降雨入滲下膨脹巖渠坡失穩(wěn)的原位試驗(yàn)研究

張家俊，龔壁衛(wèi)，王 軍，周小文，劉 軍

（1.華南理工大學(xué)亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室，廣州 510640；2.長(zhǎng)江科學(xué)院水利部巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)試驗(yàn)室，武漢 430010）

降雨入滲下膨脹巖渠坡失穩(wěn)的原位試驗(yàn)研究

張家俊1，2，龔壁衛(wèi)2，王 軍1，2，周小文1，劉 軍2

（1.華南理工大學(xué)亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室，廣州 510640；2.長(zhǎng)江科學(xué)院水利部巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)試驗(yàn)室，武漢 430010）

為研究在降雨入滲條件下的膨脹巖（土）渠坡土－水相互作用機(jī)理及滑坡成因，在河南新鄉(xiāng)南水北調(diào)中線工程潞王墳試驗(yàn)段裸坡試驗(yàn)區(qū)對(duì)不同坡比的2個(gè)膨脹巖渠坡進(jìn)行人工降雨試驗(yàn)，試驗(yàn)中跟蹤觀測(cè)渠坡下滲強(qiáng)度、含水率、吸力及水平位移對(duì)降雨的響應(yīng)規(guī)律。對(duì)觀測(cè)成果進(jìn)行分析后認(rèn)為，在供水強(qiáng)度大于渠坡下滲能力的情況下，降雨強(qiáng)度及坡度對(duì)下滲強(qiáng)度沒(méi)有影響；裂隙發(fā)育深度以內(nèi)土層受降雨影響最為嚴(yán)重，其含水率在干濕循環(huán)過(guò)程中大幅波動(dòng)；不論是陡坡還是緩坡，滯水層的存在均使淺層吸力大幅下降；水分入侵只是膨脹巖（土）渠坡滑動(dòng)破壞的一個(gè)誘發(fā)因素，干濕循環(huán)所引起的裂隙發(fā)育與強(qiáng)度衰減才是其根本原因。

南水北調(diào)中線工程；膨脹巖渠坡；原位試驗(yàn)；人工降雨；緩坡滑動(dòng)；干濕循環(huán)

1 概 述

由于黏土礦物的作用，膨脹性巖（土）表現(xiàn)出吸水膨脹、失水收縮的特性，在與自然界的水分能量交換過(guò)程中，膨脹巖（土）體的工程性質(zhì)不斷發(fā)生變化，主要表現(xiàn)為裂隙的發(fā)育、體積膨脹和強(qiáng)度的衰減。在膨脹巖（土）體的損傷積累到一定程度后，降雨入滲將會(huì)使膨脹巖（土）體強(qiáng)度進(jìn)一步降低，從而引發(fā)漸進(jìn)式破壞［1－3］。為研究降雨入滲對(duì)膨脹巖（土）邊坡穩(wěn)定性的影響機(jī)理，國(guó)內(nèi)巖土工程學(xué)者先后開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作，如：龔壁衛(wèi)、吳宏偉等［4，5］在湖北棗陽(yáng)市進(jìn)行膨脹土邊坡的人工降雨試驗(yàn)，深入探討了降雨入滲對(duì)孔隙水壓力、含水率、土壓力和變形的影響；孔令偉等［6，7］在廣西南寧設(shè)置試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行自然條件下膨脹土邊坡的長(zhǎng)期觀測(cè)，討論了各種氣象參數(shù)對(duì)邊坡含水率和變形的影響。然而，膨脹巖（土）的特性對(duì)非飽和膨脹巖（土）邊坡在降雨入滲條件下穩(wěn)定的影響機(jī)理尚有很多難點(diǎn)有待攻克，尤其對(duì)南水北調(diào)中線工程，研究工作有待進(jìn)一步加深。

筆者在新鄉(xiāng)潞王墳試驗(yàn)段，對(duì)裸坡試驗(yàn)區(qū)內(nèi)2個(gè)不同坡比的開(kāi)挖渠坡分別進(jìn)行了人工降雨試驗(yàn)，降雨過(guò)程中2個(gè)渠坡均發(fā)生了不同程度的滑動(dòng)破壞，就現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析所得，兩者破壞的過(guò)程及形態(tài)差異甚大。本文擬通過(guò)分析渠坡下滲強(qiáng)度、含水率、吸力以及水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，探討此兩膨脹巖（土）渠坡在降雨入滲條件下其土－水相互作用機(jī)理及滑坡成因的區(qū)別與聯(lián)系。

