考慮非飽和土基質(zhì)吸力的丁家坡滑坡變形機(jī)制及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

石愛(ài)紅，李國(guó)慶，丁德民，苑權(quán)坤

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）資源學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.武漢綜合交通研究院有限公司，湖北 武漢 430015）

降雨是誘發(fā)滑坡失穩(wěn)的主要因素之一[1-4]，絕大部分滑坡事件由降雨導(dǎo)致[5]。降雨使浸潤(rùn)線下移，地下水位升高，飽和區(qū)域擴(kuò)大，巖土體的黏聚力、內(nèi)摩擦角減小，抗滑能力減弱；同時(shí)滑坡重力下滑力增加，滑坡體的穩(wěn)定性受到影響[6-7]?；伦冃螜C(jī)制一直是專(zhuān)家學(xué)者研究的重點(diǎn)，其中降雨歷時(shí)、降雨強(qiáng)度、降雨類(lèi)型對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響方面的研究較多[8-10]。以強(qiáng)度大、時(shí)間集中為特點(diǎn)的短時(shí)降水和極端性降水是滑坡事件的關(guān)鍵誘發(fā)因素[11]。降雨強(qiáng)度越大，雨水入滲越快，含水率和基質(zhì)吸力變化越快[12]，含水率迅速增大可使滑坡下滑力急劇增大，含水率變化速率到達(dá)峰值越快滑坡越易發(fā)生失穩(wěn)破壞[13-14]。根據(jù)Bishop 和Fredlund的抗剪強(qiáng)度理論[15-17]、物理模型試驗(yàn)[12]及三軸試驗(yàn)和改進(jìn)的直剪試驗(yàn)等測(cè)試[18-20]研究證明，基質(zhì)吸力在滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中極其重要[21-22]。基質(zhì)吸力是滑坡土體力學(xué)強(qiáng)度的重要影響因素，非飽和土體基質(zhì)吸力產(chǎn)生的拉應(yīng)力使土顆粒相互聚集在一起[23]，具有一定硬化土體、增強(qiáng)抗剪強(qiáng)度的作用，有利于滑坡穩(wěn)定。降雨在入滲過(guò)程中，由淺到深逐步浸潤(rùn)滑坡土體，使其含水率增加，基質(zhì)吸力減小，導(dǎo)致滑坡穩(wěn)定性降低；坡腳最先響應(yīng)[17]，而坡頂及坡面較深處的土體受降雨的影響具有滯后性[24-25]。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者一般通過(guò)分析滲流場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)來(lái)考察降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響，較少關(guān)注基質(zhì)吸力的變化及其對(duì)滑坡變形及穩(wěn)定性的影響。位于重慶市云陽(yáng)縣黃石鎮(zhèn)中灣村東北部的丁家坡滑坡是2012年10月12日區(qū)域降雨誘發(fā)的土質(zhì)滑坡。目前，該滑坡有變形失穩(wěn)的跡象，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用裆?cái)產(chǎn)及擬建的云陽(yáng)—開(kāi)州（云開(kāi)）高速公路工程具有潛在威脅。本文以該滑坡為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察、試驗(yàn)測(cè)試及數(shù)值模擬，研究了滑坡土體滲流、應(yīng)力應(yīng)變及位移場(chǎng)特征，揭示了滑坡變形機(jī)制；考察了基質(zhì)吸力在滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中的作用，并分析了不同降雨工況對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響。

1 研究區(qū)概況

丁家坡滑坡位于構(gòu)造剝蝕低山斜坡地貌區(qū)。斜坡總體呈單斜分布，斜坡坡向約282°，地面高程260～410 m，相對(duì)高差150 m，坡角為15°～25°。地表植被以灌木及農(nóng)耕作物為主，斜坡范圍覆蓋層一般較薄，局部較平緩區(qū)覆蓋層相對(duì)較厚，約0.5～16.0 m，局部可見(jiàn)基巖出露。

研究區(qū)地層主要由第四系全新統(tǒng)土層（Q4）的粉質(zhì)黏土夾碎石土和中侏羅系統(tǒng)沙溪廟組（J2s）的粉砂質(zhì)泥巖和砂巖組成。粉質(zhì)黏土夾碎石塊主要是由粉質(zhì)黏土和塊石組成；粉砂質(zhì)泥巖為紫紅色、暗紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，主要礦物成分為黏土礦物，強(qiáng)風(fēng)化層厚1.0～1.5 m。砂巖為灰白色，中細(xì)粒結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，巖質(zhì)較硬，強(qiáng)風(fēng)化層厚1.0～1.5 m。

