動水驅動作用下邊坡災變防控研究綜述

摘要：降雨、庫水位升降、外界振動等驅動因素造成的坡體失穩被稱為動水驅動型邊坡災變。該類災變隨著大規模的基礎設施建設而變得越來越突出，迫切需要對其力學響應機制、變形破壞過程及防控技術開展深入研究。從水作用下邊坡失穩特征和力學過程出發，著重分析了庫水位升降、降雨導致邊坡失穩的微觀機理，指出降雨等入滲作用下的坡體孔隙間的黏土礦物與可溶鹽膠結物不斷分解析出，對坡體結構產生促溶效應。進而從長期飽水作用、交通循環荷載以及巖土體介質的微觀特征入手，歸納出動水驅動作用下邊坡致災的“六促效應”。在動水驅動致災機理特征的基礎上，對動水驅動下邊坡災變的各類分析方法的適用性及優勢進行了總結。最后，對邊坡災變防控技術，包括控水減災技術、坡面工程防護技術、邊坡植被減災技術3方面的研究現狀進行了梳理，揭示了邊坡控水減災技術模式。研究成果對重大工程的建設安全和邊坡的監測預警具有重要意義。

關 鍵 詞：邊坡災變； 降水； 庫水位升降； 動水驅動作用； 水化學作用； 促溶效應； 邊坡防護技術

中圖法分類號： P642.22

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2025.02.017

0 引 言

地質災害在中國頻繁發生。由中國地質調查局與自然資源部統計得知，2015～2023年地質災害數量呈波動變化趨勢（圖1）^［1］。這些災害涉及全國27個省，由截至2021年底的地質災害隱患點占比發現（圖2），四川是受地質災害最嚴重、頻次最高的省份，其次為云南、重慶、貴州、西藏^［2］。連續強降雨以及坡面積水會引起土坡滑動面松弛，繼而坡體失穩，例如在2000年西藏易貢因雪水融化致山體內濕潤層增厚引起巨大的山體滑坡，致易貢茶場在內的4 000余人受災^［3］。徐興倩等^［4］利用流固耦合方法分析了在庫水位變化和降雨下三門洞滑坡的形成機理。2007年四川省達州市由于連續強降雨天氣致青寧鄉巖門村山體內應力場的平衡狀態被破壞，孔隙水壓力不斷抬升，進而引發山體滑坡，導致房屋被埋1 658間、1 831人受災^［5］。三峽水庫千將坪坡體由于受后緣泉水的長期浸滲以及持續的強降雨，其內部水分不斷堆積難以排出，最終觸發秭歸千將坪滑坡。由中國地質災害規律可知，坡體失穩災害中80%與非飽和土體滲流產生的變形破壞有著直接或間接的關系。這是由于西南地區的地質構造、氣候、植被水文等條件復雜，加上該地區常年6～8月份出現連續強降雨天氣，若遇強震，還會發生震動型山體滑坡。類似的地質災害屢見不鮮，如2023年12月18日發生的甘肅省積石山振動液化型滑坡、重慶市彭水縣公路滑坡^［6］、菲律賓南萊特省特大山體滑坡^［7］。

目前，隨著中國基礎設施建設的不斷推進，隨之帶來很多新型滑坡類地質問題，這類問題不僅是降雨的單因素作用，還是由積雪融化、降雨、庫水位升降、外界振動等驅動下發生的坡體失穩災害，并且呈現出頻發特征^［8-9］。如2019年8月14日四川省成昆鐵路甘洛縣滑坡導致17人失聯，2020年3月30日京廣線T179次列車突遇滑坡體造成列車脫軌及1名乘警殉職多名乘客受傷，2022年6月4日貴州省貴廣線榕江站月寨隧道口沿線發生泥石流，致使D2809次列車沖撞脫軌，8人受傷^{［3，10-12］}。對此，王家鼎等^［13］提出這類災害成災效應是外界振動、降雨和干濕循環耦合作用下的“五促效應”，即耦合作用下水入滲坡體是一個動態過程。隨著動水驅動作用引起的新型邊坡失穩問題越來越突出，該類失穩研究越來越受到國內外的關注。對于動水驅動作用下坡體的入滲模式、應力、應變場時空演變特征的研究已經迫在眉睫。

