雨水滲透對土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響分析

陳芳芳

摘 要：現(xiàn)如今，國民經(jīng)濟顯著提高，為各個行業(yè)提供了新的發(fā)展機遇，但對生態(tài)環(huán)境造成了一定的破壞，極端天氣出現(xiàn)次數(shù)越來越多，對人們的日常生活和工作產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，并導(dǎo)致近年來各個地區(qū)雨季時間逐漸增長，土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性降低而出現(xiàn)滑坡。故筆者圍繞土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行研究，重點闡述了雨水滲透對土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響，并簡單論述了邊坡穩(wěn)定性計算方法，希望對有關(guān)部門有所幫助，使其能夠針對性制定應(yīng)急措施，避免各種安全事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：雨水滲透;土質(zhì);邊坡穩(wěn)定性

中圖分類號：U416.1+4 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? 文章編號：1003-5168（2022）6-0057-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.06.013

Analysis of the Influence of Rainwater Infiltration on the Stability of Soil Slope

CHEN Fangfang

（Jiangxi University of Technology， Nanchang 330098，China）

Abstract： Nowadays， the national economy has improved significantly， providing new development opportunities for various industries， but it has destroyed the ecological environment and caused more and more extreme weather， which has a serious impact on people's daily life and work， in recent years， the time of rainy season in various areas gradually increased， reducing the stability of soil slope， and landslide occurred. Therefore， the anthor studies the stability of soil slope， focuses on the influence of rainwater infiltration on the stability of Soil Slope， and simply discusses the calculation of slope stability， hoping to be helpful to the relevant departments， so that it can be targeted to formulate emergency measures to avoid the emergence of various safety accidents.

Keywords： rainwater infiltration; soil quality; slope stability

0 引言

雨季時，土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性會伴隨著雨水的滲透而下降，增加滑坡現(xiàn)象出現(xiàn)的概率，進(jìn)而給農(nóng)田、道路等帶來危害，影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。基于此，相關(guān)部門應(yīng)利用當(dāng)前先進(jìn)技術(shù)，查找有關(guān)資料，全方位分析雨水滲透對邊坡穩(wěn)定性的影響，避免造成較大的經(jīng)濟損失。

1 雨水滲透對土質(zhì)邊坡的影響

1.1 雨水滲透對不同土質(zhì)邊坡的影響

1.1.1 黏土邊坡。近幾年來，伴隨著公路建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，山區(qū)公路交通安全隱患凸顯，我國山區(qū)農(nóng)村公路量多面廣，且存在較多邊坡，若相關(guān)部門沒能采取相應(yīng)的預(yù)防措施，隨著土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性降低，將出現(xiàn)大面積滑坡現(xiàn)象，尤其是黏土邊坡應(yīng)根據(jù)實際情況，采取科學(xué)有效的預(yù)防措施，因為雨水滲透或土壤干裂均是影響?zhàn)ね吝吰路€(wěn)定性的主要因素。正常情況下，黏土常常處于硬塑狀態(tài)，此狀態(tài)下土質(zhì)中各個顆粒之間存在較大的黏聚力，促使黏土邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，具有較高的抗剪強度。在雨季時，經(jīng)過雨水長時間滲透，黏土顆粒之間的黏聚力會逐漸降低，土質(zhì)發(fā)生改變，使其原有的硬塑狀態(tài)向流塑狀態(tài)轉(zhuǎn)變，極大地降低了其抗剪強度，從而出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象。其實由于黏土的特殊性，雨水無法滲透到土質(zhì)內(nèi)部，只是將其表面狀態(tài)改變。因此雨水滲透對黏性土壤影響較小，而若土質(zhì)出現(xiàn)嚴(yán)重干裂現(xiàn)象，則會增加滑坡現(xiàn)象出現(xiàn)的概率。

