ISSN 1003-8035 CN 11-2852/P
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基于CiteSpace可视化分析的滑坡滑带土研究现状与发展趋势

辜超颖, 王新刚

辜超颖，王新刚. 基于CiteSpace可视化分析的滑坡滑带土研究现状与发展趋势[J]. 中国地质灾害与防治学报，2024，35(0): 1-18. DOI: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2022.0000-00
引用本文: 辜超颖，王新刚. 基于CiteSpace可视化分析的滑坡滑带土研究现状与发展趋势[J]. 中国地质灾害与防治学报，2024，35(0): 1-18. DOI: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2022.0000-00
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GU Chaoying，WANG Xingang. Research status and development trend of landslide slip zone soil based on CiteSpace visual analysis[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2024，35(0): 1-18. DOI: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2022.0000-00
Citation: GU Chaoying，WANG Xingang. Research status and development trend of landslide slip zone soil based on CiteSpace visual analysis[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2024，35(0): 1-18. DOI: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2022.0000-00
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基于CiteSpace可视化分析的滑坡滑带土研究现状与发展趋势

  • 大陆动力学国家重点实验室，西北大学 地质学系 陕西 西安　710069

基金项目: 国家重点研发计划项目（2023YFC3008401）；陕西省自然科学基础研究计划重点项目（2024JC-ZDXM-19）
详细信息
    作者简介:

    辜超颖（2000—），女，山西临汾人，硕士研究生，主要从事黄土地质灾害与防控研究。E-mail：guchaoying@stumail.nwu.edu.cn

    通讯作者:

    王新刚（1984—），男，陕西宝鸡人，教授，博士生导师，主要从事地质灾害机理与防控研究。E-mail：xgwang@nwu.edu.cn

Research status and development trend of landslide slip zone soil based on CiteSpace visual analysis

  • State Key Laboratory of Continental Dynamics, Department of Geology, Northwest University, Xi’an Shaanxi　710069, China

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    摘要
  • 摘要:

    我国是世界上滑坡灾害频发的国家之一，对滑坡的研究一直是防灾减灾的重点。滑带土是滑坡的重要组成部分，对滑带土展开研究不仅有助于深化对滑坡机理的认识，也可为预测滑坡的发生提供有力的支撑和依据。本文首先利用CiteSpace软件对我国近十二年来的滑坡滑带土相关研究进行关键词的图谱分析，归纳了近年来有关滑坡滑带土的主要研究方向；然后重点从滑带土的力学特性以及其在滑带演化过程中起到的关键作用进行文献梳理分析，最后对未来滑坡滑带土研究可能遇到的机遇与挑战进行了展望，提出了从滑坡的预警预报和韧性防控角度出发，结合多学科交叉方法，通过大数据挖掘、人工智能等新技术，对滑坡滑带土进行多尺度（巨-宏-细-微）、全方位、多时序的科学研究将是未来的主要方向。

    Abstract:

    China ranks among the nations globally that are prone to frequent landslide disasters. The investigation and research of landslide has always been key focuses of disaster prevention and mitigation. Slide zone soil is a crucial component of landslides. Studying slip zone soils not only deepens the understanding of landslide mechanisms but also provides strong support for predicting landslide occurrences. This paper uses citespace software to analyze keywords and graphs of landslide soil in recent 12 years, summarizing the main research directions in recent years. It then reviews and analyzes the mechanical characteristics of slip zone soils and their key role in the evolution of slip zones. Finally, the paper explores the opportunities and challenges that may be encountered in the study of slip zone soil in future, proposing that from the perspectives of landslide early warning and resilience control, combining multidisciplinary methods and leveraging new technologies such as big data mining and artificial intelligence for multi-scale (macro-micro-nano), comprehensive, and multi-temporal scientific research on landslide slip zone soils will be the main direction in the future.

    • HTML全文

  • 0.   引言

    滑坡造成的危害十分严重，常造成灾难性事故，作为滑坡灾害频发国家之一，我国每年都面临巨大的挑战[1]。具统计，仅2020年，我国就发生了4810处滑坡灾害，在各类地质灾害发生数量中占比达61.35%。滑坡的类型很多，傅传元将滑坡分成了7类7型[2]，而滑带土是滑坡的主要组成部分[3]，滑带土分为多种类型，且在滑坡的发育演化过程中扮演着重要的角色（图1），因此研究滑坡滑带土具有十分重要的意义。

    图  1  不同类型的滑带土
    Figure  1.  Different types of slip zone soils
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    本文利用科学文本挖掘与可视化软件CiteSpace，对近些年来不同学者在滑坡滑带土研究领域上的重点研究方向、研究热点和开创性成果等内容进行深入分析，通过对中国知网（CNKI）数据库以及Web of Science核心数据库（WoS）中收录的相关文献资料进行可视化分析，并根据结果绘制出知识图谱，从而归纳近十二年来滑带土的研究热点与前沿成果，进而对相关文献进行进一步阅读后对近年研究热点的理论成果进行了分析总结。

