的稳定性或发生事件做出明确的判断。统计预报模型主要是运用现代数理统计的各种统计方法和理论模型，着重于对现有滑坡及其地质环境因素和其外界作用因素关系的宏观调查与统计，获得其统计规律，并用于拟合不同滑坡的位移-时间曲线，根据所建模型进行外推预报。非线性预报模型是引用了对处理复杂问题比较有效的非线性科学理论而提出的滑坡预报模型。
表4.3 滑坡预测预报模型和方法一览表
续表
大量的滑坡预测预报实例表明，尽管表4.3罗列了近40种滑坡预测预报模型和方法，但真正能在实际滑坡预测预报时可操作性和可靠性均较好的预测预报模型和方法并不多。本手册推荐了几种适合于常用的、且具有一定可操作性的滑坡中长期和短临预报模型和方法。
4.6.2.1 滑坡中长期预测预报模型与方法
A.基于极限平衡理论的稳定性评价与预测
斜坡的变形破坏是一个复杂的地质力学过程。在这个发展演化过程中，伴随着变形的不断发展，斜坡的稳定性不断降低。描述斜坡稳定性的具体指标为稳定性系数，可以通过极限平衡理论的多种稳定性计算方法作定量计算。因此，斜坡的稳定性系数可以作为斜坡中长期预测预报的一个重要指标。不过，斜坡的稳定性只能从宏观上反映斜坡的演化阶段，不能直接计算和预测预报滑坡的具体时间。
B.基于数值模拟的GMD数值预报
斜坡的变形破坏是一个复杂的地质力学过程，也是一个变形从量变的积累到质变的发生过程。这个过程最大的特点就是伴随着坡体的形成和变形的发生，坡体内部的潜在滑动面逐渐孕育，“损伤”逐渐累积，强度逐渐降低，这是一个量变的过程；当变形发展到一定程度后，潜在滑动面的“损伤”累积所导致的强度降低已经维持不了坡体的稳定性，从而导致滑动面的累进性贯穿，发生质变，滑坡形成。
欲对上述斜坡发展演化过程进行较为准确的描述，可通过建立斜坡的地质模型，结合变形破坏的力学机理分析和实际位移监测数据，建立描述斜坡变形破坏过程的数值预测模型。这种模型可将地质（G）-力学机理（M）-变形（D）三者有机耦合，并从本质上阐明通常利用各种手段监测到的滑坡外在表现所代表的滑体变形和失稳的地质-力学机理内涵，我们称其为GMD模型。依托于GMD模型，通过数值模拟等手段对时间的进一步延拓和条件的改变，进行现今变形稳定性的评价和今后发展趋势的预测，因此，我们将这种滑坡预报方法称为GMD数值模型预报。
C.斜坡发展演化趋势的外推预测（回归分析、神经网络）
在斜坡演化的各个阶段，随时通过对已有的监测数据进行外推，预测今后的发展演化趋势，是滑坡预测预报的常用做法。从数学的角度讲，外推预测主要有两种做法：一种为利用函数表达式（如多项式、指数函数等）对已有监测数据进行回归拟合，构建斜坡演化的回归方程，并据此进行外推预测。另一种为人工神经网络方法。神经网络方法主要是模拟人类分析和解决问题的思路和工作方式，首先构造一个由多个神经元组成的网络系统，用此模拟人脑的神经细胞。通过对已有监测数据的“学习”并将学习结果存储“记忆”，然后根据新的要求，实现联想预测。实践结果表明，对于规律性较强的监测数据，神经网络具有较强的外推预测能力。
但是，仅对监测数据进行外推预测，是不能直接确定滑坡发生时间的，这就需要根据滑坡发生时监测曲线的一些基本特征或与外推预测方法的配套判据等的配合，才能预报滑坡发生时间。
D.滑坡发生时间预报的黄金分割数法
黄润秋、张倬元等人通过对国内外数十个岩体失稳实例的位移观测曲线进行研究和统计分析发现，斜坡随时间发展演化的三阶段曲线中，线性阶段所用的时间与线性和非线性阶段所用时间的总和之间呈黄金分割数关系。具体可用下式表示：
三峡库区滑坡灾害预警预报手册
式中：T1——斜坡演化过程中线性阶段的历时；
T2——非线性阶段的历时。
监测资料表明，斜坡演化的三阶段理论不仅仅适用于变形，也适用于能反映斜坡发展演化状态的其他状态变量，如声发射频率等。斜坡演化过程中的黄金分割数具有一定的普适性。对于变形曲线而言，上式中的线性阶段对应于等速变形阶段，非线性阶段对应于加速变形阶段。因此，黄金分割数法可表述为：斜坡演化过程中等速变形阶段历时是等速变形阶段与加速变形阶段总历时的0.618倍。因此，如果有自斜坡等速变形以来的监测数据，一旦斜坡演化进入加速变形阶段，便可利用黄金分割数法概略地估算滑坡滑动时间，可以不必等到斜坡进入加加速阶段才进行预测预报。