研究區(qū)的構(gòu)造簡(jiǎn)單，J2s泥巖產(chǎn)狀為222°∠14°，層面平整，屬于結(jié)合性差的硬性結(jié)構(gòu)面。本區(qū)抗震設(shè)防烈度為6 度，基本地震加速度值設(shè)計(jì)為0.05g（g為重力加速度），場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，為建筑抗震危險(xiǎn)地段。

研究區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)暖濕氣候區(qū)，氣候溫和濕潤(rùn)、雨量充沛、四季氣溫變化明顯。多年平均降水量1 200～1 400 mm，其中5—9月降雨量最多，月平均雨量可達(dá)172 mm 以上。研究區(qū)地下水類(lèi)型以松散孔隙水和基巖裂隙水為主?？紫端凰潭仁芸赜谒缮⒍逊e物的巖性、分布位置和地形切割破壞條件?；鶐r裂隙水巖組為J2s砂巖局部夾泥巖，巖體較完整，裂隙不發(fā)育，地下水主要賦存于風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙中，地面多呈貧水狀，富水性弱。地下水主要補(bǔ)給源為大氣降雨，水位動(dòng)態(tài)變化受季節(jié)影響明顯。

2 丁家坡滑坡特征

2.1 滑坡概況

丁家坡滑坡北起團(tuán)包梁下，南至老三排，東接上丁家坡，西達(dá)下丁家坡，威脅中灣村社區(qū)39 戶119 人的安全。另外，擬建的云開(kāi)高速公路的黃石隧道進(jìn)口段、黃石特大橋主線橋、云陽(yáng)西樞紐A 匝道及B 匝道從丁家坡滑坡上通過(guò)，公路也存在安全隱患。據(jù)《公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T 3334—2018），丁家坡滑坡為一級(jí)地質(zhì)災(zāi)害防治工程。

2.2 滑坡的基本特征

為了查明滑坡的工程地質(zhì)特征，進(jìn)行了工程測(cè)量、工程地質(zhì)測(cè)繪、鉆探等綜合勘察，施工了23 個(gè)初勘鉆孔和21 個(gè)詳勘鉆孔，鉆孔合格率100%，優(yōu)良率90%以上，鉆孔分布情況如圖1（a）所示。

勘察結(jié)果表明，滑坡總體呈簸箕形，滑動(dòng)方向約280°，區(qū)內(nèi)巖層產(chǎn)狀為222°∠14°，巖層傾向與滑動(dòng)方向夾角為58°?；驴v長(zhǎng)約580 m，橫向?qū)捈s200 m，面積97 390 m2，斜坡覆蓋為松散堆積體，厚0.5～16.0 m，滑體平均厚度為6.0 m，體積約為58.4×104m3，為中型土質(zhì)滑坡。

滑坡左側(cè)以寬緩的沖溝凹槽為界，右側(cè)以局部出露的基巖及變形的公路為界，前緣以土-巖接觸面為界，后緣裂縫走向大致與滑坡走向一致?；轮胁烤植靠梢?jiàn)基巖出露，根據(jù)鉆探結(jié)果中部滑體較薄，滑坡沿中部剪出的可能性較大，故將滑坡分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)，如圖1（b）所示。

圖1 滑坡區(qū)平面圖和剖面圖H2-H2′Fig.1 Layout of the landslide area and sectional view along line H2-H2′

滑體主要由粉質(zhì)黏土夾碎石塊組成，碎塊石強(qiáng)風(fēng)化，粉質(zhì)黏土常年濕潤(rùn)，可塑性較大，厚度總體不大，但分布不均勻，鉆孔揭露0.5～16.0 m?；瑤е饕煞圪|(zhì)黏土夾碎石塊組成，相較于滑體碎石塊含量少，黏性土含量高?；仓饕蒍2s砂巖、泥巖組成，傾角較陡，形態(tài)與區(qū)域滑坡地貌一致。

