關于邊坡淺層滑動的影響因素及研究

劉亞龍

（廣東省地質局第六地質大隊，廣東江門529000）

1 概述

邊坡淺層滑動是一種常見而復雜的地質災害模式，我國沿海地區山地丘陵發育，降雨量大，誘發淺層滑動的邊坡不計其數，每年都造成巨大的損失。為了研究淺層邊坡滑動的影響因素，國內外已經開展大量的工作。分析降雨入滲、降雨強度、降雨量與邊坡穩定性系數是邊坡穩定性評價的核心，對邊坡穩定性影響較大。從而得出淺層邊坡滑動的一些基本發育規律，邊坡淺層滑動厚度一般小于5m，邊坡自然坡度較緩，邊坡巖土體主要由粉質粘土、粘土等巖土體組成。其影響因素由主要到次要依次排序為巖土體的內摩擦角、粘聚力、邊坡坡度、巖土體的重度。因此，對影響邊坡穩定性的因素加以分析是非常有必要的，具有重大的意義。

2 淺層邊坡的發育規律研究

2018 年廣東沿海地區受臺風影響較大，其中有2個臺風“艾云尼”和“山竹”影響嚴重，受臺風雨影響，廣東沿海地區遭受強降雨，多地發生邊坡淺層滑動現象。通過大量文獻查閱、珠江三角洲邊坡勘察報告、施工圖設計及施工過程中的資料整理與分析，從邊坡的形態及規模、巖土體物質構成、工程地質條件、水文地質條件、邊坡形成機理和影響因素等，分析、整理幾處典型的淺層邊坡。同時統計部分基本物理參數、形態特點，系統地揭示出我國珠江三角洲淺層邊坡發育的一般規律、基本形體特點。

3 淺層邊坡穩定性影響因素

研究邊坡穩定性始終是巖土工程建設的熱點問題之一，目前應用最廣泛的是坡率類比法、圓弧滑動方法及赤平投影法，坡率類比法主要用于工程場地存在放坡條件，而且在沒有不良地質作用的情況下優先選擇坡率法，其適用于土質邊坡和巖質邊坡；圓弧滑動法主要適用于土質邊坡；赤平投影法主要用于邊坡規模較小，結構面組合關系較復雜的塊體滑動破壞，用于巖質邊坡。以上邊坡穩定性分析方法主要針對于規模較大、地質結構較復雜的邊坡，對淺層邊坡的穩定性難以評價。現主要提出以下幾點因素。

3.1 邊坡主要影響因素及形成機制

邊坡產生位移變形主要受控于以下幾點因素：

（1）地層巖性。本區域內邊坡巖土體組成主要為風化巖，風化巖長期受雨水浸泡，很容易軟化、開裂、崩解，提供豐富的邊坡滑動物質基礎。滑坡體主要物質組成為殘積粉質粘土、下部為透水性較差的風化巖。其巖性組成有利于滑動面的形成。

（2）地形地貌。邊坡滑動區域一般處于斜坡地貌或人工削坡地貌，從地形上看，呈現出利于地表入滲的梯砍狀，邊坡坡度約25o左右。因為場地施工開挖，出現了有效臨空面，使得前緣擁有臨空滑移變形的條件。

（3）地下水和大氣降水作用。地下水和大氣降水作用屬于邊坡淺層滑動的主要因素，主要包括以下幾點：

①土體和土體結構面會被水軟化。水的存在，從而讓邊坡土地出現長時間的浸泡，增加含水量，土質逐漸變軟。站在微觀角度，因為水分增多，不僅水基于較大顆粒表面會有對應的潤滑作用形成，減小粒間摩擦阻力，還會使細小粘粒之間的結合水膜變得更加的厚實，導致土的粘聚力弱化，大大降低c、φ值，進而造成土體抗剪強度降低。由于土地結構本身的強度，最終就會導致邊坡穩定性受到較大的控制作用。同時，因為水本身對于土地結構帶來的影響并不大，但會使巖土體里面的軟弱結構強度降低。一旦軟弱結構與水相遇之后，就會實現軟弱物質的軟化填充處理，大大降低抗剪強度。針對填充結構面的物質，在降雨前后其含水量存在較大差異，實現軟弱結構物質的快速填充，同時也能夠滿足抗剪強度的大幅度降低。

②水的物理化學作用。水是土體的重要組成部分，屬于土體賦存環境水，可以使土體受到顯著的影響。水在土中會直接的形成楔形壓力、滲透、潛蝕、沉積以及溶解等諸多作用，不應簡單地將水作為機械地域固體顆粒之間相互混合的一種物質。水在土的結構中有機參與，使土體結構受到重大影響作用，進而引起土體性質改變，這屬于復雜性較強的物理化學變化，一般要求的是通過水本身的絕對含量以及相應的賦存方式、形態等決定的。土體在一定條件下吸收或者失去水分，產生水化作用、脫水作用，這樣的過程均可能導致土體體積膨脹、收縮，最終造成土體松散而破碎，化學成分發生變化，尤其是如果水里有其余的化學成分或者是氣體的存在，就會導致化學溶解能力和潛蝕能力被進一步地提高。當面臨物理作用的時候，就會導致土地出現碎裂的問題，而且因為水的蒸發也會讓土體收縮，造成程度不同的破壞，如干裂等。另外，水的物理化學作用本身也會直接順著土體的結構面、構造面延伸到更深的部位，加深對土體形狀的影響，成為邊坡穩定性的威脅。

