本发明涉及到滑坡防治工程技术领域，尤其涉及一种平推式滑坡运动距离计算方法及应用。
背景技术：
平推式滑坡是四川盆地红层地区和三峡库区普遍存在的一类十分特殊的滑坡。多发育于近水平岩层的斜坡中，岩层倾角一般仅3-5°，最陡也不超过10°。滑坡受岩体裂缝中充水的静水推力和沿滑移面产生的扬压力的联合作用而被水平推出，因此，这类滑坡称为平推式滑坡。充水裂缝倾角一般接近垂直，滑移面倾角与岩层倾角一致，不超过10°。平推式滑坡与普通类型滑坡相比有以下几个较大区别：1、有较高的隐蔽性。普通类型的滑坡其地表变形特征会有从轻微到剧烈的发展过程，有较为明显识别标志作为剧烈运动前兆；与之相比平推式滑坡剧烈运动前地表没有较大的变形特征，按照地质灾害调查的经验，这些变形特征往往不会作为滑坡即将产生剧烈运动的前兆，不易引起重视。2、变形机理特殊。按照传统工程地质学的观点，近水平岩层的斜坡是稳定的，不可能发生大规模的滑坡，但是平推式滑坡在四川盆地红层地区和三峡库区广泛分布，典型案例如四川省宣汉县天台乡滑坡、中江县垮梁子滑坡、达县青宁乡滑坡以及重庆万州和平广场滑坡群。3、危害性大，突发性强。如前所述，普通类型滑坡更易于识别剧烈运动前兆，因此具备条件对滑坡进行工程治理或及时避险。而平推式滑坡具有较高的突发性，一旦发生剧烈运动危害巨大。
与平推式滑坡防治相关的技术方案广泛应用的主要包括：稳定性计算方法及临界水头高度计算方法，这两种方法是在考虑了静水推力和扬压力的作用下得到计算公式进行计算的。计算公式中的相关参数需要通过工程地质勘查获得。
稳定性计算方法是通过力学分析计算滑坡抗滑力与下滑力的比值得到稳定性系数kf分析滑坡的稳定性状态，当kf＜1时，处于不稳定状态，当1≤kf＜1.05时，处于欠稳定状态，当1.05≤kf＜1.15时，处于基本稳定状态，当kf≥1.15时，处于稳定状态。
临界水头高度计算方法是用于计算平推式滑坡剧烈运动的启动判据，当kf＝1时滑坡处于临界状态，通过抗滑力与下滑力的计算式求解出的水头高度为临界水头高度hcr。
稳定性计算方法及临界水头高度计算方法都是对平推式滑坡的某一状态进行分析，无法对平推式滑坡的运动距离进行计算。
滑坡的运动距离是判断滑坡灾害危害性大小的重要指标，现有技术针对滑坡运动距离的预测模型主要分为三类：
第一类，经验统计预测模型，此类方案主要通过一定数量滑坡的运动距离与其几何特征及诱发因素等关键参数的宏观调查与统计，获得运动距离与关键参数之间相关关系的统计公式。将既定滑坡的同类型关键参数代入统计公式可得到运动距离。该方案受限于历史统计数据，且多为单因素分析，分析结果不全面，误差较大。现有的预测模型没有专门针对平推式滑坡进行统计，对平推式滑坡不适用。
第二类，确定性预测模型，此类方案主要是依据质点的动力学原理，将滑坡运动模式和机理与能量或动量守恒定律等相结合提出的一系列物理模型，得出滑坡运动距离的计算公式。计算公式中的参数需要通过工程地质勘查获得。该方案适用于仅在重力作用下沿着滑移面运动的普通类型的滑坡，滑移面倾角普遍远大于10°，而平推式滑坡仅在重力作用下是不可能产生运动的，因此其对平推式滑坡并不适用。
