不同降雨历时下滑坡稳定性评价分析

不同降雨历时下滑坡稳定性评价分析

李新卫1,2李辉3

李新卫1,2李辉3

（1、贵州省地矿局一○三地质大队贵州铜仁554300；2、中国地质大学（武汉）工程学院湖北武汉430074；3、河北省环境地质勘查院，河北石家庄050011）

摘要：选取石灰溪滑坡作为铜仁地区典型滑坡，采用SLOPE/W调用SEEP/W中针对不同的降雨历时孔隙水压力变化情况，并基于极限平衡理论计算滑坡的稳定性系数，研究不同的降雨历时作用下的滑坡稳定性演化规律，对降雨型滑坡防治具有重要的理论意义。

关键词：滑坡稳定性；降雨历时；极限平衡理论

1引言

降雨条件下，滑坡变形机理复杂，滑坡稳定性随着降雨强度、降雨历时而变化，因此，一直是工程地质领域研究的难点和热点。王发读[1]在浅层堆积层滑坡与降雨关系定性分析的基础上进行大量试验研究，并建立预测模型。罗先启[2]基于大型人工降雨滑坡物理模拟试验平台，对降雨条件下的滑坡渗透特性和变形破坏特性进行研究。许建聪[3]采用数理统计的方法及理论，建立起碎石土滑坡与降雨量之间的统计模型。徐千军[4]等对干湿效应对边坡稳定性的劣化作用进行了研究，得出干湿效应对岩土介质的弱化比持续水环境浸泡还要强。王继华[5]对降雨入渗条件下土质边坡与水相互作用机理及稳定性进行了深入研究，详细推导了降雨入渗引起土坡中三维饱和一非饱和渗流场控制方程。本文研究不同降雨历时下滑坡稳定性演化特征，为降雨型滑坡的防灾减灾工作提供有效的科学依据。

2滑坡概况

2.1水文气象

以石灰溪滑坡为例，滑坡位于贵州省铜仁地区印江自治县，印江县城地处梵净山西北坡面，降雨特点是雨量充沛、夏雨集中。据县气象局1983～2000年降水统计资料，全县多年平均降水量为1100mm，且年际变化较大，最高1356.77mm（1983年），最低897.4mm（1988年），雨季（4～8月）降水量累计738.99mm，占年降水量的68.52%；平水期（9～10月）降水量累计为178.89mm，占年降水量的16.57%；枯水期（11月～翌年3月）降水量累计为161.63mm，占年降水量的14.97%（见图1）。

图1近年印江县月平均降水量分布图

2.2滑坡组构特征

（1）滑体特征

滑体土主要由第四系残坡积物组成，其物质成份主要由黄褐色含碎块石粘土组成。由于土体固结程度的差异性，导致滑体土自上而下由松散向稍密状态过渡，滑体土的这种自上而下的空间分布特征，导致地表入渗的地下水容易在滑体中下部形成上层滞水，进而导致该区土体的软化作用较为明显。

（2）滑带特征

滑坡滑移带主要受残坡积物的物质成分及其结构控制。由于残坡积物的物质成分主要为含碎块石粘土，其结构自上而下呈现松散向稍密过渡转变。

（3）滑床特征

滑床由志留系中上统韩家店群中风化的灰色、灰白色砂质页岩、钙质粉砂岩组成，透水性差。

3不同降雨历时下滑坡稳定性演化特征

3.1滑坡数值模型和参数

采用SLOPE/W调用SEEP/W中针对不同的降雨历时所计算的孔隙水压力情况，基于极限平衡理论，研究不同降雨历时作用下的滑坡稳定性，分析其演化规律。

图2石灰溪滑坡计算条分图

将整个模型分成三种不同的材料类型（滑体上部、滑体下部、滑床），其材料模型见图2，参数赋值情况见表1。

表1石灰溪滑坡稳定性计算参数表

3.2不同降雨历时下的滑坡稳定性演化特征

基于以上研究的条分模型及不同材料的计算参数，分别采用100mm/d的降雨强度，降雨历时为1天、2天、3天的降雨参数作用下的渗流稳定性研究，并与已经计算得出的天然现状下的稳定性系数1.276进行对比分析。

