地震后降雨作用下堆積體滑坡模型試驗(yàn)研究

姜鑫　刁顯鋒　任永忠　楊校輝　胡飛

摘要： 為研究震后降雨作用下堆積體滑坡的災(zāi)變機(jī)理、裂縫發(fā)展規(guī)律、滑坡啟動(dòng)時(shí)間等問題，以甘肅省舟曲縣江頂崖滑坡為對象，采用振動(dòng)臺(tái)及人工降雨模型試驗(yàn)，開展4組相同地震烈度不同降雨強(qiáng)度的震后降雨試驗(yàn)。研究結(jié)果表明：（1）地震作用使坡體發(fā)生剪切破壞，震后降雨工況坡體呈現(xiàn)土體流失的浸蝕破壞，在坡腳處產(chǎn)生明顯的剪出口，震后降雨作用誘發(fā)堆積體滑坡發(fā)生局部失穩(wěn)。（2）地震作用使坡體中部產(chǎn)生剪切裂縫與錯(cuò)臺(tái)，后緣處產(chǎn)生“圓弧狀”張拉裂縫，在后期降雨中，裂縫變形隨降雨強(qiáng)度增大而加劇，并在降雨中期發(fā)生突變變形。（3）地震烈度相同的情況下，滑坡啟動(dòng)時(shí)間與降雨強(qiáng)度呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系，土體沉降變形與降雨強(qiáng)度呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系。研究成果可為堆積體滑坡在震后降雨作用下的預(yù)警及防治提供參考。

關(guān)鍵詞： 堆積體滑坡; 震后降雨作用; 滑坡啟動(dòng)時(shí)間; 破壞機(jī)理; 模型試驗(yàn)

中圖分類號(hào)： TU413.6文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)： 1000－0844（2023）04-0801-09

DOI：10.20000/j.1000－0844.20211008003

Model tests on accumulation landslides during post－earthquake rainfall

JIANG Xin DIAO Xianfeng2， REN Yongzhong3， YANG Xiaohui2， HU Fei2

Abstract：? This study aims to explore the disaster mechanism， fracture development behavior， and initiation time of accumulation landslides during post－earthquake rainfall， taking the Jiangdingya landslide in Zhouqu County， Gansu Province， as an example. Four groups of post－earthquake rainfall tests with the same seismic intensity and different rainfall intensities were performed using a shaking table and an artificial rainfall model. The results revealed the following： （1） The earthquake causes shear failure of the slope， which is eroded by soil loss due to post－earthquake rainfall， with an obvious shear outlet at the slope foot. Thus， post－earthquake rainfall induces local instability in the accumulation landslide. （2） The earthquake causes shear cracks and dislocations in the middle of the slope and “arc－shaped” tensile cracks at the rear edge. During post－earthquake rainfall， the crack deformation intensifies with an increase in rainfall intensity， and sudden deformation occurs during the rainfall. （3） Given the same seismic intensity， there is an exponential relationship between the initiation time of the landslide and the rainfall intensity and a logarithmic relationship between the soil settlement deformation and the rainfall intensity. The results presented in this paper can provide a reference for the early warning and prevention of accumulation landslides during post－earthquake rainfall.

Keywords： accumulation landslide; post－earthquake rainfall effect; landslide initiation time; failure mechanism; model test

0 引言

甘肅省舟曲位于西秦嶺構(gòu)造帶南側(cè)，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈、地震多發(fā)，在地震作用下，巖土體被震裂，碎裂巖體沿坡面滑動(dòng)或經(jīng)風(fēng)化作用形成堆積體;降雨作用下，坡表徑流及滲入作用導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生并使其進(jìn)一步發(fā)展，當(dāng)坡內(nèi)形成貫通的裂縫，雨水更易到達(dá)坡體軟弱面，導(dǎo)致滑坡大量發(fā)生。該種堆積體滑坡受構(gòu)造、地層、氣象水文環(huán)境以及人類活動(dòng)等多因素影響，災(zāi)變機(jī)理復(fù)雜、防治較為困難。