坡體是一種巖土體結構，其中土體是一種碎散的多孔介質，其孔隙在空間上是相互連通的，而巖體是多孔隙不連續介質，當非飽和巖土體中兩點間的含水量存在水頭差時，水就會從巖土體孔隙中能量高的點流向能量低的點。因此，本文從水影響坡體穩定性的角度出發，分析水作用下坡體的力學強度性能及微觀機理，并將其與干濕循環作用、交通循環荷載結合，歸納得出動水作用下邊坡失穩的“六促效應”。同時，依據上述致災機理的特點，緊扣“三控”理念，歸納總結了目前邊坡災變防控技術領域的研究進展，包括控水減災技術、坡面工程防護技術、邊坡植被減災技術3個方面。然后，通過梳理相關技術的國內外發展歷程，總結出邊坡綜合控災模式流程。最后，分析了邊坡植被防護技術在“三控”方面的護坡效果，并結合目前實際應用中的問題，展望了未來的邊坡防護技術的主要研究方向。

1 動水驅動作用對邊坡的致災機理

1.1 水作用下邊坡滲流及土體強度

Hawkins，Anson等^［14-15］對邊坡體內、外的地下水進行取樣，發現坡體內的鈣含量明顯高于坡體外的；室內單軸抗壓強度試驗表明，長期飽水作用下的砂巖強度沒有原生砂巖的強度高。于越等^［16］選用小壩組砂巖進行干濕循環試驗，研究表明試樣飽和后彈性模量降低幅度較大，但干濕循環次數對泊松比無直接影響。江強強等^［17］發現滑帶土的結構性和含水量影響土體的抗剪強度；同時多次干濕循環下，土顆粒間聯結鍵被破壞，顆粒間產生的裂隙和孔隙不斷延伸擴展。因為土體有效應力會因孔隙水壓力和孔隙氣壓力降低而減小，因此Liu等^［18］提出了水-氣耦合傳遞機制，當坡體入滲速率小于外界降水強度時，坡表完全飽和形成一個封閉氣體的空間，隨著水不斷入滲，孔隙氣體不斷被壓縮傳送到坡腳形成指向坡外的推力。當然在水的作用下，不同的坡體傾斜度也會影響其穩定性^［19］。

水庫滑坡在世界各地頻繁發生。庫水位的動態變化導致庫岸體本身結構性質受到影響^［20］。唐軍峰等^［21］從邊坡內部結構、變形特征出發，采用離散元數值模擬計算蓄水前后坡體穩定性，發現水位動態變化會加劇堆積體強度劣化。陶宏亮等^［22］使用二維數值模型模擬了三峽水庫水位變化時壩坡的變形特征，明確坡體應力應變的平衡會隨水位變化重新調整。Liao等^［23］利用Ditlevsen的界限法對坡體進行系統可靠性分析，得出滲流場的變化直接與庫水位動態過程有關。為研究堆積層內孔隙水壓力和庫水位間的動態關系，Wang等^［24］通過建立物質點法MPM數值模型分析得出堆積層滲透性阻礙水體入滲，引起坡內孔隙水壓力相較于坡外水位升降表現出滯后效應，進而導致堆積層內土顆粒向外流向坡面，影響其穩定性。張琪等^［25］通過離散元和有限元法結合分析得出：在庫水位上升時，位于水位以下的坡腳巖體發生軟化作用，前緣抗滑力下降，水體沿節理裂隙不斷浸滲，間隙水壓力增強，巖體層面受到向外的推力產生滑動，同時坡體內地下水位上升；當庫水位降低時，坡腳巖體相較于坡體內地下水位下降速度快，兩者形成的水頭差產生對坡體臨空方向的推力。師華鵬等^［26］發現張裂縫和滑動面上的靜水壓力對邊坡破壞起主導作用；同時在地下水作用下，整個坡體產生指向坡外的承壓水驅動力，進而導致滑坡。當然坡體中滑帶和滑體在長期水浸泡下會受到濕潤、飽水、軟化和泥化作用，改變滑帶、滑體的物理性狀、力學性質，導致坡體及軟弱層抗剪強度降低，進而加劇坡體失穩^［23-26］。

由上述研究結果知，水的作用對坡體物理性質影響表現在強度參數弱化，對力學性質影響表現在靜水壓力、滲透力、浮托力、軟化和滑帶土效應。如果正確理解和利用這一過程的機制和規律，將對邊坡失穩預測、預警和災后防治產生幫助。但前述研究均側重于對坡體強度變化規律的宏觀解釋，沒有對變化原因和機理進行微觀或細觀分析，這在防災減災的實際應用中具有一定局限性。因此，進一步闡明水作用下邊坡穩定性微觀結構的變化具有重要的理論和現實意義。

