互动科普

与地震相比，滑坡最大的特点就在于它是可以预测的。地震多发生于地壳深处，即便是震源很浅的地震，震源深度也位于地下几十公里处，这就为地震监测设置了一道难以逾越的屏障。然而，滑坡却不同，它的发生地点均在地壳的浅表层，最大深度也就是五六十米。另外，由于目前传感器和电子设备等科技水平不断发展，许多监测设备的精度甚至可以达到毫米、微米，可以监测滑坡极微小的活动情况。同时由于光纤传输、大容量存储技术的快速发展，已可以实现对滑坡过程的远距离、全程监测。这些都为滑坡的预测预报提供了必要的技术保障。

降服猴子石

猴子石滑坡位于重庆市三峡库区奉节新县城中心地带，面积12万平方米，体积450万立方米。早在三峡蓄水之前，猴子石滑坡就已经威胁着移民迁建单位、大量居民住宅楼及道路、桥梁等市政基础设施和大约5000人的生命安全。为了保证三峡蓄水后奉节新县城的安全，如何降服这只顽劣的“猴子”，成为一个重大课题。猴子石滑坡属于基岩滑坡，同一些“高空跌落”式滑坡有着明显区别，其滑体已经脱离了母体，但其本身并没有解体，还保持着相对完整的状态。

2001年一期治理工程采取“抛石护坡”的方式，抛下73万立方米石头，治理了150米以下的滑体，保证到2003年蓄水至135米水位时滑坡体的安全；2006年，二期续建治理工程开始，包括向水下抛石、坡面整治及填补、排水工程、地下台阶状置换阻滑键4部分，其中地下台阶状置换阻滑键就是将许多钢筋混凝土桩经科学测算后，钻入几十米深的地下，以加固基岩，阻止滑坡发生。这些滑坡加固措施的实施，使得曾经危险遍布的猴子石变成了人民安居乐业的家园。

在滑坡的底滑面上，打出平洞和竖井，浇筑钢筋水泥，做成台阶状置换阻滑键，阻止滑坡体下滑。

用于滑坡预报的斋藤公式

在滑坡预报的专门研究中，日本学者斋藤迪孝是先驱之一。他于1963年提出一个预报滑坡的经验公式及图解——即著名的“斋藤法”，并利用该模型成功地预报了1970年日本的高汤山滑坡。近年来，国内外学者将这一理论做了进一步的发展完善，为滑坡的预测预报提供了理论和方法支撑。

“斋藤法”以位移-时间监测曲线为计算基础，以土体的蠕变理论为依据。土体的蠕变分为3个阶段：缓慢蠕变阶段、稳定蠕变阶段（几乎没有蠕变位移）和加速蠕变阶段。在发现土体蠕变时（一般会有开裂），在开裂处设立监测点，监测土体位移随时间的变化，在稳定蠕变阶段不会出现滑坡，当蠕变进入到加速蠕变阶段时，可任意选取t₁、t₂、t₃ 3个时间点（在滑坡之前），结合测出的相应的位移，根据公式，就可以计算得到最后破坏时间，相应计算公式如下框图。

斋藤公式

原则上，在加速蠕变阶段选取两个时间点即可用公式（1）算出滑坡时间，这时必须要考虑常数a，其与土体的性质有关。但选取3个时间点，用公式（1）和（2）相除，可以不考虑常数a。习惯上选择时间点以“日”为单位，并且选取均匀间隔，比如都隔1日或都隔2日等，以方便计算。

准确预报虎山坡滑坡

龙羊峡水电站距黄河发源地1684公里，是黄河上游第一座大型梯级电站，人称黄河“龙头”电站。虎山坡位于龙羊峡水电站下游消能区右岸，距电站厂房约250～630米，坡高170米，长约380米。由于长时间溢洪道的位移，于1986年7月26日发生滑坡，滑坡量为0.87×106立方米。

根据斋藤公式，通过位移-时间曲线图中20～25日的监测数据预测虎山坡滑坡时间。以20日为预测起点，为了计算方便，分别取时间间隔Δt=1和Δt=2两种情况，即取t₁=0，t₂=1，t₃=2和t₁=1，t₂=3，t₃=5。将相应的时间和位移代入斋藤公式。将Δl₁、Δl₂相除可得到关于t_r的方程，解方程即可得破坏时间t_r。通过计算预测破坏时间集中在25～27日。而实际发生滑坡的时间为7月26日18∶58。

现在我们就来看看具体的操作过程：我们从监测曲线图上取3个时间点，比如20日、21日、22日，分别对应的位移量为740毫米、825毫米、930毫米，21日增加的位移为825-740=85毫米（Δl₁），20日增加的位移为930-825=105毫米（Δl₂），利用斋藤公式，Δl₂/Δl₁=1.24，得到t_r的方程，解方程得到 t_r/Δt=6的解；起始时间（t₁）为20日，间隔时间（Δt）为1日，所以滑坡时间为20+6=26日。同样，可以在曲线上间隔2日取值，比如21日、23日、25日，分别对应的位移量为850毫米、1070毫米、1600毫米，计算结果滑坡时间是26日。

（本文发表于《科学世界》2011年第9期）