滑坡機(jī)理研究一直是滑坡災(zāi)害研究的核心難題和熱點(diǎn)問題，不少學(xué)者采用多種方法研究了滑坡失穩(wěn)破壞機(jī)理［1－3］。其中，物理模型方法在研究不同誘因［4－6］作用下的滑坡破壞機(jī)理、破壞過程等方面應(yīng)用較為廣泛。蘇燕等［7］通過建立室內(nèi)人工降雨滑坡試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，從降雨?qiáng)度入手，模擬降雨型滑坡的發(fā)生過程，探求降雨強(qiáng)度對降雨型滑坡的影響機(jī)理。Sako等［8］以Shirasu砂土進(jìn)行了暴雨引發(fā)兩個(gè)不同密度層土坡失穩(wěn)的室內(nèi)模型試驗(yàn)。于一帆等［9］利用大型振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)，探究了震后邊坡再次承受振動(dòng)荷載的能力以及地震垂直分量對坡體穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)。肖銳鏵等［10］采用振動(dòng)臺(tái)物理模擬試驗(yàn)手段，從改變模型的坡度和坡頂寬度、軟巖硬巖結(jié)合、階梯狀坡形等角度，較系統(tǒng)地研究了雙面坡在強(qiáng)震作用下的響應(yīng)規(guī)律。但是近年來，部分學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)其他影響也可導(dǎo)致滑坡災(zāi)害的發(fā)生。杜強(qiáng)等［11］運(yùn)用模型試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)雨水在坡體內(nèi)部不同位置的流動(dòng)和累積，是土體發(fā)生滑坡的主要原因。周月等［12］利用物理模型試驗(yàn)，探究了滑塊組成物質(zhì)粒徑、塊體體積、試塊數(shù)量對滑坡運(yùn)動(dòng)特性的影響。不難發(fā)現(xiàn)，已有的模型研究從降雨強(qiáng)度、地震烈度、滑坡坡度、坡體形狀、誘因作用位置、土體組成等單一因素的角度研究滑坡破壞機(jī)理，但在滑坡誘因多樣性導(dǎo)致的災(zāi)變機(jī)理復(fù)雜性方面研究成果不多。

事實(shí)上，已有學(xué)者注意到地震與降雨組合作用也是誘發(fā)滑坡災(zāi)害的重要因素之一。尹小軍［13］針對黃土邊坡模型進(jìn)行了大型模型試驗(yàn)，驗(yàn)證了降雨與地震耦合作用下黃土邊坡破壞位移特征。王蘭民等［14］通過物理模型試驗(yàn)，研究了地震和降雨耦合作用下黃土邊坡的動(dòng)力響應(yīng)特征。蒲小武［15］以振動(dòng)臺(tái)為主要研究手段，開展了地震和降雨耦合作用下黃土邊坡失穩(wěn)研究。顯然，上述學(xué)者對地震與降雨組合作用滑坡的研究主要集中于黃土類滑坡的穩(wěn)定性分析和動(dòng)力響應(yīng)機(jī)制兩方面。但是，利用物理模型試驗(yàn)研究典型震后堆積體滑坡在不同降雨強(qiáng)度作用下的破壞機(jī)理、裂縫發(fā)展規(guī)律、啟動(dòng)時(shí)間及沉降變形規(guī)律的成果鮮見于報(bào)端，因此堆積體滑坡在震后降雨作用下的研究成為當(dāng)前關(guān)注的熱點(diǎn)。

綜上，本文以舟曲江頂崖大型堆積體滑坡為研究對象，進(jìn)行震后降雨作用下的物理模型試驗(yàn)，揭示滑坡在震后降雨作用下的發(fā)生機(jī)理以及變形發(fā)展規(guī)律，分析相同地震烈度作用下，滑坡啟動(dòng)時(shí)間及沉降變形與降雨強(qiáng)度的關(guān)系。為滑堆積體坡在震后降雨作用下的預(yù)測提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 滑坡模型試驗(yàn)方案

