顺层滑坡是滑坡失稳形式的一种，这种失稳方式主要是受到风化岩节理边坡上部滑体自身重力的影响，打破原有的受力平衡状态，通过增加滑面的倾斜角度实现滑坡整体应力的增加，当倾斜角度高于临界值，且自身重力分量大于滑面与滑体之间的摩擦力时，发生下滑灾害的概率便会增加。以岩层倾角作为坡体结构的划分依据^[6]，可以将斜坡划分为五种类型，具体的类型划分情况如表1所示。

表1 风化岩节理边坡顺层滑坡分类表Table 1 Classification of bedding landslides of weathered rock jointed slopes

表1中，α和β分别表示的是岩层倾角和岩层倾向与斜坡倾向之间夹角。分别从不同滑坡体的外观特征、受力特点等方面，进行结构特征分析^[7]。风化岩节理边坡顺层滑坡的形态特征表现为滑坡体、滑坡面、滑坡裂缝、剪切裂缝等。

滑移是滑坡发生后与母岩土完全分离而发生滑动的部分。在滑动行为产生的同时，滑动面会形成厚度为几毫米至几米的扰动带，含水量一般其上下土层较高，由压碎岩、岩粉、岩屑、土等组成。在具体外貌特征分析过程中，主要是对各个组成要素之间的位置关系进行分析。由于滑坡表面形状的不同，可以将滑动行为分为平面形和圆弧形两种类型，如图1所示。

图1 顺层滑坡滑动平衡受力示意图Fig.1 Sliding balance force of bedding landslide

图1中，在顺层滑坡的重力分量T不低于滑体与滑面之间的滑动阻力F时，判定该情况下滑坡处于稳定状态，此时，滑坡的受力情况可以表示为：

式（1）中，K表示的是抗滑系数，若计算得出的K值不大于1，此时顺层滑坡整体不处于稳定状态，存在发生滑坡灾害的概率。

在监测点布设时，往往要选择能反映滑坡位移变化和滑坡的特点，在各监测点整体空间位移理论上^[8]，应反映边坡滑体的空间位移。监控点的布设位置应能反映坡体的变形，因此，监测点的设置位置一般选择在坡体的截面位置上，如果最佳监测点位置存在地质条件极差的情况，可以选择变形破坏明显的坡体断面作为监测点的布设环境。断裂、裂隙等测点布置比较理想。若某一滑坡面积很大，一般不能全部覆盖该滑坡的变形区，为了保证监测精度，可以选择多个断面的多个测点完成测点布置，在测点布设的过程中，尽量避免选择人为活动频繁的位置，最大程度地降低无效监测点的设置数量。按照顺层滑坡的内部结构特点，可以将断面监测划分为重要监测段和次要监测段两个部分，其中主要监测段的测点布设密度控制在[2 m/个，5 m/个]，而次要监测段的测点密度可以高于5 m/个，但不能小于15 m/个^[9]。坡度监测的主要依据包括坡度的几何尺寸、坡度监测地质情况等。对同一边坡在监测过程中，各监测仪器应平行布置，并采用多点位移计监测等方法。设置位移计时时，各位移仪应保持同一方向，否则会影响监测数据。

图2 滑坡监测点布置图Fig.2 Layout of landslide monitoring points

综合考虑岩体内部断面位置、节理发育状况等因素，并根据监测内容在主控断面上布设监测点。结合风化岩节理边坡顺层滑坡结构特征与失稳模式的分析结果，确定内部边坡变形量、滑面土体压力、地下水位以及附加锚索应力等作为顺层滑坡的监测内容。其中边坡变形量的监测采用测斜仪设备，通过测斜仪上实时数据的读取，推测出边坡内部潜在滑面的位置^[10]。在土体压力监测过程中，需要在抗滑桩两侧安装不同深度的土压力盒设备，完成不同土体深度位置上的压力测试，同时也可以为地表位移监测提供参考数据。

地下水是影响顺层滑坡滑动的重要影响因素之一，如果地下水位过高则会降低滑体与滑面之间的摩擦力，因此对顺层滑坡位置上的地下水位进行监测是十分重要的。在地下水流通管道中嵌入一个感应设备，通过测算该设备与地下水位之间的距离，得出实时地下水位的监测结果。