    1.   基于CiteSpace的可视化分析

    1.1   研究方法与数据来源

    本文研究主要借助了知识图谱法以及文献计量法。知识图谱法是将所获取的文献进行数据挖掘、分析、排序、导航等一系列过程，最终绘制成知识图谱的形式，使知识的结构得以明显展示，以便于研究者进行知识的获取[12]；文献计量分析是一种基于文献的发文作者、国家、关键词和参考文献等研究要素的定量分析技术，通过数理统计方法来客观呈现特定研究领域的现状与发展趋势，为研究者提供深入分析依据[13 − 14]。本文采用由美国德雷塞尔大学华人教授陈超美博士和其团队研发的Citespace6.3.R1信息可视化软件，对滑带土相关的文献研究进行了量化与可视化分析，旨在更直观的展现相关研究趋势与热点[15]。所得到的图谱中，圆形节点表示在此研究领域中的发文国家/地区、关键词、参考文献等的出现频次，其中，节点规模越大则表示其频次越高，节点与节点之间的连线则代表他们之间的关系（合作或共现等），且连线的粗细反映了关系的强弱程度。

    本研究数据来源于中国知网（CNKI）数据库和Web of Science（WoS）核心合集数据库。在CNKI使用高级检索方式，检索关键词滑坡滑带土，经过筛选、去重后得到2011—2023年可分析利用文献1000篇，之后借助CiteSpace6.3.R1软件对数据进行格式转换，得到CiteSpace6.3.R1可识别的文本文件，即为软件分析的数据库。此外，在WoS核心合集的高级检索中输入的关键词为slip zone soils of landslides ，时间范围为2011-2023，在此基础上对检索出的文献进行筛选统计，共得到滑坡滑带土相关文献204篇，之后输出为纯文本文件以便于在CiteSpace6.3.R1软件中进行分析。

    1.2   滑坡滑带土研究特征分析

    1.2.1   滑坡滑带土研究国家分布及合作关系

    通过对WoS核心数据库中所筛选出的文献分析，得到近十二年来滑坡滑带土主要研究国家分布及合作关系如图2所示，图中节点圆圈越大说明相应国家的发文数量越多，各个国家之间的连线表示合作关系，连线粗细表示合作关系的紧密程度。从图中可以看出，中国学者在滑坡滑带土方面的文献数量相比于其他国家较多，这可能是由于中国幅员辽阔，相关的滑坡滑带土案例较多，相应的研究较多，并且中国与德国、美国、日本、英格兰、苏格兰、西班牙、澳大利亚、法国等国家都有合作。其次，美国、意大利、法国、日本等国家对滑坡滑带土的研究也相对丰富。此外，从各国家间的连线粗细可以看出，欧洲许多国家之间的合作关系更为密切。外围的紫色圆圈包围的节点表示其中心性较高，相当于“枢纽”，由此看出，许多国家多通过与中国、美国、法国和意大利的合作对滑坡滑带土展开研究，并进一步通过这些国家与其他国家开展合作关系。

    图  2  滑坡滑带土主要研究国家分布及合作关系
    Figure  2.  Distribution and Collaboration of Major Research Countries on Landslide Slip Zone Soils
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    1.2.2   滑坡滑带土关键词知识图谱分析

    （1）关键词聚类及时间线图谱

    关键词是论文主题的高度概括，图2是滑坡滑带土关键词的聚类分析与时间线图谱。聚类分析能够定量研究关键词的分类和分区问题，它可以使用数学方法按照一定的指标确定关键词之间的亲属关系，进而对其聚类[16]。对CNKI数据库中检索出的关键词进行聚类分析，并得到滑带土聚类时间线图谱（图3a）。其中，关键词所得聚类结果为10类，且Q值为0.6133（Q值为聚类模块值，一般认为，若Q>0.3，表示聚类结构显著），S值为0.8643（S值为聚类平均轮廓值，一般认为，若S>0.5则聚类合理，S>0.7则聚类令人信服）。通过判定得出聚类结构显著且结果可信。通过阅读聚类内主要关键词的相关文献得出，聚类0主要关注滑带土整体；聚类1主要研究滑带土的稳定性；聚类2对滑坡进行数值模拟研究；聚类3主要对滑坡的结构特征、失稳机制以及加固技术等进行研究；聚类4主要关注高速公路等边坡工程的失稳机制和综合治理措施；聚类5则是通过蠕变试验、三轴试验以及直剪试验等对滑坡滑带土的强度特性和蠕变特性进行室内试验研究；聚类6主要关注黄土滑坡的基本特征；聚类0～6基本从2011年～2023年都一直持续有研究，聚类7～9在2019年后的关注逐渐减少。