1.1 研究對象

據(jù)甘肅省地震危險(xiǎn)區(qū)劃圖，舟曲縣位于舟曲—武都地震亞帶，地震災(zāi)害頻發(fā)，抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度;頻發(fā)的地震導(dǎo)致舟曲縣境內(nèi)的巖體破碎、松散，形成了大量的堆積土體。據(jù)舟曲縣氣象站和中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，舟曲縣境內(nèi)年平均降雨量為420.6 mm，24小時(shí)內(nèi)最大降雨量約為63.3 mm，1 h內(nèi)的最大降雨量為47.0 mm，降雨常以陰雨和短時(shí)暴雨的形式出現(xiàn)。進(jìn)入雨季，短時(shí)強(qiáng)降雨極易誘發(fā)堆積坡體發(fā)生滑坡。

受持續(xù)強(qiáng)降雨影響，2018年7月12日舟曲南峪鄉(xiāng)江頂崖老滑坡群局部復(fù)活，稱江頂崖滑坡?；w坡度約為25°，最長處約為462 m，平均寬度約為210 m，平均厚度約為26.5 m，總體積近400×104 m3，地質(zhì)剖面圖如圖1所示，屬于巨型松散堆積層滑坡體?；峦馏w自上而下分別為滑體、滑帶土、滑床，土層相關(guān)參數(shù)如表1所列。

1.2 試驗(yàn)相似比與材料選取

1.2.1 試驗(yàn)相似比設(shè)計(jì)

物理模型試驗(yàn)縮尺模型相似設(shè)計(jì)主要考慮三個(gè)方面［16］，即材料相似、幾何相似以及物理相似，實(shí)際情況下三個(gè)方面很難同時(shí)完全滿足。因此，為更合理地研究該滑坡在震后降雨作用下響應(yīng)，選擇合適的相似參數(shù)極為重要。通過量綱分析確定震后降雨作用下模型試驗(yàn)涉及的相似參數(shù)，包括：l為長度（m）、ρ為密度（kg/m2）、c為黏聚力（N）、φ為內(nèi)摩擦角（°）、E為變形模量（Pa）、μ為泊松比、g為重力加速度（m/s2）、σ為應(yīng)力（Pa）、ε為應(yīng)變、u為位移（m）、k為滲透系數(shù)（mm/h）、t為時(shí)間（s）、q為降雨強(qiáng)度（mm/h）、h為沉降變形（m），共14個(gè)。假設(shè)堆積體滑坡簡化為線彈性變形的結(jié)構(gòu)體系，則滑坡的受力滿足以下關(guān)系：

σ=f（l，ρ，c，φ，E，μ，g，ε，u，k，t，q，h）

本試驗(yàn)根據(jù)原型的基本參數(shù)以及試驗(yàn)相應(yīng)指標(biāo)，采用幾何尺寸（Cl=1 000），密度（Cρ=1），重力加速度（Cg=1）作為基本量綱，假設(shè)材料為各向同性，φ、μ、ε為無量綱，分析過程中不做考慮，即其相似比為1，通過量綱分析法和π定理計(jì)算確定模型的相關(guān)物理量的相似系數(shù)，如表2所列。

1.2.2 試驗(yàn)材料選取

試驗(yàn)材料依據(jù)相似系數(shù)選配，由于現(xiàn)有技術(shù)與材料無法完全按照相似比設(shè)計(jì)，但為盡可能還原滑坡原型結(jié)構(gòu)特征與力學(xué)性質(zhì)，因此只能對一些重要物理量進(jìn)行相似統(tǒng)一。參考于一帆等［9］的堆積體滑坡模型試驗(yàn)黏聚力設(shè)計(jì)方法確定，本文試驗(yàn)按照1∶20的進(jìn)行縮尺設(shè)計(jì)。同時(shí)，根據(jù)羅先啟等［17］提出的滑坡模型試驗(yàn)相似材料擇優(yōu)方法，選用試驗(yàn)相似材料選用重石晶粉、河沙、雙飛粉、膨潤土、地板蠟、水、碎石（粒徑小于1 cm）、黃土等配制而成，其中河沙用于調(diào)整內(nèi)摩擦角、雙飛粉用于調(diào)整黏聚力。模型材料的主要物理力學(xué)參數(shù)及詳細(xì)配比如表3、表4所列。