1.1.2 砂土邊坡。正常情況下，由于砂土邊坡的特殊性，促使邊坡長期處于干燥狀態(tài)，其穩(wěn)定性與土體之間內(nèi)摩擦角息息相關(guān)。雨季時，在雨水滲透的影響下，砂土顆粒之間縫隙愈加減少，其內(nèi)摩擦角顯著下降，導(dǎo)致其邊坡穩(wěn)定性不斷降低，而造成這一現(xiàn)象主要原因是由于土質(zhì)內(nèi)部空隙水減少。有關(guān)調(diào)查顯示，對于砂土邊坡來說，在雨水滲透作用下會出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象，但在滑坡一段距離后會停止，之后當(dāng)空隙水的含量再次提高時，會再次出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象，以此類推。與其他類型土質(zhì)邊坡相比，雨水滲透對砂土邊坡穩(wěn)定性影響較小，對附近居民的影響較小，可提前制定的相應(yīng)的應(yīng)急措施，避免出現(xiàn)人員傷亡現(xiàn)象[1]。

1.1.3 粉質(zhì)土邊坡。與其他土質(zhì)邊坡不同的是，粉質(zhì)土結(jié)構(gòu)存在較強的特殊性，其可以分成幾個不同種類的土質(zhì)，如透水砂層、黏性隔水層等，其中透水砂層出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象的次數(shù)最多，主要是由于此種類型土質(zhì)穩(wěn)定性較低，極易受到外界因素的影響。有關(guān)調(diào)查顯示，粉質(zhì)土邊坡非常容易受到破壞，由于其具有較高的透水性，在雨水滲透作用下，內(nèi)摩擦角會降低，但與砂土邊坡不同的是，由于其土質(zhì)具有較高的內(nèi)聚力，不會在雨水的滲透作用下發(fā)生滑動現(xiàn)象。粉質(zhì)土邊坡經(jīng)過長時間雨水滲透，改變其內(nèi)部原有機構(gòu)，其抗剪強度也會受到影響，當(dāng)邊坡中某一部位承受的壓力大于土層的抗剪強度時，土質(zhì)穩(wěn)定性將會降低。

1.1.4 斜坡含水巖土體。正常情況下，斜坡含水巖土體處于不飽和狀態(tài)，若平均每天降水量較高，雨水滲透程度較高，并且邊坡表面長時間被雨水沖刷，將會導(dǎo)致斜坡含水巖土體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，極易出現(xiàn)滑坡或者塌方現(xiàn)象。而造成這一現(xiàn)象的主要因素包括三個方面，具體為：一是邊坡內(nèi)部內(nèi)聚力降低，在下雨過程中，雨水會滲透到邊坡內(nèi)部，快速增加顆粒之間的水分，提高其孔隙水壓力，水飽和程度也會顯著提升，降低其抗剪程度，使其處于不穩(wěn)定狀態(tài);二是邊坡內(nèi)部出現(xiàn)地下水滲流情況，若大量的雨水滲透到土質(zhì)邊坡內(nèi)部，斜坡含水巖土體內(nèi)部產(chǎn)生靜水壓力和動水壓力，其中靜水壓力會導(dǎo)致土質(zhì)長期處于浸泡狀態(tài)，促使土壤被軟化，降低其抗剪程度;三是邊坡表面的沖刷作用，若近階段降水量顯著提升，大面積雨水不能滲入地下而在邊坡表形成層流，長時間沖刷邊坡，使其受到嚴(yán)重的破壞，導(dǎo)致斜坡含水巖處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

1.2 雨水滲透時間對土質(zhì)邊坡的影響

當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)水平顯著提升，對土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的研究逐漸深入，在實際工作過程中，相關(guān)工作人員可以利用當(dāng)前先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)的設(shè)備，系統(tǒng)化研究影響土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的主要原因，充分保證研究結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)而為公路修建、邊坡維護(hù)等工作提供便利，確保各項工作的有效性，減少各項不必要的資金投入。根據(jù)研究，影響土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的因素較多，其中主要影響因素為雨水滲透，隨著降水時間的增加，雨水滲透時間延長，對土質(zhì)邊坡產(chǎn)生的影響逐漸增強，導(dǎo)致表層土自身重力增加，極大降低抗剪強度[2]。