    图  3  关键词聚类及时间线图谱
    Figure  3.  Keyword clustering and timeline atlas
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    对Web of Science中检索出的关键词进行聚类分析，并得到滑带土聚类时间线图谱（图3b），其中，关键词所得聚类结果为8类，且Q值为0.627，S值为0.8452，通过判定聚类结构显著，聚类结果可信。其中，聚类0主要对滑坡滑带土的环剪试验进行研究，尤其在2019年以来的研究居多；聚类1主要对滑坡滑带土的稳定性进行研究；聚类2主要研究滑带土的渗透性；聚类3主要对滑带土的的微观结构以及模型建立进行分析；聚类4主要对滑带土进行数值模拟以及对失稳机制进行研究；聚类5对地震、滑坡等不良地质因素影响到宏观经济损失进行研究；聚类6针对滑带土的蠕变形为研究。聚类7主要对滑坡滑带土进行野外调查以及利用卫星定位系统等技术对滑坡的空间分布进行研究。

    总结以上聚类信息，并结合图3中的具体内容和相关文献，分析得出，对于滑坡滑带土的研究在10年前主要集中于滑带土的强度参数和力学性质等方面；之后逐渐对滑带土的成因机制、演化特征等细、微观方面深入研究，更加广泛的运用数值模拟手段对滑带土变形演化规律进一步分析；近些年则在滑坡监测预警、滑坡失稳机制等方面的研究逐渐增多，并结合实际案例进行分析。本文将对以下关于滑带土的研究热点主题展开进一步分析：（i）滑坡滑带土的强度特性及直剪试验，（ii）滑坡滑带土的蠕变特性及环剪试验；（iii）滑坡滑带土的数值模拟研究；（iv）滑坡滑带土的成因机制和微观机理研究。

    （2）关键词突现分析

    图4为关键词突现统计图，可知关键词的出现时间和持续时间，由此得知每个时间段研究领域内的研究热点[17]。图中深蓝色部分代表关键词持续时间，红色部分代表关键字爆发时间，关键词突现强度大小代表本次分析中关键字出现次数的多少。对CNKI数据库中相关文献进行突现分析得了19个突现关键词，其中突现强度较强的有稳定系数、变形、参数反演、滑坡成因、基本特征、强度参数等。对WoS数据库中相关文献进行突现分析得出10个突现关键词，其中突现强度较强的关键词有reservoir（水库蓄水）、surface（滑坡破面）、failure（破坏）、progressive failure（渐进破坏）、landslide（滑坡） 等。

    图  4  关键词突现分析
    Figure  4.  Keyword emergence analysis
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    由图4（a）可知，近十二年来对滑坡滑带土的稳定变形、强度特征以及滑坡勘察与治理方面一直有持续性研究，在2015年前后，学者们开始加大对滑坡成因等内在因素以及外在影响因素的研究，在2018年之后，集中开展滑坡滑带土的模型试验以及其蠕变特性的研究，同时，有关滑坡尤其是滑坡的发育特征、滑坡发生的影响因素以及高速公路等实际应用的研究突现明显。由图4（b）可知，对于水库蓄水、降雨、以及地震诱发滑坡因素的研究集中时间最长，在2017年之后，学者们开始对滑坡坡体的变形，排水以及微观作用进行大量研究；对于地震诱发滑坡，自2012年起至今都有持续关注，但从2021年起，相关研究数量增多，相应的研究深度也提高。总的来说，对于滑坡滑带土的研究重点，大致是从深入研究滑带土的各项力学性质和强度参数的理论依据，到充分利用数值模拟和模型试验等补充理论研究，再结合实际案例阐述滑坡滑带土的影响因素与成因机制等，并加大对滑坡监测和预警的研究力度。研究程度逐渐从片面到全面，从变形后的治理研究到预防监测，研究内容逐渐完善，研究手段逐渐新颖。

    2.   滑带土的力学性质

    滑带土的力学性质直接影响到滑坡体的稳定性，尤其在长期降雨、工程开挖或大型地震后极易诱发滑坡的发生。今井秀喜等（1963）和伏斯列夫（1960）较早对滑带土的力学性质进行研究，他们对滑带土样进行剪切试验，研究裂缝的产生机理，并将破碎带划定为羽状裂缝强烈切割的部分[18]。近些年来，国内外众多学者对滑坡滑带土的力学特性做了大量开创性研究（图5），以下将从滑带土力学特性的影响因素、滑带土的残余强度特性以及长期强度特性进行论述。

    图  5  滑带土力学性质简介
    Figure  5.  Overview of the mechanical properties of slip zone soil of landslides
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    2.1   滑带土强度特性影响因素

