含水率對(duì)降雨型滑坡穩(wěn)定性影響的研究

錢苗苗　賀可強(qiáng)等

摘要：降雨引起的堆積層滑坡變形與邊坡體中非飽和土體含水率和重度變化有關(guān)。降雨使土體含水量增加，容重增加，進(jìn)而下滑力增加，導(dǎo)致邊坡安全系數(shù)降低。而蒸發(fā)作用則使滑坡穩(wěn)定系數(shù)升高，對(duì)滑坡起卸載作用。本文以樹坪滑坡分析為例，建立加卸載響應(yīng)比預(yù)測(cè)模型，對(duì)該滑坡關(guān)鍵部位監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了加卸載響應(yīng)比計(jì)算，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)部位的加卸載響應(yīng)比時(shí)序曲線均在失穩(wěn)前發(fā)生突變，其突變時(shí)間與邊坡實(shí)際失穩(wěn)時(shí)間完全吻合，而含水率也在失穩(wěn)時(shí)達(dá)到最大，進(jìn)而證明含水率變化與加卸載響應(yīng)比具有一定的相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：堆積層滑坡；降雨；含水率；加卸載響應(yīng)比；滑坡穩(wěn)定性

1.引言

滑體失穩(wěn)破壞與內(nèi)在自身力學(xué)特性及外界觸發(fā)因素密切相關(guān)，外界條件包括降雨、融雪、地下水滲透作用、火山噴發(fā)作用、地震作用及人類工程活動(dòng)，分布頻率如圖1所示。由此看出絕大多數(shù)滑體失穩(wěn)是由降雨引起的，降雨入滲對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響程度受降雨強(qiáng)度、降雨持續(xù)時(shí)間、土體初始含水率以及飽和滲透系數(shù)等因素的影響。因此，研究和探索滑坡非飽和濕化效應(yīng)（含水率變化效應(yīng)）對(duì)滑坡穩(wěn)定系數(shù)影響規(guī)律具有十分重要的意義。

2. 應(yīng)用含水率變化加卸載動(dòng)力效應(yīng)研究滑坡穩(wěn)定性的機(jī)理

堆積層坡體的構(gòu)成主要是第四系及近代松散堆積層，這就決定了其坡體結(jié)構(gòu)松散，具有大孔隙比，透水性強(qiáng)，易變形等特點(diǎn)，與下伏基巖的弱透水性迥然有別，常常造成基巖面附近大氣降水或地下水補(bǔ)給的大量積水，形成坡體地下水含水層及地下水位變幅帶。大氣降雨量與地下水補(bǔ)給變化必然會(huì)引起堆積層邊坡坡體地下水位及受力條件的改變。

2.1非飽和土的干濕循環(huán)加卸載動(dòng)力效應(yīng)機(jī)理

降雨入滲的過程是地下水隨時(shí)間和空間變化的飽和非飽和運(yùn)動(dòng)過程，是水在下滲過程中不斷驅(qū)替空氣而飽和孔隙的過程。由于降雨入滲或蒸發(fā)等自然作用，在飽和與非飽和區(qū)之間通常不滿足流通量為零的條件，而存在連續(xù)的水流[1]。

降雨使地下水位升高，容重增加，浸潤(rùn)線以上非飽和區(qū)范圍減小，含水率增大，其綜合效應(yīng)是增加了坡體的下滑力，減少了抗滑力，相當(dāng)于是一個(gè)加載過程。而隨著蒸發(fā)量的增加滑坡穩(wěn)定系數(shù)逐漸升高，因?yàn)檎舭l(fā)作用下，容重減小，浸潤(rùn)線以上非飽和區(qū)范圍增大，含水率降低，這個(gè)過程對(duì)邊坡的穩(wěn)定性來講，大致上相當(dāng)是一個(gè)卸載過程，即蒸發(fā)起卸載作用。

2.2含水率在降雨作用下隨土體深度的分布規(guī)律曲線

含水率變化主要受降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)、蒸發(fā)量、巖土體物理性質(zhì)等諸多因素的影響。不同降雨強(qiáng)度下滑坡某斷面含水率隨深度變化規(guī)律為[2]：隨著降雨強(qiáng)度的不同，含水率隨深度的分布規(guī)律也不同，在一定的滲透性大小下，降雨強(qiáng)度越大，飽和區(qū)的范圍越大，含水率越大，容重增加，對(duì)土體起加載作用。但總體趨勢(shì)是相同的，含水率都是隨深度減小到一定程度而趨于穩(wěn)定。