雨水滲透時間不斷增加，土質(zhì)含水量超出承受能力，將會出現(xiàn)大面積土質(zhì)滑坡現(xiàn)象，而若不能及時制定相應(yīng)的預(yù)防措施，將會造成不可估量的后果。雨季時，面對長時間降水，降雨量顯著提升，越來越多的雨水滲透到土質(zhì)中，也會對下臥隔水層土體產(chǎn)生影響。土質(zhì)邊坡內(nèi)部，下臥隔水層土體存在較強的特殊性，若雨水滲透時間較長，將會改變邊坡原有結(jié)構(gòu)，使其處于松動狀態(tài)，促使土質(zhì)邊坡形成排水梯度，雨水隨著隔水層向下流，從而導(dǎo)致土質(zhì)邊坡內(nèi)部土壤被軟化，降低土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性，威脅人們的生命財產(chǎn)安全。而當(dāng)土質(zhì)邊坡遇到暴風(fēng)雨氣候，短時間內(nèi)降水量較大，雨水滲透土質(zhì)邊坡的程度顯著增強，土體中砂粒之間的水分不斷增多，并且短時間內(nèi)容不能將其全部排出，降低砂粒之間的結(jié)合力，進(jìn)而降低土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性。

1.3 雨水滲透影響邊坡穩(wěn)定的原理

現(xiàn)階段，邊坡穩(wěn)定性不僅影響人們經(jīng)濟效益，還會對公路建設(shè)工作產(chǎn)生影響，制約城市和鄉(xiāng)村發(fā)展速度?；诖耍嚓P(guān)部門為了有效提高邊坡的穩(wěn)定性，利用先進(jìn)技術(shù)，制定較為完善的實施方案，要求工作人員能夠按照有關(guān)制度開展各項工作。但在實際工作中，大多工作人員不了解影響邊坡穩(wěn)定性的具體因素，以及產(chǎn)生影響的具體原因，導(dǎo)致工作中存在較大的問題，不利于各項工作順利開展，達(dá)不到預(yù)期工作效果。為了有效改變這一現(xiàn)狀，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有資源，不斷加深對各個影響因素的研究力度，尤其是雨水滲透，掌握其規(guī)律以便制定可行性較高的預(yù)防措施，避免滑坡現(xiàn)象的出現(xiàn)。

實際研究過程中，通過借助非飽和土力學(xué)理論，發(fā)現(xiàn)雨水滲透影響邊坡穩(wěn)定性主要作用機理為：當(dāng)雨水不斷滲透到土質(zhì)邊坡內(nèi)部，會增加非飽和區(qū)上部的水量，導(dǎo)致土質(zhì)邊坡基質(zhì)吸力下降，而降低其抗剪程度。另外，當(dāng)土質(zhì)邊坡受到雨水滲透時，其非飽和區(qū)在到達(dá)飽和過程中，起點為坡頂。當(dāng)土質(zhì)邊坡表面出現(xiàn)飽和現(xiàn)象時，雨水會停止向內(nèi)部滲透，但會增加滲透范圍，逐漸滲透整個土質(zhì)邊坡，降低其穩(wěn)定性，存在較大的安全風(fēng)險。同時，當(dāng)雨水滲透達(dá)到飽和頂點，會出現(xiàn)暫態(tài)水壓力現(xiàn)象，嚴(yán)重破壞土質(zhì)邊坡本身的穩(wěn)定性。

簡單來說，雨水滲透影響邊坡穩(wěn)定的主要原理為：當(dāng)某一地區(qū)長時間處于降雨天氣時，土質(zhì)邊坡表面會遭到雨水滲透，其基質(zhì)吸力會伴隨滲透時間的增長而降低，由于基質(zhì)吸力與抗剪強度密切相關(guān)，導(dǎo)致土質(zhì)邊坡抗剪強度也會顯著下降，極大降低其穩(wěn)定性。由此可以得出，降雨時間越長或者雨水滲透程度越高，當(dāng)超出土質(zhì)邊坡的承受范圍，將會極大增加滑坡現(xiàn)象出現(xiàn)的概率[3]。