2.3 變形發(fā)展過(guò)程

2012年10月12日，渝東北普降特大暴雨、大雨，雨水沿著排水溝排水，在坡腳形成積水，如圖2（a）所示。由于水土相互作用，滑坡下滑力增加，抗剪強(qiáng)度降低，坡體沿著粉質(zhì)黏土與下覆基巖形成軟弱接觸面向下移動(dòng)，滑坡后緣拉裂，發(fā)生位移，形成大的裂縫和深陷區(qū)，如圖2（b）（c）所示?；聟^(qū)其他地方也出現(xiàn)了多處滑移、滑塌、變形，主要集中在滑坡中部，變形多表現(xiàn)為地裂縫、墻裂縫，如圖2（d）—（f）所示，區(qū)內(nèi)變形裂縫走向基本與滑坡走向一致。目前滑坡體上均遍布張裂縫，呈羽狀分布，長(zhǎng)約25 m，寬一般8～15 cm，裂縫部分區(qū)域伴隨下錯(cuò)，下錯(cuò)距離0.5～10.0 cm不等，在滑坡邊界部位裂縫寬達(dá)12 cm，這些裂縫在雨季均有加寬跡象。根據(jù)以上現(xiàn)象判斷，丁家坡滑坡處于蠕變階段。

圖2 滑坡區(qū)變形和裂縫照片F(xiàn)ig.2 Photo of the deformation and cracks in the landslide area

2.4 影響因素

丁家坡滑坡的形成是地形地貌、地層巖性、人類(lèi)工程活動(dòng)及降雨共同作用的結(jié)果。

（1）不利的地層巖性為滑坡的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。在滑坡區(qū)域內(nèi)，堆積了厚度較大的松軟土層，其抗剪強(qiáng)度低，當(dāng)坡腳臨空或受地表水沖刷時(shí)極易產(chǎn)生滑移。

（2）地形坡度條件為滑坡的形成提供了臨空面。滑坡位于中低山斜坡地貌區(qū)，單斜，土質(zhì)斜坡段坡角為15°～25°，有利于滑坡的產(chǎn)生。

（3）國(guó)道開(kāi)挖斜坡坡腳，使斜坡的底部臨空，在滑坡體形成高2～4 m、角度38°～42°的人工開(kāi)挖邊坡，在未對(duì)開(kāi)挖邊坡進(jìn)行支護(hù)的情況下，坡體的穩(wěn)定性差。

（4）降雨作用弱化巖土性質(zhì)，誘發(fā)滑坡?；聟^(qū)內(nèi)除國(guó)道沿線有排水溝以外，滑坡范圍內(nèi)未修筑排水措施，滑坡區(qū)內(nèi)碎石路尚未硬化。區(qū)內(nèi)每年6—9月降雨量大且集中，雨水下滲，使滑體飽和并降低滑帶土抗剪強(qiáng)度，致使下滑力增大，抗滑力減小，產(chǎn)生變形。

3 數(shù)值分析基本理論與方法

3.1 基本理論

3.1.1 非飽和滲流理論

無(wú)論飽和還是非飽和滲流都遵循達(dá)西定律和質(zhì)量守恒定律。本文采用Geo-studio 軟件中的SEEP/W模塊進(jìn)行滲流模擬，滲流控制方程為[26]：

式中：kx—x方向的滲透系數(shù)/（m·s-1）；

ky—y方向的滲透系數(shù)/（m·s-1）；

Q—施加的邊界流量/（m3·s-1）；

mw—儲(chǔ)水曲線的斜率/kPa-1；

γw—水的容重/（kN·m-3）；

H—水頭/m。

在非飽和滲流分析時(shí)，滲透系數(shù)是關(guān)于土體基質(zhì)吸力或含水率的函數(shù)，在SEEP/W 中采用Van Genuchten模型[27]或Fredlund-Xing 模型[28]的土-水特征曲線擬合其關(guān)系[23]。本文采用Fredlund-Xing 模型，其土-水特征曲線方程如下：