    影响滑带土强度特性的因素有很多，例如试验条件、应力大小、含水率及土体密实度等均为影响滑带土力学特性的重要因素[19～21]。相比其他因素，水的影响较突出[22]，且大部分滑坡滑带土都具有水致弱化性[23]。李妥德最早对滑带土强度参数的确定方法进行了总结，其中提到了环形剪切，并对各种方法的优缺点进行了概述[24]。张玉等对争岗大型滑坡滑带土取样并进行了室内大型直剪试验，研究在天然状况下滑带土强度和变形之间的关系，探索了含石量、含水量的变化对土体抗剪强度的影响[25]。林峰等采用多种直剪试验的方法研究了泥加碎石滑带土的强度随含水量的变化，结果表明，粘聚力随含水量的增大先增大后减小[26]。柏永岩等通过进行不同含水率下的滑带土直剪试验发现，含水率对内摩擦角的影响微弱，而对粘聚力的影响显著，并且粘聚力与含水

    率之间的关系可以通过对数函数进行拟合[27]。而周永昆等利用三轴UU试验深入探讨了含水率与强度参数之间的联系，并构建了含水率与强度参数的二次函数关系模型[28]；林鹏等通过对不同饱和度的土样进行直剪试验，发现在不同饱和状态时土体抗剪强度不同，饱和状态下，强度降低到天然时的1/5[29]。周春梅等对三舟溪滑坡滑带土进行剪切试验和压缩试验，试验结果表明，当土体的含水量低于最优含水量时，随着含水量的上升，土体的粘聚力会相应增强，而变形模量则会逐渐减小。然而，一旦土体的含水量高于最优值时，土体的粘聚力、内摩擦角、抗剪强度以及变形模量都随着含水量的增加而降低[30]。李险峰对千枚岩碎屑土滑带土进行三轴固结排水剪切试验，随着含水率的增加，其粘聚力逐渐减小；且在一定区段内，千枚岩碎屑土滑带土的粘聚力对含水率的变化较为敏感，随着含水率的增加大幅减小[31]。

    究其原因，从微观角度来看，当滑带土含水率介于液塑限之间时，随着含水率的升高，土颗粒之间的弱结合水会逐渐增多[23]。当含水率超过液限并继续增长，滑带土颗粒间的自由水含量会显著上升，进而减弱分子间的结合力，在宏观上展现出滑带土粘聚力的下降。通过滑带土强度特性的研究可获得其应力-应变曲线，从而对滑坡滑带土的力学行为和变形特性有初步判断，进而为滑坡体稳定性分析、滑坡防治等提供依据，然而对滑体的宏观变形和内在力学行为之间的联系以及变化的统一性还缺乏一定的研究，目前大多通过残余强度（环剪试验）和长期强度（蠕变试验）来探究。

    2.2   滑带土的残余强度

    滑带土的力学强度特性可以利用峰值抗剪强度、残余抗剪强度、滑坡启动强度、完全软化强度以及流变研究中得出的长期抗剪强度等特征强度进行表示，残余强度是其主要研究内容[32]。在一定的应力下，对土样进行环形剪切，开始剪切后剪应力在某一时段持续上升之后达到一个最大值，这个最大值即为土样的峰值强度，之后随着剪切位移增加，强度会逐渐降低且逐渐趋于一个稳定值，这个稳定值即为土样的残余强度。由于常规剪切试验的剪切位移即剪切应变大小控制有限，因此目前国内外广泛使用环剪仪进行环剪试验研究土体残余强度[33, 36]。孟颂颂等人通过环剪试验探究了前期固结压力对粉砂土滑带土残余强度的影响，发现粉砂土的残余强度受应力历史的影响并不显著[37]。胡静等通过环剪试验发现，滑带土的残余强度与有效法向应力呈正相关[38]。江强强等对干湿循环后的滑带土进行环剪试验，发现在干湿循环作用下，滑带土残余强度具有十分明显的劣化特性[39]。对含砾石滑带土进行研究发现，滑带土的残余强度与剪切面的摩擦度有关[40]，而其抗剪强度与剪切应变速率有关[41 − 42]。土体本身的细粒含量也影响到滑带土的残余强度[43]。

    对滑带土剪切过程中颗粒的微观结构进行分析发现，滑动带内最明显的微观结构特征是滑动带内的颗粒反向排列，并且在滑移面附近近似平行排列。这种几何图案与在构造剪切带中观察到的S-C组构十分相似[44]。朱兆波等对滑带土进行环剪试验，发现黄土骨架的颗粒圆度可随含水量的增加而提高，增加接触面积，可提高黄土结构稳定性[45]。江强强等发现干湿循环下的土粒间距离增大，微小孔隙逐渐增大，结构逐渐疏松[39]。由此可见，土体的力学强度的逐渐减小会伴随着结构的疏松和稳定性的减弱。滑带土的残余强度是土颗粒受力破坏并重新排列后的结果，为之后揭示滑坡变形机理、滑坡稳定性评价以及提高滑坡的预测预报水平有重要的理论价值。

