降雨對滑坡穩(wěn)定性影響

雷 鳴 王建智

Research 研究探討

降雨對滑坡穩(wěn)定性影響

雷 鳴1王建智2

（1.西安工業(yè)大學建筑工程學院，陜西 商洛 710016； 2.中國有色金屬工業(yè)西安勘察設(shè)計研究院巖土研究所，陜西 西安 710054）

本文以某地區(qū)滑坡體為例，分析降雨對于滑坡穩(wěn)定性影響的影響技能，確定降雨對滑坡土質(zhì)以及巖質(zhì)所造成的危害，通過有限元分析的方式，對比不同降雨強度和降雨時長對滑坡穩(wěn)定性造成的影響。最終發(fā)現(xiàn)降雨將會改變滑坡內(nèi)部的滲流場，隨著降雨強度和降雨時長的不斷增大，滑坡的穩(wěn)定性將會不斷下降，直至滑坡瞬間載荷增量大于靜態(tài)載荷增量，最終引發(fā)滑坡災(zāi)害，由此可以確定降雨對滑坡穩(wěn)定性有著極大影響。

滑坡穩(wěn)定性；降雨量；降雨時長；影響

0 前言

近些年來，受全球氣候變化的影響，我國各地降雨時間段越發(fā)集中，降雨作為滑坡的主要誘發(fā)因素，降水量集中的背后也導(dǎo)致我國滑坡災(zāi)害發(fā)生幾率也在不斷增加，甚至部分地區(qū)每到雨季，地方政府部門便會發(fā)出降雨滑坡預(yù)警。為能避免發(fā)生滑坡災(zāi)害，降低滑坡對人們?nèi)松碡敭a(chǎn)安全所造成的威脅，應(yīng)做好滑坡體穩(wěn)定性分析，及時發(fā)現(xiàn)滑坡體可能會存在的滑坡隱患，早發(fā)現(xiàn)早解決。因此，以某地區(qū)滑坡體為例，分析降雨對該滑坡體穩(wěn)定性所造成的影響，進而確定滑坡體是否存在滑坡隱患，其無論是對滑坡體進行及時處理，還是對其他同類地質(zhì)災(zāi)害的防治工作提供參考，均有著極為重要的現(xiàn)實意義。

1 工程狀況

某地區(qū)滑坡體所在區(qū)域為亞熱帶季風性氣候區(qū)，區(qū)域年降水量通常在1250~8000mm范圍，年降水量豐富，但大部分降水量卻集中在5月-9月的雨季中，再加上區(qū)域內(nèi)多為山地、丘陵、臺地等復(fù)雜地質(zhì)條件，在降雨和區(qū)域地質(zhì)因素的共同影響下，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)經(jīng)常發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害問題，在雨季時尤其以滑坡地質(zhì)災(zāi)害問題最為嚴重。降雨作為誘發(fā)滑坡的主要因素，每當雨季來臨時，滑坡體所在區(qū)域均需要對可能會威脅到人們?nèi)松碡敭a(chǎn)安全的滑坡體進行穩(wěn)定性評估?；诖?，本文將以區(qū)域內(nèi)某一滑坡體為例，分析降雨對滑坡體穩(wěn)定性造成的影響，確定該滑坡體是否可能會發(fā)生滑坡災(zāi)害問題。

2 降雨對滑坡穩(wěn)定性的影響機理

滑坡體產(chǎn)生滑坡的主要根源在于滑坡體中的某部分結(jié)構(gòu)面的剪應(yīng)力超過了其抗剪應(yīng)力的極限強度，導(dǎo)致滑坡體內(nèi)部應(yīng)力平衡被打破，無法承載平衡被破壞的滑坡體結(jié)構(gòu)，最終出現(xiàn)滑坡災(zāi)害[1]。結(jié)合實際情況來看，導(dǎo)致巖體土內(nèi)部應(yīng)力平衡被打破的根源主要有兩種，分別是結(jié)構(gòu)剪應(yīng)力增大和結(jié)構(gòu)抗剪應(yīng)力下降。在降雨時，雨水會不斷的從滑坡體空隙處滲入，滑坡體在吸收雨水后，不僅自重在不斷增加，其實際結(jié)構(gòu)強度也在不斷變化。

滑坡研究中的孔隙水壓力主要是指滑坡體孔隙間滲水流所產(chǎn)生的壓力，隨著滑坡體中孔隙水量的不斷增加，孔隙水壓力持續(xù)增長，對滑坡體的壓力不斷增加，降低了滑坡體的抗剪強度，最終影響到滑坡體的整體穩(wěn)定性[2]。