第三类，数值模拟预测模型，此类方案是针对某一既定滑坡，建立数值模型，采用离散元等数值方法对滑坡运动的整个过程进行模拟，从而得到滑坡的运动距离。数值模拟中的材料力学参数、水文参数和高程数据需要通过工程地质勘查获得。该方案的主要缺点是需要的参数过多，且数值建模过程复杂，没有显示公式表达式，推广性和复制性不高。
以上述专利文献为代表的现有技术，不仅需要的参数过多，数值建模过程复杂，而且均未充分考虑平推式滑坡形成的力学机制和运动特征，得到的运动距离计算公式不符合平推式滑坡的变形机理，精确性较低，对于平推式滑坡的防灾减灾不具备适用性。
技术实现要素：
本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种平推式滑坡运动距离计算方法及应用，本发明充分考虑了平推式滑坡形成的力学机制和运动特征，且不需要经过大量的数据统计分析、整理和现场调查，易于实现，得到的运动距离计算公式符合平推式滑坡的变形机理，精确性高，对于平推式滑坡的防灾减灾具备良好的适用性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种平推式滑坡运动距离计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤s1、工程地质勘查
对滑坡开展工程地质勘查，查明滑坡的工程地质条件和基本特征；
步骤s2、获取力学参数
通过坑、槽探或钻探手段现场取样进行物理力学试验，获取滑体上各类岩土体的重度γb，滑移面的残余内摩擦角
步骤s3、滑体几何参数测算
确定滑坡运动方向，沿运动方向选取滑坡的主剖面，并绘制工程地质剖面图，从剖面图中测量出滑体的几何参数，包括沿运动方向滑体底面的长度l、沿运动方向上滑面倾角α、储水裂缝与水平面的夹角θ、剖面图上各类岩土体的单宽面积a和根据各类岩土体的重度γb计算得到的滑体单宽重度w；
步骤s4、滑坡启动参数测算
通过地面调查确定储水裂缝地表最低高程，计算储水裂缝地表最低高程与主剖面储水裂缝底部滑床高程之间的高差，即滑坡启动最大水头高度h0，通过地面调查和物探手段确定主剖面上储水裂缝的平均宽度b0；
步骤s5、根据式1计算因子a和因子b，式中γw为水的重度；
步骤s6、根据滑坡的水文地质特征选取计算式计算因子c
当滑坡剪出口无渗水情况出现，选取式2计算因子c；当滑坡剪出口出现少量点状渗水的特征，选取式2计算因子c；当滑坡剪出口大部分出现线状渗水的特征，选取式3计算因子c；
步骤s7、计算滑坡运动距离s
将因子a、因子b、因子c及主剖面上储水裂缝的平均宽度b0代入式4求解，可得滑坡运动距离s；
所述步骤s1中，工程地质勘查是指对工程地形地貌条件、地层岩性、水文地质特征、滑坡的范围及形态规模与边界条件、滑体、滑移面、滑床特征和滑坡变形特征及变形历史进行勘查。
所述步骤s3中，滑坡运动方向是与滑体后部边界的储水裂缝走向垂直的方向。
本发明，适用于滑体后部边界已出现贯通的储水裂缝，并且滑移面层位能准确判断的平推式滑坡。
本发明的原理如下：
以平推式滑坡地质力学模型为基础，利用滑坡运动过程中从启动到制动能量守恒的原理推导得出计算公式，推导过程如下：
滑坡受力分析：概化平推式滑坡地质模型如图1所示；图中h0—滑坡启动最大水头高度，l—沿运动方向滑体底面的长度，α—沿运动方向上滑面倾角，θ—储水裂缝与水平面的夹角。