    2.3   滑带土的长期强度

    蠕变特性是土体力学特性中的另一种表现，在土体应力应变随时间不断变化的过程中，滑带土的变形逐渐增大最终形成滑坡。滑带土的蠕变往往发生在滑坡前的阶段[46]，它是整个滑坡形成演化的关键，因此对滑带土的蠕变特性研究有利于对滑坡的稳定性进一步的认识，也可用于滑坡发生的预测方面。

    滑带土的蠕变变形主要分为三个阶段，分别是瞬时蠕变阶段、衰减蠕变阶段和稳定蠕变阶段[47 − 50]。当偏应力大于临界应力时，黄土会出现加速蠕变阶段[51 − 52]。当土体处于瞬时蠕变阶段时，其变形量占总变形量的比例最大，当应力不断增大，蠕变变形也逐渐增大，增大到一定程度后，会出现衰减蠕变，其变形量以及变形速率逐渐减小，进而达到稳定蠕变阶段[53]。蠕变试验一般分为三轴蠕变试验、直剪蠕变试验以及环剪蠕变试验[54]。基于蠕变试验得到土体的应力应变时间三者之间的关系，国内外学者使用一系列岩土体的本构模型对其进行表示，常用的有经验模型和元件模型。对于不同时空下的土体特性适用于不同的蠕变模型[55 − 56]。经验模型中常用的有Singh-Mitchell模型、Mesri模型等[57～59]，元件模型中常使用Burger’s模型、西原模型等[60 − 61]。

    土体蠕变的长期强度是滑坡稳定性分析计算的重要参数指标[19, 47, 62]，它是土体在经历较长时间的荷载作用后达到的最小强度值，通常有两种方式确定：（1）在某特定偏应力作用下，轴向蠕变随时间变化的关系曲线，出现明显的稳态流变向加速流变过渡的情况，这一应力可被看作该土体的长期强度；（2）当土体蠕变曲线未发生加速蠕变特征时，可分别以轴向应变和应力为坐标轴绘制等时曲线，等时曲线在不同应力下由非线性段和近似线性段组成，并且两者之间存在一个拐点，这一拐点所对应的偏应力即为该土体的长期强度[64 − 65]（如图6）。

    图  6  滑带土等时曲线和蠕变曲线概念图（文献[64]）
    Figure  6.  Conceptual diagram of isochronous and creep curves of slip zone soil of landslides [64]
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    大量专家对滑带土的长期强度展开了广泛的探讨。将岩土体的长期强度与其目前的受力情况加以比较，可对滑坡进行稳定性分析，以及对滑坡今后的演变预测提供依据[67]。Liu et al 通过对饱和Q2黄土进行蠕变研究，发现其破环强度是单轴抗压强度的75%-80%，因此在实际工程中建议采取单轴抗压强度的75%作为饱和Q2黄土的长期强度[68]。对于出现加速蠕变阶段的岩土体，其临界剪应力即为长期强度[52]。土体长期强度的影响因素有很多，许多学者通过研究发现水是导致滑带土蠕变加速的重要原因[47 − 48, 53]。龙建辉等对泾阳南塬11个黄土滑坡滑带土的蠕变进行研究，发现随着含水率的增加，滑坡的长期强度会逐渐降低。赖小玲等在三峡库区以某大型滑坡滑带土为研究对象进行了三轴蠕变试验，发现土体的轴向应变会随着基质吸力的减小不断增加，且这种趋势会随偏应力水平的增大更加明显。土体的蠕变试验往往耗费时间较长，因此一些学者便探索可以加快蠕变试验的方法，从而快速获得滑带土的长期强度[69]。

    对于滑带土蠕变形成的微观机制和演化规律，国内外学者进行了大量的研究。当土体受到的应力值较小时，土体中的矿物颗粒主要发生相对位移和旋转，一些矿物颗粒由于受力不均匀会不断填充土体孔隙，宏观上主要表现在瞬时蠕变阶段，蠕变变形幅度较大；随着应力的增加，土体中的矿物颗粒可能会产生破环现象，其相对位移和旋转幅度不断减小，破坏后较小的颗粒会继续填充孔隙，使土体蠕变逐渐达到稳定状态[70 − 71]。

    滑带土的长期强度可表明滑坡在抵御外界荷载的最大强度值，然而目前国内外大多都是通过蠕变试验结果来间接确定土体的长期强度，对长期强度的直接研究较少，且无论是根据过度蠕变法还是等时曲线法，都不能保证结果的准确性，因此之后有必要更深入的研究长期强度的确定方法及其合理性和准确性。

    3.   滑带土的力学性质在滑坡演化过程中的关键作用

    滑带土力学特性的变化在滑坡的变形及演化过程中起关键性作用，且与应力、应变、时间等多因素有关。但有限的室内试验仅能确定在特定条件下滑带土的力学特性，并不能直接分析滑坡滑带土的稳定演化过程，且滑坡的稳定性以及滑带土的力学性质是随着滑坡发生过程中的变形而逐渐变化的，因此，对滑坡的稳定性进行动态评价，需要从多方面进行分析，结合以往文献成果，本节将从滑坡滑带土的宏观表现、稳定性分析方法、理论预测模型的建立与应用以及数值模型分析几个方面（图7）展开论述。