2 試驗(yàn)場(chǎng)地

2.1 地理位置及氣候條件

試驗(yàn)場(chǎng)地位于河南省新鄉(xiāng)市潞王墳鄉(xiāng)政府附近，屬于南水北調(diào)中線工程總干渠第Ⅳ渠段。該地屬大陸性溫帶季風(fēng)型氣候區(qū)，夏秋兩季受太平洋副熱帶高壓控制，炎熱多雨，冬春受西伯利亞和蒙古高壓控制，干旱少雨。該地多年平均降水574.7 mm，年際降雨變化較大，1月份雨量最小，月平均3.6 mm，7月份最大，月平均180.5 mm，60%～70%左右的降水量主要集中于汛期6－8月份，多以暴雨形式出現(xiàn)。

2.2 渠坡概況及地質(zhì)條件

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，1-1試驗(yàn)區(qū)渠道左岸坡比為1∶1.5（下文簡(jiǎn)稱陡坡），右岸坡比1∶2.5（下文簡(jiǎn)稱緩坡），兩岸一級(jí)馬道以下渠坡高均為9 m，降雨試驗(yàn)在此區(qū)域進(jìn)行。2007年12月開(kāi)挖試驗(yàn)區(qū)渠道，其后進(jìn)行了為期約半年長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，期間經(jīng)歷多場(chǎng)大雨，在人工降雨試驗(yàn)前，坡面上已形成大量雨水沖刷而成的沖溝。

地質(zhì)剖面揭示：左岸降雨區(qū)域高程103.5 m以上為重粉質(zhì)壤土或黃土狀重粉質(zhì)壤土，高程99.5～103.5 m為泥灰?guī)r，弱膨脹為主，成巖較差，其下主要為黏土巖，主要為弱-中膨脹，其中含部分成巖差的泥灰?guī)r夾層；右岸降雨區(qū)域高程103.5 m以上為成巖差的泥灰?guī)r層，以下為黏土巖，其中夾雜大范圍的粉砂巖分布，該區(qū)泥灰?guī)r與黏土巖均以弱膨脹為主，粉砂巖則基本無(wú)膨脹。泥灰?guī)r和黏土巖的物理性指標(biāo)及自由膨脹率指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 膨脹巖物理性指標(biāo)及自由膨脹率指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表Table1 Statistical table of physical properties and free swelling rates of the swelling rock

X射線衍射試驗(yàn)成果表明：泥灰?guī)r黏土礦物成分以伊蒙混層礦物、伊利石、綠泥石為主，各占比例約10%～15%，方解石含量在50%左右，石英含量10%～25%；黏土巖黏土礦物成分以伊蒙混層礦物、高嶺石、伊利石為主，其中，伊蒙混層礦物含量低于泥灰?guī)r，為8%～9%，高嶺石含量約15%，伊利石含量約14%。與泥灰?guī)r所不同的是，黏土巖40%以上是石英，方解石含量?jī)H9%～18%。

3 試驗(yàn)概況

3.1 監(jiān)測(cè)儀器及布置

左岸陡坡試驗(yàn)區(qū)有效降雨面積為640 m2，順坡向?qū)?6 m，沿渠道方向長(zhǎng)28 m；右岸緩坡試驗(yàn)區(qū)有效降雨面積為768 m2，順坡向長(zhǎng)16 m，沿渠道方向長(zhǎng)28 m。降雨試驗(yàn)前坡內(nèi)預(yù)埋有測(cè)斜管、土壓力盒以監(jiān)測(cè)渠坡的變形和應(yīng)力變化。此外，還布置有熱傳導(dǎo)探頭、張力計(jì)和體積含水率探頭，監(jiān)測(cè)降雨期間坡面的吸力、含水率的變化等（觀測(cè)儀器統(tǒng)計(jì)及布置詳見(jiàn)表2、圖1、圖2）。同時(shí)，在降雨的各個(gè)階段，還采用人工手搖鉆打孔取樣的方法，直接測(cè)定不同深度土層的重量含水率。降雨量及降雨強(qiáng)度通過(guò)流量計(jì)讀數(shù)換算，同時(shí)在坡面不同位置設(shè)置雨量計(jì)進(jìn)行定時(shí)測(cè)讀降雨量以與水表讀數(shù)進(jìn)行比對(duì)。在坡腳設(shè)置集水溝，以對(duì)坡面出流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在試驗(yàn)區(qū)附近，設(shè)有自動(dòng)監(jiān)測(cè)氣象站，定時(shí)監(jiān)測(cè)大氣降雨及蒸發(fā)資料。

