關(guān)于邊坡淺層滑動(dòng)的影響因素及研究

劉亞龍

（廣東省地質(zhì)局第六地質(zhì)大隊(duì)，廣東江門(mén)529000）

1 概述

邊坡淺層滑動(dòng)是一種常見(jiàn)而復(fù)雜的地質(zhì)災(zāi)害模式，我國(guó)沿海地區(qū)山地丘陵發(fā)育，降雨量大，誘發(fā)淺層滑動(dòng)的邊坡不計(jì)其數(shù)，每年都造成巨大的損失。為了研究淺層邊坡滑動(dòng)的影響因素，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)展大量的工作。分析降雨入滲、降雨強(qiáng)度、降雨量與邊坡穩(wěn)定性系數(shù)是邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的核心，對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大。從而得出淺層邊坡滑動(dòng)的一些基本發(fā)育規(guī)律，邊坡淺層滑動(dòng)厚度一般小于5m，邊坡自然坡度較緩，邊坡巖土體主要由粉質(zhì)粘土、粘土等巖土體組成。其影響因素由主要到次要依次排序?yàn)閹r土體的內(nèi)摩擦角、粘聚力、邊坡坡度、巖土體的重度。因此，對(duì)影響邊坡穩(wěn)定性的因素加以分析是非常有必要的，具有重大的意義。

2 淺層邊坡的發(fā)育規(guī)律研究

2018 年廣東沿海地區(qū)受臺(tái)風(fēng)影響較大，其中有2個(gè)臺(tái)風(fēng)“艾云尼”和“山竹”影響嚴(yán)重，受臺(tái)風(fēng)雨影響，廣東沿海地區(qū)遭受強(qiáng)降雨，多地發(fā)生邊坡淺層滑動(dòng)現(xiàn)象。通過(guò)大量文獻(xiàn)查閱、珠江三角洲邊坡勘察報(bào)告、施工圖設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中的資料整理與分析，從邊坡的形態(tài)及規(guī)模、巖土體物質(zhì)構(gòu)成、工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、邊坡形成機(jī)理和影響因素等，分析、整理幾處典型的淺層邊坡。同時(shí)統(tǒng)計(jì)部分基本物理參數(shù)、形態(tài)特點(diǎn)，系統(tǒng)地揭示出我國(guó)珠江三角洲淺層邊坡發(fā)育的一般規(guī)律、基本形體特點(diǎn)。

3 淺層邊坡穩(wěn)定性影響因素

研究邊坡穩(wěn)定性始終是巖土工程建設(shè)的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，目前應(yīng)用最廣泛的是坡率類(lèi)比法、圓弧滑動(dòng)方法及赤平投影法，坡率類(lèi)比法主要用于工程場(chǎng)地存在放坡條件，而且在沒(méi)有不良地質(zhì)作用的情況下優(yōu)先選擇坡率法，其適用于土質(zhì)邊坡和巖質(zhì)邊坡；圓弧滑動(dòng)法主要適用于土質(zhì)邊坡；赤平投影法主要用于邊坡規(guī)模較小，結(jié)構(gòu)面組合關(guān)系較復(fù)雜的塊體滑動(dòng)破壞，用于巖質(zhì)邊坡。以上邊坡穩(wěn)定性分析方法主要針對(duì)于規(guī)模較大、地質(zhì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的邊坡，對(duì)淺層邊坡的穩(wěn)定性難以評(píng)價(jià)?，F(xiàn)主要提出以下幾點(diǎn)因素。

3.1 邊坡主要影響因素及形成機(jī)制

邊坡產(chǎn)生位移變形主要受控于以下幾點(diǎn)因素：

（1）地層巖性。本區(qū)域內(nèi)邊坡巖土體組成主要為風(fēng)化巖，風(fēng)化巖長(zhǎng)期受雨水浸泡，很容易軟化、開(kāi)裂、崩解，提供豐富的邊坡滑動(dòng)物質(zhì)基礎(chǔ)?；麦w主要物質(zhì)組成為殘積粉質(zhì)粘土、下部為透水性較差的風(fēng)化巖。其巖性組成有利于滑動(dòng)面的形成。