从另一方面讲，如果斜坡演化还未进入加速变形阶段，要预报滑坡发生的具体时间是很难的，甚至是不可能的，这一点已被非线性科学理论中的最小熵产生原理所决定。
4.6.2.2 短期临滑预测预报模型与方法
A.斋藤迪孝预报模型
日本学者斋藤迪孝提出，当坡体进入加速变形阶段后，可根据位移-时间曲线进行预报。取斜坡位移-时间曲线上三个点t1，t2，t3，使其t2-t1和t3-t2两段之间的位移量相等，滑坡发生破坏时间tr的计算公式为：
三峡库区滑坡灾害预警预报手册
斋藤迪孝法仅适合于滑坡进入加速变形阶段后的时间预报。式（4.13）也可用如图4.21所示的作图法直接求出滑坡发生的时间tr。图中，MM′、NN′为以A2为圆心的圆弧。
B.灰色系统预报模型
灰色系统理论是我国著名学者邓聚龙教授1982年创立的一门新兴横断学科，它以“部分信息已知，部分信息未知”的“小样本”“贫信息”不确定系统为研究开发对象，主要通过对“部分”已知信息的生成、开发、提取有价值的信息，实现对系统运行行为的正确认识和有效控制。灰色预报模型的基本思想是把滑坡看作一个灰色系统，依据滑坡随时间变化的监测时序数据，通过适当的数据处理，使之变为一递增时间序列，然后用适当的曲线逼近，以此作为预报模型对系统进行预测预报。灰色系统预测模型的具体建模过程和方法，参考附录1.1。
图4.21 根据加速变形阶段曲线推算滑坡发生时间图解（斋藤迪孝法）
M.t1与t2的中点；N.t1与t3的中点
C.Verhulst预报模型
基于滑坡的变形、发展、成熟和破坏的过程与生物繁殖、生长、成熟、消亡的发展演变过程具有相似性，德国生物学家费尔哈斯（Verhulst）1837年提出了一种生物生长模型，即Verhulst模型。晏同珍等（1988）考虑到滑坡的演变也有一个变形、发展、成熟到破坏的过程，二者在发展演变上具有相似性。于是将这一模型引进到滑坡的变形和时间的预测预报中。Verhulst的基本原理和建模过程，参考附录1.2。
8、管道与滑坡作用的数值模拟试验
通过对滑坡变形破坏现场的地质分析和相似材料模型模拟试验研究，对滑坡变形破坏及滑坡对管道的作用机理有了一定的认识。为了更深入地研究滑坡与管道相互作用的机理，验证前述认识，采用有限元计算方法对管道沿线典型滑坡进行了数值模拟研究。
5.4.1 研究方法
对于典型滑坡的滑体、滑动面、滑床、滑坡周界等可以用有限元方法进行离散，着重考虑滑坡潜在滑动面的摩擦接触情况，采用摩擦接触力学方法，对接触单元进行改进，建立接触力学模型，对滑坡进行研究分析。
在考虑可能滑坡面的法向抗张强度和切向抗剪强度下，通过多步迭代计算的方法，获得非线性接触问题的收敛解。通过接触力学计算分析，模拟滑坡的孕育；从滑动面的接触状态的改变（粘着、滑动、未接触状态），获得滑坡的滑动情况，滑坡的动态过程（启动、滑动、停止），同时还进行坡体和管道的应力、变形，以及边坡滑面接触关系分析。在这一过程中重点研究管道在滑坡发生过程中受力破坏的力学机理。
5.4.2 数值模拟
5.4.2.1 改进接触单元
数值模拟研究中，接触单元的法向与切向模量不一样的，法向模量EN可由两接触物间不可能相互挤入这一事实来确定。在三维情况下，如取N表示接触单元的法向、T1表示切向方向1、T2表示切向方向2，则可推导出：
（1）法向模量EN可由接触物间不可相互挤入的条件确定；
（2）而模量
、剪切模量
；
（3）在切向平面内的剪切模量
可由接触状态（粘着、滑动等）确定。于是可确定接触单元的弹性矩阵[D]，进而可获得三维接触单元的刚度矩阵为：
山区油气管道地质灾害防治研究
式中：[B]是接触单元的几何矩阵。
对包含潜在滑面的整个边坡结构进行有限元离散，可得到边坡结构的刚度矩阵：
山区油气管道地质灾害防治研究
5.4.2.2 潜在滑面的强度
对于未出现任何破坏的边坡，其潜在滑面是具有一定强度的（实际上滑面还未形成。一般情况下是具有法向强度