在强降雨期间，雨水通过汇集后深入滑体后部陡倾储水裂缝，储水裂缝内大量充水形成静水推力，地下水沿滑体底部向剪出口渗透形成扬压力。这种状态下滑体主要受到4个力的作用，滑体单宽重度即重力w、滑面抗滑力sr、静水推力ppu和基底扬压力pup。当前缘剪出口存在渗水点时，扬压力分布形态为三角形，如图2所示；当前缘剪出口堵塞时，扬压力分布形态为矩形，如图3所示；将滑体受力简化为下滑力sm与滑面抗滑力sr，其中下滑力sm由重力沿滑移面分力及静水推力组成。下滑力sm与滑面抗滑力sr的计算式如式5及式6所示。式5对应图2，式6对应图3。
式5及式6中：sr—滑面抗滑力，sm—下滑力，ppu—静水推力，pup—基底扬压力，w—滑体单宽重度，α—沿运动方向上滑面倾角，—滑移面的残余内摩擦角，γw—水的重度，l—沿运动方向滑体底面的长度；θ—储水裂缝与水平面的夹角；c—滑带内聚力；h0—滑坡启动最大水头高度。
运动过程假设条件设置：
1、假设滑坡后部储水裂缝中水的体积不变，现实中前缘渗水引起的裂缝内水的总体积减少量非常小；
2、两侧及前缘无侧阻力，平推式滑坡边界临空条件良好，对滑体的约束较小；
3、滑带内聚力c接近零，因此运动过程中不考虑c值，同时假设滑动过程中滑带强度参数保持不变。
运动过程，如图3所示，h0—滑坡启动最大水头高度，b0—储水裂缝的平均宽度，s—滑坡运动距离，hs—滑坡制动后的水头高度。滑坡在运动过程中水头高度会逐渐降低，把水头高度h看作变量时，通过假设条件1可以得到水头高度与裂缝宽度的关系，如式7(a)，式中x为裂缝宽度，裂缝宽度的变化量即为运动距离，x∈[b0,b0+s]，结合式7(b)及式7(c)可到下滑力sm及滑面抗滑力sr与裂缝宽度x的函数关系，如式8。计算模型先考虑基底扬压力的分布形态为三角形。
分别将下滑力sm(x)及滑面抗滑力sr(x)在区间[b0,b0+s]上积分可得各自在滑动过程中做的功分别设为wm及wr，如式9所示。根据能量守恒原理，从滑坡启动到滑坡制动，wm＝wr，可得式10。
分别计算wr及wm，见式11及式12。
联立式9-式12可得式13，整理后得式14。
当分布形态为矩形时，计算公式为式15。求解式14、式15中的s可得滑坡运动距离。
本发明的有益效果主要表现在以下方面：
一、本发明，通过“步骤s1、工程地质勘查；步骤s2、获取力学参数；步骤s3、滑体几何参数测算；步骤s4、滑坡启动参数测算；步骤s5、根据式1计算因子a和因子b；步骤s6、根据滑坡的水文地质特征选取计算式计算因子c；步骤s7、计算滑坡运动距离s”最终得到平推式滑坡运动距离，较现有技术而言，由于充分考虑了平推式滑坡形成的力学机制和运动特征，且不需要经过大量的数据统计分析、整理和现场调查，因此，易于实现，得到的运动距离计算公式符合平推式滑坡的变形机理，精确性高，对于平推式滑坡的防灾减灾具备良好的适用性。
二、本发明，与现有技术中经验统计预测模型方案相比，不需要经过大量的数据统计分析、整理和现场调查，操作简单，更加容易实现；与现有技术中数值模拟预测模型方案相比，不需要更多的室内试验和现场试验获取岩土体弹性模量、泊松比、渗透系数以及地形数据等参数，无需繁琐的建模步骤，具有更高的适用性。
三、本发明，针对平推式滑坡这一特殊类型的地质灾害进行研究，率先在平推式滑坡防治领域和滑坡运动距离技术与预测领域中应用，对于潜在平推式滑坡危险区、影响区的划定提供了理论依据，对于该类滑坡的防灾、避险有重要的指导作用。
