基于ABAQUS研究持續降雨對渝東北某滑坡的影響

摘 要：滑坡作為最常見的地質災害之一，其造成自然環境和社會環境的損失是毋庸置疑的，在渝東北地區，滑坡災害影響了人們的正常生活，制約著當地的經濟發展。強降雨作用通常是觸發大型滑坡的主要誘因，為更好地研究持續降雨條件下滑坡的變形破壞機理，通過ABAQUS軟件模擬該地區典型滑坡在連續8天降雨條件下的變形破壞，探究該地區降雨誘發滑坡的致災機理，得出在渝東北地區長期持續的強降雨入滲是滑坡誘發的主要因素，其斜坡變形模式屬于孔隙水壓力誘發的平推式地質模式。研究成果對推動該地區滑坡預警預報，滑坡治理具有積極意義。

關鍵詞：滑坡；降雨；ABAQUS；數值模擬

引言

大量事實和研究表明，降雨充沛且多暴雨的氣候是渝東北地區滑坡災害多發的主要觸發因素。重慶自古就有十滑九雨的論斷，國內外學者通過大量研究表明，滑坡的活動強度與降雨量呈正比關系。渝東北地區歷年發生的極端降雨，均誘發了大范圍區域性滑坡災害。近年來，國內外學者對降雨誘發滑坡進行了大量的研究與實踐，本文通過ABAQUS軟件模擬該地區典型滑坡在持續降雨條件下的變形破壞，對探究該地區降雨誘發滑坡的致災機理，推動該地區滑坡預警預報，滑坡治理具有積極意義。

1 工程實例

巫山縣龍溪鎮汪家坪滑坡位于龍溪鎮雙河村二組，整體形態成“扇”型，滑坡橫寬約760.0m，縱長約620.0m，面積約24.7×104m2，厚度17.7m～44.8m，平均厚度35.0m，體積約864.5×104m3，屬大型深層土質滑坡，主滑方向145°～157°。滑坡后緣以坡頂平臺外側變形裂縫為界，滑坡前緣剪出口位于長溪河河床左岸，滑坡東北側以凸起山脊基巖出露為界，東南側以地形轉折處為界，西北側以地形轉折為界，西南側以地形出現轉折，且基巖出露部位為界。滑坡體局部區域變形較強烈，滑坡后緣發育一條長約169.6m的下挫裂縫，滑坡中前部發育多條貫通拉張下挫裂縫，并出現多處局部滑塌現象。

假設汪家坪滑坡滑體、滑床屬于均值各相異性。坡體的有效黏聚力c=45KPa、有效內摩擦角φ=28°、重度γ=1.85g/cm3、彈性模量E=30MPa、泊松比υ=0.3、初始空隙比e=0.8、飽和滲透系數Kws=0.019（m/h）

一般來說，水力滲透系數在飽和土中是常量，而在非飽和土中則與基質吸力或體積含水量有關。在本文分析中，土中水的滲透系數引用了文獻[1]的計算公式，定義了滲透系數和基質吸力之間的關系：

同樣需要定義土-水特征曲線，采用文獻[2]的計算公式，定義飽和度與基質吸力之間的關系：

為研究降雨強度及滲透系數對邊坡穩定性的影響，根據氣象部門搜集到的巫山縣龍溪鎮雙河村氣象資料，整理可以得到降雨工況，連續8天降雨量分別為15mm、46mm、49mm、18mm、5mm、74mm、251mm、18mm。

本文的計算是在ABAQUS軟件平臺上進行二次開發來進行的，將土體視為孔隙材料，假設孔隙材料是具有固體架構中均布孔隙的多孔介質，同時將節點位移和孔隙水壓力作為節點自由度。通過在ABAQUS中編寫用戶子程序USDFLD，引入修正的Mohr-Coulomb破壞準則，進行降雨入滲下非飽和土坡滲流場和應力場的耦合分析。在ABAQUS中把控制剖面進行單元格劃分，共21718個有限元單元，同時在滑坡剖面上設置4個監控單元A，B，C，D，有限元計算模型如圖1所示。