1.3 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

（1） 根據(jù)相似設(shè)計(jì)理論及量綱分析，滑坡模型箱的尺寸為50 cm（長）×25 cm（寬）×30 cm（高），模型箱采用有機(jī)玻璃板和角鋼制作而成，試驗(yàn)過程中可以實(shí)時(shí)觀察滑坡模型的破壞情況，滑坡體模型設(shè)計(jì)如圖2所示?；履Ｐ推麦w分為基巖、滑帶土以及滑體土3層，每一層又經(jīng)過分層鋪設(shè)并進(jìn)行鋪平夯實(shí)，自下而上布置。滑坡模型高約150 mm，坡度約25°～30°，滑坡模型前緣較緩，中部和后緣較陡，第一層為基巖土，平均厚度約為5 cm，最厚處為10 cm;第二層為滑帶土，平均厚度約為3 cm，最厚處為5 cm，最薄處為2 cm，第三層土平均厚度約為3 cm，最高厚度處為5 cm。最底層土采用密實(shí)的黃土模擬基巖，滑體土、滑帶土分別采用表4所列為材料配制。

（2） 地震工況試驗(yàn)根據(jù)表5地震基本烈度與峰值加速的對應(yīng)關(guān)系，結(jié)合舟曲縣地震情況，四組振動(dòng)試驗(yàn)的地震加速度設(shè)計(jì)值為均為0.30g，對震后的滑坡模型的變形情況進(jìn)行記錄，研究堆積體滑坡模型裂縫的分布與發(fā)展情況。

（3） 地震工況完成后，間隔3 h［14］，使土體內(nèi)部應(yīng)力分布均勻后進(jìn)行降雨工況研究。

依據(jù)地勘報(bào)告［18］及中國氣象網(wǎng)舟曲縣多年降雨實(shí)測數(shù)據(jù)可查得舟曲縣實(shí)際降雨強(qiáng)度分別為31.6 mm/h（大暴雨）、77.3 mm/h（大暴雨）、126.8 mm/h（特大暴雨）、170.4 mm/h（特大暴雨），為盡可能復(fù)原滑坡時(shí)的降雨特征，根據(jù)相似理論，將實(shí)際降雨強(qiáng)度相似比縮小，最終求得試驗(yàn)采用的降雨強(qiáng)度分別為1.0 mm/h、2.5 mm/h、4 mm/h、5.5 mm/h的四組連續(xù)性短時(shí)強(qiáng)降雨。降雨開始即開始計(jì)時(shí)，記錄滑坡體滑動(dòng)時(shí)的累積降雨時(shí)間，作為滑坡啟動(dòng)的用時(shí)。

（4） 對滑坡模型的表面以及側(cè)面的變形形態(tài)、裂縫發(fā)展規(guī)律進(jìn)行詳細(xì)記錄，揭示堆積體滑坡的破壞機(jī)理。記錄滑坡啟動(dòng)時(shí)間，以此為基礎(chǔ)分析相同地震烈度相同下滑坡啟動(dòng)時(shí)間及沉降變形與降雨強(qiáng)度之間的關(guān)系;在模型后緣處、中部陡峭處以及坡腳處選擇三處裂縫寬度測量點(diǎn)，裂縫的開展進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量，以建立裂縫變形與降雨強(qiáng)度的關(guān)系。裂縫監(jiān)測點(diǎn)如圖3所示。

1.4 試驗(yàn)設(shè)備

1.4.1 振動(dòng)設(shè)備

振動(dòng)試驗(yàn)采用的設(shè)備由WS－Z30－50振動(dòng)臺(tái)、傳感器及對應(yīng)的Vib－SQK軟件組成（圖4），此裝置具有操作簡單、地震波輸出穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)采用已有的，經(jīng)過濾波、平滑及錯(cuò)點(diǎn)剔除處理的典型強(qiáng)震記錄波譜直接輸入汶川波譜（圖5），對四組同工況輸入相同振動(dòng)加速度時(shí)程曲線并使各參數(shù)保持一致。通過Vib－SQK軟件調(diào)整振動(dòng)強(qiáng)度峰值加速度為0.3g，使振動(dòng)裝置產(chǎn)生水平方向的振動(dòng)。