1.2 水作用下邊坡微觀致災機理

水長期作用下的巖土體會發生一系列化學反應，例如溶解、溶蝕、離子交換和碳酸化等使巖土體中黏土礦物和易溶膠結物水化、水解，并在一定程度上使巖體的性質和強度發生變化，最終其穩定性受到影響。張明等^［27］通過原位試驗來計算堆積體邊坡的穩定性系數發現，考慮水巖化學和力學相結合作用下的穩定性系數比考慮單一作用下所得的系數更精確。因此，研究水作用下邊坡微觀結構的變化是極其必要的。

隨著微觀實驗技術的不斷發展，現有的巖土領域微觀實驗設備有激光粒度分析儀、Zeta電位儀、CT掃描儀和SEM電鏡儀等。李姝等^［28-29］使用上述設備，從黃土強度和化學作用方面研究得出土體物理力學參數和抗剪強度與浸水天數的變化呈3階段特點；同時土中起膠結作用的易溶鹽成分如CaSO4溶解會致其結構破壞。彭三曦等^［30］探究飽水失水對庫岸紅層土體結構性質的影響，發現燒失量（LOI）中有機質比土中黏土礦物如高嶺石等有更強的親水性、膠體特性；長期浸水作用下，LOI含量降低，直接影響土顆粒間的強度和連接關系。駱韜等^［31］利用不同化學成分的水溶液浸泡砂巖來進行三軸壓縮試驗研究，發現在pH 1～3的水溶液和pH 11～13的水溶液作用下的砂巖黏聚力和內摩擦角下降幅度最大。常錦等^［32-33］在酸雨條件下對膨脹土進行室內循環飽水試驗，通過使用電感耦合等離子體發射光譜儀和X射線探究膨脹土的微結構變化，發現土中游離態的膠結物CaO、Fe2O3、K2O等出現淋濾和溶蝕現象，并隨酸雨pH降低陽離子交換量增大，不利于土骨架穩定。

從滲透性的角度出發，單慧媚等^［34］研究表明庫岸與水發生化學作用，其顆粒特征與水中Pb²⁺、F-、Ca²⁺等呈線性關系。鄒錫云等^［35］發現水作用會使土顆粒間孔隙發生滲流壓密現象，滲透性降低。王紳皓等^［36］采用分形維數來研究浸水后土體的微觀結構狀態，發現在水作用下土體具有時效性；整個浸水過程土體孔隙面積呈現大中孔隙減小、小孔隙增加的趨勢。當土體中可溶鹽、膠結物質的溶解過程不斷發生，就會產生濕陷現象。對此劉禹陽等^［37］研究黃土在水化學作用下的濕陷機理發現，天然土層中的鋁硅酸礦物遇水中H+后會進行陽離子交換過程，并且黃土中的碳酸鹽礦物如方解石，在浸水中含量會不斷增加，這是因為陰陽離子置換過程生成的游離陽離子與粒間孔隙中的H2O和CO2發生反應，促進了新碳酸鹽礦物生成。由于日常生活中水不可避免地與空氣中CO2接觸呈弱酸性，因此為了更好地驗證水作用下土體的強度變化規律，劉劍等^［38］歸納出直接影響土體黏聚力的易溶鹽離子濃度變化關系。可見在水化學作用下，膠結物的數量直接影響土體黏聚力的變化；土體中Ca²⁺、Mg²⁺與水中CO2、OH-、SO^2-4和CO3^2-反應生成膠結物如碳酸鈣，同時還與Na鹽、K鹽進行離子交換，使得土體孔隙變得越來越緊密，黏聚力略微上升。但當兩者析出濃度足夠高時，黏聚力驟降。Tang^［39］、You等^［40］通過全巖X射線衍射、壓汞法和XRD等手段，對巖體孔隙分布情況進行探究，發現地層水存在高鹽，一旦接觸巖體會發生鹽析現象并生成結晶鹽；巖體孔隙存在伊利石、蒙脫石、高嶺石等親水黏土礦物，其水理特性顯著，與水發生化學反應生成水合結晶鹽附著于表層，堵塞巖體的滲流通道。巖土體的整個微觀過程見表1^{［31-36，40］}。由表可知，巖土體骨架輪廓隨水不斷浸潤逐漸變得光滑；且不斷有小顆粒析出聚合成集體起骨架支撐的作用；顆粒間孔隙逐漸變小，并伴隨微裂隙的出現；小顆粒和膠結物在孔隙中流動并發生堵塞。

