降雨对滑坡稳定性影响

2021-01-18王建智

四川水泥 2021年1期

关键词：非饱和剪应力滑坡体

雷鸣王建智

Research 研究探讨

降雨对滑坡稳定性影响

雷鸣1王建智2

（1.西安工业大学建筑工程学院，陕西商洛 710016； 2.中国有色金属工业西安勘察设计研究院岩土研究所，陕西西安 710054）

本文以某地区滑坡体为例，分析降雨对于滑坡稳定性影响的影响技能，确定降雨对滑坡土质以及岩质所造成的危害，通过有限元分析的方式，对比不同降雨强度和降雨时长对滑坡稳定性造成的影响。最终发现降雨将会改变滑坡内部的渗流场，随着降雨强度和降雨时长的不断增大，滑坡的稳定性将会不断下降，直至滑坡瞬间载荷增量大于静态载荷增量，最终引发滑坡灾害，由此可以确定降雨对滑坡稳定性有着极大影响。

滑坡稳定性；降雨量；降雨时长；影响

0 前言

近些年来，受全球气候变化的影响，我国各地降雨时间段越发集中，降雨作为滑坡的主要诱发因素，降水量集中的背后也导致我国滑坡灾害发生几率也在不断增加，甚至部分地区每到雨季，地方政府部门便会发出降雨滑坡预警。为能避免发生滑坡灾害，降低滑坡对人们人身财产安全所造成的威胁，应做好滑坡体稳定性分析，及时发现滑坡体可能会存在的滑坡隐患，早发现早解决。因此，以某地区滑坡体为例，分析降雨对该滑坡体稳定性所造成的影响，进而确定滑坡体是否存在滑坡隐患，其无论是对滑坡体进行及时处理，还是对其他同类地质灾害的防治工作提供参考，均有着极为重要的现实意义。

1 工程状况

某地区滑坡体所在区域为亚热带季风性气候区，区域年降水量通常在1250~8000mm范围，年降水量丰富，但大部分降水量却集中在5月-9月的雨季中，再加上区域内多为山地、丘陵、台地等复杂地质条件，在降雨和区域地质因素的共同影响下，导致区域内经常发生地质灾害问题，在雨季时尤其以滑坡地质灾害问题最为严重。降雨作为诱发滑坡的主要因素，每当雨季来临时，滑坡体所在区域均需要对可能会威胁到人们人身财产安全的滑坡体进行稳定性评估。基于此，本文将以区域内某一滑坡体为例，分析降雨对滑坡体稳定性造成的影响，确定该滑坡体是否可能会发生滑坡灾害问题。

2 降雨对滑坡稳定性的影响机理

滑坡体产生滑坡的主要根源在于滑坡体中的某部分结构面的剪应力超过了其抗剪应力的极限强度，导致滑坡体内部应力平衡被打破，无法承载平衡被破坏的滑坡体结构，最终出现滑坡灾害[1]。结合实际情况来看，导致岩体土内部应力平衡被打破的根源主要有两种，分别是结构剪应力增大和结构抗剪应力下降。在降雨时，雨水会不断的从滑坡体空隙处渗入，滑坡体在吸收雨水后，不仅自重在不断增加，其实际结构强度也在不断变化。

滑坡研究中的孔隙水压力主要是指滑坡体孔隙间渗水流所产生的压力，随着滑坡体中孔隙水量的不断增加，孔隙水压力持续增长，对滑坡体的压力不断增加，降低了滑坡体的抗剪强度，最终影响到滑坡体的整体稳定性[2]。

当滑坡体出现顺坡出流的时候，降雨过程中所产生的水的渗透力将会极大影响到滑坡体的稳定性。结合现有研究成果来看，即便是在相同的土质中，非饱和土的土体抗剪强度通常会大于饱和土土体的抗剪强度，不过随着非饱和土中含水量的逐步增加，其对于水的吸收能力和土体的增强抗剪强度也将会不断下降。随着雨水的不断深入，非饱和土最终将会转化为饱和土，此时土体对于雨水的吸收能力和土体的抗剪强度均会降到低谷，以致于岩土体抗剪应力平衡被破坏，引发滑坡灾害。

3 降雨对滑坡稳定的危害

3.1 对滑坡体土质的危害

结合实际情况来看，土体的渗透性将会直接影响到雨水在土体中的渗入速度，也就是说，滑坡体中土体从非饱和土转化为饱和土的速度将会受到土质渗透性的运行，所以在分析降雨对滑坡稳定性所造成的影响时，还需要对滑坡体中土质渗透性能力进行考虑，即研究中需要考虑降雨强度和土质渗透性双重因素对滑坡体稳定性所造成的影响[5]。通常来说，土质渗透性和岩土体的稳定性呈现反比关系。另外，在土质渗透性和降雨时长均保持一定的情况下，随着降雨强度的不断降低，雨水在岩土体中的渗入效果也将会逐步下降，岩土体稳定性增加。