（2）地形地貌。邊坡滑動(dòng)區(qū)域一般處于斜坡地貌或人工削坡地貌，從地形上看，呈現(xiàn)出利于地表入滲的梯砍狀，邊坡坡度約25o左右。因?yàn)閳?chǎng)地施工開(kāi)挖，出現(xiàn)了有效臨空面，使得前緣擁有臨空滑移變形的條件。

（3）地下水和大氣降水作用。地下水和大氣降水作用屬于邊坡淺層滑動(dòng)的主要因素，主要包括以下幾點(diǎn)：

①土體和土體結(jié)構(gòu)面會(huì)被水軟化。水的存在，從而讓邊坡土地出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的浸泡，增加含水量，土質(zhì)逐漸變軟。站在微觀角度，因?yàn)樗衷龆啵粌H水基于較大顆粒表面會(huì)有對(duì)應(yīng)的潤(rùn)滑作用形成，減小粒間摩擦阻力，還會(huì)使細(xì)小粘粒之間的結(jié)合水膜變得更加的厚實(shí)，導(dǎo)致土的粘聚力弱化，大大降低c、φ值，進(jìn)而造成土體抗剪強(qiáng)度降低。由于土地結(jié)構(gòu)本身的強(qiáng)度，最終就會(huì)導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性受到較大的控制作用。同時(shí)，因?yàn)樗旧韺?duì)于土地結(jié)構(gòu)帶來(lái)的影響并不大，但會(huì)使巖土體里面的軟弱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低。一旦軟弱結(jié)構(gòu)與水相遇之后，就會(huì)實(shí)現(xiàn)軟弱物質(zhì)的軟化填充處理，大大降低抗剪強(qiáng)度。針對(duì)填充結(jié)構(gòu)面的物質(zhì)，在降雨前后其含水量存在較大差異，實(shí)現(xiàn)軟弱結(jié)構(gòu)物質(zhì)的快速填充，同時(shí)也能夠滿(mǎn)足抗剪強(qiáng)度的大幅度降低。

②水的物理化學(xué)作用。水是土體的重要組成部分，屬于土體賦存環(huán)境水，可以使土體受到顯著的影響。水在土中會(huì)直接的形成楔形壓力、滲透、潛蝕、沉積以及溶解等諸多作用，不應(yīng)簡(jiǎn)單地將水作為機(jī)械地域固體顆粒之間相互混合的一種物質(zhì)。水在土的結(jié)構(gòu)中有機(jī)參與，使土體結(jié)構(gòu)受到重大影響作用，進(jìn)而引起土體性質(zhì)改變，這屬于復(fù)雜性較強(qiáng)的物理化學(xué)變化，一般要求的是通過(guò)水本身的絕對(duì)含量以及相應(yīng)的賦存方式、形態(tài)等決定的。土體在一定條件下吸收或者失去水分，產(chǎn)生水化作用、脫水作用，這樣的過(guò)程均可能導(dǎo)致土體體積膨脹、收縮，最終造成土體松散而破碎，化學(xué)成分發(fā)生變化，尤其是如果水里有其余的化學(xué)成分或者是氣體的存在，就會(huì)導(dǎo)致化學(xué)溶解能力和潛蝕能力被進(jìn)一步地提高。當(dāng)面臨物理作用的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致土地出現(xiàn)碎裂的問(wèn)題，而且因?yàn)樗恼舭l(fā)也會(huì)讓土體收縮，造成程度不同的破壞，如干裂等。另外，水的物理化學(xué)作用本身也會(huì)直接順著土體的結(jié)構(gòu)面、構(gòu)造面延伸到更深的部位，加深對(duì)土體形狀的影響，成為邊坡穩(wěn)定性的威脅。

③靜水壓力。靜水壓力指的是土體的孔隙含有地下水，通過(guò)靜水或者自重應(yīng)力傳遞的方式對(duì)土體產(chǎn)生作用的力，又被稱(chēng)作孔隙水壓力。它的作用以減少邊坡土體破壞面的潛在正應(yīng)力為主，同時(shí)又產(chǎn)生出對(duì)應(yīng)的側(cè)向靜壓力，以此來(lái)滿(mǎn)足巖土體有效重量的減少。對(duì)于邊坡之中滯留的水，還會(huì)有對(duì)應(yīng)的土地靜水壓力的存在，同時(shí)擠壓土體，使下滑荷載增大。