綜上，坡體在水的浸透下微觀機理體現在巖土體孔隙間發生如下化學變化：可溶鹽溶解，黏土礦物分解，同時Ca²⁺、Mg²⁺與孔隙中H2O、CO2等生成新膠結物與鈉鹽、鉀鹽進行離子交換，堵塞滲流通道致坡體結構強度改變。因此，筆者在“五促效應”以及水作用下坡體的微觀機理的基，礎上將整個災變過程歸納如下

（圖3）：① 受長期飽水作用下的坡體，其孔隙間的黏土礦物分解堵塞滲流通道，同時可溶鹽膠結物分解析出陽離子與空氣中的二氧化碳、水生成碳酸鹽腐蝕坡體，伴隨Na+、K+的不斷析出，坡體結構強度受到嚴重的破壞——促溶效應；② 地震、高鐵動車等產生的振動效應促使坡體進一步開裂，其內部原有的裂隙不斷延伸擴展形成網狀孔隙結構——促裂效應；③ 網狀孔隙結構形成優勢入滲通道，致使孔隙間的氣體不斷排出，加速坡面徑流雨水等的入滲——促滲效應；④ 在濕熱分明的地區，坡體還會受到干濕循環的作用，結構進一步崩解——促崩效應；⑤ 長期飽水作用嚴重的部位發生軟化，加之動水作用導致孔隙水壓力激增，顆粒間的摩擦力降低前緣抗滑力下降，受到向外的推力產生滑動——促滑效應；⑥ 坡體在水-力-變形耦合作用過程中，可溶鹽、膠結物質的溶解過程不斷發生，致使不均勻沉降產生——促沉效應。

1.3 動水驅動作用下邊坡災變分析方法

隨著預測預警手段的不斷進步，鑒于遷移學習法、狀態識別法與深度學習法在邊坡災變分析中具有獨特優勢，越來越多的學者將其運用到動水驅動作用下的坡體失穩研究中^［41-44］。三峽庫區在降雨、庫水位升降的耦合驅動作用下，坡體失穩呈現典型的階梯狀變形特征，劉勇等^［45］基于遷移學習法能彌補監測數據缺失的優點，通過擬合降雨、庫水位升降得出滑坡當前的敏感情況并構建滑坡狀態，然后進行狀態分類并結合最大均值差異法，設計出一種狀態仿射遷移學習方法。徐慶杰等^［46］先準確選取坡體失穩監測點，接著對降雨量、庫水位升降、地表位移等數據進行整理，利用判別器網絡與生成器網絡之間的博弈提出基于生成對抗網絡的動水驅動型邊坡失穩狀態識別方法。為預測動水驅動作用下邊坡失穩的位移變化，Liu等^［47］基于坡體失穩的動力學演化過程，首先構建滑移帶劣化模型作為粒子濾波器的狀態方程，進而將坡體失穩變形與監測數據間的關系構成觀測方程，再與物理數據同化模型PIDA相結合，最后得出改進的PIDA坡體滑移預測方法。Wang等^［48］在變分模態分解法與支持向量回歸法相結合的基礎上，構建了深度學習水動力滑坡演化過程的預測模型，進而提高邊坡失穩預測模型的準確性。

模型試驗與數值模擬是分析動水驅動作用下邊坡災變的重要手段。周亦良等^［49］利用振動臺、滑板、脈動水壓力器等設備開展地震過程中的坡體模型試驗，研究得出地震及同震聯合作用下邊坡失穩的動水壓力變化情況。考慮到順層巖質斜坡的結構特殊性以及動水作用下坡體內物理力學性質復雜多變，唐雅婷等^［50］通過構建單層滑帶且含軟弱夾層的順層巖質邊坡物理模型，探究了動水作用下滑面傾角、滑面粗糙程度、內部滲流沖蝕等對邊坡失穩變形演化過程的影響。為探究三峽庫岸邊坡發生失穩的變形前后特征，Fan等^［51］以樹坪滑坡為基礎，應用數值模擬分析其滲流場、位移場與穩定系數的變化。張碩等^［52］開展階梯型高填方坡體在累進性地下水位升高過程的力學-變形響應特征研究，結合數值分析結果對水動力侵蝕誘發階梯型高填方坡體變形演化與失穩破壞機制進行重點研究。

