降雨對滑坡穩定性影響

雷 鳴 王建智

Research 研究探討

降雨對滑坡穩定性影響

雷 鳴1王建智2

（1.西安工業大學建筑工程學院，陜西 商洛 710016； 2.中國有色金屬工業西安勘察設計研究院巖土研究所，陜西 西安 710054）

本文以某地區滑坡體為例，分析降雨對于滑坡穩定性影響的影響技能，確定降雨對滑坡土質以及巖質所造成的危害，通過有限元分析的方式，對比不同降雨強度和降雨時長對滑坡穩定性造成的影響。最終發現降雨將會改變滑坡內部的滲流場，隨著降雨強度和降雨時長的不斷增大，滑坡的穩定性將會不斷下降，直至滑坡瞬間載荷增量大于靜態載荷增量，最終引發滑坡災害，由此可以確定降雨對滑坡穩定性有著極大影響。

滑坡穩定性；降雨量；降雨時長；影響

0 前言

近些年來，受全球氣候變化的影響，我國各地降雨時間段越發集中，降雨作為滑坡的主要誘發因素，降水量集中的背后也導致我國滑坡災害發生幾率也在不斷增加，甚至部分地區每到雨季，地方政府部門便會發出降雨滑坡預警。為能避免發生滑坡災害，降低滑坡對人們人身財產安全所造成的威脅，應做好滑坡體穩定性分析，及時發現滑坡體可能會存在的滑坡隱患，早發現早解決。因此，以某地區滑坡體為例，分析降雨對該滑坡體穩定性所造成的影響，進而確定滑坡體是否存在滑坡隱患，其無論是對滑坡體進行及時處理，還是對其他同類地質災害的防治工作提供參考，均有著極為重要的現實意義。

1 工程狀況

某地區滑坡體所在區域為亞熱帶季風性氣候區，區域年降水量通常在1250~8000mm范圍，年降水量豐富，但大部分降水量卻集中在5月-9月的雨季中，再加上區域內多為山地、丘陵、臺地等復雜地質條件，在降雨和區域地質因素的共同影響下，導致區域內經常發生地質災害問題，在雨季時尤其以滑坡地質災害問題最為嚴重。降雨作為誘發滑坡的主要因素，每當雨季來臨時，滑坡體所在區域均需要對可能會威脅到人們人身財產安全的滑坡體進行穩定性評估。基于此，本文將以區域內某一滑坡體為例，分析降雨對滑坡體穩定性造成的影響，確定該滑坡體是否可能會發生滑坡災害問題。

2 降雨對滑坡穩定性的影響機理

滑坡體產生滑坡的主要根源在于滑坡體中的某部分結構面的剪應力超過了其抗剪應力的極限強度，導致滑坡體內部應力平衡被打破，無法承載平衡被破壞的滑坡體結構，最終出現滑坡災害[1]。結合實際情況來看，導致巖體土內部應力平衡被打破的根源主要有兩種，分別是結構剪應力增大和結構抗剪應力下降。在降雨時，雨水會不斷的從滑坡體空隙處滲入，滑坡體在吸收雨水后，不僅自重在不斷增加，其實際結構強度也在不斷變化。

滑坡研究中的孔隙水壓力主要是指滑坡體孔隙間滲水流所產生的壓力，隨著滑坡體中孔隙水量的不斷增加，孔隙水壓力持續增長，對滑坡體的壓力不斷增加，降低了滑坡體的抗剪強度，最終影響到滑坡體的整體穩定性[2]。

當滑坡體出現順坡出流的時候，降雨過程中所產生的水的滲透力將會極大影響到滑坡體的穩定性。結合現有研究成果來看，即便是在相同的土質中，非飽和土的土體抗剪強度通常會大于飽和土土體的抗剪強度，不過隨著非飽和土中含水量的逐步增加，其對于水的吸收能力和土體的增強抗剪強度也將會不斷下降。隨著雨水的不斷深入，非飽和土最終將會轉化為飽和土，此時土體對于雨水的吸收能力和土體的抗剪強度均會降到低谷，以致于巖土體抗剪應力平衡被破壞，引發滑坡災害。