③靜水壓力。靜水壓力指的是土體的孔隙含有地下水，通過靜水或者自重應力傳遞的方式對土體產生作用的力，又被稱作孔隙水壓力。它的作用以減少邊坡土體破壞面的潛在正應力為主，同時又產生出對應的側向靜壓力，以此來滿足巖土體有效重量的減少。對于邊坡之中滯留的水，還會有對應的土地靜水壓力的存在，同時擠壓土體，使下滑荷載增大。

④動水壓力（滲透力）。動水壓力屬于地下水水頭差從而形成的滲透力，也就是地下水向土體顆粒、孔隙壁滲流時受到阻礙而向土體施加的作用力。其表現的是土地之中滲透地下水的時候，對于總水頭所損失的孔隙水壓力，其本身就會直接轉變成為水流方向上的有效壓力，其屬于體積力的一個方面，同時與滲流的方向之間是保持一致的，這樣就會產生出較強的推力，一般來說，還會造成滲透破壞的問題出現。對于深層地下水，尤其是坡腳處和下部承壓水都會使坡腳受到浮力作用。當受到了地下水浮力作用，相比地下水產生的上浮力，在坡腳位置以及含水層頂板的土的實際自重應力偏小的時候，這樣就會導致流砂、冒地、涌水等對應問題的滋生，進而導致被動土的壓力喪失，破壞坡體的穩定性。

3.2 降雨與邊坡穩定性的關系

研究結果表明，降雨對邊坡淺層滑動的變形破壞及影響機制。穩定性提出降雨影響因素的常規計算處理。

（1）與降雨時間的關系。從地質災害發生的時間來看，珠三角地區的邊坡滑坡主要發生在7～9月，該期間降雨量集中，降雨量大，從短時間的降雨量來看，主要發生在強降雨或暴雨的中后期，且發生在降雨量大于100mm 時，便會出現滑動，一般在強降雨或暴雨過后兩三天才發生滑動，多為淺層土質小型滑動。

（2）與降雨歷時的關系。邊坡發生淺層滑動是隨著降雨時間的增大而增多，連續高強度降雨極有可能形成坡面較大的徑流，造成坡面巖土體流失，特別是土體流失的坡段，很容易引發滑坡現象。持續降雨會導致邊坡有大量雨水的滲入，使坡面巖土體容重增大，在降雨后容易滑動。

如果降雨強度沒有發生變化，一般邊坡安全系數會伴隨降雨時間的延長而持續減小。然而因為土體滲透力有極限邊坡土體存在最大入滲深度，針對特定邊坡的最大入滲量也有極限值，并非無止境，所以雨水滲入量就會明顯大于土體最大入滲量，邊坡只會受到降雨很小的影響。

一般情況下，降雨時間逐漸延長，土體入滲能力隨之減弱，所以含水量伴隨深度下降幅度慢慢減緩；當降雨時間很短時，上部土體含有大量水，僅僅在深度超過大約80cm后，含水量就與初始含水量趨近，即在80cm以下幾乎不會有什么影響。降雨時間的延長降低邊坡穩定性的安全系數的幅度差異較大。通常而言，邊坡穩定性的安全系數在最初5～6h里下降幅度最大，接下來盡管在降低，但幅度變小。原因在于降雨初期的強度比土壤入滲能力小，雨水幾乎全部入滲，伴隨入滲量越來越大，土體含水量越來越大，入滲能力越來越小，減緩土體含水量增多的趨勢。所以邊坡穩定性的安全系數也在放緩降低。

（3）和降雨形式之間的關系。降雨形式（小雨，中雨，大雨，暴雨）（久雨型，暴雨型）會明顯影響邊坡淺層滑動的觸發。面對相同地貌地質環境，這兩種雨型觸發滑動的日降雨量、累計降雨量存在顯著差異，日降雨量高、暴雨型強度大，久雨型降雨的邊坡觸發累計降雨量比暴雨型降雨滑坡觸發的累計降雨量小，日降雨量的改變幅度較大。