當滑坡體出現(xiàn)順坡出流的時候，降雨過程中所產(chǎn)生的水的滲透力將會極大影響到滑坡體的穩(wěn)定性。結(jié)合現(xiàn)有研究成果來看，即便是在相同的土質(zhì)中，非飽和土的土體抗剪強度通常會大于飽和土土體的抗剪強度，不過隨著非飽和土中含水量的逐步增加，其對于水的吸收能力和土體的增強抗剪強度也將會不斷下降。隨著雨水的不斷深入，非飽和土最終將會轉(zhuǎn)化為飽和土，此時土體對于雨水的吸收能力和土體的抗剪強度均會降到低谷，以致于巖土體抗剪應(yīng)力平衡被破壞，引發(fā)滑坡災(zāi)害。

3 降雨對滑坡穩(wěn)定的危害

3.1 對滑坡體土質(zhì)的危害

結(jié)合實際情況來看，土體的滲透性將會直接影響到雨水在土體中的滲入速度，也就是說，滑坡體中土體從非飽和土轉(zhuǎn)化為飽和土的速度將會受到土質(zhì)滲透性的運行，所以在分析降雨對滑坡穩(wěn)定性所造成的影響時，還需要對滑坡體中土質(zhì)滲透性能力進行考慮，即研究中需要考慮降雨強度和土質(zhì)滲透性雙重因素對滑坡體穩(wěn)定性所造成的影響[5]。通常來說，土質(zhì)滲透性和巖土體的穩(wěn)定性呈現(xiàn)反比關(guān)系。另外，在土質(zhì)滲透性和降雨時長均保持一定的情況下，隨著降雨強度的不斷降低，雨水在巖土體中的滲入效果也將會逐步下降，巖土體穩(wěn)定性增加。

3.2 對滑坡體巖質(zhì)的危害

降雨深入到巖土體中后，將會改變巖土體的滲流場，增大巖土體載荷的同時，降低巖土體的抗剪強度，最終引發(fā)滑坡災(zāi)害。隨著降雨的不斷深入，巖土體將會發(fā)生兩方面變化，一方面便是不透水層（地下水層）上升，另一方面變化是出現(xiàn)瞬態(tài)飽和區(qū)[6]。在降雨過程中，不透水層上升是一個持續(xù)上升的過程，而隨著降雨強度和降雨時長的不斷變化，巖土體中的非飽和土將會不斷轉(zhuǎn)化為飽和土，以至于形成瞬態(tài)飽和區(qū)。在降雨停止后，瞬態(tài)飽和區(qū)缺少后續(xù)雨水補給，其將會從飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)變化非飽和狀態(tài)。雖然在降雨過程中，飽和狀態(tài)通常是一種瞬時狀態(tài)，但當達到飽和狀態(tài)時，巖土體的瞬間載荷增量卻會遠大于靜態(tài)載荷增量，進而引發(fā)滑坡災(zāi)害。

4 試驗分析

4.1 地層巖性

滑坡區(qū)域地層由舊到新一次為震旦系下凝灰?guī)r、全新世殘破積碎石土以及滑坡堆積物。其中凝灰?guī)r又分為中風化凝灰?guī)r和強風化凝灰?guī)r兩類，滑坡堆積物主要由塊石土組成，主要分布在滑坡體的中前緣，滑坡堆積物中局部可見直徑超過5m的孤石，部分區(qū)域中還保留有滑坡區(qū)域原巖層結(jié)構(gòu)?；麦w表面覆蓋有大量植物，使滑坡堆積物中存在較多植物根莖，塊石土內(nèi)部均勻性較差，大多數(shù)塊石土均屬于中壓縮性土，巖土體飽和度均處于濕飽和狀態(tài)。碎石土層主要分布與滑坡體后緣，碎石大多呈現(xiàn)尖銳棱角狀，且內(nèi)部分布有少量粒徑較大的塊石、少量粘土以及粗砂，整體均勻性較差，堆積較為松散，屬于中壓縮性土，巖土體飽和度均處于濕飽和狀態(tài)。

4.2 水文氣象條件

滑坡體其周邊區(qū)域?qū)儆谀媳睔夂蚬泊鎱^(qū)域，整體屬于半濕潤性氣候，年降水量為800~1400mm，年平均降水量為805.8mm?；麦w周邊存在大量地表水，主體為河流，部分河流常年存在流水，雨季失衡河水流量增加，將會在滑坡體左側(cè)區(qū)域存在一定支流，地表水補給來源主要為大氣降水以及地表徑流。

4.3 試驗分析

為能夠進一步確定不同降雨時長、不同降雨量對滑坡穩(wěn)定性造成的影響，本文將會以某地區(qū)滑坡體為例，通過有限元軟件分析的方式，分別分析常態(tài)下；降雨強度400mm/d，降雨時長48h情況下；降雨強度400mm/d，降雨時長24h情況下；降雨強度800mm/d，降雨時長24h情況下；降雨強度800mm/d，降雨時長48h情況下，滑坡體安全系數(shù)變化情況，最終得出圖1~圖4中的有限元分析結(jié)果，其中K為滑坡體的安全系數(shù)計算結(jié)果。