上述分析方法都能有效地應用到動水驅動作用下的邊坡災變研究中。分析方法對比如表2所列，可見當前研究主要集中單一分析法，而耦合分析方法較少。在未來的動水驅動邊坡災變研究中可結合不同分析方法的優勢及其適用范圍來開展，以為邊坡災變治理提供更科學的防控技術手段。

2 動水驅動作用下邊坡災變防控技術研究

動水誘發邊坡災變中巖土體的性質是災變之源，也是誘發邊坡失穩的“主兇”^［53］。因此，應重點從控水的角度出發，減少地表水的豎向入滲，防止地表水大量入滲進入坡體內部，使地下水位不斷升高，造成濕陷沉降等一系列坡體失穩特征發生；另一方面盡量減少地表水的坡面和溝道徑流的侵蝕強度，防止邊坡發生過度的侵蝕。科學防控動水條件下邊坡災變，全面貫徹“控水、控變形、控侵蝕”的“三控”減災理念。

2.1 邊坡控水減災技術

目前傳統的邊坡防滲技術包括預制水泥磚塊、水泥砂漿和添加固化劑等，一旦遇冷熱交替氣候易熱脹冷縮開裂，且嚴重抑制坡內植被生長，對生態環境造成不可逆的破壞。因此，研究人員為解決因地表水、生活廢水以及降雨入滲引發的邊坡失穩，采取在坡體中部和后緣設置截水溝，坡體兩側布置排水溝等截排水工程^［54］。這些措施能起到一定的坡面徑流排水效果，但易受降雨量影響，導致排水效益不高以及污垢堵塞排水溝道等問題^［55］。要達到高效的控水減災效果，需提出符合人與自然和諧共生原則包括NBS理念的自然解決方案^［56］，在面對河流沖刷、降雨、人類生活用水排放等外界影響因素下，其能達到高效排水與防滲，同時又能削弱水巖土化學反應對坡體結構強度的影響。

選擇恰當的生態友好性改良試劑，如聚丙烯酰胺PAM、鈉羧甲基纖維素等不僅可提高坡體抗動水的侵蝕能力，還能有效降低坡體的滲透系數，是未來邊坡控水減災技術的重要發展方向。因此，楊帆等^［57］考慮古土壤層隔水效應特點，采用石灰改良黃土形成低滲層，并利用改性纖維素抗侵蝕的特點，構建黃土-古土壤構造的物理模型。他通過模型試驗得出：有控水結構與無控水結構邊坡相比，前者降雨結束后侵蝕量比后者小0.670 7 m3。馬興業等^［58］通過人工降雨模型試驗，對只添加木鈣、玄武巖纖維以及二者混合添加的黃土邊坡力學性能分別作了對比研究，發現兩者混合使用顯著提高了坡體抗滲、抗侵蝕能力，與素土邊坡相比沖刷量可降低99.8%。毛細阻滯覆蓋層（CB）因其覆蓋層層間基質吸力的不同，因可維持坡體、路基在降雨時內外水分穩定、適應植被生長而被國內外研究人員廣泛應用于垃圾填埋場、礦山尾礦和親水性坡體防滲透工程中^［59-60］。CB較傳統黏土覆蓋層不同之處在于，后者易因氣候變化而發生干濕循環開裂，CB因具有細粒層滲透系數低、飽和含水率高的特點使得入滲雨水堆積于此，而粗粒層主要由礫石、砂石組成，在邊坡與細粒層間產生毛細阻滯效應，如此達到坡體控水的目的。但CB防滲效果受幾何構成、層間滲流差異以及組成材料的影響，對此學者歸納總結了CB邊坡防護技術的優缺點，并針對改進措施、優選防滲能力組合材料進行了綜述^［61］。