3.2 降雨設(shè)備及布置

人工降雨是用一個(gè)專門(mén)設(shè)計(jì)的噴灑系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這個(gè)噴灑系統(tǒng)由1臺(tái)潛水泵，2根主供水管，15根支管及75個(gè)噴頭組成。噴頭排列成5×15矩陣，列間距2m，行間距4m，第一排設(shè)在一級(jí)馬道上，其余4排鋪設(shè)于坡面。2個(gè)主管上各裝有1個(gè)水表，1個(gè)主閥和一個(gè)壓力表，降雨強(qiáng)度通過(guò)主閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。

表2 監(jiān)測(cè)儀器匯總表Table2 Summary of instruments

圖1 左岸陡坡儀器布置圖Fig.1 Layout diagram of instruments at the steep slope on the left bank

圖2 右岸緩坡儀器布置圖Fig.2 Layout diagram of instruments at the gentle slope on the right bank

圖3 左岸陡坡模擬降雨強(qiáng)度及下滲強(qiáng)度Fig.3 Simulated rain intensity＆infiltration intensity at the steep slope on the left bank

圖4 右岸緩坡模擬降雨強(qiáng)度及下滲強(qiáng)度（第一階段）Fig.4 Simulated rain＆infiltration intensities at the gentle slope on the right bank（stage 1）

3.3 降雨過(guò)程

試驗(yàn)安排在9－11月進(jìn)行，在試驗(yàn)前與試驗(yàn)中，場(chǎng)地內(nèi)僅有零星陣雨，坡內(nèi)水分受大氣降雨影響甚微。為了及時(shí)采集數(shù)據(jù)，試驗(yàn)均安排在白天進(jìn)行，晚上停止降雨，每天分為上、下午2場(chǎng)，中午短暫停雨以便工作人員入場(chǎng)進(jìn)行觀測(cè)。

左岸陡坡人工降雨于2008年9月24下午開(kāi)始，25日中午13：20左右發(fā)生滑坡，26日下午降雨結(jié)束，共進(jìn)行5場(chǎng)降雨。右岸緩坡人工降雨試驗(yàn)共分3階段進(jìn)行，第一階段為2008年10月18－21日，第二階段為2008年11月3－6日，第三階段為2008年11月21－23日，間歇期降雨停止，讓坡體自然風(fēng)干，但觀測(cè)工作繼續(xù)進(jìn)行。

4 監(jiān)測(cè)成果分析及討論

4.1 下滲強(qiáng)度

圖3、圖4分別為左岸陡坡與右岸緩坡的模擬降雨強(qiáng)度和實(shí)測(cè)下滲強(qiáng)度曲線，其中實(shí)測(cè)下滲強(qiáng)度由降雨強(qiáng)度減去坡面出流強(qiáng)度計(jì)算得出。

左岸陡坡于2008年9月25日下午1點(diǎn)20分左右發(fā)生大面積滑坡，以致集水溝破壞，坡面出流量觀測(cè)因而被迫中止，圖3中曲線僅為滑坡發(fā)生前數(shù)據(jù)。右岸緩坡集水溝出口因長(zhǎng)時(shí)間被水流沖刷而產(chǎn)生滲漏，到降雨第二階段已基本失效，圖4中曲線僅為第一階段數(shù)據(jù)。

由圖3可見(jiàn)，左岸陡坡在試驗(yàn)初期2 h內(nèi)，降雨全部轉(zhuǎn)化為坡面下滲，坡面出流量為0。隨著坡體淺層含水率的增大以及裂隙的愈合，下滲強(qiáng)度逐漸降低［5］，并于降雨總歷時(shí)達(dá)4 h時(shí)降至一個(gè)穩(wěn)定值6.5 mm／h。圖4則表明，右岸緩坡下滲強(qiáng)度的變化有著與陡坡相似的規(guī)律，然而，其衰減過(guò)程相比陡坡更為緩慢，達(dá)到穩(wěn)定下滲需歷時(shí)10 h降雨，穩(wěn)定下滲強(qiáng)度也較陡坡更低，僅為1.5 mm／h。