四、本发明，适用于滑体后部边界已出现贯通的储水裂缝，并且滑移面层位能准确判断的平推式滑坡，较现有技术而言，得到的滑坡运动距离计算公式更加符合平推式滑坡的变形机理，精确性更高。
五、本发明，与稳定性计算方法及临界水头高度计算方法相比，稳定性计算方法及临界水头高度计算方法只能对平推式滑坡的某一状态进行分析，无法对平推式滑坡的运动距离进行计算，而采用本方法能够得到符合平推式滑坡变形机理的计算公式，计算精确度高，利于提高平推式滑坡的防灾减灾能力。
附图说明
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的具体说明，其中：
图1为本发明概化平推式滑坡地质模型的示意图；
图2为本发明前缘剪出口存在渗水点时扬压力分布形态示意图；
图3为本发明前缘剪出口堵塞时扬压力分布形态示意图；
图中标记：h0—滑坡启动最大水头高度，l—沿运动方向滑体底面的长度，α—沿运动方向上滑面倾角，θ—储水裂缝与水平面的夹角，sr—滑面抗滑力，sm—下滑力，ppu—静水推力，pup—基底扬压力，w—滑体单宽重度，—滑移面的残余内摩擦角，γw—水的重度，b0—储水裂缝的平均宽度，s—滑坡运动距离，hs—滑坡制动后的水头高度。
具体实施方式
实施例1
一种平推式滑坡运动距离计算方法，包括以下步骤：
步骤s1、工程地质勘查
对滑坡开展工程地质勘查，查明滑坡的工程地质条件和基本特征；
步骤s2、获取力学参数
通过坑、槽探或钻探手段现场取样进行物理力学试验，获取滑体上各类岩土体的重度γb，滑移面的残余内摩擦角
步骤s3、滑体几何参数测算
确定滑坡运动方向，沿运动方向选取滑坡的主剖面，并绘制工程地质剖面图，从剖面图中测量出滑体的几何参数，包括沿运动方向滑体底面的长度l、沿运动方向上滑面倾角α、储水裂缝与水平面的夹角θ、剖面图上各类岩土体的单宽面积a和根据各类岩土体的重度γb计算得到的滑体单宽重度w；
步骤s4、滑坡启动参数测算
通过地面调查确定储水裂缝地表最低高程，计算储水裂缝地表最低高程与主剖面储水裂缝底部滑床高程之间的高差，即滑坡启动最大水头高度h0，通过地面调查和物探手段确定主剖面上储水裂缝的平均宽度b0；
步骤s5、根据式1计算因子a和因子b，式中γw为水的重度；
步骤s6、根据滑坡的水文地质特征选取计算式计算因子c
当滑坡剪出口无渗水情况出现，选取式2计算因子c；当滑坡剪出口出现少量点状渗水的特征，选取式2计算因子c；当滑坡剪出口大部分出现线状渗水的特征，选取式3计算因子c；
步骤s7、计算滑坡运动距离s
将因子a、因子b、因子c及主剖面上储水裂缝的平均宽度b0代入式4求解，可得滑坡运动距离s；
通过“步骤s1、工程地质勘查；步骤s2、获取力学参数；步骤s3、滑体几何参数测算；步骤s4、滑坡启动参数测算；步骤s5、根据式1计算因子a和因子b；步骤s6、根据滑坡的水文地质特征选取计算式计算因子c；步骤s7、计算滑坡运动距离s”最终得到平推式滑坡运动距离，较现有技术而言，由于充分考虑了平推式滑坡形成的力学机制和运动特征，且不需要经过大量的数据统计分析、整理和现场调查，因此，易于实现，得到的运动距离计算公式符合平推式滑坡的变形机理，精确性高，对于平推式滑坡的防灾减灾具备良好的适用性。
实施例2