1.4.2 降雨裝置

降雨裝置采用自主設(shè)計(jì)的降雨模擬裝置（圖6）。降雨裝置由12 V自動(dòng)調(diào)節(jié)小水泵、流量控制旋鈕、噴淋噴頭及水管組成，每排設(shè)置三個(gè)噴頭（間距20 cm），布置兩排，進(jìn)水水管連接水龍頭保證量筒內(nèi)水位恒定。降雨強(qiáng)度可通過噴頭旋鈕、水泵調(diào)節(jié)旋鈕以及流量調(diào)節(jié)旋鈕改變。具體操作方法為旋轉(zhuǎn)噴頭旋鈕、水泵調(diào)節(jié)旋鈕以及流量調(diào)節(jié)旋鈕至某一位置，測定1 min內(nèi)大量筒內(nèi)抽出的水量即為降雨強(qiáng)度。水管直徑為8 mm，噴頭霧化噴灑范圍最大直徑為0.5 m。

各工況試驗(yàn)開始前，均進(jìn)行降雨強(qiáng)度標(biāo)定和降雨均勻性檢測。即在噴頭下方不同位置放置多個(gè)燒杯，模擬降雨3 min，測量杯中水的體積。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨雨強(qiáng)越大，霧化效果越明顯，同一水平面的降雨效果越均勻，測試平面與噴頭高差為46 cm時(shí)，裝置降雨均勻性最好。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 破壞機(jī)理分析

2.1.1 地震工況下裂縫產(chǎn)生機(jī)理

堆積體滑坡的抗拉抗剪強(qiáng)度一般較低，坡體受到水平方向的振動(dòng)荷載后，坡體向前發(fā)生剪切蠕動(dòng)［19］，振動(dòng)慣性力使得滑坡后緣土體產(chǎn)生剪切應(yīng)力，導(dǎo)致該位置產(chǎn)生淺層裂縫。隨著振動(dòng)的持續(xù)進(jìn)行，裂縫進(jìn)一步發(fā)展，在坡體的側(cè)部以及中部，剪應(yīng)力相對集中，剪切裂縫大量分布。同時(shí)，松散堆積土體在受到與滑坡豎向滑移面垂直的水平振動(dòng)荷載時(shí)，易發(fā)生張拉破壞，產(chǎn)生張拉裂縫。

2.1.2 震后降雨工況下滑坡破壞機(jī)理

堆積體滑坡結(jié)構(gòu)松散，透水性極強(qiáng)、細(xì)顆粒含量較低。在降雨初期，雨水沿振動(dòng)產(chǎn)生的裂縫迅速下滲，表層部分土體率先達(dá)到飽和狀態(tài)，發(fā)生局部沉降，最終形成雨水徑流的小溝。

隨著降雨的持續(xù)進(jìn)行，滑坡表層土體整體達(dá)到飽和，土體沉降及表面沖刷作用引起的土體流失，使得坡體表面的部分淺層裂縫消失。振動(dòng)產(chǎn)生的深層裂縫因滲透侵蝕作用不斷向深、向?qū)挵l(fā)展，使得深層土體逐漸達(dá)到飽和。

坡體內(nèi)部發(fā)生明顯滲流，導(dǎo)致土體發(fā)生重組或流失，表層部分大顆粒土體被沖刷滲流帶至坡腳，導(dǎo)該處土體的自重增加。由于部分深層土體的流失，坡腳處上部土體出現(xiàn)臨空。降雨作用使得整體土體的抗剪強(qiáng)度降低，使得裂縫順著內(nèi)部雨水滲流方向發(fā)展。