地形坡度對(duì)下滲的影響是通過(guò)影響供水強(qiáng)度①i′＝i cosα，i′為供水強(qiáng)度；i為降雨強(qiáng)度；α為坡角體現(xiàn)的［8］，即坡越陡，越不利于下滲，越有利于產(chǎn)流。然而，在本次降雨試驗(yàn)中，陡坡的穩(wěn)定下滲強(qiáng)度卻遠(yuǎn)大于緩坡，可見(jiàn)在穩(wěn)定下滲階段，坡度對(duì)供水強(qiáng)度的削弱作用并未能影響坡體的下滲強(qiáng)度，人工降雨所產(chǎn)生的供水強(qiáng)度仍然大于坡體的下滲能力。在此情況下，下滲強(qiáng)度的“瓶頸”在于土體的下滲能力，因此即使降雨強(qiáng)度增大，亦只能轉(zhuǎn)化為更高的坡面出流量，下滲依舊按照土體的下滲能力進(jìn)行。比較圖4中降雨強(qiáng)度與下滲強(qiáng)度便可得知，降低降雨強(qiáng)度并不能有效降低下滲強(qiáng)度，這就驗(yàn)證了下滲能力的瓶頸作用。

原狀膨脹巖飽和滲透試驗(yàn)結(jié)果顯示，泥灰?guī)r原狀樣飽和滲透系數(shù)為（2.20～4.80）×10－5，而黏土巖原狀樣飽和滲透系數(shù)為（1.06～1.20）×10－6，這就說(shuō)明了，為何主要由泥灰?guī)r組成左岸陡坡的飽和下滲能力比主要由黏土巖組成的右岸緩坡的大。

由此可見(jiàn)，在供水強(qiáng)度大于渠坡下滲能力的情況下，降雨強(qiáng)度及坡度對(duì)下滲強(qiáng)度沒(méi)有影響，此時(shí)決定下滲強(qiáng)度的是土體的下滲能力。

4.2 含水率

圖5、圖6分別是陡坡與緩坡坡面中部含水率在降雨過(guò)程中的響應(yīng)情況。其中，左岸1.0 m處探頭在試驗(yàn)前出現(xiàn)故障，因而停止對(duì)其采集數(shù)據(jù)。

圖5 左岸陡坡坡中含水率響應(yīng)曲線Fig.5 Response curve of water content at the steep slope on the left bank

圖6 右岸緩坡坡中含水率響應(yīng)曲線Fig.6 Response curve of water content at the gentle slope on the right bank

由圖5可以看到，左岸坡中2 m、3 m處含水率在降雨過(guò)程中沒(méi)有太大變化，均維持在38.5%和39.5%水平附近，而0.5 m處含水率則在第二場(chǎng)降雨后由38.0%攀升至41.0%，并一直維持至降雨結(jié)束。圖6則顯示出右岸緩坡0.5 m處含水率在每一階段降雨試驗(yàn)中均從39.0%上升至41.0%，而在間歇期，則逐步回落至39.0%附近；1.0 m含水率則一直在40.5%～41.5%范圍內(nèi)波動(dòng)，并沒(méi)有較大起伏。

無(wú)論是陡坡還是緩坡，其淺層含水率（0.5 m）均能對(duì)降雨做出迅速響應(yīng)，而較為深層的含水率在降雨期間則僅作小幅度擺動(dòng)，此現(xiàn)象的出現(xiàn)與膨脹巖（土）體內(nèi)發(fā)育的裂隙有很大關(guān)系。

在降雨初期，雨水總是先把裂隙填滿，繼而往裂隙間較為完整的土塊內(nèi)部滲透，可見(jiàn)，裂隙的存在相當(dāng)于是增大了坡體跟雨水的接觸面積，縮短了滲透路徑，裂隙越發(fā)育，土體被切割得越碎散，此作用越明顯。因此，在裂隙的作用下淺層含水率能夠?qū)涤曜龀鲅杆俚捻憫?yīng)，同時(shí)由于裂隙發(fā)育深度有限，此作用又僅存在于裂隙發(fā)育深度以內(nèi)，因而越淺層效果越明顯，深層含水率則基本不受此影響。