由于在渗流场计算中分别设置了8天的计算时步，即为了查明边坡对于降雨作用的滞后性问题，进行几天无雨状态计算（不设置流量边界条件、渗流场内部调整）。在渗流稳定性计算中，分别采用降雨强度为100mm/d、降雨历时为1、2、3天进行稳定性计算，共计算24种工况（部分工况和前节相同）。图3～5分别列出了降雨强度为100mm/d、降雨历时为1、2、3天的降雨参数作用下滑坡在规定的降雨历时刚完成时刻的稳定性情况。

图5降雨历时为三天的稳定性计算图

基于以上稳定性计算结果，结合天然状态下石灰溪滑坡的稳定性系数1.28，可以明显看出，随着降雨历时的加大，石灰溪滑坡的稳定性急剧恶化，稳定性系数迅速较小，这充分说明石灰溪滑坡受降雨影响明显。在降雨强度100mm/d，降雨历时为1天时，在较为理想的外界环境下，滑坡处于临界状态，但是若此时外界环境发生了任何不利于滑坡稳定性的变动，则产生整体下滑的可能性非常大。当降雨历时为2、3天时，石灰溪滑坡的稳定性系数已经小于1，即已经发生整体下滑了，故该滑坡是受降雨作用明显的，无论是群测群防，还是专业监测，都需要密切关注天气的变化，以做好石灰溪滑坡甚至铜仁地区滑坡的预警预报工作。

通过对天然状态及其余不同降雨历时作用下的稳定性分析，将不同工况计算得出的稳定性系数列于图6。

图3-44不同降雨历时作用下滑坡稳定性计算成果图

根据不同降雨历时、相同降雨强度的降雨参数作用下石灰溪滑坡稳定性计算结果（图3-43），可以得出以下初步认识：

（a）横向对比不同降雨历时下的三条曲线，基本显示了相同的稳定性变化规律。都是在降雨过程中，滑坡稳定性发生了急剧恶化，稳定性系数迅速较小。在降雨过后的一两天时间内，滑坡稳定性系数有一定的波动，说明滑坡应力场具有相似程度的调整，滑坡的产生经常发生在这种应力场调整期间，特别是在调整期间有任何外界扰动作用时，即使计算出来的稳定性系数不至于整体下滑也会产生滑动的可能。降雨过后几天，滑坡稳定性有缓慢上升的趋势。但是在降雨历时为2天的工况下，滑坡已经发生了整体的滑动，所以后面的稳定性系数只具有一定的理论意义，能标示滑坡稳定性的变化规律。

（b）纵向对比不同降雨历时下的三条曲线，随着降雨历时的增大，滑坡稳定性恶化明显。当降雨历时为2d、3d时，滑坡已经整体失稳。而且在现实中不会存在只有降雨作用，或者降雨的作用如同理论计算的一样规范，现实的诸多因素都对滑坡的稳定性具有一定的不利影响，在没有适当降低相关参数的前提下，若只考虑降雨因素作用时计算得出来的稳定性一般还是偏向安全的。

4结论

通过计算分析，石灰溪滑坡稳定性受降雨影响变化明显，在不同降雨历时、相同降雨强度作用下，可以得出以下结论：

（1）在降雨过程中，滑坡稳定性会急剧恶化，稳定性系数迅速较小；在降雨过后，滑坡内部经过应力调整，稳定性系数经过小的波动后呈缓慢上升的趋势。但是降雨历时久时，滑坡就发生了整体的滑动。

（2）降雨历时对滑坡稳定性影响很大，随着降雨历时的增大，滑坡稳定性恶化明显。

5参考文献

[1]王发读.浅层堆积物滑坡特征及其与降雨的关系初探[J].水文地质工程地质,1995(1):20-23.

[2]罗先启,刘德富,吴剑.雨水及库水作用下滑坡稳定模型实验研究[J].岩石力学与工程学报,2006,24(14):2476-2483.

[3]许建聪,尚岳全,王建林.松散土质滑坡位移与降雨量的相关性研究[J].岩石力学与工程学报,2006,25(增刊):2854-2860.

[4]徐千军,陆杨.关于入渗和蒸发问题边界条件的讨论[A].中国土木工程学会第九届土力学及岩土工程学术会议论文集[C]:北京:清华大学出版社,2003.

[5]王继华.降雨入渗条件下土坡水土作用机理及其稳定性分析与预测预报研究[D].郑州:华北水利水电学院博士学位论文,2006.