    图  7  滑带土的力学性质在滑坡演化过程中的关键作用
    Figure  7.  The key role of mechanical properties of slip zone soils in the evolution process of landslides
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    3.1   滑坡滑带土宏观表现

    滑带土是滑坡的重要组成部分，滑带土的分布是一个较为复杂空间系统，若仅对其进行室内试验，所得数据并不能详细阐述滑带土的演化特征和滑坡的失稳特性，因此需结合野外观测和监测手段进行研究[72]。大部分滑坡的发生主要是由于降雨、人工开挖、地震和灌溉等因素诱发[73 − 74]，如夏季集中降雨后水流会沿着岩土体节理裂隙下渗，使地下水位上升，不利于土体排水而导致孔隙水压力增大，滑面往往形成于孔隙水压力突变区域[75 − 76]。在已发生的滑坡上还可以观察到滑坡后缘发育有落水洞及拉张裂缝等。

    仅对滑坡进行野外观测还不能完全揭露滑坡滑带土的宏观特征，因此一些学者对已发生的滑坡进行钻孔、探槽、探井以及现场观测等研究[10, 77]。还有许多学者采用物理模型的方式来探究滑坡破坏机制[78 − 79]，通过建立大型物理模型试验的方式模拟不同工况下的滑坡整体演化过程[80 − 82]。

    3.2   滑坡的稳定性分析

    在滑坡滑动过程中，滑带土的力学特性会随着滑带土位移的变化而变化，因此滑坡的稳定性也会随着滑坡的滑动而变化[83]。在进行边坡稳定性分析时可使用基于力学平衡方程并结合滑坡力学特征的方法进行稳定性计算，常常使用瑞典法、极限刚体平衡法、Bishop法、传递系数法，剩余推力法[83]、有限元法[10]等。Tang[72]用一系列方程说明了滑面的力学性质是时间的函数；刘洋等[84]使用两种非严格条分法对滑坡稳定性计算结果进行对比；霍善欣等[85]采用熵权法改进的模糊数学方法对滑坡稳定性进行评价；还有一些学者[76]采用对滑坡相关参数进行统计的方式，对研究区域的危险性进行预测。相比之下对于野外工程勘察程度较高的滑坡，采用稳定性计算的定量方式分析较准确，反之可采用稳定性量化评分的方式[86]。

    3.3   滑坡滑带土理论预测模型

    对滑坡进行稳定性分析的目的往往是探明滑坡的启动机制以预测滑坡的发生，包括发生的规模风险、发生概率[87 − 88]、滑坡演化特征[80]以及发生的时间[89]等，从而减少滑坡对生命财产安全的威胁。由于外界因素可能随时会触发滑坡的发生，因此有学者[90 − 91]提出用理论模型预测滑坡的临界位移，无论是受何种外界因素影响，当滑带土到达特定的临界位移值后就会发生灾害[92]。目前多数滑坡的时间预测均以位移为参量，通常可通过室内蠕变试验得到位移-时间的关系函数来建立理论预测模型[93]。

    最初对滑坡的发生进行预测常采用经验模型，Saito[94]（1965）首次使用蠕变加速阶段的规律对滑坡进行预测，之后在此基础上，Fukuzono（1985）等人[95]提出位移反速度模型并不断改进，并广泛使用。尽管一些滑坡的预测和发生印证了位移反速度模型的可行性[96 − 97]，但经验模型是一个“统计模型”，有许多局限性，例如在滑坡发生前需要尽可能长时间的监测并不断调整趋势变化，且此模型几乎没有用到滑带土的物理力学机制，因此一些学者[91]建立了土体蠕变曲线和应力应变曲线之间的力学联系，并提出破坏时的位移判据，以便于预测滑坡破坏的临界位移。秦四清等[89 − 90, 98]将滑坡滑面上有高强度应力集中的部位称为“锁固段”，提出具有锁固段滑坡的力学特性，并对一些典型滑坡的破坏机制进行验证和阐述。Yan J.等[99]基于损伤理论、胡克定律等建立了本构模型，并与剩余推力法结合，对滑带土稳定性进行动态评价。Tang[100]等建立了一个方程来说明滑坡滑带土破裂面的力学特性是时间和位移的函数，并用此方程分析滑坡演化过程中的稳定性。