式中：kw—指定含水率或者負(fù)孔隙水壓力計(jì)算所得的滲透系數(shù)/（m·s-1）；

ks—測(cè)得的飽和滲透系數(shù)/（m·s-1）；

θ—體積含水率%；

θs—飽和體積含水率%；

Y—負(fù)孔隙水壓力算法的虛擬變量；

i—j到N之間的數(shù)值間距；

j—最終函數(shù)描述的最小負(fù)孔隙水壓力/kPa；

N—最終函數(shù)描述的最大負(fù)孔隙水壓力/kPa；

Ψ—對(duì)應(yīng)第j步的負(fù)孔隙水壓力/kPa；

θ′—方程初始值。

式中：a—擬合參數(shù)，約等于土中空氣進(jìn)入值；

n—控制體積含水率函數(shù)拐點(diǎn)段斜率的參數(shù)；

m—與殘余含水率有關(guān)的參數(shù)；

C(Ψ)—修正因子，可使模型能夠表征含水率為0 時(shí)吸力值為106kPa。

式中：Cr—?dú)堄嗪薁顟B(tài)時(shí)的吸力值/kPa。

3.1.2 非飽和土強(qiáng)度理論

由于降雨歷時(shí)和強(qiáng)度不同，非飽和狀態(tài)不同步，通過(guò)彈塑性有限元分析可以得到不同狀態(tài)下的應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)、位移場(chǎng)，進(jìn)而分析滑坡的變形破壞機(jī)理。其本構(gòu)模型為彈塑性模型，破壞前模型為線彈性，應(yīng)力達(dá)到極限強(qiáng)度時(shí)發(fā)生破壞。飽和土的抗剪強(qiáng)度采用摩爾-庫(kù)倫強(qiáng)度準(zhǔn)則表示：

式中： τf—剪切強(qiáng)度/kPa；

c′—有效黏聚力/kPa；

σ—總應(yīng)力/kPa；

uw—孔隙水壓力/kPa；

φ′—有效內(nèi)摩擦角/（°）。

非飽和土抗剪強(qiáng)度理論一般采用Bishop 單應(yīng)變量強(qiáng)度理論[15]和Fredlund 雙應(yīng)力變量理論[16]，分別見(jiàn)式（6）和式（7）：

式中：χ—有效應(yīng)力參數(shù)，與土體的飽和度有一定的函數(shù)關(guān)系，反映了基質(zhì)吸力對(duì)有效應(yīng)力的貢獻(xiàn)程度；

φ′—對(duì)應(yīng)的凈法向應(yīng)力變量的內(nèi)摩擦角/（°）；

φb—對(duì)應(yīng)的基質(zhì)吸力變量的內(nèi)摩擦角/（°），反映抗剪強(qiáng)度增長(zhǎng)率與基質(zhì)吸力之間的關(guān)系。

為了更好地量化有效應(yīng)力參數(shù)χ，F(xiàn)redlund 等[29]和Vanahypalli 等[30]利用抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)χ與飽和度函數(shù)關(guān)系的有效性進(jìn)行驗(yàn)證[23]。在基質(zhì)吸力為0～1 500 kPa 范圍內(nèi)，以下2 個(gè)函數(shù)關(guān)系式與試驗(yàn)結(jié)果較吻合。第1 個(gè)函數(shù)關(guān)系式為：

式中：S—飽和度；

k—優(yōu)化擬合參數(shù)，用于對(duì)預(yù)測(cè)值與測(cè)量值進(jìn)行優(yōu)化擬合。

另一種函數(shù)關(guān)系式為：

式中：θr—?dú)堄囿w積含水率/%；

Sr—?dú)堄囡柡投取?/p>

在SLOPE/W 中運(yùn)用了Vanapalli 等[30]和Fredlund等[29]建議的非飽和土抗剪強(qiáng)度公式，分別見(jiàn)式（10）和式（11），本文采用式（11）。

3.1.3 邊坡穩(wěn)定性分析

邊坡的穩(wěn)定性常用穩(wěn)定性系數(shù)（FS）表示，F(xiàn)S是指抗滑力和下滑力之間的比值，其最常用的計(jì)算方法是極限平衡法。本文采用極限平衡理論中的Morgenstern-Price 法進(jìn)行計(jì)算，它滿足3 個(gè)平衡方程，即水平方向和豎直方向上力的作用平衡方程以及力矩平衡方程。因此，該方法是一種較為嚴(yán)格的計(jì)算求解方法。

3.2 數(shù)值模擬方法

3.2.1 模型建立

以丁家坡滑坡為研究對(duì)象，選取具有代表性的H2-H2’剖面為例，建立滑坡計(jì)算模型，如圖3 所示。該模型經(jīng)過(guò)網(wǎng)格劃分，堅(jiān)持局部細(xì)化、精確計(jì)算的原則，共包含14 897 個(gè)節(jié)點(diǎn)，6 064 個(gè)單元。