④動(dòng)水壓力（滲透力）。動(dòng)水壓力屬于地下水水頭差從而形成的滲透力，也就是地下水向土體顆粒、孔隙壁滲流時(shí)受到阻礙而向土體施加的作用力。其表現(xiàn)的是土地之中滲透地下水的時(shí)候，對(duì)于總水頭所損失的孔隙水壓力，其本身就會(huì)直接轉(zhuǎn)變成為水流方向上的有效壓力，其屬于體積力的一個(gè)方面，同時(shí)與滲流的方向之間是保持一致的，這樣就會(huì)產(chǎn)生出較強(qiáng)的推力，一般來(lái)說(shuō)，還會(huì)造成滲透破壞的問(wèn)題出現(xiàn)。對(duì)于深層地下水，尤其是坡腳處和下部承壓水都會(huì)使坡腳受到浮力作用。當(dāng)受到了地下水浮力作用，相比地下水產(chǎn)生的上浮力，在坡腳位置以及含水層頂板的土的實(shí)際自重應(yīng)力偏小的時(shí)候，這樣就會(huì)導(dǎo)致流砂、冒地、涌水等對(duì)應(yīng)問(wèn)題的滋生，進(jìn)而導(dǎo)致被動(dòng)土的壓力喪失，破壞坡體的穩(wěn)定性。

3.2 降雨與邊坡穩(wěn)定性的關(guān)系

研究結(jié)果表明，降雨對(duì)邊坡淺層滑動(dòng)的變形破壞及影響機(jī)制。穩(wěn)定性提出降雨影響因素的常規(guī)計(jì)算處理。

（1）與降雨時(shí)間的關(guān)系。從地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間來(lái)看，珠三角地區(qū)的邊坡滑坡主要發(fā)生在7～9月，該期間降雨量集中，降雨量大，從短時(shí)間的降雨量來(lái)看，主要發(fā)生在強(qiáng)降雨或暴雨的中后期，且發(fā)生在降雨量大于100mm 時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)，一般在強(qiáng)降雨或暴雨過(guò)后兩三天才發(fā)生滑動(dòng)，多為淺層土質(zhì)小型滑動(dòng)。

（2）與降雨歷時(shí)的關(guān)系。邊坡發(fā)生淺層滑動(dòng)是隨著降雨時(shí)間的增大而增多，連續(xù)高強(qiáng)度降雨極有可能形成坡面較大的徑流，造成坡面巖土體流失，特別是土體流失的坡段，很容易引發(fā)滑坡現(xiàn)象。持續(xù)降雨會(huì)導(dǎo)致邊坡有大量雨水的滲入，使坡面巖土體容重增大，在降雨后容易滑動(dòng)。

如果降雨強(qiáng)度沒(méi)有發(fā)生變化，一般邊坡安全系數(shù)會(huì)伴隨降雨時(shí)間的延長(zhǎng)而持續(xù)減小。然而因?yàn)橥馏w滲透力有極限邊坡土體存在最大入滲深度，針對(duì)特定邊坡的最大入滲量也有極限值，并非無(wú)止境，所以雨水滲入量就會(huì)明顯大于土體最大入滲量，邊坡只會(huì)受到降雨很小的影響。

一般情況下，降雨時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，土體入滲能力隨之減弱，所以含水量伴隨深度下降幅度慢慢減緩；當(dāng)降雨時(shí)間很短時(shí)，上部土體含有大量水，僅僅在深度超過(guò)大約80cm后，含水量就與初始含水量趨近，即在80cm以下幾乎不會(huì)有什么影響。降雨時(shí)間的延長(zhǎng)降低邊坡穩(wěn)定性的安全系數(shù)的幅度差異較大。通常而言，邊坡穩(wěn)定性的安全系數(shù)在最初5～6h里下降幅度最大，接下來(lái)盡管在降低，但幅度變小。原因在于降雨初期的強(qiáng)度比土壤入滲能力小，雨水幾乎全部入滲，伴隨入滲量越來(lái)越大，土體含水量越來(lái)越大，入滲能力越來(lái)越小，減緩?fù)馏w含水量增多的趨勢(shì)。所以邊坡穩(wěn)定性的安全系數(shù)也在放緩降低。