到降雨后期，坡體深處土體流失加劇，使得坡腳處表層土體臨空體積增大，當(dāng)臨空土體自重產(chǎn)生的下滑力大于抗滑力，坡腳處土體發(fā)生滑落。

2.2 破壞過程動(dòng)態(tài)分析及裂縫發(fā)展規(guī)律

2.2.1 地震工況

在振動(dòng)過程中，首先滑坡表面的土顆粒碎石向下滑至坡腳處，并在坡腳處堆積。在滑坡的后緣處產(chǎn)生張拉裂縫，滑坡體的兩側(cè)以及中部陡峭處產(chǎn)生橫向微小的剪切裂縫。隨著振動(dòng)的持續(xù)，松散滑坡土體向下壓實(shí)，裂縫變寬變深，同時(shí)在坡腳處產(chǎn)生與振動(dòng)方向相互正交的裂縫（圖7）。而江頂崖滑坡后緣前且裂縫分布，中部多組剪切裂縫分布，局部已形成反傾斜錯(cuò)動(dòng)及錯(cuò)臺(tái)［18］。該類地震堆積層滑坡在遭受地震后，表現(xiàn)出典型的變形破壞特性。

2.2.2 震后降雨工況

在震后的基礎(chǔ)上，對滑坡進(jìn)行均勻降雨。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沖蝕破壞為滑坡的主要破壞形式，在坡腳處發(fā)生以沙土流失為主的塊狀破壞，且出現(xiàn)明顯土質(zhì)分層。為反應(yīng)滑坡破壞過程以及裂縫發(fā)展規(guī)律，本文選擇降雨強(qiáng)度為1.0 mm/h的滑坡破壞過程，滑坡破壞變形發(fā)展過程如下：

（1） 降雨工況初期

表層土體在振動(dòng)工況中產(chǎn)生的不明顯裂縫因土體潤濕而清晰可見，局部發(fā)生沉降產(chǎn)生小溝，表明該處土體達(dá)到飽和。滑坡后緣產(chǎn)生弧狀下陷，沉降變形明顯，與實(shí)際坡體中、后部均出現(xiàn)局部下挫和裂縫，多呈“圓弧”狀展布的變形現(xiàn)象相符［18］。雨水順坡面形成的表層徑流將部分塊狀土顆粒帶至坡下，在坡腳聚集（圖8）。

（2） 降雨工況中期

部分小溝發(fā)展為小沖溝并延至坡腳處時(shí)，表明表層土體整體達(dá)到飽和狀態(tài)。振動(dòng)產(chǎn)生的部分較淺層的剪切裂縫因土體流失及沉降而消失，深層裂縫因雨水的沖刷及侵蝕向?qū)挵l(fā)展（圖9）。

隨著降雨的持續(xù)，雨水沿已形成的裂縫加速入滲，滑坡側(cè)緣處與后緣處裂縫向深發(fā)展（圖10）。滲流水向坡腳流動(dòng)，內(nèi)部土體隨著雨水滲流排出至坡下。坡體表面產(chǎn)生與雨水徑流方向一致的豎向裂縫。隨著坡腳下部土體流失及雨水侵蝕作用的持續(xù)，下部土體加速流失，上部土體出現(xiàn)臨空，并因自重積壓產(chǎn)生橫向裂縫。

（3） 降雨工況后期

坡腳處的豎向裂縫因表層徑流的侵蝕作用向深發(fā)展，雨水沖刷及侵蝕作用上部土體臨空的同時(shí)，下部土體體積與自重增大，當(dāng)土體的下滑力大于抗滑力，土體失穩(wěn)發(fā)生滑動(dòng)（圖11）。江頂崖滑坡在坡腳處剪出口分布［18］，試驗(yàn)中，模型坡腳處產(chǎn)生較為明顯的剪出口，坡體在該處發(fā)生失穩(wěn)破壞，試驗(yàn)現(xiàn)象接近真實(shí)。

滑坡坡腳的滑移面處有明顯的土質(zhì)分層現(xiàn)象，表層土體達(dá)到飽和。滑坡表層土體在降雨作用下發(fā)生明顯沉降，沉降深度為2.13 cm（如圖12，圖中黑線表示降雨前坡面，紅線表示發(fā)生滑坡后的坡面）。此現(xiàn)象與地勘報(bào)告［17］中所述現(xiàn)象基本吻合。