由于裂隙發(fā)育深度以下土體較完整，滲透性較差，因此隨著降雨的持續(xù)，滲入坡內(nèi)的水分會(huì)逐漸在裂隙發(fā)育深度范圍內(nèi)積聚，繼而形成一個(gè)滯水層。在此滯水層內(nèi)，裂隙愈合，吸力下降，土體滲透性大幅下降，因而后期降雨很難滲入坡內(nèi)，大部分的降雨都轉(zhuǎn)化為坡面產(chǎn)流。由于下滲速度緩慢，降雨的影響在短時(shí)間內(nèi)難以達(dá)到深層，這就說(shuō)明了為何在高強(qiáng)度、長(zhǎng)歷時(shí)的人工降雨作用下，深層含水率也僅在小范圍內(nèi)波動(dòng)。

比較下滲強(qiáng)度變化曲線與含水率響應(yīng)曲線可以發(fā)現(xiàn)，不論陡坡還是緩坡，下滲強(qiáng)度降低到穩(wěn)定值的時(shí)間與淺層含水率升高到最大值的時(shí)間基本重合，兩者之間的相互影響可見(jiàn)一斑，這也就證明了上述觀點(diǎn)的正確性。

由此可見(jiàn)，裂隙發(fā)育深度以內(nèi)土層受降雨影響最為嚴(yán)重，其含水率在干濕循環(huán)過(guò)程中大幅波動(dòng)，而裂隙發(fā)育深度以下的土體對(duì)降雨響應(yīng)則相對(duì)平緩。

4.3 吸力

圖7、圖8分別是左岸陡坡與右岸緩坡坡面中部吸力在降雨過(guò)程中的響應(yīng)情況。

圖7 左岸陡坡坡中吸力反應(yīng)曲線Fig.7 Response curve of suction at the steep slope on the left bank

如圖7所示，陡坡0.5 m處吸力在降雨初期不但沒(méi)有下降，反而有輕微上升，到第二場(chǎng)降雨時(shí)下跌到9 kPa，并一直維持至試驗(yàn)結(jié)束。1.0 m處吸力則呈緩慢下跌趨勢(shì)，從29 kPa逐漸下跌至20 kPa。

由圖8可見(jiàn)，每一階段降雨試驗(yàn)均使緩坡0.5 m處吸力消失，而在間歇期內(nèi)，隨著坡體風(fēng)干，該處吸力逐步回升。1 m處吸力在試驗(yàn)初期已是處于一個(gè)較低水平，在試驗(yàn)過(guò)程中并沒(méi)有太大的起伏，基本是在15 kPa以下低吸力范圍內(nèi)波動(dòng)。

圖8 右岸緩坡坡中吸力反應(yīng)曲線Fig.8 Response curve of suction at the gentle slope on the right bank

與圖5、圖6中0.5 m含水率反應(yīng)曲線比較，可以得知兩渠坡0.5 m處含水率上升段與吸力下降段基本重合，而且兩者達(dá)到極值的時(shí)刻也基本一致。

由此可見(jiàn)，吸力與含水率的對(duì)應(yīng)關(guān)系相當(dāng)明顯，裂隙對(duì)坡體滲透性的影響在吸力的響應(yīng)上同樣有所體現(xiàn)，無(wú)論對(duì)于陡坡還是緩坡，滯水層的存在均使淺層吸力大幅下降。

4.4 水平位移及滑坡機(jī)理分析

圖9是左岸坡中淺層水平位移響應(yīng)曲線，由坡中固定測(cè)斜管測(cè)出。圖10是右岸一級(jí)馬道上淺層水平位移響應(yīng)曲線，由坡頂測(cè)斜管測(cè)出。在圖9、圖10上同時(shí)也繪制出坡中0.5 m處含水率反應(yīng)曲線以便于進(jìn)行比較。

圖9 左岸一級(jí)馬道下坡面淺層水平位移反應(yīng)曲線Fig.9 Response curve of superficial horizontal displacement at the steep slope on the left bank