2.3含水率在蒸發(fā)作用下隨土體深度的變化規(guī)律

隨著蒸發(fā)持續(xù)時(shí)間的不同，含水率隨深度的分布規(guī)律也不同，蒸發(fā)持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)含水率越小，但總體趨勢(shì)是相同的，含水率都是隨深度減小到一定程度而趨于穩(wěn)定，與降雨入滲作用相比，蒸發(fā)對(duì)含水率變化的影響深度更小，表層土體的含水率變化受蒸發(fā)影響最大。

3. 降雨作用下樹坪滑坡穩(wěn)定性模擬計(jì)算結(jié)果分析

3.1樹坪滑坡概況

樹坪滑坡位于三峽庫(kù)區(qū)湖北省秭歸縣沙鎮(zhèn)溪鎮(zhèn)樹坪村一組的長(zhǎng)江南岸岸坡，下距三峽工程大壩壩址約47km。滑坡體東側(cè)以屈家坪至姜家灣的葉兒開溝為界，西側(cè)以南北向沖溝龍井溝為界，后緣以姜家灣至上樹坪后山高程415m一帶為界，前緣直抵145m庫(kù)水位（原始分布高程65-500m），總體積約2890×104m3，剪出口高程約65～68m，坡度22°～35°。

3.2 計(jì)算模型

3.3 滑坡模型穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果分析

通過引入降雨作用下含水率的變化規(guī)律對(duì)樹坪滑坡進(jìn)行模擬分析，使用基于極限平衡方法的SLOPE/W模塊，得到不同年份不同降雨量條件下的樹坪滑坡的可能滑移面及穩(wěn)定系數(shù)。

由上述模擬結(jié)果可以看出，加卸載響應(yīng)比與穩(wěn)定系數(shù)呈負(fù)相關(guān)，即加卸載響應(yīng)比越大，穩(wěn)定系數(shù)越小，而與含水率呈正相關(guān)，加卸載響應(yīng)比越大，含水率越大，加卸載響應(yīng)比的變化曲線起伏形似，含水率達(dá)到最大時(shí)，加卸載響應(yīng)一般會(huì)發(fā)生突變。說明含水率的變化規(guī)律在一定程度上反映了加卸載響應(yīng)比的變化規(guī)律。

3 結(jié)論

通過對(duì)三峽庫(kù)區(qū)秭歸縣樹坪滑坡堆積體水文地質(zhì)條件、降雨蒸發(fā)干濕循環(huán)含水率變化機(jī)理及穩(wěn)定性分析研究，得到以下結(jié)論：

（1）由于堆積層滑坡坡體結(jié)構(gòu)松散，具有大孔隙比，透水性強(qiáng)，易變形等特點(diǎn)，因此降雨是影響和控制該類邊坡穩(wěn)定性的最主要的動(dòng)力因素。

（2）降雨入滲起加載作用，使得邊坡非飽和帶土體的含水量升高，產(chǎn)生暫態(tài)飽和區(qū)，導(dǎo)致巖土體天然重度變?yōu)轱柡椭囟龋黾恿嘶w的重量，進(jìn)而導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性降低，產(chǎn)生較大變形甚至滑坡。蒸發(fā)作用則使含水率降低，邊坡變形減小，起卸載作用。

（3）含水率的變化規(guī)律與堆積層邊坡的穩(wěn)定性變化特征和加卸載響應(yīng)比變化規(guī)律相關(guān)性十分明顯，能夠反映出堆積層邊坡位移變形特征，并且可以通過測(cè)量含水率的大小，并以加卸載響應(yīng)比理論值Y=1為基本判別依劇，判定滑坡系統(tǒng)的穩(wěn)定性狀態(tài)。因此，研究含水率變化加卸載動(dòng)力效應(yīng)對(duì)堆積層滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)是完全可行的和具備實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的。

參考文獻(xiàn)

[1] D.G弗雷德隆德，H拉哈爾佐，非飽和土力學(xué)[M]，陳仲頤等譯.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997

[2]魏寧，茜平一，傅旭東.降雨和蒸發(fā)對(duì)土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響.巖土力學(xué)2006年5月第27卷第5期，778-786。

[3] 柴軍瑞，李守義. 三峽庫(kù)區(qū)泄灘滑坡滲流場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)耦合分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2004;(8):1280-1284.

作者簡(jiǎn)介：

錢苗苗（1986-），女，河北省滄州人。碩士研究生，從事堆積層滑坡方面的研究。