圖中紅線表示滑坡土與滑帶土的交界在滑坡模型的后緣處、中部陡峭處以及坡腳處選擇三處裂縫進(jìn)行變形動(dòng)態(tài)測量，得到裂縫寬度與降雨時(shí)間之間的關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果如圖13所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，地震水平慣性力作用使得坡體產(chǎn)生剪切裂縫，后緣處裂縫寬度最大，坡體中部裂縫數(shù)目最多，坡前緣裂縫寬度及數(shù)目均最小，與滑坡現(xiàn)場中部裂縫密度大，坡腳裂縫變形程度高的現(xiàn)象基本一致［18］。伴隨著降雨開始，雨水沿裂縫入滲使得土體的含水量增加，雨水垂直順層浸蝕，裂縫開始發(fā)展。隨著降雨的持續(xù)，坡體表面徑流和內(nèi)部滲流作用使得雨水不斷在坡下低凹處匯集，致使坡腳處土體的強(qiáng)度大幅度降低，加速坡腳處裂縫的變形。裂縫的進(jìn)一步發(fā)展，導(dǎo)致坡腳下部松散土體被雨水沖刷流失而臨空，坡腳處的臨空面的卸載作用，使上部土體的支持力降低，滑坡中部地勢相對于后緣處較為陡峭且土體的自重不斷增加，使得該處裂縫發(fā)展加劇，且中部陡峭處的裂縫發(fā)展程度相對后緣處迅速。三處裂縫均隨降雨的持續(xù)而加劇變形，尤其在降雨中期，坡體土體達(dá)到飽和后，土體自重以及土體強(qiáng)度降低，裂縫發(fā)展發(fā)生突變，坡腳處裂縫突變變形最為明顯。

裂縫最大寬度與降雨強(qiáng)度的關(guān)系如圖14所示，由于滑坡中下部地勢較陡，降雨易導(dǎo)致坡面流的形成，雨水沿坡面徑流流動(dòng)至坡底，坡腳處雨水入滲的時(shí)間充足，土體強(qiáng)度降低，裂縫開展劇烈，坡腳處裂縫極為發(fā)育。本文研究的滑坡結(jié)構(gòu)特殊，坡體中部較為突出，成為導(dǎo)水優(yōu)先通道，雨水徑流的速度增大，且滲流路徑的改變產(chǎn)生邊緣滲透效應(yīng)，土體強(qiáng)度降低，中部陡峭處裂縫變形加劇，致使此處裂縫變形較后緣處變形更為劇烈。

坡度不發(fā)生改變的滑坡體，裂縫在坡腳處的發(fā)展程度最為劇烈，后緣處次之，坡體中部最小，而滑坡坡度的改變，使得滲流破壞在坡度改變界面加劇。不同工況下，堆積體滑坡模型的坡體破壞往往發(fā)生在某一局部位置，不會(huì)發(fā)生整體破壞，且變形越為強(qiáng)烈的坡體，該位置的破壞程度越大，裂縫越發(fā)育，試驗(yàn)中表現(xiàn)出裂縫發(fā)展程度較后緣處劇烈。該現(xiàn)象與江頂崖滑坡多次發(fā)生局部復(fù)活的現(xiàn)象基本吻合［18］。同時(shí)，孔隙水壓對坡體前緣坡腳處的穩(wěn)定性也不利，容易在邊坡工程中形成剪出口，應(yīng)采用有效的排水措施來降低坡內(nèi)孔隙水壓力。

2.3 滑坡啟動(dòng)時(shí)間與降雨強(qiáng)度關(guān)系

滑坡在相同地震烈度下加載之后，進(jìn)行不同強(qiáng)度的降雨試驗(yàn)，探討得到在先地震后降雨作用下，堆積體滑坡的啟動(dòng)時(shí)間與降雨強(qiáng)度之間的關(guān)系，試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)如表6所列。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著降雨強(qiáng)度的增大，滑坡啟動(dòng)時(shí)間縮短。對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到在相同地震烈度下，滑坡啟動(dòng)時(shí)間與降雨強(qiáng)度呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系（圖14），表達(dá)式為：