（3）和降雨形式之間的關(guān)系。降雨形式（小雨，中雨，大雨，暴雨）（久雨型，暴雨型）會(huì)明顯影響邊坡淺層滑動(dòng)的觸發(fā)。面對(duì)相同地貌地質(zhì)環(huán)境，這兩種雨型觸發(fā)滑動(dòng)的日降雨量、累計(jì)降雨量存在顯著差異，日降雨量高、暴雨型強(qiáng)度大，久雨型降雨的邊坡觸發(fā)累計(jì)降雨量比暴雨型降雨滑坡觸發(fā)的累計(jì)降雨量小，日降雨量的改變幅度較大。

（4）與降雨入滲之間的關(guān)系。土體入滲率的大小會(huì)受到降雨方式、強(qiáng)度、土體入滲能力這三大因素的決定性影響。如果土體自身?yè)碛休^強(qiáng)的入滲能力，比外界降雨強(qiáng)度更大，其入滲強(qiáng)度就會(huì)面臨外界降雨的實(shí)際影響，土體的表面含水量在實(shí)際的滲透過(guò)程之中，也會(huì)因?yàn)槿霛B慢慢增加，直到處于某個(gè)穩(wěn)定值。如果降雨強(qiáng)度要明顯大于土體入滲能力，入滲強(qiáng)度就是土體入滲能力的決定性影響因素，會(huì)形成地表積水或者徑流?；诓煌霛B階段，其出現(xiàn)的情況主要包含了兩個(gè)方面，例如當(dāng)降雨條件穩(wěn)定時(shí)，初期降雨強(qiáng)度比土體入滲能力小，入滲率等同于降雨強(qiáng)度，然而在一段時(shí)間之后，土體入滲能力減小之后，其實(shí)際的土體入滲能力就要明顯小于降雨強(qiáng)度，于是產(chǎn)生積水，剛開(kāi)始時(shí)快速入滲，然后速率越來(lái)越小。隨著時(shí)間的推移，土體入滲能力發(fā)生改變，其直接關(guān)聯(lián)到初始含水率和基質(zhì)吸力，其本身也關(guān)聯(lián)到土質(zhì)條件和剖面的實(shí)際結(jié)構(gòu)。一般在入滲的初期階段，土體本身的入滲能力較強(qiáng)，之后，其速率就會(huì)逐漸變小，并且最終會(huì)趨近于一個(gè)常數(shù)，從而進(jìn)入到穩(wěn)定的階段。如果氣候條件變得干旱，那么其水勢(shì)的梯度救護(hù)逐漸變陡，進(jìn)而出現(xiàn)較大的入滲率。不過(guò)，在持續(xù)入滲濕潤(rùn)層下移，減小基質(zhì)梯度。如果入滲強(qiáng)度等于土體飽和導(dǎo)水率，那么其本身就會(huì)達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)降雨強(qiáng)度比飽和導(dǎo)水率小時(shí)，穩(wěn)定入滲階段相對(duì)應(yīng)的入滲強(qiáng)度在這一條件之下的非飽和導(dǎo)水率就是相等的。

土體剖面水分直接分布在入滲過(guò)程中和土體表面入滲的條件存在關(guān)聯(lián)性。如果均質(zhì)土體存在地表積水，飽和區(qū)、含水率存在降落非常明顯的過(guò)渡區(qū)、并且其含水率也會(huì)逐漸地變小，從而轉(zhuǎn)化到初始值的濕潤(rùn)區(qū)、含水率變化不明顯的傳導(dǎo)區(qū)，而且每一個(gè)區(qū)都有獨(dú)特性，濕潤(rùn)區(qū)前緣往往被稱(chēng)作濕潤(rùn)鋒。在持續(xù)的入滲階段，其本身就會(huì)逐漸朝著深層發(fā)展，并且對(duì)應(yīng)的濕潤(rùn)層、濕潤(rùn)鋒都隨之往下移動(dòng)，含水率分布曲線(xiàn)就會(huì)越來(lái)越變得平緩。