在完成监测内容选定以及测点布设的基础上，在测点位置上安装相应的监测设备。其中，位移计的安装分为两部分，一是锚头和测杆的安装和连接，二是测力仪本体传感器与测杆的连接与固定^[11]。在格构梁结构梁的受力传感器部分安装完毕后，传感器将传感器绑在格构梁内的受力主筋上，格构梁混凝土浇筑完成后将其完全固定。最后在锚具与锚垫板之间安装锚索测力仪，锚索测力仪的结构如图3所示。

利用敲击的方式提高锚索测力仪与锚垫板之间的牢固程度，并在此基础上记录张拉初值^[12]。同理可以实现其他传感器设备的安装。

由于风化岩节理边坡顺层滑坡在短时间内的变化程度不大，因此，设置滑坡数据的监测周期为15 d/次，持续监测时间为60 min。利用安装的监测设备，得出初始监测数据。完成一期监测工作后，获取监测噪声数据，编制噪声变化曲线图^[13]，实现监测成果的综合分析。在监测工作中主要针对两种异常情况进行数据处理，第一种是由于监测设备故障导致某一个时间段的监测数据缺失，此时可以通过前后两个实测值的内插得出，处理过程可以表示为；

式（2）中，变量x 、 x_i和x_{i+ 1}分别表示的是不同时刻实际监测值的累计变形量，t和t_{i+ 1}为监测数据的采集时间。第二种异常情况是由于外界环境或监测设备的破坏，导致获得的监测结果存在明显异常或误差较大的数据，针对这种类型的异常数据，需要对其进行剔除处理。

图3 锚索测力仪结构图Fig.3 Structure of anchor cable dynamometer

根据历史边坡滑动灾害数据，实现对风化岩节理边坡顺层滑坡的位移预测，并将其作为检测滑坡是否异常的判断标准，进而判断是否需要启动相应的预警程序。在顺层滑坡监测环节，按照滑坡灾害的危险程度，将滑坡预警分为蓝色、黄色、橙色和红色四个等级。如果监测地点的移动总值大于最初估计值，滑动程度随时间的推移产生变化程度较小，此时证明滑坡处于灾害的初始阶段，可以启动蓝色预警^[14]。如果位移监测结果超过设置的门限值，且位移速率较大，随时间的变化滑坡的破坏概率高于25%，此时，将启动黄色预警程序。

同理，当滑坡位移变形总量有进一步扩大的趋势，滑坡表面可以观察到明显的裂缝，且裂缝集中度较高时，判定当前滑坡滑动幅度较大，危险系数较高，此时启动橙色预警程度^[15]。如果滑坡累计的总位移量很大，边坡内部结构的变形速度持续增加，裂缝发育明显且逐步连通，且破坏概率高于70%时，启动红色预警程序。当红色预警程序启动时，需要使用短信或电话的方式及时通知周围人员。

此次仿真实验选择某高速公路修建过程中遗留下的K66+232～K66+418路堑边坡作为研究对象，其结构剖面如图4所示。

图4 研究区地质构造图Fig.4 Geological structure of study area

从图4中可以看出，研究区域岩层以单斜风化岩为主，产状几乎为330°~350°。从地势变化方面来看，背斜轴面呈直立、开放的箱形褶皱，轴向NE70°。在滑坡顶部风化岩的产状比较平缓，产状变化范围为[2°，15°]。就水文地质特征而言，研究滑坡对应公路路线的冲沟是地下水汇流排泄区，冲沟的两侧坡脚或谷底多见地下水渗流，K66+570右23 m处下降泉流量约15 t/d，局部呈下降趋势。

研究风化岩的物理特征，可以直接分辨出相对完整的风化岩块，将这种类型的碎石或岩块放置到水中不会发生破碎现象，但浸水一、两天后，相对破碎的岩块有可能完全崩解。通过成因研究和分析，可以看出，相对完整的岩块岩层结构没有受到相对稳定的破坏，因此，在水侵作用下不会轻易渗透到岩层中。与之相比，相对破碎的风化岩块极易受到矿山开发等人为活动或外界环境因素的影响，由于山体的过度开发导致内部边坡的结构层出现明显的开裂和扭曲现象，给地下水以及降水提供渗入的条件，造成破坏，最后粉碎。由此可见，选择滑坡体内地质情况复杂，发生顺层滑坡的可能性较大，在该研究区域内选择具有代表性的顺层路堑边坡剖面作为仿真实验的样本剖面原型。

