降雨條件下低緩淺層土質滑坡穩定性影響因素及耦合研究

■王修宮 王攀

（湖南省地質礦產勘查開發局416隊 湖南 株洲412000）

降雨條件下低緩淺層土質滑坡穩定性影響因素及耦合研究

■王修宮 王攀

（湖南省地質礦產勘查開發局416隊 湖南 株洲412000）

低緩淺層土質滑坡是我國四川、黃河地區常見的一種降雨自然災害。為進一步對地區實施自然災害治理，必須對其降雨條件下低緩淺層土質滑坡穩定性的影響因素進行分析，明確其是否耦合關系，才能夠有效的對其進行治理和預防。因此，本文中針對降雨條件下低緩淺層土質滑坡穩定性影響因素及耦合進行研究，以實驗分析的方式，確定影響低緩淺層土質滑坡穩定性的因素，為我國四川及黃河地區的滑坡災害提供理論數據支持。

降雨淺層土滑坡穩定性因素耦合

0 前言

淺層土質滑坡危害與一般滑坡危害相比對周圍事物造成的損害性相對較低，但是如果大規模的發生淺層土質滑坡則會對周邊居民的生命和財產帶來嚴重的損害。因此，針對淺層土質滑坡的穩定性進行研究在理論上能夠為淺層土質滑坡因素體系的完善提供理論數據，在實踐上能夠為淺層土質滑坡的預防提供參考建議，以保障周邊居民的生命和財產安全。

1 模擬研究

1.1 地質條件

本次研究中所選擇的淺層土質滑坡地質條件：首先，其巖土層從下至上的結構為下伏基巖、強風化粉砂質泥巖、全風化粉砂質泥巖、殘坡積土。每一個巖土層的與坡面保持平衡，且巖土層的厚度基本一致。其中殘坡積土層的泥質主要是以泥質軟巖風化形成的粉質粘土為主。經過若干年的風吹日曬將表面的殘坡積土形成了與坡面相耦合的淺層土質結構。其次，粉質粘土土層下方以下伏基巖為基礎平均分布，坡面的桌邊以經被周邊農民經過開墾形成了耕地或水田。因此，本次研究的滑坡區域下方還具有一定的地下水結構，其中抵消誰類型主要為上層滯水和基巖裂縫水兩種類型。其中基巖裂縫水主要是巖石由于風化作用，在其與完整巖石的界面上以滴水或滲水的形式出現。其中上層滯水主要是在殘坡積土層中所含有的水，其主要來源是雨水。這也是降雨條件下才會產生淺層土質滑坡現象的另一個重要的原因之一。

1.2 模型建立

圖1 淺層土質滑坡模型建立示意圖

本次研究中為了進一步的優化和創建模型，在其建立的過程中選擇了近似的力學性質參數。首先，假設本次研究中斜坡地質模型的地質坡面分為兩個層次，其上層次主要是殘坡積土，下層次主要是下伏基巖，與實際地質條件相吻合；其次，設定斜坡各個巖層的坡面坡度，使各層次之間的坡面能夠呈階梯狀分布，以實現模擬淺層土質坡面；然后，對其地下水位及地下水進行設定。本次研究中的地下水位與實際地質條件中地下水的水位位置和含水量相同，位于風化泥巖和下伏基巖的交界面中；最后，設定模型網格對其進行結構劃分，實現3節點單元結構。其中1節點為降雨入滲邊界與殘坡積層界限節點，2節點為殘坡積層與風化泥巖界限節點，3節點為風化泥巖與基石邊界限節點。詳細的模型建立示意圖見圖1。

1.3 選取參數

本次研究模型建立的過程中對其瞬態滲流分析中的各個邊界的節點進行條件選取，當其雨水強度小于土體滲透系數時，設定流量為降雨強度；當其雨水強度大于土體滲透系數時，設定流量為水頭邊界。此外，本次研究中對各個層次的巖土層地質條件物理參數進行設定的過程中，主要是在前人實驗和現場實際情況的基礎上對其進行選取。其中殘坡積土層的各項巖土體性質參數為土體重度為g=19.0kN/m3，內摩擦角度為φ=13°，粘聚力為c=18kPa，飽和滲透系數為Ks=2.9110-6m/s；其中基石層的各項巖土體性質參數為土體重度為g=20.1kN/m3，內摩擦角度為φ=30°，粘聚力為c=22kPa，飽和滲透系數為Ks=5.3610-6m/s。根據設定的各項實驗參數對土層的滲透系數曲線和水土特征曲線進行繪制，繪制結果見2。