1.4 案例分析

當(dāng)降雨結(jié)束之后，雨水會通過多種方式滲透到土質(zhì)邊坡內(nèi)部，降低其穩(wěn)定性。對于不同類型土質(zhì)邊坡，以及不同滲透時間，對土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性影響存在較大的差別。為了更加充分了解雨水滲透對土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響，以某滑體事故進(jìn)行系統(tǒng)性分析，筆者借助二維有效單元法，在特定條件下，分析土質(zhì)邊坡經(jīng)過一段時間雨水滲透，其整體結(jié)構(gòu)、應(yīng)力等變化情況。土質(zhì)邊坡基本情況為滑坡總體長度為90 m左右，平均寬度為25 m，厚度為7 m，面積約為2 300 m2，高差為25 m，滑坡方向為120°，最厚處為15 m，下部緩坡平均為15°。邊坡各種材料力學(xué)性質(zhì)根據(jù)試驗及巖土工程地質(zhì)經(jīng)驗類比數(shù)據(jù)確認(rèn)，滑坡體組成材料計算參數(shù)如表1所示。

經(jīng)計算可得：①土質(zhì)邊坡整體經(jīng)過雨水滲透后，不同部位變化情況存在較大的差別，其中頂部沉降程度最大，其次是坡面、坡址受到影響最小。對于同一水平高低的邊坡，坡面結(jié)構(gòu)破壞程度大于邊坡內(nèi)部。當(dāng)降水結(jié)束3 d后，雨水滲透情況會逐漸降低，土質(zhì)邊坡內(nèi)部的含水量隨之顯著降低。②當(dāng)處于非飽和狀態(tài)時，土質(zhì)邊坡不會受到雨水滲透的影響，主要是由于其抗剪強度較高。③當(dāng)土質(zhì)邊坡受到雨水滲透時，其淺層土質(zhì)會受到影響，出現(xiàn)塑性破壞等現(xiàn)象?；诖?，當(dāng)制定相應(yīng)的預(yù)防措施時，應(yīng)重視土質(zhì)邊坡坡面的防水，使其能夠達(dá)到預(yù)期工作效果。綜上所述，降水時間越長，雨水滲透也會越強，土質(zhì)邊坡出現(xiàn)變形的概率也就越大，難以保證土質(zhì)邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)中。

2 土質(zhì)邊坡穩(wěn)定計算

系統(tǒng)性制定土質(zhì)邊坡穩(wěn)定方案，需要確保各項數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。應(yīng)用較為廣泛的計算方法為查表法和類比法，這兩種方法不需要投入較多的資金，計算流程較為簡單，可以為邊坡設(shè)計提供比較直觀的數(shù)據(jù)依據(jù)。但在應(yīng)用此種方法過程中，應(yīng)根據(jù)土質(zhì)邊坡的具體情況，以及周圍地理條件，采用精密度較高的儀器，使其盡可能地減少誤差，確保工作的有效性[4]。

查表發(fā)和類比法兩種計算方式，具有較強的理論性，無法將其應(yīng)用到所有土質(zhì)邊坡計算中。針對這一現(xiàn)象，結(jié)合每個邊坡的特殊性，以及土質(zhì)邊坡種類的多樣性，也可以采用計算模型的方法，應(yīng)用比較廣泛的為直接法和條弧法，其中條弧法將破裂面作為弧線，直線法將破裂面作為直線。而無論應(yīng)用哪一種計算方法，都會與實際存在較大的差別，造成這一現(xiàn)象的主要原因是：計算方法中所采用的數(shù)值都是特定的，但在實際生活中，每個地區(qū)的雨季每年都各不相同，導(dǎo)致計算結(jié)果不準(zhǔn)確。若想有效避免這一現(xiàn)象出現(xiàn)，應(yīng)根據(jù)具體情況，仔細(xì)進(jìn)行測量，而不是依賴以往工作經(jīng)驗。