控水減災技術還與不同地質條件、地理環境有關。三峽庫區的巖質坡體因常年受庫水位升降和降雨聯合作用，處于長期干濕循環中其結構強度逐漸劣化，坡體變形與庫水位變化存在滯后效應^［62-63］。基于三峽庫區白家包滑坡，劉藝梁等^［64］進行不同庫水位下降速率和不同滲透系數的滯后模擬實驗，結果表明：當坡體滲透系數與庫水位下降速率不變時，坡體失穩變形的滯后時間都會隨著滲透系數與庫水位下降速率比值的增大而變短；兩者相對變形時間差異在0.05～0.34 d，坡體滲透系數是控制坡體失穩變形滯后時間的關鍵；可在巖體內部鋪設復合土工膜、膨潤土防水毯等防滲材料，并與抗滑樁支護相結合，使坡體滲透性足夠低，達到一定值后形成隔水覆蓋層，以此達到控水防滲的目的。了解巖土體成分結構是選擇合理控水措施的關鍵，陳興周等^［65］從凝灰巖水理特性出發，歸納其遇水發生軟化、膨脹、崩解等變形機理，提出支護、加固以及基于人與自然

和諧共生的原則，文獻［66］提出構建控水減災模式如圖4所示。通過新型邊坡防護層、植被以及生態改良友好試劑的聯合使用，形成良好的抗侵蝕隔水層；再結合地表、地下水截排水工程、邊坡支護工程等，達到控制濕陷沉降、坡體滑移變形的目的；在全面貫徹三控的基礎上，植被-坡體-水三者協同作用共同構建一體化邊坡綜合控災模式。該綜合防控模式的良好表現，勢必是未來“一帶一路”建設以及黃土高原地區“三大工程”填方邊坡治理的重要發展方向^［66-67］。

2.2" 坡面工程防護技術

常見的坡面工程防護技術手段有框格護坡、平臺法、混凝土噴漿、坡面護墻等。晏長根等^［68］將坡面工程防護技術分為污工防護技術、骨架結構防護技術和土工格室柔性防護技術3方面。前兩者能在控制坡體位移變形的基礎上減緩坡面水流速度，具有較好的抗雨水沖刷的效果，但易破壞邊坡原有生態環境，且隨著降雨強度增強會在骨架交界處形成“暫態水源”，成本較高的同時不利于生態友好型發展；土工格室柔性防護與傳統噴漿防護、坡面護墻不同，適應于坡面滲水、易風化、含節理裂隙發達、坡面不平整的開挖邊坡，防護效果好，是近來誕生的新型綠色護坡技術，通過采用聚乙烯等高密度土工合成材料制成三維立體結構，具有經濟環保、耐腐蝕強和抗侵蝕能力高的優點^［69］。

生態文明建設過程中，三維土工網這一綠色護坡技術因其具有高耐久、高強度、柔性好的特點被應用到綠色邊坡防護工程。李時亮等^［70］為探究不同降雨條件下不同類型三維土工網的抗雨侵蝕規律，進行人工降雨坡體侵蝕模型試驗，發現泡面類三維土工網較普通三維土工網的防護泥沙流失速度更低，前者上下泡面層形成的緊密結構起到消散、緩沖雨水的作用，水土保持能力更強。河流岸護坡的關鍵在于抗滲抗侵蝕能力，石籠網以其特有的結構特征在河流沖刷防護方面發揮著重要作用，張桂榮等^［71］從石籠網3種護坡結構形式出發，概括了其優勢與劣勢。方琳等^［72］基于生態袋柔性護坡特點，提出適用于引黃灌渠工程的裝配式PET網袋箱生態護坡技術，并將其用于開封黑崗口引黃灌區原生護坡的露天試驗，得出PET材料、生態袋與坡面覆蓋生態布三者構成的裝配箱對坡體起到良好的隔水作用，并隨著生態袋中植草的生長，抗雨水侵蝕效果顯著，本身柔性特質能抵御一定程度的坡體濕陷沉降。

幾種坡面防護技術對比如表3所列。可見將一般柔性防護技術如土工網等與植被結合起來的生態坡面防護技術，不僅本身具有排水抗滲的優勢，還能利用植物生長根系對坡體起到一定的加筋作用。在坡面防護的同時既考慮了人與自然和諧共生的協調可持續發展理念，又兼顧防止邊坡侵蝕、減緩坡面徑流和坡面綠化三重功能。中國到20世紀90年代初開始進行土工材料與植被聯合的坡面工程防護技術研究^［73-76］。綜上，結合植被的新材料、新工藝生態防護措施不斷涌現，了解其防護作用機制是目前學者們的主要研究方向。