    3.4   滑带土的数值模拟分析

    随着计算机的计算水平不断提高以及人工智能的出现和发展，不少学者开始将滑坡的稳定性与数值方法和统计方法相结合。近年来，数值模拟分析逐渐成为研究滑坡失稳特性的有力工具，可为滑坡灾害的预测以及防治提供一定的参考价值[35]。通常，一个斜坡的失稳是由自身的构造原因及自重应力等长期作用与开挖或降雨等短期作用相耦合的结果[101]，受到的短期扰动影响可使用数值模拟分析的方式。模拟滑坡的数值方法主要有离散元（DEM）法和连续介质法等[102 − 103]。离散元法是将研究对象简化为小球并通过小球之间的相互作用模拟固体介质之间的力学特征和相互作用，如不同元素法或不连续变形分析（DDA）法等。郑博宁等[104]通过三维颗粒流程序对建立好的含砾滑带土模型进行数值模拟计算并证明其可行性。吴剑[105]等采用颗粒流模拟软件建立环剪试验模型并通过试验验证模型的可行性。连续体法通常是将滑坡体的模型划分为有限的网格再进行计算分析，如有限元（FEM）法和有限差分法（FDM）。离散元法通常用来模拟大范围的滑坡，但无法表征颗粒之间的相互作用；连续体法无法表征土体中出现不连续的情况，如裂隙。因此，一些学者不断探索新的数值计算方式，如光滑粒子流体动力学法（SPH）[35, 106]，是一种无网格方法，可以模拟研究对象的流体变形、自由表面和变形边界。

    4.   挑战与机遇

    目前众多学者在滑坡滑带土力学性质方面研究取得了一系列丰硕的研究成果，在滑坡的监测、预报以及数值模拟等方面的研究同样如火如荼。面对新技术的发展，如何将传统研究方法与新兴技术相结合是目前面临的一大挑战（图8），如：对滑坡建立数值模型并与滑带土力学特性相结合，进行滑坡评价分析方面以及长期演化方面的研究。随着计算机的发展，数字图像处理技术在滑坡中的应用为研究滑坡的发展提供较为准确的方法，在室内力学试验的基础上结合数值模拟方法可以得到更好的研究效果[104, 107]，也为研究滑坡预警领域提供了更好的发展前景。

    图  8  新技术的出现所面临的挑战与机遇
    Figure  8.  Challenges and opportunities posed by the emergence of new technologies
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    随着新理论、新技术、新方法、新材料和新设备在滑坡滑带土特性研究方面的应用，越来越多具有不同背景的科学家正参与到滑带土及其孕灾机理的研究中来。尤其是近年来北斗、InSAR、近景摄影测量、现代传感器和物联网等“天-空-地”多源长时序智能监测技术的发展[108]，以及大数据、云平台和人工智能等新一代信息技术的应用（图9），为揭示滑坡滑带土特性及其孕灾机理带来了新的机遇。

    图  9  滑坡“天-空-地”协同监测体系（陕西合阳北郭村黄土滑坡）
    Figure  9.  The system of "space-air-ground" cooperative monitoring of landslide （Loess Landslide in Beiguo Village, Heyang, Shaanxi）
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    图10是利用CiteSpace基于WoS核心数据集所得到的近五年来关于滑坡监测方面的关键词关系图谱分析，可以看出，近些年对滑坡的监测主要针对位移、三维变形以及浅层滑坡等监测，对滑坡的监测方式主要集中在无人机摄影测量（UAV）、干涉合成孔径雷达测量技术（InSAR）、全球导航卫星系统（GNSS）、卫星光学影像等方面[108]。无人机摄影测量可对滑坡隐患的发现更加直观、便捷，精度可高达厘米级。InSAR监测可以解释不稳定滑带土遍行的位置范围等，可提前判断并掌握滑坡的运动、变形及发展趋势等。采用多时相、高分辨率的卫星光学遥感影像，可以追踪滑坡的动态演变历程及其特征，这有助于更准确地评估滑坡的规模、形变特性以及潜在危险性等。除此之外，滑坡的多场监测技术的发展，可以得到海量、系统的监测数据[109]，为滑坡长期稳定性评价以及防治提供了重要科学依据。例如Tang等人在三峡库区，对滑坡的发生与防治结构体系的多方位信息开展了长时间的连续监测，揭示了滑坡变形、多场之间相互作用及变化等规律；李长冬等人则利用室内力学试验、大型物理模型试验以及仿真实验等方法，并提出了一种“渗流驱动-强度劣化-启动滑移”的滑坡启滑假说[110 − 111]。

    图  10  近五年滑坡监测关键词图谱分析
    Figure  10.  Analysis of keyword atlas of landslide monitoring in the past five years
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    在滑坡滑带土未来研究方面，需充分利用新兴的各种技术的自身优势，通过多层次、多技术的综合使用，优势互补、相辅相成，实现对滑坡滑带土多尺度（巨-宏-细-微）、全方位、多时序的理论研究，同时应结合多学科交叉方法，通过大数据挖掘、人工智能等新技术，厘清滑带土在滑坡的孕育、发展、发生和消亡的各演化过程所扮演的角色作用， 进而更为科学的揭示滑坡滑带土巨-宏-细-微多尺度孕灾机理（图11），以期为滑坡的预警预报和韧性防控提供理论和技术参考。