圖3 丁家坡滑坡數(shù)值模型圖Fig.3 Numerical model of Dingjiapo landslide

3.2.2 參數(shù)的選取

現(xiàn)場(chǎng)取得25 組土樣、11 組巖樣，進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)，并對(duì)潛在的滑動(dòng)帶土取樣進(jìn)行飽和快剪、天然及飽和殘余剪切試驗(yàn)，得到了本次數(shù)值分析所需的巖土體物理力學(xué)參數(shù)，如表1 所示。利用單環(huán)法測(cè)得滑坡粉質(zhì)黏土夾碎石塊的滲透系數(shù)約為1.35 m/d?；鶐r的滲透系數(shù)取自經(jīng)驗(yàn)值，如表1 所示。

表1 巖土體的物理參數(shù)Table 1 Physical parameters of the rock and soil

3.2.3 邊界條件

（1）滑坡的滲流邊界條件：坡體右側(cè)邊界在水位上方，設(shè)為壓力水頭邊界；坡體左側(cè)和底面無(wú)限遠(yuǎn)處設(shè)置為不透水邊界；坡面為自由入滲邊面，降雨邊界，當(dāng)降雨量小于滲透系數(shù)時(shí)為流量邊界，當(dāng)降雨量大于滲透系數(shù)時(shí)為壓力水頭邊界。（2）滑坡的應(yīng)力邊界條件：固定坡體左右兩側(cè)和坡體底面邊界。

3.2.4 計(jì)算工況

根據(jù)云陽(yáng)縣的降雨情況，選擇了4 種工況：降雨強(qiáng)度為0.02 m/d（中雨）、0.05 m/d（大雨）、0.08 m/d（暴雨）、0.12 m/d（大暴雨），降雨歷時(shí)為1～6 d。

4 滑坡變形機(jī)制分析

4.1 滑坡滲流場(chǎng)分析

降雨歷時(shí)越久，孔隙水壓力越大，浸潤(rùn)線下移，飽和區(qū)域面積（紅色區(qū)域）不斷擴(kuò)大，如圖4（a）（b）所示；降雨強(qiáng)度越大，孔隙水壓力增加的幅度越快，坡面越易飽和，如圖4（b）（c）所示。

數(shù)值模擬結(jié)果顯示，當(dāng)分別以0.04 m/d 的強(qiáng)度降雨3 d 和以0.12 m/d 的強(qiáng)度降雨1 d 時(shí)，兩者累計(jì)降雨量相等，但前者的雨水入滲深度、飽和區(qū)域面積均大于后者，如圖4（a）（d）所示。其原因在于，當(dāng)降雨強(qiáng)度大于或近似等于坡體的入滲強(qiáng)度時(shí)，一部分雨水向下滲流形成地下徑流，另一部分雨水沿著坡面形成地表徑流，雨水的入滲率低，僅在坡面淺層形成飽和區(qū)域，造成淺層滑動(dòng)；而低強(qiáng)度降雨，雨水入滲率較高，浸潤(rùn)深度大，由于坡體的滲透系數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基巖泥巖層，因此基巖泥巖層底相當(dāng)于隔水層，降雨后入滲雨水在土-巖界面形成積水，并沿土-巖界面滲流到坡底，從而降低土的強(qiáng)度，減小基質(zhì)吸力，削弱滑坡穩(wěn)定性。

圖4 不同降雨工況下孔隙水壓力的變化情況Fig.4 Variation of pore water pressure under different rainfall conditions

4.2 滑坡應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)分析

在滑坡的前緣及陡峭部位應(yīng)力變化較為明顯。降雨剪應(yīng)力增加，坡體上形成較多的黃色剪應(yīng)力圈。隨著降雨時(shí)間的持續(xù)，剪應(yīng)力集中范圍不斷擴(kuò)大，黃色剪應(yīng)力圈的面積不斷增加；降雨強(qiáng)度越大，剪應(yīng)力增加得越快，逐漸在滑坡Ⅰ區(qū)的中上部和滑坡Ⅱ區(qū)的中下部形成貫通（圖5），尤其是坡面陡峭的部位。

圖5 不同降雨工況下XY 方向剪應(yīng)力變化情況Fig.5 Variation of XY direction shear stress under different rainfall conditions