和切向强度τ，的，一般情况下
。及
。法向强度的数值可取为边坡潜在滑面处的材料抗张强度，而对于切向强度通常在岩土力学中是取Mohr-Coulomb模型，认为切向强度τs与法向压应力之间σN是一个线性关系：
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式中：c是边坡潜在滑面处的内聚力；ψ是内摩擦角。由上式可确定边坡潜在滑面处的切向强度。而在滑坡发生后，潜在滑面已经变为真实滑面，此时真实滑面位置退化为纯摩擦接触问题。
5.4.2.3 斜坡潜在滑面的接触状态
在滑坡发生前，潜在滑面处于完好的结合状态，在斜坡自重及外部条件的作用下，接触状态会改变。
非接触状态；当接触单元的法向应力是张应力，且该张应力大于潜在滑面处材料的抗张强度，即
，此时，滑面将被拉开。接触单元的法向间隙会大于零，即Zg>0。接触单元的模量需取为一个很小的值EN=10-6～10-4Ee,Ee是接触单元的初始模量
山区油气管道地质灾害防治研究
当接触单元的法向应力是张应力，且当接触单元的切向应力τ大于潜在滑面材料的剪切强度τs时，潜在滑面将会破坏，此时Zg>0且EN=10-6～10-4Ee。
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粘着状态：当接触单元的法向应力为压应力，且接触单元的剪应力小于潜在滑面处的抗剪强度时，此时Zg≤0。这意味着接触单元的法向隙Zg是一个很小的近似于零的值
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当接触单元的法向应力为张应力，且接触单元的剪应力小于潜在滑面处的抗剪强度τs，此时
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滑动状态：当接触单元的法向应力为压应力，且接触单元的剪应力大于潜在滑面处的抗剪强度时，此时潜在滑面将破坏，变为真实滑面，而Zg≤0。
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由于剪应力的作用，潜在滑面变为真实滑面，滑坡发生了。接触单元的剪切模量
由下式决定：
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5.4.2.4 非线性迭代过程的收敛计算
接触状态的最终确定，需满足以下条件：
非接触状态应满足Zg>0且EN=10-6～10-4Ee，而接触状态（粘着、滑动）应满足Zg=0（在指定精度ε下）。
每两次迭代循环计算时，接触单元模量的改变应满足
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其中ΔE、ΔG是相对的模量改变量，ΔEp、ΔGp是许可的相对模量改变量，
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对于滑动状态的接触单元，当下式满足时，滑动才处于稳定状态：
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在以上3个条件同时满足时，该接触问题的计算才是收敛的。
5.4.2.5 滑坡过程的逐步计算
在边坡滑动过程的数值模拟中，使用了逐步计算的方法。用一系列时间步t1,t2，…，tK，…，tn来分解边坡的滑动过程。而对其中的某一个时间步tK，根据边坡下滑的加速度，对边坡的滑动部分施加相应的惯性力，所以，边坡将保持平衡状态。
在某一个时间步tK时，滑坡系统的势能改变ΔΠ可写为：
山区油气管道地质灾害防治研究
其中：
山区油气管道地质灾害防治研究
在tk时间步，上式中ΔWK是体积力bi和边界力Fs（不包含接触边界—滑面）所做的功，重力势能的改变量为ΔwE,ui为边坡系统的位移量，ΔUK是应变能改变量，σij和εij是应力和应变，Ω为边坡系统的总体积，ΔAK为滑动面上接触应力所做的功，p。和pt为接触面上的法向接触压力和切向力，r为接触面