3 提高土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的方式

由于每個地區(qū)土質(zhì)邊坡的地質(zhì)大相徑庭，并且每年的降水量和雨季時間也各有不同，導(dǎo)致土體抗剪強度變化情況也不同。針對這一現(xiàn)象，應(yīng)利用當(dāng)前先進(jìn)的計算方法，系統(tǒng)化了解土質(zhì)邊坡的具體情況，掌握其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并借鑒當(dāng)前先進(jìn)技術(shù)，實現(xiàn)全方位分析，制定出科學(xué)合理的方案，達(dá)到提高土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的目的，避免自然災(zāi)害出現(xiàn)的概率。根據(jù)工程實踐研究，大多滑坡現(xiàn)象多出現(xiàn)在雨季，相關(guān)工作人員應(yīng)重視雨水滲透對土質(zhì)邊坡的影響。在提高邊坡穩(wěn)定性過程中，制定多元化防治措施，保證土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性。

3.1 粉土邊坡

對于粉土邊坡來說，若想保證其長期處于穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)根據(jù)邊坡的具體情況，了解其所處地區(qū)每年雨季時間段，以及降水量情況。有關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示，粉土邊坡在受到雨水滲透現(xiàn)象影響之后，其結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，比較常見的為隔水下臥層。當(dāng)出現(xiàn)以上現(xiàn)象之后，應(yīng)利用噴錨架設(shè)在土體防水面層，此方法主要適用于具有良好透水性的下臥層?；蛘呖梢圆捎脛傂怨羌?，其主要是適用于下臥層不具備良好的透水性的粉土邊坡。

3.2 砂土邊坡

砂土邊坡土質(zhì)具有良好的透水性，并且坡腳的含水量大于坡頂，當(dāng)其受到雨水滲透后，邊坡底部將會出現(xiàn)滑移現(xiàn)象。為了有效避免這一現(xiàn)象出現(xiàn)，提高砂土邊坡穩(wěn)定性，應(yīng)將工作重點放到邊坡坡腳。在實際工作過程中，可以利用機械設(shè)備，將剛性骨架與坡腳相結(jié)合，此種方法不僅資金投入較小，還能提高土質(zhì)邊坡的排水性，避免長時間受到雨水滲透，導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)疏松。

3.3 黏土邊坡

當(dāng)黏土邊坡受到雨水滲透影響之后，若想有效避免滑坡等現(xiàn)象的出現(xiàn)，使其具有較高的穩(wěn)定性，可以在其表面種植一些根深的綠色植物，不僅可以有效提高土質(zhì)邊坡的美觀性，起到綠化的作用，還能快速達(dá)到預(yù)期工作目的。與其他方法相比，此種方式具有較高的經(jīng)濟性，降低各種資金的投入，工作流程比較簡單，對技術(shù)人員要求較低。而若采用石砌護(hù)坡的方式，整個工作需要投入較高的資金，并且工作流程較為復(fù)雜，難以保證達(dá)到預(yù)期效果[5]。

4 結(jié)語

總而言之，由于我國地域廣闊，各個地區(qū)土質(zhì)情況存在較大的差別，自然災(zāi)害現(xiàn)象時有發(fā)生，尤其是滑坡，會對人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鲙韲?yán)重影響?；诖耍粝胗行П苊饣聻?zāi)害的出現(xiàn)，應(yīng)利用當(dāng)前先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，系統(tǒng)性分析影響土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的因素，特別要重視研究雨水滲透的影響，掌握二者之間的關(guān)系，相關(guān)工作人員可以根據(jù)不同的土質(zhì)邊坡，針對性制定預(yù)防方案，確保方案具有較高的可行性和合理性，促使土質(zhì)邊坡長期處于穩(wěn)定狀態(tài)。

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