（4）與降雨入滲之間的關系。土體入滲率的大小會受到降雨方式、強度、土體入滲能力這三大因素的決定性影響。如果土體自身擁有較強的入滲能力，比外界降雨強度更大，其入滲強度就會面臨外界降雨的實際影響，土體的表面含水量在實際的滲透過程之中，也會因為入滲慢慢增加，直到處于某個穩定值。如果降雨強度要明顯大于土體入滲能力，入滲強度就是土體入滲能力的決定性影響因素，會形成地表積水或者徑流。基于不同入滲階段，其出現的情況主要包含了兩個方面，例如當降雨條件穩定時，初期降雨強度比土體入滲能力小，入滲率等同于降雨強度，然而在一段時間之后，土體入滲能力減小之后，其實際的土體入滲能力就要明顯小于降雨強度，于是產生積水，剛開始時快速入滲，然后速率越來越小。隨著時間的推移，土體入滲能力發生改變，其直接關聯到初始含水率和基質吸力，其本身也關聯到土質條件和剖面的實際結構。一般在入滲的初期階段，土體本身的入滲能力較強，之后，其速率就會逐漸變小，并且最終會趨近于一個常數，從而進入到穩定的階段。如果氣候條件變得干旱，那么其水勢的梯度救護逐漸變陡，進而出現較大的入滲率。不過，在持續入滲濕潤層下移，減小基質梯度。如果入滲強度等于土體飽和導水率，那么其本身就會達到穩定。當降雨強度比飽和導水率小時，穩定入滲階段相對應的入滲強度在這一條件之下的非飽和導水率就是相等的。

土體剖面水分直接分布在入滲過程中和土體表面入滲的條件存在關聯性。如果均質土體存在地表積水，飽和區、含水率存在降落非常明顯的過渡區、并且其含水率也會逐漸地變小，從而轉化到初始值的濕潤區、含水率變化不明顯的傳導區，而且每一個區都有獨特性，濕潤區前緣往往被稱作濕潤鋒。在持續的入滲階段，其本身就會逐漸朝著深層發展，并且對應的濕潤層、濕潤鋒都隨之往下移動，含水率分布曲線就會越來越變得平緩。

經過研究，邊坡降雨入滲屬于一個相對嚴峻的問題，因為土體本就具備復雜多變的特征，現階段尚且不能得到非常可靠的、精確的描述，局限于總結他人經驗，同時提出簡單的看法、觀點。在開始降雨之后，非飽和土邊坡中的非飽和區在飽和區逸出點以上周圍最先有暫態飽和區的出現。在降雨時間的延長中，暫態飽和區的范疇會沿著坡面四周區域持續延伸、拓展，這樣就會在坡面的周圍直接形成暫態飽和區，其包含了“飽和殼”結構，同時，在持續的入滲的狀態下，開始有正的水壓力的產生，這就是一般而言的暫態水壓力。在坡面周圍，實際的暫態水壓力數值偏小，其下緣接觸非飽和區的部分為零，中上部出現最大值。伴隨降雨繼續入滲，暫態水壓力在降雨的階段，會不斷地增大，同時，在非飽和區域之中，其含水量也會進一步的擴大，這樣就會導致基質吸力逐漸地降低，進而對于土體強度的穩定性產生影響。一般情況下，降雨入滲環節，一旦入滲達到了極限，那么就無法再擴展，潛水面只有很小的升高變化，飽和區滲流場也不會有很大的變化，這和過去通過飽和滲流模型進而分析降雨入滲不給潛水的完全不一致的土體滲透性的影響，雨水的入滲速度本身和土體滲透性有著較大的關聯，因而一旦降雨對于邊坡的穩定性產生影響的時候，滲透性的作用機理就能夠發揮相應的作用。對于滲透性的分析，還需要與降雨強度相互結合起來，通常情況下，如果降雨強度、降雨時間都一致，伴隨著滲透性的不斷增大，邊坡穩定性安全系數會大幅度地降低，并且在長時間的降雨過程中，其實際的強度偏低，滲透土體的能力也較弱，此時滲透系數與降雨強度本身的影響也會產生一定的差異，其滲透系數也會逐漸地降低，導致邊坡的安全系數也呈現出大幅度地降低。由于飽和滲透系數要明顯比降雨強度大，雨水非常快速地往下滲透，邊坡淺部土體難以達到飽和狀態，所以總會有一定吸力的保留，一旦滲透系數的比例相對接近的時候，就會減緩雨水垂直下滲率，這個時候邊坡土地淺部是比較容易達到飽和狀態的，基質吸力也隨之喪失，造成安全系數不斷變小，進而影響邊坡的穩定性。

此外，各向異性滲透性系數比在影響邊坡安全系數方面也是十分顯著的。一般來說，當各向異性滲透性系數比較大時，孔隙水壓力的分布越不利于邊坡穩定性。換言之，如果邊坡土體的水平滲透系數要明顯大于垂直滲透系數，這樣的邊坡穩定性的影響就會各向同性土坡大。

4 結語

邊坡主要影響因素有邊坡的巖土體組成、邊坡的形態。但是，降雨是誘發邊坡淺層滑動的重要因素，邊坡穩定性的影響因素主要與降雨的時間、強度、降雨形式有關。由上述統計條件可以看出，降雨時間越長、降雨強度越大，產生淺層滑動的概率就越大。降雨強度為暴雨或久雨型，發生淺層滑動的概率也越大。