和
分别为接触面的上、下边界，
和
分别为接触面上的上、下边界的切向位移，ΔKK为动能改变量。由于问题的复杂性，研究中未考虑材料破坏所消耗的能量。
在时间步从t1=0到tn计算完成后，可获得整个滑坡动态过程的应力、应变、接触状态改变情况、滑动距离等重要参数。
9、管道与灾害模型试验的主要类型与原理
管道与地质灾害的模型试验根据试验原理和方法的不同，可分为两类：物理模拟试验和数值模拟试验。下面主要以滑坡灾害为例说明两类模拟试验的试验原理。
5.2.1 管道与滑坡作用的物理模拟试验原理
以相似原理为基础，通过采用相似材料、相似几何条件和相似力学条件，建立滑坡的物理模型，对滑坡破坏过程机理进行模型试验，并结合管道在滑坡体中所处的位置，研究滑坡的变形破坏对管道的作用及影响。特别是解决滑坡变形后，不同位移量对管道的影响，以及影响方式和作用特点，为油气管道地质灾害预测预报提供基础理论。
根据相似准则，在通过模型试验进行滑坡的物理过程或力学性质的研究时，物理量的相似主要是指一般几何相似、动力学相似以及运动学相似三类（其中一般几何相似即初等几何学相似，它的物理量量纲通常只取长度单位）。结合物理系统各类相似的特点，三者的地位和意义可以这样加以描述：即任意二系统，如果在几何学、动力学和运动学上都达到了相似，则该二系统的性能相似。其中，几何学相似较易通过人为的努力实现，而运动学相似又是随着几何学相似和动力学相似而得到表现的。因此，三类相似中动力学相似是关键。凡是在几何相似条件下由动力学相似获得的解，理应满足运动学相似。
依据相似理论和模型试验研究的目的，在滑坡模型试验中，主要采用材料的结构及力学（含动力学）特征相似为基本条件，并取滑坡轴线0.5m宽的条带为研究对象，其坡长、坡度及坡形等几何条件基本相似。
由于受试验条件的限制，模型材料与原型物质之问实现完全相似相当困难，试验要求模型所用材料具有高容重、低强度和低弹模的特性。因此，在进行滑坡模型试验研究中，针对原型物质，配制不同配比的试验材料，模拟碎石土和黄土，选出其中物理力学性质参数基本满足相似准则的模型材料。
滑坡体具有不同的结构面组成，在不同的岩体结构类型和不同的应力状态下，滑坡体结构力学效应各不相同，滑坡表现特点也有显著的不同。因此，结构的相似是滑坡模型试验的重要条件。在滑坡模型制作过程中，根据碎石土和黄土滑坡的结构特征，必须按照滑坡原型的岩体结构特点，以达到模型结构与破坏的相似。
试验中相似材料的选配严格遵循相似原则，满足以下5个相似条件：
（1）（Rc）m=Kp.K1·（Rc）p;
（2）（Rt）m=Kw·K1·（Rt）p;
（3）Cm=Kγ·K1·Cp;
（4）ym=Kγ·γp;
（5）φm＝φp。
式中：Rc、Rt、C、φ、γ分别表示材料的抗压强度、抗拉强度、内聚力、内摩擦力和容重；Kr、K1分别表示容重的几何相似比例；脚标P、m表示原型与模型。
5.2.2 管道与滑坡作用的数值模拟试验原理
典型滑坡数值模拟是管道滑坡预测及防治技术研究的基础理论。利用过去的研究成果，结合滑坡灾害对输油气管道作用的特点，选取管道沿线两类典型滑坡—碎石土滑坡和黄土滑坡进行数值模拟研究，建立典型滑坡变形及失稳的地质—力学机理模型，阐明典型滑坡的变形和失稳机理，在此基础上重点分析滑坡在不同变形演化阶段对管道的影响。
通过对典型滑坡进行现场调研，查明典型滑坡的工程地质环境条件、滑坡体范围、规模、特征、坡体内部结构、变形破坏迹象、地下水特征以及管道与滑坡的相互位置关系等的基础上，建立典型滑坡与管道的地质结构模型和变形破坏的概念模型。通过对“概念模型”进行合理地抽象，建立可以作为数值模拟基础的滑坡变形破坏的地质力学模型。根据所建的地质力学模型，采用有限元数值模拟手段，计算典型滑坡现今的应力场和变形场，初步判定滑坡在现今条件下的稳定性状况。同时，根据现场监测资料或地质力学模拟的位移和应力监测资料，进行有限元的反演分析，修正和检验数值模型的有效性。利用修正后的数值模型，分析典型滑坡在不同变形阶段的应力和变形状况，重点分析和评价滑坡在不同变形演化阶段对管道的作用和影响。