    图  11  滑坡滑带土巨-宏-细-微多尺度孕灾机理
    Figure  11.  Multi-scale （Macro-Micro-Nano） disaster pregnancy mechanism of landslide slip zone soils
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    5.   结语与展望

    （1）本文采用文献计量法和知识图谱法，利用CiteSpace软件分别对CNKI和WoS数据库中的文献筛选分析，对近十二年来关于滑坡滑带土的研究分别从国家之间的合作关系图以及关键词时间线图和突现图进行分析，并对相关文献进行阅读可知，近些年对滑坡滑带土的研究大多数分布于中国，且不同国家之间的研究联系密切；对滑带土的研究手段大多采取野外勘察、室内试验和数值模拟的方式，同时模型试验也逐渐增多；室内试验主要对滑带土稳定性、强度特性和蠕变特性的研究居多。

    （2）从滑带土的力学特性以及其在滑带演化过程中起到的关键作用进行文献梳理分析；系统梳理并总结了近些年来学者们对于滑坡滑带土在多方面的研究成果，为之后的研究指明方向。从滑坡滑带土的残余强度、长期强度、强度特性的影响因素中叙述了滑带土的力学行为，从滑坡滑带土的宏观表现、稳定性分析、理论预测模型的建立和数值模拟分析中阐述了滑带土的力学行为以及应力应变时间关系与滑坡变形演化之间的联系，滑带土的力学行为影响了滑坡的变形演化，但目前相关的的研究不是很丰富，也缺乏基于多因素耦合影响的滑带土变形机制而建立滑坡预测模型相关的研究。

    （3）对未来滑坡滑带土研究可能遇到的机遇与挑战进行了展望，尽管现阶段已有一些学者对滑坡的监测方法、手段以及预警预报有一定程度的研究，但对滑坡滑带土进行多尺度（巨-宏-细-微）、全方位、多时序的理论研究仍将是未来的重点方向。同时应结合多学科交叉方法，通过大数据挖掘、人工智能等新技术，厘清滑带土在滑坡的孕育、发展、发生和消亡的各演化过程所扮演的角色作用， 以期更为科学的揭示滑坡滑带土的孕灾机理。

  • 图  1   不同类型的滑带土

    Figure  1.   Different types of slip zone soils

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    图  2   滑坡滑带土主要研究国家分布及合作关系

    Figure  2.   Distribution and Collaboration of Major Research Countries on Landslide Slip Zone Soils

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    图  3   关键词聚类及时间线图谱

    Figure  3.   Keyword clustering and timeline atlas

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    图  4   关键词突现分析

    Figure  4.   Keyword emergence analysis

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    图  5   滑带土力学性质简介

    Figure  5.   Overview of the mechanical properties of slip zone soil of landslides

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    图  6   滑带土等时曲线和蠕变曲线概念图（文献[64]）

    Figure  6.   Conceptual diagram of isochronous and creep curves of slip zone soil of landslides [64]

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    图  7   滑带土的力学性质在滑坡演化过程中的关键作用

    Figure  7.   The key role of mechanical properties of slip zone soils in the evolution process of landslides

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    图  8   新技术的出现所面临的挑战与机遇

    Figure  8.   Challenges and opportunities posed by the emergence of new technologies

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    图  9   滑坡“天-空-地”协同监测体系（陕西合阳北郭村黄土滑坡）

    Figure  9.   The system of "space-air-ground" cooperative monitoring of landslide （Loess Landslide in Beiguo Village, Heyang, Shaanxi）

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    图  10   近五年滑坡监测关键词图谱分析

    Figure  10.   Analysis of keyword atlas of landslide monitoring in the past five years

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    图  11   滑坡滑带土巨-宏-细-微多尺度孕灾机理

    Figure  11.   Multi-scale （Macro-Micro-Nano） disaster pregnancy mechanism of landslide slip zone soils

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出版历程
  • 收稿日期:  2024-04-22
  • 修回日期:  2024-07-04
  • 录用日期:  2024-08-07
  • 网络出版日期:  2024-08-08

目录

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  • 0.   引言

  • 1.   基于CiteSpace的可视化分析

  • 1.1   研究方法与数据来源

  • 1.2   滑坡滑带土研究特征分析

  • 1.2.1   滑坡滑带土研究国家分布及合作关系
  • 1.2.2   滑坡滑带土关键词知识图谱分析

  • 2.   滑带土的力学性质

  • 2.1   滑带土强度特性影响因素

  • 2.2   滑带土的残余强度

  • 2.3   滑带土的长期强度

  • 3.   滑带土的力学性质在滑坡演化过程中的关键作用

  • 3.1   滑坡滑带土宏观表现

  • 3.2   滑坡的稳定性分析

  • 3.3   滑坡滑带土理论预测模型

  • 3.4   滑带土的数值模拟分析

  • 4.   挑战与机遇

  • 5.   结语与展望

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