4.命運的詛咒：每隔15年發生一次的滑坡（一）
今期介紹一個位於非洲原始大陸西海岸的工程，這是在我曾參與過的工程裡面，我覺得很有意思的一個項目，所以決定與大家分享一下。
首先，簡單介紹一下項目地點。項目在海岸邊，一個叫洛佩茲角（Cap Lopez）的地方。
洛佩茲角
在19世紀，與大部分西非地區類似，洛佩茲角淪為了法國殖民地的一部分。非洲大量物資通過洛佩茲角掠奪至歐洲。同時，法國公司就在這個地方建了一個石油碼頭，用於將石油資源從海上轉運至歐洲。
也許是古老的非洲酋長對入侵者進行了詛咒，洛佩茲角定期就會發生大型的自然災難——海岸水下滑坡。
發生滑坡的規模與時間
自1911年起，每隔15~20年就會發生一次大規模滑坡。最近一次大規模滑坡發生在2006年，依然逃不出15~20年的規律。
由於石油碼頭就建在近岸位置，頻繁的滑坡嚴重地影響了碼頭的正常運營。
之前為了防範滑坡對碼頭的影響，法國公司早在1972年在沿岸布置了防護措施。
然而，滑坡還是按時發生。
在40年後的今天，科學技術高速發展，此時的施工技術和工藝已比40年前高出了幾個層次。在這樣的背景下，法國公司決定花大價錢招標，建造全新的防護措施，本著人定勝天的精神，力圖用現代高科技對抗古老的詛咒。
不好意思，前文鋪墊得有點用力……現在開始進入正題……
以下為石油碼頭的全景
石油碼頭鳥瞰圖
以下就是洛佩茲角經常發生水下滑坡的區域，北部海灘（Zone de la plage Nord）和駁船碼頭區域（Zone du quai des Chalands）。
兩個頻繁滑坡的區域
最近發生的一次滑坡。可以看出，整個駁船碼頭區域已經沉入海底。
滑坡後的駁船碼頭區域
這是北部海灘區域。很久以前，這塊是突出來的，後來經過滑坡（2006），變成了一個向內凹的形狀。
挺漂亮的沙灘
看到滑坡，我的第一反應是穩定性不足。在自然無防護的條件下，穩定性不足有兩種原因：
（1）土的力學性質太差；
（2）邊坡的角度太陡。
於是我決定從這兩點開始出發。
首先是看看所在位置是什麼土層。從CPT結果來看，在海平面往下20m深度範圍內，錐尖阻力值大部分大於10MPa，初步判斷是砂層。
CPT錐尖阻力曲線
分類法結果顯示，點基本上集中在Robertson分類圖的6區與7區，也就是說，很明顯這20m基本上都是砂土。
Robertson（1990）分類圖
再看看旁壓試驗的結果。根據Menard（1974）分類法，上部15m厚的砂層可以判斷為鬆散(pl * <0.5 MPa) ~中密(pl * <1.0 MPa)，15m以下的砂層就是中密以上(pl *>1.0 MPa)了。
旁壓試驗結果
對這兩層砂，試驗室也分別做了三軸試驗。其中上層15m的砂（松砂）的有效內摩擦角約為24°，下層砂（密砂）的有效內摩擦角約為30°。
兩個砂層的試驗結果
至此，第一種可能性（土的力學性質太差）暫時已被我否定掉。海岸往下20m基本上都是砂，並沒有出現想像中的淤泥或者其他軟土。
那肯定就是角度太陡的原因了。當時我想到這裡時鬆了一口氣，以為問題已經快找到答案了。於是就加快了看資料的進度（不想再加班了……）.
在1971年發生的一次大滑坡過後，業主曾委託代爾夫特理工大學 (TU Delft)對事故進行了一項全面的研究。以下為1971年滑坡前後的水下邊坡剖面圖對比。
紅色線為滑坡前，藍色線為滑坡後
在滑坡之前，邊坡最陡處（岸邊往外160m）對應的角度僅為7.2°。這意味著，邊坡的坡度係數為1 :8左右，遠小於其自穩角度。即使邊坡存在一定高度（約30m），在這麼緩的角度下，採用圓弧條分法，不用計算我也知道算出來的安全係數要遠大於1.3。
土的性質不差，邊坡角度很緩。
但還是發生滑坡了。計算結果頓時變成了garbage。.
難道真是遠古的詛咒在起作用？
我不禁陷入了沉思。
說笑的，我並沒有那麼迷信。在兩個想法都被否定後，我當時立刻想到的是可能忽略了考慮水的作用。因為在不考慮水的作用下（瑞典圓弧條分法），計算結果是不會發生滑坡。這也被很多陸上邊坡驗證過了。
陸上邊坡和水下邊坡最顯著的差異就是水的影響大小。
為此，我專門查閱了一些介紹水下邊坡的文獻，想看看是不是水下邊坡即使在很緩的坡度下，也會發生失穩現象。其中，在Kramer（1988）的文獻中，他統計了一些發生水下滑坡現象的信息。我從他的信息中，找到了一些共性。
水下滑坡統計
可以看到，這些滑坡的共同點為：
（1）鬆散狀態的細砂層；（較大的孔隙比）
（2）發生在低潮、退潮時。（有效應力增加）
這些都無疑提供了一個新的方向：可能是砂層液化導致了滑坡的發生。
為了確認項目砂層的液化性能，我找到了應力路徑的結果。
上部砂層的應力路徑曲線
從有效應力路徑曲線（ESP）可以輕易看到，在原來的地應力水平下，達到僅1%的剪應變後，砂層突然出現明顯的剪縮，並發生了剪切破壞。這說明了：
（1）砂層原來的剪切應力水平已經很高，小量的剪切應力增加就會發生破壞；
（2）砂層十分「敏感」，達到應力峰值後，有「脆性」（突然下降）的特徵。
所有這些發現都指向了液化。參考其他水下滑坡事件，很可能也是潮汐作用引發了滑坡。似乎已經得到了解釋。
但還有一個最大的疑問還未得到解決。
為什麼每隔15~20年會定期發生滑坡？
潮汐作用雖說每天都會發生，但由於地層是砂層，除了在漲退潮的短暫時刻會產生超孔壓，平時根本很難做到孔壓的累積（滲透係數大）。也無從談起積累15年後再爆發了。
這說明還有一些因素沒有考慮到。為了弄清楚這個問題，我收集了洛佩茲角之前幾次定期大規模滑坡的信息進行對比。
這次，我又有了新的發現。
我有了什麼新的發現？
敬請圍觀下期文章：「命運的詛咒：每隔15年發生一次的滑坡（二）」
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