3 降雨對滑坡穩定的危害

3.1 對滑坡體土質的危害

結合實際情況來看，土體的滲透性將會直接影響到雨水在土體中的滲入速度，也就是說，滑坡體中土體從非飽和土轉化為飽和土的速度將會受到土質滲透性的運行，所以在分析降雨對滑坡穩定性所造成的影響時，還需要對滑坡體中土質滲透性能力進行考慮，即研究中需要考慮降雨強度和土質滲透性雙重因素對滑坡體穩定性所造成的影響[5]。通常來說，土質滲透性和巖土體的穩定性呈現反比關系。另外，在土質滲透性和降雨時長均保持一定的情況下，隨著降雨強度的不斷降低，雨水在巖土體中的滲入效果也將會逐步下降，巖土體穩定性增加。

3.2 對滑坡體巖質的危害

降雨深入到巖土體中后，將會改變巖土體的滲流場，增大巖土體載荷的同時，降低巖土體的抗剪強度，最終引發滑坡災害。隨著降雨的不斷深入，巖土體將會發生兩方面變化，一方面便是不透水層（地下水層）上升，另一方面變化是出現瞬態飽和區[6]。在降雨過程中，不透水層上升是一個持續上升的過程，而隨著降雨強度和降雨時長的不斷變化，巖土體中的非飽和土將會不斷轉化為飽和土，以至于形成瞬態飽和區。在降雨停止后，瞬態飽和區缺少后續雨水補給，其將會從飽和狀態轉變化非飽和狀態。雖然在降雨過程中，飽和狀態通常是一種瞬時狀態，但當達到飽和狀態時，巖土體的瞬間載荷增量卻會遠大于靜態載荷增量，進而引發滑坡災害。

4 試驗分析

4.1 地層巖性

滑坡區域地層由舊到新一次為震旦系下凝灰巖、全新世殘破積碎石土以及滑坡堆積物。其中凝灰巖又分為中風化凝灰巖和強風化凝灰巖兩類，滑坡堆積物主要由塊石土組成，主要分布在滑坡體的中前緣，滑坡堆積物中局部可見直徑超過5m的孤石，部分區域中還保留有滑坡區域原巖層結構。滑坡體表面覆蓋有大量植物，使滑坡堆積物中存在較多植物根莖，塊石土內部均勻性較差，大多數塊石土均屬于中壓縮性土，巖土體飽和度均處于濕飽和狀態。碎石土層主要分布與滑坡體后緣，碎石大多呈現尖銳棱角狀，且內部分布有少量粒徑較大的塊石、少量粘土以及粗砂，整體均勻性較差，堆積較為松散，屬于中壓縮性土，巖土體飽和度均處于濕飽和狀態。

4.2 水文氣象條件

滑坡體其周邊區域屬于南北氣候共存區域，整體屬于半濕潤性氣候，年降水量為800~1400mm，年平均降水量為805.8mm。滑坡體周邊存在大量地表水，主體為河流，部分河流常年存在流水，雨季失衡河水流量增加，將會在滑坡體左側區域存在一定支流，地表水補給來源主要為大氣降水以及地表徑流。

4.3 試驗分析

為能夠進一步確定不同降雨時長、不同降雨量對滑坡穩定性造成的影響，本文將會以某地區滑坡體為例，通過有限元軟件分析的方式，分別分析常態下；降雨強度400mm/d，降雨時長48h情況下；降雨強度400mm/d，降雨時長24h情況下；降雨強度800mm/d，降雨時長24h情況下；降雨強度800mm/d，降雨時長48h情況下，滑坡體安全系數變化情況，最終得出圖1~圖4中的有限元分析結果，其中K為滑坡體的安全系數計算結果。