t=-47.31ln（q）+190.39 （1）

式中：t為滑坡啟動(dòng)時(shí)間（min）;q為降雨強(qiáng)度（mm/h）。

由圖15可知，由于松散堆積體滑坡在地震作用下產(chǎn)生裂縫，降雨發(fā)生時(shí)，水分優(yōu)先匯集在裂縫處，水分入滲導(dǎo)致潛在滑移面形成。下部的密實(shí)基巖相對隔水，隨著降雨強(qiáng)度的增大，形成潛在滑移面的時(shí)間縮短，雨水的參與使得土體的抗剪強(qiáng)度折減，當(dāng)土體剪應(yīng)力到達(dá)土體的抗剪強(qiáng)度極限時(shí)，滑坡啟動(dòng)，曲線一定程度上反映了堆積體滑坡抗剪強(qiáng)度的變化趨勢。同時(shí)，該曲線也表現(xiàn)出降雨強(qiáng)度對徑流強(qiáng)度及滲流強(qiáng)度的顯著影響，即隨著降雨強(qiáng)度的增大，徑流量和滲流量增加，坡體加速破壞，閾值的時(shí)長縮短。

2.4 滑坡沉降與降雨強(qiáng)度的關(guān)系

在降雨作用下坡體發(fā)生失穩(wěn)滑動(dòng)后，測量滑體土的平均厚度作為沉降變形，對得到的數(shù)據(jù)取均值，由于土體流失量遠(yuǎn)小于坡體土體總量，則可認(rèn)為流失土體可忽略不計(jì)，結(jié)果如表7所列。

對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合發(fā)現(xiàn)土體沉降變形與降雨強(qiáng)度呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系（圖15），表達(dá)式為：

h=0.352 2e0.434 5q （2）

式中：h為滑坡沉降變形高度（mm）;q為降雨強(qiáng)度（mm/h）。

由圖16可知，降雨強(qiáng)度的改變伴隨著土體沉降變形的加劇，土體結(jié)構(gòu)在自重及雨水作用下有壓密的趨勢，發(fā)生沉降。隨著降雨強(qiáng)度的增強(qiáng)，大量土顆粒被帶出坡體，坡體沉降量增大，變形破壞顯著。沉降變形隨降雨強(qiáng)度的增加而大幅度增加，說明降雨強(qiáng)度的增大使表層徑流強(qiáng)度增大，堆積體滑坡表層松散土體流失以及土體達(dá)到飽和的速度加快，變形量開始呈現(xiàn)遞增的趨勢，且隨著降雨強(qiáng)度的增大，不同降雨強(qiáng)度之間發(fā)生的沉降變形量相差較大。

3 結(jié)論

（1） 地震作用下，堆積體滑坡發(fā)生剪切破壞，震后不同降雨工況作用下，主要發(fā)生以沙土流失為主的塊狀破壞，坡腳處產(chǎn)生剪出口，堆積體滑坡在剪出口處發(fā)生局部失穩(wěn)。

（2） 地震作用下，在坡體中部產(chǎn)生剪切裂縫及反傾錯(cuò)臺(tái)，在后緣處“圓弧狀”張拉裂縫發(fā)育劇烈，震后降雨工況下，隨著降雨強(qiáng)度增大，坡體裂縫寬度增大，尤其在降雨中期均發(fā)生不同程度的突變，坡腳處裂縫突變變形最為明顯。

（3） 在相同地震烈度作用后，隨降雨強(qiáng)度的增大，坡體啟動(dòng)時(shí)間與降雨強(qiáng)度呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系、沉降變形與降雨強(qiáng)度呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系。

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收稿日期：2021-10-08

基金項(xiàng)目：甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局創(chuàng)新基金項(xiàng)目（2020CX09）;甘肅省自然資源廳科技創(chuàng)新項(xiàng)目（202222）；甘肅省青年科技基金計(jì)劃（20JR5RA434）

第一作者簡介：姜 鑫（1982-），高級(jí)工程師，主要從事地質(zhì)災(zāi)害防治與生態(tài)修復(fù)方面設(shè)計(jì)與研究工作。E－mail：68760030@qq.com。

通信作者：任永忠（1986-），博士，副教授，主要從事基坑、邊坡支擋結(jié)構(gòu)及滑坡防治的研究工作。E－mail：renyz518@163.com。