由圖9可見(jiàn)，左岸坡中淺層水平位移與含水率在第一場(chǎng)降雨后并沒(méi)有立即發(fā)生變化，而隨著淺層含水率在第二場(chǎng)降雨期間躍升至41%，淺層水平位移開(kāi)始出現(xiàn)大幅度突變，滑坡發(fā)生。在停雨期及試驗(yàn)結(jié)束后一段時(shí)間內(nèi)，淺層含水率仍然處于一個(gè)較高水平，在此期間水平位移也一直在增長(zhǎng)，直到淺層含水率開(kāi)始下降的時(shí)候，位移的增長(zhǎng)也同時(shí)停止，爾后基本維持在28 mm。以上現(xiàn)象表明，左岸滑坡隨含水率增大而發(fā)生，滑坡體的運(yùn)動(dòng)也因含水率的下降而停止。由此可見(jiàn)，陡坡的滑動(dòng)破壞與坡體含水率增大密切相關(guān)，水分入侵造成的土體自重增大與吸力下降是陡坡滑動(dòng)的根本原因。左岸滑動(dòng)面的最終形態(tài)見(jiàn)圖11。

圖10 右岸一級(jí)馬道上淺層水平位移反應(yīng)曲線（第一階段）Fig.10 Response curve of superficial horizontal displacement at the gentle slope on the right bank w ith stage 1 rainfall

圖11 左岸滑坡形態(tài)Fig.11 Shape of landslide at the steep slope on the left bank

如圖10所示，右岸一級(jí)馬道上淺層水平位移在降雨的作用下基本呈上升趨勢(shì)，但其幅度微小，最大位移僅為1.4 mm，在第一階段降雨結(jié)束后位移逐步回落至降雨前水平，可見(jiàn)第一階段降雨并未使右坡產(chǎn)生滑動(dòng)面，因含水率增大而引起的變形在土體風(fēng)干后得到恢復(fù)。其中，在第二場(chǎng)降雨后，位移出現(xiàn)快速回落，在第三場(chǎng)降雨后又快速回復(fù)到原來(lái)的水平。由于位移量微小，筆者估計(jì)其產(chǎn)生原因可能是坡內(nèi)水壓變化造成測(cè)斜管輕微擺動(dòng)。

隨著降雨試驗(yàn)繼續(xù)，緩坡同樣發(fā)生了滑動(dòng)破壞，但其過(guò)程相當(dāng)漫長(zhǎng)：第一階段后期，在坡面中部觀察到一隆起帶，長(zhǎng)度約14 m，隆起高度10～15 cm；第二階段初期，隨著隆起帶的繼續(xù)發(fā)育，距其上方約3.5 m處出現(xiàn)一長(zhǎng)度與隆起帶相當(dāng)?shù)膹堥_(kāi)裂隙，寬度約5 cm；直到降雨試驗(yàn)結(jié)束，張開(kāi)裂隙演化成一高約0.5 m陡坎，而隆起帶則演化成滑坡前沿，最大隆起量達(dá)0.45 m，最終滑動(dòng)面形態(tài)見(jiàn)圖12。

圖12 右岸滑坡形態(tài)Fig.12 Shape of landslide at the gentle slope on the right bank

由含水率與吸力分析成果可知，在每一階段降雨試驗(yàn)中，右岸緩坡淺層含水率均大幅上升，同時(shí)吸力也基本喪失。然而，在降雨第一階段，含水率的增大并未能引起緩坡滑動(dòng)面的產(chǎn)生，說(shuō)明在喪失吸力的情況下，土體剩余的飽和強(qiáng)度依然滿足緩坡的穩(wěn)定需求。而在經(jīng)歷3次干濕循環(huán)的過(guò)程中，緩坡的滑動(dòng)破壞逐步浮現(xiàn)，這說(shuō)明干濕循環(huán)在削弱土體強(qiáng)度與推動(dòng)滑動(dòng)面產(chǎn)生上起到積極的推動(dòng)作用。由于膨脹巖（土）濕脹干縮的特殊性，膨脹巖（土）渠坡的干濕循環(huán)總是伴隨著坡體淺層應(yīng)力的拉壓變換，在此應(yīng)力誘導(dǎo)的作用下土體裂隙逐步發(fā)育，使淺層土體趨于碎散，水分入侵更為容易，同時(shí)應(yīng)力誘導(dǎo)也使緩傾角裂隙逐漸連通，形成潛在滑動(dòng)面，而其強(qiáng)度也因反復(fù)受剪而逐漸降至殘余值，此時(shí)若遇降雨，在水分入侵增加自重、降低吸力及增大滑動(dòng)面孔隙水壓的三重作用下滑坡便隨之而產(chǎn)生。