2.3 邊坡植被減災技術

全面貫徹“三控”減災理念，建設生態友好型護坡離不開植被的作用。邊坡植被因其在水土保持、防侵蝕、生態美觀方面具有獨特的作用而被廣泛應用到邊坡減災工程。國內外學者對植被減災技術的作用機制歸結為植被生長的力學加筋錨固作用、植被生長的蒸騰作用、坡面雨水沖刷防護作用，分別對應“三控”減災理念^［77-80］。

坡體飽和-非飽和持水特性是坡體滑移的關鍵因素。Luo等^［81］通過連續3 a監測對比香根草覆蓋層、狗牙根草覆蓋層與裸漏坡面覆蓋層的坡面水流入滲特性和導水性，得出植被覆蓋層的水導率更高，且香根草減少土層滲率液效果顯著。土壤中孔隙度、毛管孔隙度會隨著植被生長年限增長而降低，且根系密度越緊密土壤水導率越強^［82］。周鑫隆等^［83］以土壤水分垂直分布特征、空間統計特征、平均含水率變化規律來反映植被護坡土壤水分時空動態特性，通過試驗發現種植有多花米蘭的坡體內部水分分布格局異于裸坡，植被本身根系吸水，莖葉雨水截流，蒸騰作用對土壤水分起動態調控作用。為探討植被根系護坡力學加固效應，李金波等^［84］分析了11種常見護坡植物苗期在邊坡中的根系構型特征。包含以根系形態特征指標、根土復合體強度特征來表征根系時間演化護坡規律，發現根系的根面積、抗拉強度等與發育時間呈正相關，土根之間的黏聚力隨深度增加而減少^［85］。然而，單純植被護坡也存在一些不足，植被根系生長造成巖土體層出現預裂縫，隨著根系發育縫隙逐漸穩定，形成天然的動物生活空間、滲水儲備空間，致使坡體滑移風險增大；其生長發育還受氣候、環境因素影響，例如黃土高原、塔里木盆地等干旱地區護坡效果不明顯。呂春娟等^［86］發現植被根系的抗拉力等力學性能與纖維素、半纖維素和木質素有關。植物纖維毯是一種新型環保護坡材料。張平等^［87］以黃土丘陵溝壑區為研究對象，將不同發育天數的草本邊坡、植物纖維毯邊坡與裸露邊坡進行戶外人工降雨模型對比試驗，發現植物纖維毯坡體的坡面產沙徑流量、坡面產流量均低于其他兩類，且隨生長發育時間延長效果顯著。趙婭如等^［88］利用不同覆蓋層材料如秸稈纖維毯、椰絲草毯、草簾與植被疊加形成新的坡面防護層進行試驗，發現植被結合不同材料的覆蓋方式均表現出抗雨水沖刷能力強，防護效果好的特點。近幾年，土壤混合物被用于邊坡防護中，Xiao等^［89］研究了土壤混合物成分對植被萌芽的影響，發現水泥、纖維、泥炭、保水劑、土壤改良劑、pH調節劑對植被生長都有一定影響，其中纖維量對植被生長、坡體內摩擦角影響最小。可見，將植被與一定的土壤混合改良試劑、纖維素毛毯等結合起來，對坡體防護減災起到事半功倍的效果。

綜上，邊坡植被減災模式如圖5所示。主要體現在植被根系生長與巖土體顆粒擠壓摩擦，達到加筋錨固的作用——控變形；根系吸水和蒸騰作用能降低坡體內孔隙水壓力，增強水導率，緩沖雨水的徑向入滲，達到坡體保水持水的性能——控水；莖葉的生長形成天然的坡面覆蓋層，截流的同時改變坡面徑流的空間形態，達到降低雨水坡面沖刷能力的作用——控侵蝕。但植被生長易受土壤質量、水分營養、氣候環境條件等因素的影響，僅單靠植被護坡效果具有一定局限性。