采用有限元软件对坡体的工况进行模拟，根据风化岩节理边坡顺层滑坡特征，设置力学参数，将工程区域土坡坡度参数设置为20°，分析土体稳定性；土体内部的摩擦角设置为35°，内聚力设置为30 kPa，描述土体内部颗粒之间存在的阻力，计算土体抗剪强度；弹性模量设置为5 MPa，剪切模量设置为3 MPa，评价土体力学性质；由于坡体多为风化岩，将密度可以设置为2.5 g/cm³，分析土体的黏附性和硬度。将所有工程数据导入其中，构建的风化岩节理边坡顺层滑坡的仿真模型如图5所示。

图5 风化岩节理边坡顺层滑坡仿真模型Fig.5 Simulation model of bedding landslide of weathered rock jointed slope

在较低应变速率下，滑坡的动力力学参数与静态力学参数差别不大，且组成顺层滑坡的风化岩的部分物理量，例如变形模量和泊松比等，不会受到应变率的变化而发生明显变化，因此在稳定性数值的仿真模拟分析实验中，可以将滑坡力学参数看作是静态参数。仿真模型的网格划分的尺寸将受到输入应力的限制，为了保证应力能够在模型介质内部有效传播，以弹性波传播理论为基础，弹性波在横竖两个方向上的传播速度表示为：

式（3）中，变量E为模型介质的弹性模量，ρ和μ为材料密度和泊松比。

在构建的仿真模型中，应用YTDG0720型号的传感器，获取风化岩节理边坡顺层滑坡关键参数信息。并对监测点当日的降雨量、地表水平累计位移、地下水平累计位移、孔隙水压力、地表裂缝宽度数据进行处理和分析，以实时反映边坡的变化情况。通过对数据的长期监测和分析，可以确定边坡变形趋势，为边坡稳定性评估提供科学依据。同时，将数据与预设模型进行对比分析，以确定模型的准确性和可行性。

首先将设计的风化岩节理边坡顺层滑坡监测方法转换成程序代码进行嵌入，并确定监测点的位置，实际顺层滑坡的测点布置情况如图6所示。

在仿真模型的相应位置上，添加触控程序，保证该点的位移数据能够被实时采集。通过对仿真模型位置的调整，模拟风化岩节理边坡顺层滑坡的滑动过程，并记录不同时间滑坡主体的位置数据，以此作为检测监测精度的对比标准数据。通过监测程序的运行，得出顺层滑坡的实时监测结果，如图7所示。

由图7可知，应用YTDG0720型号的传感器对不同日期WY01监测点边坡累计水平位移进行监测。在2020-10-22时，监测点的边坡累积水平位移为5.34 mm；日期为10-23时，监测点的边坡累积水平位移为4.34 mm；日期为10-24时，监测点的边坡累积水平位移为5.67 mm；日期为10-25时，监测点的边坡累积水平位移为5.39 mm；日期为10-26时，监测点的边坡累积水平位移为8.29 mm，各日期WY01监测点边坡累计水平位移变化较明显，且监测数据还包括了监测当日的降雨量、地表水平累计位移、地下水平累计位移、孔隙水压力、地表裂缝宽度，检测精度较强。

图6 实际风化岩节理边坡顺层滑坡监测点设置图Fig.6 Setting of actual monitoring points on bedding landslide of weathered rock jointed slope

图7 顺层滑坡监测结果Fig.7 Monitoring results of bedding landslide

同理可以得出，图6中表示的不同测点在不同时刻的位移监测结果，通过与设置的位移数据对比，得出反映顺层滑坡监测精度的测试结果，如表2所示。

表2 顺层滑坡监测精度测试结果Table 2 Monitoring precision test results of bedding landslide

由表2可知，各监测点的设计位移量与检测位移量的测试结果基本相似，仅WY05、WY06监测点的设置位移量与监测位移量相差了0.01，监测准确性较高，设计顺层滑坡监测方法的平均监测误差为0.043 mm，小于0.1 mm，符合监测方法的应用要求。