圖1 常態(tài)下，滑坡體的安全系數(shù)計算簡圖（K=1.08）

圖2 降雨強度400mm/d，降雨時長24h情況下，安全系數(shù)計算簡圖（K=0.85）

坡腳邊界最大位移0.148162m

圖3 降雨強度400mm/d，降雨時長48h情況下，安全系數(shù)計算簡圖（K=0.82）

坡腳邊界最大位移0.435542m

圖4 降雨強度800mm/d，降雨時長24h情況下，安全系數(shù)計算簡圖（K=0.81）

坡腳邊界最大位移0.622549m

（1）當降雨強度400mm/d，降雨時長為24h的時候，雖然滑坡體的安全系數(shù)相對于常態(tài)條件下的安全系數(shù)以及坡腳邊界最大位移均出現(xiàn)了較大變化，但結(jié)合圖1和圖2中的有限元分析結(jié)果來看，圖2中的滑坡體相對于圖1中滑坡體來說并未出現(xiàn)較大變動情況，說明此時滑坡體的穩(wěn)定性相對較好，通常不會出現(xiàn)滑坡災(zāi)害；而結(jié)合圖1和圖3中的有限元分析結(jié)果來看，當降雨強度400mm/d，降雨時長為24h的時候，滑坡體的坡腳相對于常態(tài)條件下的滑坡體的坡腳已經(jīng)發(fā)生了一定的變動情況，其實際安全系數(shù)也出現(xiàn)了大幅度降低的情況。結(jié)合圖1~圖3中的有限元分析結(jié)果來看，在降雨強度保持一定的情況下，隨著降雨時長的不斷增加，滑坡體的整體穩(wěn)定性和安全系數(shù)均在不斷降低。

之所以會出現(xiàn)此種狀況，主要是因為隨著降雨時長的不斷增加，降雨會順著滑坡體中的空隙不斷下滲，不僅滑坡體的表面會不斷從非飽和土轉(zhuǎn)化為飽和土，并隨著降雨時長的不斷增加，飽和土層也在不斷下移，而且雨水還會順著長度較短、滲透能力較強的滲透路徑，在滑坡體下部區(qū)域形成一層不透水層，而坡角作為巖土體最薄弱的區(qū)域，其將會在上層飽和土層和下層不透水層的共同作用下，實現(xiàn)從非飽和土向飽和土的快速轉(zhuǎn)化，在孔隙水壓力和不斷增加的自重的影響下，滑坡體坡腳位置的剪應(yīng)力將會逐漸超過抗剪應(yīng)力，最終導(dǎo)致坡腳出現(xiàn)滑移情況[7]。

（2）結(jié)合圖1、圖2和圖4來看，在降雨時長保持一定的情況下，隨著降雨長度的不斷增加，滑坡體滑移面也將會不斷向坡腳移動，此時滑坡體的安全性和穩(wěn)定性均會出現(xiàn)下降情況。之所以會出現(xiàn)該種情況，主要是因素隨著降雨的不斷持續(xù)，降雨量的增加將會導(dǎo)致上層巖土層更快速從非飽和土轉(zhuǎn)化為飽和土，從而導(dǎo)致上部巖土體的自重和孔隙水壓力快速達到最大值，抗剪應(yīng)力同時也到達最小值。此時滑坡體結(jié)構(gòu)遭到破壞，抗剪應(yīng)力無法滿足抵抗上部巖土體剪應(yīng)力的效果，最終導(dǎo)致滑移面逐步下滑坡體坡降滑移。

5 結(jié)語

本文以某地區(qū)滑坡體為例，通過有限元分析的方式進行試驗分析，最終確定降雨會對滑坡產(chǎn)生以下影響：

（1）當降雨量保持一定的情況下，隨著降雨強度的不斷增大，滑坡體的穩(wěn)定性和安全系數(shù)將會不斷下降；

（2）當降雨強度保持一定的情況下，隨著降雨時長的不斷增加，滑坡體的穩(wěn)定性和安全系數(shù)將會不斷下降。

結(jié)合上述研究結(jié)果可以確定，降雨對滑坡穩(wěn)定性有著較為直接的影響，所以在雨季時期，為保障人們的人身財產(chǎn)安全，應(yīng)做好滑坡災(zāi)害應(yīng)對措施，對可能會出現(xiàn)滑坡災(zāi)害的滑坡體做好前期的加固處理，避免在雨季來臨是，滑坡體在降雨的影響下，出現(xiàn)滑移情況，威脅到人們的人身財產(chǎn)安全。

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雷鳴（1995.7- ），男，漢，陜西省商洛市，單位：西安工業(yè)大學建筑工程學院，學歷：2018級研究生，研究方向：巖土工程。

第二作者王建智，教授級高級工程師，單位：中國有色金屬工業(yè)西安勘察設(shè)計研究院巖土研究所。

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1007-6344（2021）01-0321-02