一种平推式滑坡运动距离计算方法，包括以下步骤：
步骤s1、工程地质勘查
对滑坡开展工程地质勘查，查明滑坡的工程地质条件和基本特征；
步骤s2、获取力学参数
通过坑、槽探或钻探手段现场取样进行物理力学试验，获取滑体上各类岩土体的重度γb，滑移面的残余内摩擦角
步骤s3、滑体几何参数测算
确定滑坡运动方向，沿运动方向选取滑坡的主剖面，并绘制工程地质剖面图，从剖面图中测量出滑体的几何参数，包括沿运动方向滑体底面的长度l、沿运动方向上滑面倾角α、储水裂缝与水平面的夹角θ、剖面图上各类岩土体的单宽面积a和根据各类岩土体的重度γb计算得到的滑体单宽重度w；
步骤s4、滑坡启动参数测算
通过地面调查确定储水裂缝地表最低高程，计算储水裂缝地表最低高程与主剖面储水裂缝底部滑床高程之间的高差，即滑坡启动最大水头高度h0，通过地面调查和物探手段确定主剖面上储水裂缝的平均宽度b0；
步骤s5、根据式1计算因子a和因子b，式中γw为水的重度；
步骤s6、根据滑坡的水文地质特征选取计算式计算因子c
当滑坡剪出口无渗水情况出现，选取式2计算因子c；当滑坡剪出口出现少量点状渗水的特征，选取式2计算因子c；当滑坡剪出口大部分出现线状渗水的特征，选取式3计算因子c；
步骤s7、计算滑坡运动距离s
将因子a、因子b、因子c及主剖面上储水裂缝的平均宽度b0代入式4求解，可得滑坡运动距离s；
所述步骤s1中，工程地质勘查是指对工程地形地貌条件、地层岩性、水文地质特征、滑坡的范围及形态规模与边界条件、滑体、滑移面、滑床特征和滑坡变形特征及变形历史进行勘查。
所述步骤s3中，滑坡运动方向是与滑体后部边界的储水裂缝走向垂直的方向。
下面以成都市新津县邓双镇的狮子山滑坡为例验证本发明，采用本发明对狮子山滑坡运动距离进行计算，步骤如下：
步骤s1、工程地质勘查
1、地形地貌条件
滑坡区地处新津县西南侧长秋山丘陵区中上部，为典型的浅丘地貌。滑坡区内地形起伏不平，由后缘至前缘，总体地势呈“缓—陡—缓—陡”折线型渐变趋势，滑坡区南西侧靠近丘陵顶部，丘顶相对较平缓，地形坡角在6°～10°之间，经后期人类工程经济活动改造后，坡体现为耕地和居民住宅用地。
2、地层岩性
滑坡区基岩地层为白垩系上统夹关群(k2j)厚层状砂岩与紫红色薄层状泥岩互层，地层产状25°～40°∠5°。
3、水文地质特征
根据地下水成因类型的不同，区内地下水主要有基岩裂隙水和第四系松散岩类孔隙水。对滑坡运动距离影响较大的是基岩裂隙水。基岩裂隙水赋存于白垩系夹关组(k2j)砂岩和泥岩的风化带网状裂隙和构造裂隙中，受区内地形地貌条件、区域地质构造作用、后期风化作用的影响，岩层中网状裂隙较发育，裂隙平均宽度2mm～4mm。基岩裂隙水主要沿层面和裂隙径流，主要受大气降雨补给。由于地形起伏较大，地下水排泄不利，因而裂隙水一般向陡缓转折的坡麓地带或地下水向深部径流受阻的地带就近排泄。地下水受大气降水影响，随季节变化较大，多以泉水或地下径流方式向侵蚀基准面排泄。滑坡区地下水较贫乏，水位埋深在3.7m～7.3m之间。滑坡周边有4处下降泉水呈股状流出，滑坡剧烈运动前沿滑坡前缘剪出口无地下水渗出。
4、滑坡的范围及形态规模与边界条件