由于基巖的巖石力學(xué)參數(shù)（彈性模量、剪切模量）大，即使受到較大剪應(yīng)力作用，剪應(yīng)變也較?。ǎ?.001）?；瑤檐浫鯉В瑤r石力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較弱，剪應(yīng)變量大。無(wú)論滑坡Ⅰ區(qū)還是滑坡Ⅱ區(qū)，滑坡的土-巖界面為應(yīng)變量大的區(qū)域（藍(lán)色）。隨著降雨時(shí)間的持續(xù)，剪應(yīng)變的范圍不斷擴(kuò)大，降雨強(qiáng)度越大，剪應(yīng)變擴(kuò)大的速度越快（圖6）。

圖6 不同降雨工況下XY 方向剪應(yīng)變變化情況Fig.6 Variation of XY direction shear strain under different rainfall conditions

4.3 滑坡位移場(chǎng)分析

丁家坡滑坡的位移主要集中在滑坡Ⅰ區(qū)的中部土-巖界面處，滑坡Ⅱ區(qū)在坡腳及中部位移最為明顯，滑坡Ⅰ區(qū)最大位移量約為26 cm，滑坡Ⅱ區(qū)的最大位移量約為14 cm，滑坡Ⅱ區(qū)相對(duì)于滑坡Ⅰ區(qū)位移量較小，如圖7 所示。相對(duì)于滑坡Ⅱ區(qū)，滑坡Ⅰ區(qū)受降雨的影響大，變形明顯，位移量大。

圖7 XY 方向位移量隨時(shí)間持續(xù)的變化情況Fig.7 Variation of XY direction displacement with time

綜合滑坡滲流場(chǎng)、應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)及位移場(chǎng)的分析結(jié)果，得到丁家坡滑坡變形機(jī)制：降雨入滲后，坡體的體積含水率和孔隙水壓力增加，雨水浸泡使顆粒之間基質(zhì)吸力降低，有效應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度降低，在土-巖界面形成剪應(yīng)力集中，產(chǎn)生應(yīng)變和位移，滑坡發(fā)生變形破壞，最后導(dǎo)致失穩(wěn)。降雨強(qiáng)度越大，歷時(shí)越久，滑坡越易變形失穩(wěn)。

5 滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

5.1 基質(zhì)吸力在滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中的作用

由Fredlund 非飽和土抗剪強(qiáng)度理論可知，基質(zhì)吸力對(duì)非飽和土的抗剪強(qiáng)度具有重要意義，而土體的基質(zhì)吸力與含水率密切相關(guān)，其大小在數(shù)值上等于負(fù)孔隙水壓力。土體的含水率增加時(shí)，孔隙水壓力增大，基質(zhì)吸力降低，抗剪強(qiáng)度削弱，穩(wěn)定性系數(shù)降低。當(dāng)土體處于飽和狀態(tài)時(shí)，基質(zhì)吸力為0，抗剪強(qiáng)度弱，穩(wěn)定系數(shù)小，滑坡易破壞。反之，當(dāng)土體處于較為干燥的狀態(tài)時(shí)，含水率較低，基質(zhì)吸力大，抗剪強(qiáng)度高，有利于滑坡的穩(wěn)定。因此，在非飽和狀態(tài)下基質(zhì)吸力對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響尤為明顯。

不考慮基質(zhì)吸力的影響時(shí)，丁家坡滑坡Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的穩(wěn)定性系數(shù)均小于1，處于不穩(wěn)定狀態(tài)；考慮基質(zhì)吸力對(duì)滑坡的影響時(shí)，在天然狀態(tài)滑坡Ⅰ區(qū)和滑坡Ⅱ區(qū)的穩(wěn)定性系數(shù)均大于1.05，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)（圖8）。降雨過(guò)程中，考慮基質(zhì)吸力的穩(wěn)定性系數(shù)大于不考慮基質(zhì)吸力的穩(wěn)定性系數(shù)。但隨著降雨時(shí)間的持續(xù)和降雨強(qiáng)度的增加，含水率增加，基質(zhì)吸力越來(lái)越小，考慮基質(zhì)吸力與不考慮基質(zhì)吸力的滑坡穩(wěn)定性系數(shù)越來(lái)越接近，當(dāng)土體飽和時(shí)，基質(zhì)吸力為0，二者相等?？梢?jiàn)，在土體非飽和狀態(tài)下基質(zhì)吸力對(duì)該滑坡穩(wěn)定性具有較大的影響。因此，在土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中應(yīng)考慮基質(zhì)吸力的作用。