圖1 常態下，滑坡體的安全系數計算簡圖（K=1.08）

圖2 降雨強度400mm/d，降雨時長24h情況下，安全系數計算簡圖（K=0.85）

坡腳邊界最大位移0.148162m

圖3 降雨強度400mm/d，降雨時長48h情況下，安全系數計算簡圖（K=0.82）

坡腳邊界最大位移0.435542m

圖4 降雨強度800mm/d，降雨時長24h情況下，安全系數計算簡圖（K=0.81）

坡腳邊界最大位移0.622549m

（1）當降雨強度400mm/d，降雨時長為24h的時候，雖然滑坡體的安全系數相對于常態條件下的安全系數以及坡腳邊界最大位移均出現了較大變化，但結合圖1和圖2中的有限元分析結果來看，圖2中的滑坡體相對于圖1中滑坡體來說并未出現較大變動情況，說明此時滑坡體的穩定性相對較好，通常不會出現滑坡災害；而結合圖1和圖3中的有限元分析結果來看，當降雨強度400mm/d，降雨時長為24h的時候，滑坡體的坡腳相對于常態條件下的滑坡體的坡腳已經發生了一定的變動情況，其實際安全系數也出現了大幅度降低的情況。結合圖1~圖3中的有限元分析結果來看，在降雨強度保持一定的情況下，隨著降雨時長的不斷增加，滑坡體的整體穩定性和安全系數均在不斷降低。

之所以會出現此種狀況，主要是因為隨著降雨時長的不斷增加，降雨會順著滑坡體中的空隙不斷下滲，不僅滑坡體的表面會不斷從非飽和土轉化為飽和土，并隨著降雨時長的不斷增加，飽和土層也在不斷下移，而且雨水還會順著長度較短、滲透能力較強的滲透路徑，在滑坡體下部區域形成一層不透水層，而坡角作為巖土體最薄弱的區域，其將會在上層飽和土層和下層不透水層的共同作用下，實現從非飽和土向飽和土的快速轉化，在孔隙水壓力和不斷增加的自重的影響下，滑坡體坡腳位置的剪應力將會逐漸超過抗剪應力，最終導致坡腳出現滑移情況[7]。

（2）結合圖1、圖2和圖4來看，在降雨時長保持一定的情況下，隨著降雨長度的不斷增加，滑坡體滑移面也將會不斷向坡腳移動，此時滑坡體的安全性和穩定性均會出現下降情況。之所以會出現該種情況，主要是因素隨著降雨的不斷持續，降雨量的增加將會導致上層巖土層更快速從非飽和土轉化為飽和土，從而導致上部巖土體的自重和孔隙水壓力快速達到最大值，抗剪應力同時也到達最小值。此時滑坡體結構遭到破壞，抗剪應力無法滿足抵抗上部巖土體剪應力的效果，最終導致滑移面逐步下滑坡體坡降滑移。

5 結語

本文以某地區滑坡體為例，通過有限元分析的方式進行試驗分析，最終確定降雨會對滑坡產生以下影響：

（1）當降雨量保持一定的情況下，隨著降雨強度的不斷增大，滑坡體的穩定性和安全系數將會不斷下降；

（2）當降雨強度保持一定的情況下，隨著降雨時長的不斷增加，滑坡體的穩定性和安全系數將會不斷下降。

結合上述研究結果可以確定，降雨對滑坡穩定性有著較為直接的影響，所以在雨季時期，為保障人們的人身財產安全，應做好滑坡災害應對措施，對可能會出現滑坡災害的滑坡體做好前期的加固處理，避免在雨季來臨是，滑坡體在降雨的影響下，出現滑移情況，威脅到人們的人身財產安全。

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[4]林呀.基于極限平衡及蒙特卡羅法的含軟弱夾層邊坡降雨失效概率研究[J].水電能源科學,2019,37(12):103-107.

[5]梁志奇.降雨條件下寧南黃土區坡改梯工程對邊坡穩定性影響的有限元分析[D].寧夏大學,2019.

[6]周楊.黃土丘陵區降雨滑坡易發性及動態危險性評價研究[D].成都理工大學,2018.

[7]李寧,劉冠麟,陳有亮,許建聰,杜曦,韋智友.降雨誘發淺層滑坡影響因素的解析分析[J].上海理工大學學報,2018,40(01):65-75.

雷鳴（1995.7- ），男，漢，陜西省商洛市，單位：西安工業大學建筑工程學院，學歷：2018級研究生，研究方向：巖土工程。

第二作者王建智，教授級高級工程師，單位：中國有色金屬工業西安勘察設計研究院巖土研究所。

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1007-6344（2021）01-0321-02