滑坡后缘高程495m，前缘高程466m，最大相对高差29m。滑坡纵向由南西而北东展布，纵向轴长121m；横向宽145m，滑体厚度3m～15m不等，平均厚约5.0m，滑坡区面积约1.5×104m2，体积约7.5×104m3，主滑方向约30°。滑坡区的变形迹象明显，边界条件比较清楚，分述如下：后缘边界：以后援拉陷槽陡坎为界；左侧边界：以陡坎两个次生滑坡的边界为界；右侧边界：右边界的后侧以拉陷槽扭转产生的剪切裂隙为界，右边界中部以中部地形的剪切裂隙为界；前缘边界：以前缘鼓丘区为界，前缘边界地表起伏较大，地面隆起。
5、滑体、滑移面、滑床特征
滑体主体完整性较好，基本保持原岩结构，呈紫红色，中粗粒结构，厚—巨厚层状构造，厚度约15.0m，微风化，岩石被两组裂隙切割成块裂体状，根据勘查钻孔与探槽揭露，滑带物质主要为泥岩风化后含水量较高的粉质粘土，呈灰黄色—黄灰色，湿润，软塑—可塑，粘性较强，偶见砾石，砾石直径5mm～20mm，呈次圆状，表面较光滑，滑带厚40cm～160cm，滑动面倾角5°。
滑床为白垩系上统夹关群(k2j)紫红色砂岩，中-厚层构造，为单斜岩层，岩层产状25°～40°∠5°，滑床相对较坚硬，滑面顺直，在与滑带接触面擦痕清晰。
6、滑坡变形特征及变形历史
据调查访问,狮子山滑坡自上世纪90年代开始产生变形，主要表现为水田无法蓄水，由于变形微弱，无明显迹象。当地及时对生产结构进行调整，改旱、改林后，坡体上未发现过任何变形迹象。2008年“5.12”汶川地震后，当地居民发现在坡体上形成了1条明显的拉裂缝，最宽处约1.5m，深度约3.0m，延伸长约30m。到2010年8月受区内强降雨影响，狮子山滑坡后缘裂缝充水，在水压力作用下，后缘裂缝产生了一次明显拉裂和位移扩张，拉缝最宽处扩张至2.0m左右，深度约7.0m，延伸长约60m，在其余部位变形不明显。进入2013年后，受“4.20”芦山地震影响，滑坡体后缘裂缝的扩张和延伸不明显。进入2013年降水集中的7月—8月后，由于受区内连续强降雨影响，后缘裂缝充水，在地下水水压力作用下，滑坡体于8月8日零晨6时左右发生剧烈运动。
滑坡剧烈运动后，滑体后部储水裂缝张开后形成拉陷槽，拉陷槽右窄左宽。滑体前缘推覆原有耕地，形成隆起带，隆起高度0.5m～1m。左侧边界完全临空，拉陷槽及滑体内的地下水从左侧边界排泄而出，形成两处溜滑体。右侧边界为靠山侧，不具备临空面，具有明显的剪切变形的特征。
步骤s2、获取力学参数
步骤s3、滑体几何参数测算
确定滑坡运动方向为30°，沿运动方向选取滑坡的主剖面，并绘制工程地质剖面图。从剖面图中测量出滑体的几何参数如下表1：
表1
步骤s4、滑坡启动参数测算
通过勘查及调查访问确定主剖面处，主剖面上储水裂缝的平均宽度b0＝1.5m，滑坡启动最大水头高度h0＝9.5m。
步骤s5、计算因子a、因子b
通过式1计算因子a＝340.842；b＝680.8201。
步骤s6、根据滑坡的水文地质特征选取计算式计算因子c
滑坡剪出口无渗水情况出现，选取式2计算因子c＝1428.8322。
步骤s7、计算滑坡运动距离s
将计算因子a、因子b、因子c及主剖面上储水裂缝的平均宽度b0代入式4得到：
求解s得到，s＝10.44m。
根据实地测量，滑坡剧烈运动后，储水裂缝宽度为11.61m，减去初始宽度1.5m，实际运动距离为10.11m。相对误差为3.31％。计算结果说明本发明对平推式滑坡运动距离的计算精确性高，对于防灾减灾具有良好的适用性。