由此可見(jiàn)，水分入侵只是緩坡滑動(dòng)的一個(gè)誘發(fā)因素，而干濕循環(huán)所引起的裂隙發(fā)育與強(qiáng)度衰減才是其根本原因。由圖12中可看出，緩坡滑動(dòng)面的深度只有1 m，基本處于受降雨劇烈影響的深度之內(nèi)，可見(jiàn)干濕循環(huán)與緩坡滑動(dòng)面產(chǎn)生的關(guān)系之密切。

5 結(jié) 論

從不同坡比膨脹巖（土）渠坡的人工降雨試驗(yàn)，可以得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

（1）在供水強(qiáng)度大于渠坡下滲能力的情況下，降雨強(qiáng)度及坡度對(duì)下滲強(qiáng)度沒(méi)有影響，此時(shí)決定下滲強(qiáng)度的是土體的下滲能力。

（2）裂隙發(fā)育深度以內(nèi)土層受降雨影響最為嚴(yán)重，其含水率在干濕循環(huán)過(guò)程中大幅波動(dòng)，而裂隙發(fā)育深度以下的土體對(duì)降雨響應(yīng)則相對(duì)平緩。

（3）不論是陡坡還是緩坡，滯水層的存在均使淺層吸力大幅下降。

（4）陡坡的滑動(dòng)破壞與坡體含水率增大密切相關(guān)，水分入侵是陡坡滑動(dòng)的根本原因。對(duì)于緩坡，水分入侵只是其滑動(dòng)破壞的一個(gè)誘發(fā)因素，干濕循環(huán)所引起的裂隙發(fā)育與強(qiáng)度衰減才是其根本原因。

［1］ 劉特洪.工程建設(shè)中的膨脹土問(wèn)題［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.（LIU Tei-hong.Expansive Soil Problem in Construction［M］.Beijing：China Architecture and Building Press，1997.（in Chinese））

［2］ 包承綱.非飽和土的性狀及膨脹土邊坡穩(wěn)定問(wèn)題［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2004，26（1）：1－15.（BAO Cheng-gang.Behavior of unsaturated soil and stability of expansive soil slope［J］.Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2004，26（1）：1－15.（in Chinese））

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（編輯：王 慰）

Field Study of Landslide of Swelling Rock Slope under Artificial Rainfall

ZHANG Jia-jun1，2，GONG Bi-wei2，WANG Jun1，2，ZHOU Xiao-wen1，LIU Jun2
（1.State Key Laboratory of Subtropical Building Science，SCUT，Guangzhou 510640，China；2.Key Laboratory of Geotechnical Mechanics and Engineering of the Minister ofWater Resources，YRSRI，Wuhan 430010，China）

In order to study the soil-water interactionmechanism and the cause of landslide of a swelling rock slope under precipitation infiltration，an artificial rainfall testwas conducted on two bare swelling rock slopeswith different gradients in the Luwangfen test section of the Middle-route of the S-NWater Transfer Project，the responses of infiltration intensity，water content，suction and horizontal displacement of the slope to the rainfallweremonitored.The study from themonitored data proves as follows：1.The gradient of slope and the rain intensity have no influence to the infiltration intensity when the water supply intensity exceeds the infiltration ability of slope.2.In the slope，the soil stratum is affectedmost severely by rainfall inside the depth of fissures，where thewater content fluctuateswidely in the course ofwetting and drying cycles.3.Thematric suction of the superficial layerwill be greatly decreased owing to the existence of backwater zone.4.The invasion ofwater is only one inducement of the failure of a gentle swelling rock slope，while the development of fissures and theweakening of the shearing strength caused by wetting and drying cycles is the essential cause.

Middle-route of the S-NWater Transfer Project；swelling rock slope；field test；artificial rainfall；gentle slope landslide；wetting＆drying cycle

TU443

A

1001－5485（2010）09－0047－06

2009-11-24

水利部巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金（G07－02；G07－15）；水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目（sklhse－2007－D－01）

張家?。?984-），男，廣東廣州人，碩士研究生，主要從事特殊土性質(zhì)研究，（電話）020-86296369（電子信箱）cynisam＠hotmail.com。