含水率對降雨型滑坡穩定性影響的研究

錢苗苗　賀可強等

摘要：降雨引起的堆積層滑坡變形與邊坡體中非飽和土體含水率和重度變化有關。降雨使土體含水量增加，容重增加，進而下滑力增加，導致邊坡安全系數降低。而蒸發作用則使滑坡穩定系數升高，對滑坡起卸載作用。本文以樹坪滑坡分析為例，建立加卸載響應比預測模型，對該滑坡關鍵部位監測點進行了加卸載響應比計算，發現監測部位的加卸載響應比時序曲線均在失穩前發生突變，其突變時間與邊坡實際失穩時間完全吻合，而含水率也在失穩時達到最大，進而證明含水率變化與加卸載響應比具有一定的相關性。

關鍵詞：堆積層滑坡；降雨；含水率；加卸載響應比；滑坡穩定性

1.引言

滑體失穩破壞與內在自身力學特性及外界觸發因素密切相關，外界條件包括降雨、融雪、地下水滲透作用、火山噴發作用、地震作用及人類工程活動，分布頻率如圖1所示。由此看出絕大多數滑體失穩是由降雨引起的，降雨入滲對邊坡穩定性的影響程度受降雨強度、降雨持續時間、土體初始含水率以及飽和滲透系數等因素的影響。因此，研究和探索滑坡非飽和濕化效應（含水率變化效應）對滑坡穩定系數影響規律具有十分重要的意義。

2. 應用含水率變化加卸載動力效應研究滑坡穩定性的機理

堆積層坡體的構成主要是第四系及近代松散堆積層，這就決定了其坡體結構松散，具有大孔隙比，透水性強，易變形等特點，與下伏基巖的弱透水性迥然有別，常常造成基巖面附近大氣降水或地下水補給的大量積水，形成坡體地下水含水層及地下水位變幅帶。大氣降雨量與地下水補給變化必然會引起堆積層邊坡坡體地下水位及受力條件的改變。

2.1非飽和土的干濕循環加卸載動力效應機理

降雨入滲的過程是地下水隨時間和空間變化的飽和非飽和運動過程，是水在下滲過程中不斷驅替空氣而飽和孔隙的過程。由于降雨入滲或蒸發等自然作用，在飽和與非飽和區之間通常不滿足流通量為零的條件，而存在連續的水流[1]。

降雨使地下水位升高，容重增加，浸潤線以上非飽和區范圍減小，含水率增大，其綜合效應是增加了坡體的下滑力，減少了抗滑力，相當于是一個加載過程。而隨著蒸發量的增加滑坡穩定系數逐漸升高，因為蒸發作用下，容重減小，浸潤線以上非飽和區范圍增大，含水率降低，這個過程對邊坡的穩定性來講，大致上相當是一個卸載過程，即蒸發起卸載作用。

2.2含水率在降雨作用下隨土體深度的分布規律曲線

含水率變化主要受降雨強度、降雨歷時、蒸發量、巖土體物理性質等諸多因素的影響。不同降雨強度下滑坡某斷面含水率隨深度變化規律為[2]：隨著降雨強度的不同，含水率隨深度的分布規律也不同，在一定的滲透性大小下，降雨強度越大，飽和區的范圍越大，含水率越大，容重增加，對土體起加載作用。但總體趨勢是相同的，含水率都是隨深度減小到一定程度而趨于穩定。

2.3含水率在蒸發作用下隨土體深度的變化規律

隨著蒸發持續時間的不同，含水率隨深度的分布規律也不同，蒸發持續時間越長含水率越小，但總體趨勢是相同的，含水率都是隨深度減小到一定程度而趨于穩定，與降雨入滲作用相比，蒸發對含水率變化的影響深度更小，表層土體的含水率變化受蒸發影響最大。

3. 降雨作用下樹坪滑坡穩定性模擬計算結果分析

3.1樹坪滑坡概況

樹坪滑坡位于三峽庫區湖北省秭歸縣沙鎮溪鎮樹坪村一組的長江南岸岸坡，下距三峽工程大壩壩址約47km。滑坡體東側以屈家坪至姜家灣的葉兒開溝為界，西側以南北向沖溝龍井溝為界，后緣以姜家灣至上樹坪后山高程415m一帶為界，前緣直抵145m庫水位（原始分布高程65-500m），總體積約2890×104m3，剪出口高程約65～68m，坡度22°～35°。

3.2 計算模型

3.3 滑坡模型穩定性計算結果分析

通過引入降雨作用下含水率的變化規律對樹坪滑坡進行模擬分析，使用基于極限平衡方法的SLOPE/W模塊，得到不同年份不同降雨量條件下的樹坪滑坡的可能滑移面及穩定系數。

由上述模擬結果可以看出，加卸載響應比與穩定系數呈負相關，即加卸載響應比越大，穩定系數越小，而與含水率呈正相關，加卸載響應比越大，含水率越大，加卸載響應比的變化曲線起伏形似，含水率達到最大時，加卸載響應一般會發生突變。說明含水率的變化規律在一定程度上反映了加卸載響應比的變化規律。

3 結論

通過對三峽庫區秭歸縣樹坪滑坡堆積體水文地質條件、降雨蒸發干濕循環含水率變化機理及穩定性分析研究，得到以下結論：

（1）由于堆積層滑坡坡體結構松散，具有大孔隙比，透水性強，易變形等特點，因此降雨是影響和控制該類邊坡穩定性的最主要的動力因素。

（2）降雨入滲起加載作用，使得邊坡非飽和帶土體的含水量升高，產生暫態飽和區，導致巖土體天然重度變為飽和重度，增加了滑體的重量，進而導致邊坡穩定性降低，產生較大變形甚至滑坡。蒸發作用則使含水率降低，邊坡變形減小，起卸載作用。

（3）含水率的變化規律與堆積層邊坡的穩定性變化特征和加卸載響應比變化規律相關性十分明顯，能夠反映出堆積層邊坡位移變形特征，并且可以通過測量含水率的大小，并以加卸載響應比理論值Y=1為基本判別依劇，判定滑坡系統的穩定性狀態。因此，研究含水率變化加卸載動力效應對堆積層滑坡穩定性進行分析評價和預測預報是完全可行的和具備實際應用價值的。

參考文獻

[1] D.G弗雷德隆德，H拉哈爾佐，非飽和土力學[M]，陳仲頤等譯.中國建筑工業出版社，1997

[2]魏寧，茜平一，傅旭東.降雨和蒸發對土質邊坡穩定性的影響.巖土力學2006年5月第27卷第5期，778-786。

[3] 柴軍瑞，李守義. 三峽庫區泄灘滑坡滲流場與應力場耦合分析[J].巖石力學與工程學報,2004;(8):1280-1284.

作者簡介：

錢苗苗（1986-），女，河北省滄州人。碩士研究生，從事堆積層滑坡方面的研究。