5.2 不同降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)工況下穩(wěn)定性分析

如圖8 所示，考慮基質(zhì)吸力的影響時(shí)，天然狀態(tài)下滑坡Ⅰ區(qū)、滑坡Ⅱ區(qū)穩(wěn)定性系數(shù)均大于1.05，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。隨著降雨時(shí)間的持續(xù)以及降雨強(qiáng)度的增加，穩(wěn)定性系數(shù)減小，但最后逐漸趨于一個(gè)定值。在滑坡Ⅰ區(qū)以0.04 m/d 降雨5 d、0.08 m/d 降雨5 d、0.12 m/d降雨4 d 時(shí)，和在滑坡Ⅱ區(qū)以0.04 m/d 降雨4 d、0.08 m/d降雨3 d、0.12 m/d 降雨3d 時(shí)，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)小于1，滑坡破壞失穩(wěn)。滑坡Ⅱ區(qū)中雨和大雨工況下穩(wěn)定性系數(shù)較小，但滑坡Ⅰ區(qū)在極端天氣（暴雨、大暴雨）工況下穩(wěn)定性系數(shù)比滑坡Ⅱ區(qū)的變化大。

圖8 滑坡區(qū)穩(wěn)定性系數(shù)隨降雨的變化Fig.8 Variation of the stability factor of the landslide area with rainfall

根據(jù)以上對(duì)丁家坡滑坡變形機(jī)制及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分析，當(dāng)遇到極端降雨天氣時(shí)，滑坡Ⅰ區(qū)和滑坡Ⅱ區(qū)均易變形失穩(wěn)，主要發(fā)生在坡腳和土-巖界面處?；垄駞^(qū)一旦破壞失穩(wěn)，坡體滑移的巖土體將直接影響坡腳處的黃石隧道進(jìn)口段主線左洞?；垄騾^(qū)變形破壞主要發(fā)生在坡腳處，坡頂?shù)淖冃伪容^微弱，所以滑坡Ⅱ區(qū)破壞失穩(wěn)對(duì)坡頂處的黃石特大橋主線橋、云陽(yáng)西樞紐A 匝道及B 匝道的影響較小。綜上所述，滑坡Ⅰ區(qū)的穩(wěn)定性對(duì)云開(kāi)高速安全影響較大，因此，需要重點(diǎn)做好滑坡Ⅰ區(qū)防護(hù)措施。

6 結(jié)論

（1）丁家坡滑坡屬于中型中淺層土質(zhì)滑坡，斜坡地形、松散層較弱的巖性、潛在臨空面等因素決定了滑坡的形成與發(fā)育；坡體滲透性良好，滲透系數(shù)達(dá)1.35 m/d，降雨激發(fā)滑坡的變形。目前滑坡處于蠕變階段，坡體中部發(fā)育多條裂縫，且在雨季有加寬跡象。

（2）數(shù)值分析結(jié)果表明，降雨入滲，孔隙水壓力增加，基質(zhì)吸力減小，有效應(yīng)力和抗剪強(qiáng)度降低，剪應(yīng)力主要集中在土-巖界面，產(chǎn)生應(yīng)變和位移，導(dǎo)致滑坡變形失穩(wěn)。其中滑坡Ⅰ區(qū)最大位移量為26 cm，滑坡Ⅱ區(qū)最大位移為14 cm。高強(qiáng)度短歷時(shí)的降雨使坡體淺層迅速飽和，易形成淺層滑動(dòng)；而低強(qiáng)度長(zhǎng)歷時(shí)的降雨使坡體浸潤(rùn)較深，容易造成深部滑動(dòng)，其潛在滑動(dòng)面為土-巖界面。

（3）不考慮基質(zhì)吸力得到的滑坡Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的穩(wěn)定性系數(shù)均小于考慮基質(zhì)吸力情況下的穩(wěn)定性系數(shù)，表明土體基質(zhì)吸力對(duì)該滑坡穩(wěn)定性具有較大的影響，在土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中應(yīng)考慮基質(zhì)吸力的作用。

（4）目前丁家坡滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，在強(qiáng)降雨條件下，滑坡穩(wěn)定性將降低。降雨歷時(shí)越久，降雨強(qiáng)度越大，滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)越小，越易失穩(wěn)。相對(duì)于滑坡Ⅱ區(qū)，滑坡Ⅰ區(qū)對(duì)云開(kāi)高速公路安全的影響更大，需要重點(diǎn)做好滑坡Ⅰ區(qū)防護(hù)措施。