3.2 对滑坡体岩质的危害

降雨深入到岩土体中后，将会改变岩土体的渗流场，增大岩土体载荷的同时，降低岩土体的抗剪强度，最终引发滑坡灾害。随着降雨的不断深入，岩土体将会发生两方面变化，一方面便是不透水层（地下水层）上升，另一方面变化是出现瞬态饱和区[6]。在降雨过程中，不透水层上升是一个持续上升的过程，而随着降雨强度和降雨时长的不断变化，岩土体中的非饱和土将会不断转化为饱和土，以至于形成瞬态饱和区。在降雨停止后，瞬态饱和区缺少后续雨水补给，其将会从饱和状态转变化非饱和状态。虽然在降雨过程中，饱和状态通常是一种瞬时状态，但当达到饱和状态时，岩土体的瞬间载荷增量却会远大于静态载荷增量，进而引发滑坡灾害。

4 试验分析

4.1 地层岩性

滑坡区域地层由旧到新一次为震旦系下凝灰岩、全新世残破积碎石土以及滑坡堆积物。其中凝灰岩又分为中风化凝灰岩和强风化凝灰岩两类，滑坡堆积物主要由块石土组成，主要分布在滑坡体的中前缘，滑坡堆积物中局部可见直径超过5m的孤石，部分区域中还保留有滑坡区域原岩层结构。滑坡体表面覆盖有大量植物，使滑坡堆积物中存在较多植物根茎，块石土内部均匀性较差，大多数块石土均属于中压缩性土，岩土体饱和度均处于湿饱和状态。碎石土层主要分布与滑坡体后缘，碎石大多呈现尖锐棱角状，且内部分布有少量粒径较大的块石、少量粘土以及粗砂，整体均匀性较差，堆积较为松散，属于中压缩性土，岩土体饱和度均处于湿饱和状态。

4.2 水文气象条件

滑坡体其周边区域属于南北气候共存区域，整体属于半湿润性气候，年降水量为800~1400mm，年平均降水量为805.8mm。滑坡体周边存在大量地表水，主体为河流，部分河流常年存在流水，雨季失衡河水流量增加，将会在滑坡体左侧区域存在一定支流，地表水补给来源主要为大气降水以及地表径流。

4.3 试验分析

为能够进一步确定不同降雨时长、不同降雨量对滑坡稳定性造成的影响，本文将会以某地区滑坡体为例，通过有限元软件分析的方式，分别分析常态下；降雨强度400mm/d，降雨时长48h情况下；降雨强度400mm/d，降雨时长24h情况下；降雨强度800mm/d，降雨时长24h情况下；降雨强度800mm/d，降雨时长48h情况下，滑坡体安全系数变化情况，最终得出图1~图4中的有限元分析结果，其中K为滑坡体的安全系数计算结果。

图1 常态下，滑坡体的安全系数计算简图（K=1.08）

图2 降雨强度400mm/d，降雨时长24h情况下，安全系数计算简图（K=0.85）

坡脚边界最大位移0.148162m

图3 降雨强度400mm/d，降雨时长48h情况下，安全系数计算简图（K=0.82）

坡脚边界最大位移0.435542m

图4 降雨强度800mm/d，降雨时长24h情况下，安全系数计算简图（K=0.81）

坡脚边界最大位移0.622549m

（1）当降雨强度400mm/d，降雨时长为24h的时候，虽然滑坡体的安全系数相对于常态条件下的安全系数以及坡脚边界最大位移均出现了较大变化，但结合图1和图2中的有限元分析结果来看，图2中的滑坡体相对于图1中滑坡体来说并未出现较大变动情况，说明此时滑坡体的稳定性相对较好，通常不会出现滑坡灾害；而结合图1和图3中的有限元分析结果来看，当降雨强度400mm/d，降雨时长为24h的时候，滑坡体的坡脚相对于常态条件下的滑坡体的坡脚已经发生了一定的变动情况，其实际安全系数也出现了大幅度降低的情况。结合图1~图3中的有限元分析结果来看，在降雨强度保持一定的情况下，随着降雨时长的不断增加，滑坡体的整体稳定性和安全系数均在不断降低。

之所以会出现此种状况，主要是因为随着降雨时长的不断增加，降雨会顺着滑坡体中的空隙不断下渗，不仅滑坡体的表面会不断从非饱和土转化为饱和土，并随着降雨时长的不断增加，饱和土层也在不断下移，而且雨水还会顺着长度较短、渗透能力较强的渗透路径，在滑坡体下部区域形成一层不透水层，而坡角作为岩土体最薄弱的区域，其将会在上层饱和土层和下层不透水层的共同作用下，实现从非饱和土向饱和土的快速转化，在孔隙水压力和不断增加的自重的影响下，滑坡体坡脚位置的剪应力将会逐渐超过抗剪应力，最终导致坡脚出现滑移情况[7]。

（2）结合图1、图2和图4来看，在降雨时长保持一定的情况下，随着降雨长度的不断增加，滑坡体滑移面也将会不断向坡脚移动，此时滑坡体的安全性和稳定性均会出现下降情况。之所以会出现该种情况，主要是因素随着降雨的不断持续，降雨量的增加将会导致上层岩土层更快速从非饱和土转化为饱和土，从而导致上部岩土体的自重和孔隙水压力快速达到最大值，抗剪应力同时也到达最小值。此时滑坡体结构遭到破坏，抗剪应力无法满足抵抗上部岩土体剪应力的效果，最终导致滑移面逐步下滑坡体坡降滑移。