其設定的邊坡初始飽和度狀況為坡頂8%左右，坡面介于8%～100%之間；初始地應力采用自重作用下的地應力場，側壓力系數采用經驗公式K0=1-sinφ；初始孔隙比為1.0。

2 模擬結果分析

邊坡位移的變化情況降雨入滲使得滑坡表層的非飽和區含水量增高，基質吸力下降，邊坡表層形成一個暫態飽和區，導致邊坡表層產生與基質吸力變化有關的應變，最終邊坡產生位移。降雨入滲引起邊坡巖土體的位移變化包括兩部分：（1）邊坡的孔隙水壓力上升，基質吸力減小，邊坡巖土體強度下降，引起邊坡體的位移變化；（2）邊坡的孔隙水壓力上升，導致邊坡的非飽和巖土體產生應變。

經過持續8天的強降雨，該滑坡體的孔隙水壓力等值線云圖經過調整達到相對穩定狀態，與此同時，滑坡體應變狀態隨著降雨的持續，調整并達到平衡。

數值模擬結果表明，歷時持續8天的強降雨，最大日降雨量251mm/h，通過提取A、B、C、D四點的特征點位移曲線，滑坡體表面發生10cm-30cm不等的水平位移量。根據重慶市地質災害防治工程勘查設計院編制的重慶市巫山縣龍溪鎮汪家坪滑坡應急搶險勘查報告，滑坡變形破壞特征如下，裂縫L1發育滑坡后緣，裂縫延伸長度169.6m，寬1.0～8.3cm，局部下挫20cm，延伸方向約70°～75°，局部段分為兩條平行裂縫。裂縫發育L2滑坡中前部，裂縫延伸長度317.0m，寬1.0～11.5cm，延伸方向約50°～60°，局部段分為多平行裂縫。裂縫L3發育滑坡前緣，裂縫延伸長度280.6m，寬1.0～10.4cm，局部下挫45cm，延伸方向53°～90°。

這一計算結果與那一階段實際發生的滑坡現象相當吻合，從而很好驗證了本文提出的降雨條件下邊坡穩定性分析模型和相應的有限元計算程序的可靠性，可以用于降雨條件下邊坡穩定性評價分析。

3 結束語

進一步對變形機理分析，得出如下結論：

（1）受持續強降雨及特大暴雨影響，滑坡存在變形破壞的可能性。

（2）持續強降雨及特大暴雨直接誘發汪家坪滑坡再次出現強變形跡象，滑坡后緣出現一組貫通長度達169.6m的拉張裂縫和局部滑塌體，滑坡前緣出現多處密集貫通拉張、下挫變形裂縫。滑坡前緣變形裂縫越靠前張開度越寬，下挫高度越高，變形跡象越明顯，變形程度越強烈。

（3）汪家坪滑坡為一老滑坡發生整體滑動后形成的滑坡堆積體，滑坡體結構較為松散，抗剪力學強度較低，自身穩定性安全儲備不夠。且由于滑坡區地下水位較為豐富，形成的巨大動水壓力進一步降低滑坡體的穩定性。受持續強降雨及特大暴雨影響，大量大氣降雨入滲增加滑坡體的自重，降低滑體抗剪強度，抬升地下水位增加其動水壓力，從而降低滑坡體整體或局部穩定性，直接誘發滑坡后緣、滑坡中部左側及滑坡前緣長溪河河谷左岸三級較陡斜坡區域出現裂縫、局部滑塌等變形跡象，為老滑坡的局部失穩。

（4）長期持續的強降雨入滲是其誘發的主要因素，其斜坡變形模式屬于孔隙水壓力誘發的平推式地質模式。

參考文獻

[1]Cho S E，Lee S R. Instability of unsaturated soil slopes due to infiltration[J].Computers and Geotechnics，2001，28（3）：185-208.

[2]譚萬沛，羅曉梅，王成華.暴雨泥石流預報程式[J].自然災害學報，2000（3）：106-111.

作者簡介：羅曉龍（1992-），男，重慶南川人，碩士，主要從事滑坡、邊坡方面的研究工作。