圖2 淺層土質滑坡模型滲透系數曲線和水土特征曲線

圖3 含水量及抗剪強度參數數值變化圖

此外，根據本次研究中的各項參數及模型內圖樣結構對其進行不同浸潤實驗下的殘坡積層圖樣本中的含水量及相對應的抗剪強度參數數值進行繪制，結果見圖3。

2 結果分析

2.1 降雨條件下滑坡面孔隙水壓力變化分析

本次實驗研究中對降雨條件下滑坡面孔隙水壓的變化進行曲線繪制，其曲線圖見圖4。

圖4 滑坡面孔隙水壓的變化曲線

根據圖4中能夠看出不同的殘坡積層厚度不同，其孔隙水壓隨著時間的變化曲線也存在者差異性，其中當殘坡積層厚度為1m時，在0h-48h內呈上升趨勢，在48h之后呈下降趨勢；當殘坡積層厚度為2m時，在0h-48h內呈上升趨勢，在48h之后呈下降趨勢……直至當殘坡積層厚度為5m時，在0h-48h內仍呈上升趨勢，在48h之后仍呈下降趨勢。因此，得出當降雨時間在0h-48h之間內殘坡積層孔隙水壓隨著時間的增大而之間增大，當其壓力達到最大之后，隨著降雨時間的技術，其孔隙內的水壓隨之下降。孔隙內的水壓發生變化情況與降雨的時間長短之間存在耦合性關系。此外，在降雨的條件下，雨水首先經過土層基質不斷的吸收雨水，當吸收遇水的含量達到上限是，其內部的吸收能力也降低為最低點，導致其遇水逐漸向基覆面轉移，出現基覆面滯水的現象產生，隨著基覆面滯水的逐漸增加，內部的水頭壓力也逐漸增大，最終導致低緩淺層土質滑坡現象的產生。

2.2 降雨條件下低緩淺層土質滑坡穩定性分析

根據本次實驗模擬對降雨條件下低緩淺層土質滑坡穩定性隨著時間變化曲線進行繪制，其結果見圖5。

根據圖5中能夠看出不同的厚度的斜坡穩定性系數隨著時間的變化可以將其分為兩個階段，其第一個階段是降低階段，第二個階段是增高階段。第一階段的時間范圍為0h-43h，第二階段的時間范圍為43h之后。在第一階段內隨著降雨期間內雨水深入斜坡土層內的水量逐漸增加，殘坡積土內的含水量及孔隙內的水壓也逐漸增加，導致其穩定性系數逐漸升高，穩定性逐漸降低。當降雨結束在第二階段內斜坡土層內的水量通過外滲作用，逐漸降低，殘坡積土內的含水量及孔隙內的水壓也逐漸降低，最終使其斜坡的穩定性系數逐漸趨于穩定，經過一段時間后穩定性系數逐漸升高，穩定性逐漸降低。

圖5 滑坡穩定性隨著時間變化曲線

3 總結

3.1 影響低緩淺層土質滑坡穩定性的因素

根據本次研究中對低緩淺層土質滑坡穩定性的影響因素進行分析，能夠看出其主要包含斜坡土層的厚度、基覆面孔隙水壓的強度、雨水滲透的時間長度。其中斜坡土層厚度越厚其穩定性系數越高，雖然在0h-43h內也會產生穩定性系數下降的現象，但是其下降的曲線斜率k值明顯低于斜坡土層厚度低的。基覆面孔隙水壓的強度的增加會導致斜坡穩定性下降，而隨著雨水滲透時間的增加，基覆面孔隙水壓逐漸增加，從而導致其穩定性逐漸降低。因此，斜坡土層的厚度、基覆面孔隙水壓的強度、雨水滲透的時間是降雨條件下影響低緩淺層土質滑坡穩定性因素的主要因素。

3.2 降雨條件下低緩淺層土質滑坡穩定性耦合分析

針對本次研究研究得出的影響低緩淺層土質滑坡穩定性因素對其各項因素與其穩定性進行耦合性分析，其中在1m-5m土厚斜坡的研究中分別對其基覆界面處孔隙壓力曲線和斜坡穩定性系數曲線進行了繪制，并且對其進行了耦合性分析總結結果為降雨條件下隨著降雨量的逐漸增加，殘坡積層內的含水量逐漸增加，其基覆界面處孔隙水壓力逐漸增大，最終導致雨水滲透到基石結構中，造成淺土層滑坡現象的發生。因此，降雨條件下低緩淺層土質滑坡穩定性各影響因素之間存在耦合關系，也對其穩定性具有耦合性。

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4 結語

本文介紹了TIN的特點、TIN的生成算法以及離散點凸包的生成，同時以VC++6.0為平臺，調用OpenGL庫函數實現了TIN網的繪制和TIN形成區域的繪制。經過試驗發現利用上述理論和方法形成的TIN網不但符合TIN的最基本要求而且還滿足實際的需要，為利用TIN實現復雜物體表面繪制和地形起伏的模擬提供了可靠的理論基礎和技術支撐。

參考文獻

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F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-12-442-2

王修宮（1987～），男，本科，工程師。