經(jīng)過(guò)研究，邊坡降雨入滲屬于一個(gè)相對(duì)嚴(yán)峻的問(wèn)題，因?yàn)橥馏w本就具備復(fù)雜多變的特征，現(xiàn)階段尚且不能得到非常可靠的、精確的描述，局限于總結(jié)他人經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)提出簡(jiǎn)單的看法、觀點(diǎn)。在開(kāi)始降雨之后，非飽和土邊坡中的非飽和區(qū)在飽和區(qū)逸出點(diǎn)以上周?chē)钕扔袝簯B(tài)飽和區(qū)的出現(xiàn)。在降雨時(shí)間的延長(zhǎng)中，暫態(tài)飽和區(qū)的范疇會(huì)沿著坡面四周區(qū)域持續(xù)延伸、拓展，這樣就會(huì)在坡面的周?chē)苯有纬蓵簯B(tài)飽和區(qū)，其包含了“飽和殼”結(jié)構(gòu)，同時(shí)，在持續(xù)的入滲的狀態(tài)下，開(kāi)始有正的水壓力的產(chǎn)生，這就是一般而言的暫態(tài)水壓力。在坡面周?chē)?，?shí)際的暫態(tài)水壓力數(shù)值偏小，其下緣接觸非飽和區(qū)的部分為零，中上部出現(xiàn)最大值。伴隨降雨繼續(xù)入滲，暫態(tài)水壓力在降雨的階段，會(huì)不斷地增大，同時(shí)，在非飽和區(qū)域之中，其含水量也會(huì)進(jìn)一步的擴(kuò)大，這樣就會(huì)導(dǎo)致基質(zhì)吸力逐漸地降低，進(jìn)而對(duì)于土體強(qiáng)度的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。一般情況下，降雨入滲環(huán)節(jié)，一旦入滲達(dá)到了極限，那么就無(wú)法再擴(kuò)展，潛水面只有很小的升高變化，飽和區(qū)滲流場(chǎng)也不會(huì)有很大的變化，這和過(guò)去通過(guò)飽和滲流模型進(jìn)而分析降雨入滲不給潛水的完全不一致的土體滲透性的影響，雨水的入滲速度本身和土體滲透性有著較大的關(guān)聯(lián)，因而一旦降雨對(duì)于邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的時(shí)候，滲透性的作用機(jī)理就能夠發(fā)揮相應(yīng)的作用。對(duì)于滲透性的分析，還需要與降雨強(qiáng)度相互結(jié)合起來(lái)，通常情況下，如果降雨強(qiáng)度、降雨時(shí)間都一致，伴隨著滲透性的不斷增大，邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)會(huì)大幅度地降低，并且在長(zhǎng)時(shí)間的降雨過(guò)程中，其實(shí)際的強(qiáng)度偏低，滲透土體的能力也較弱，此時(shí)滲透系數(shù)與降雨強(qiáng)度本身的影響也會(huì)產(chǎn)生一定的差異，其滲透系數(shù)也會(huì)逐漸地降低，導(dǎo)致邊坡的安全系數(shù)也呈現(xiàn)出大幅度地降低。由于飽和滲透系數(shù)要明顯比降雨強(qiáng)度大，雨水非?？焖俚赝聺B透，邊坡淺部土體難以達(dá)到飽和狀態(tài)，所以總會(huì)有一定吸力的保留，一旦滲透系數(shù)的比例相對(duì)接近的時(shí)候，就會(huì)減緩雨水垂直下滲率，這個(gè)時(shí)候邊坡土地淺部是比較容易達(dá)到飽和狀態(tài)的，基質(zhì)吸力也隨之喪失，造成安全系數(shù)不斷變小，進(jìn)而影響邊坡的穩(wěn)定性。

此外，各向異性滲透性系數(shù)比在影響邊坡安全系數(shù)方面也是十分顯著的。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)各向異性滲透性系數(shù)比較大時(shí)，孔隙水壓力的分布越不利于邊坡穩(wěn)定性。換言之，如果邊坡土體的水平滲透系數(shù)要明顯大于垂直滲透系數(shù)，這樣的邊坡穩(wěn)定性的影響就會(huì)各向同性土坡大。

4 結(jié)語(yǔ)

邊坡主要影響因素有邊坡的巖土體組成、邊坡的形態(tài)。但是，降雨是誘發(fā)邊坡淺層滑動(dòng)的重要因素，邊坡穩(wěn)定性的影響因素主要與降雨的時(shí)間、強(qiáng)度、降雨形式有關(guān)。由上述統(tǒng)計(jì)條件可以看出，降雨時(shí)間越長(zhǎng)、降雨強(qiáng)度越大，產(chǎn)生淺層滑動(dòng)的概率就越大。降雨強(qiáng)度為暴雨或久雨型，發(fā)生淺層滑動(dòng)的概率也越大。