3 研究展望與結論

本文分別從水作用下邊坡的力學強度性質、微觀作用機理以及災變控水防控技術3個角度出發，對近年來國內外學者在動水驅動作用下邊坡失穩致災的研究成果進行了總結。研究發現庫水位升降、降雨入滲對邊坡穩定性的影響的共性是：入滲初期，隨著浸水部分不斷上升增多，坡體天然容重成為浮容重，致使該部分下滑力增強，抗滑力減弱，宏觀上相當于整個邊坡的抗滑力下降，但庫水位與降雨入滲影響邊坡失穩的變形機制仍存在一定差異。微觀機理方面主要體現在可溶鹽離子的分解堵塞孔隙，導致原有的膠結物質被破壞，顆粒間水膜增厚，滲透性減弱，結構抗剪強度降低。動水驅動作用下邊坡失穩體現在水、力、振動變形耦合作用下的災變。整個災變過程首先是長期浸水作用下巖土體顆粒間發生的促溶效應，以及地震、高鐵動車等產生的振動使坡體發生促裂效應，促裂效應進一步加劇坡面徑流與雨水的垂直入滲，同時部分地區還會受氣候條件的影響，坡體發生振動崩解，最后坡體局部出現軟化、沉降致坡體發生滑移坍塌。合理的防控技術是防災減災的關鍵。因此，緊扣“三控”理念，基于人與自然和諧共生的原則，應構建系統的控水減災模式，單一植被群落生長形成的天然覆蓋層更易受到氣候地理環境等因素的影響導致護坡效益不高，而系統控水減災模式符合“尊重自然、順應自然、保護自然”原則，在動態視覺效果上達到美化景觀的目的，能做到控水減災的同時保護自然。鑒于目前關于水、力、振動變形耦合下坡體失穩研究以及在耦合作用下坡體內微觀機理研究較少，提出以下研究展望：

（1） 對于因水、力、振動變形耦合作用下的新型邊坡災害，僅將動水驅動作用下邊坡微觀結構特征變化作為邊坡失穩判別標準是不夠準確的。今后的微觀機理研究需要建立符合自然界變化規律的邊坡內摩擦角與黏聚力的本構模型，著重分析坡體內原生膠結物質在外界振動荷載的影響下發生的水化學作用。

（2） 目前，動水驅動作用下的邊坡失穩致災研究多采用振動或降雨條件下的模擬入滲變形試驗來探究坡體穩定后的強度變化，然后通過數值擬合得出動水驅動作用對邊坡災變的影響。但動水驅動作用下邊坡失穩是振動和雨水入滲的同步動態過程。因此，今后研究應著重考慮兩者協同作用的動態變化以及兩者對坡體微觀結構特征的影響。

（3） 今后，在不同地區的邊坡防護工程應著重從防護措施的高效性、生態性、“三控”性的角度出發來實施，并在防護過程中進行實時監測，反饋不斷優化結構設計。將邊坡綜合控水減災模式應用到固溝保塬、治溝造地、平山造城等重大工程的安全建設和水土保持當中，以期為中國實現“雙碳”目標做出貢獻。

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（編輯：鄭 毅）

Review on prevention and control technology of slope disasters driven by dynamic water

ZHANG Shuo^1，2，3，ZHANG Hanqing¹，ZHANG Xin ¹，JIANG Tong¹，WU Jiaxu¹，YANG Chuangwei¹

（1.College of Geosciences and Engineering，North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou 450046，China； 2.State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China； 3.Institute of Sedimentary Geology，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China）

Abstract： Slope instability caused by driving factors such as rainfall，reservoir water level fluctuation and external vibration is called hydrodynamic-driven slope disasters.With the development of China′s large-scale transportation engineering construction，this type of disaster has become more and more prominent，and there is an urgent need to conduct a thorough study on the mechanical response mechanism and deformation damage process.Based on the characteristics and mechanical process of slope destabilization under water action，we focus on the analysis of the micro-mechanism of slope destabilization caused by the reservoir water level fluctuation and rainfall，and it is concluded that for slopes subjected to long-term rainfalls and other infiltration，the clay minerals in pores and the soluble salt cement have been constantly decomposed and precipitated，which leads to the effect of dissolution promotion.Then the combination of long-term water saturation，traffic cyclic loading，and the microscopic characteristics of the geotechnical medium are considered to summarize the \"six promotional effects\" of slope disasters driven by dynamic water action.We review the applicability and advantages of different slope instability analysis methods and control technologies.The geological disaster prevention technologies are summarized，including three aspects of slope water control and disaster reduction，slope surface protection，slope vegetation protection.The results are of great significance to ensuring safe construction of major projects and monitoring and early warning of slopes.

Key words： slope disaster； rainfll； reservoir water level fluctuation； dynamic water driven； hydro-chemical action； dissolution promotion effect； slope protection technology