降雨型滑坡預測預報研究進展

楊歡　胡云進 　吳振波

【摘 要】降雨誘發滑坡一直是滑坡領域的研究熱點，為更好地總結降雨型滑坡的研究成果，本文從試驗分析法出發，綜述了預測預報降雨型滑坡的研究現狀。介紹了試驗分析法分析降雨型滑坡的優勢，試驗分析法在試驗條件允許的情況下其結果最為可靠;最后對研究中所存在的問題進行了總結。研究結果可為降雨型滑坡的預測預報等提供參考依據。

【關鍵詞】滑坡;降雨;試驗;數值模擬

中圖分類號： P642 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）33-0231-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.33.114

0 引言

降雨是誘發滑坡的最主要因素，全國地質災害通報的數據顯示，滑坡占全國地質災害的76.2%，而滑坡中有接近85%的誘發因素是降雨[1]。《中國重大地質災害實例分析》[2]中列舉了27項重大地質災害，其中有15項是由于暴雨而引發的滑坡。因此研究降雨型滑坡的預測預報意義重大。

降雨型滑坡的研究一直以來受到國內外學者的關注，主要集中于降雨型滑坡破壞機理分析及降雨型滑坡預測預報研究。降雨誘發滑坡的失穩機制可歸納為：（1）雨水入滲至邊坡巖土體中，增加了巖土體自重，加大了下滑力，同時使非飽和區的基質吸力喪失，巖土體抗剪強度下降;（2）巖土體遇水軟化，使得抗剪強度參數隨著含水率的增大而下降;（3）因干濕交替導致巖土體形成裂縫，致使更多雨水進入，加速了滑坡的發生。

預測預報降雨型滑坡的方法可分為：（1）試驗分析法，通過現場試驗或者模型試驗模擬降雨型滑坡，根據實驗數據和實驗過程中的現象來認知降雨型滑坡，并以此來預測預報實際降雨條件下的滑坡過程;（2）數值模擬法，基于飽和/非飽和土理論及降雨入滲下邊坡穩定性分析方法建立起數學模型，通過數值計算來預測預報降雨型滑坡。

為了更好地總結降雨型滑坡預測預報的研究成果，本文擬從試驗分析法出發，綜述預測預報降雨型滑坡的國內外研究現狀。

1 試驗分析法

1.1 現場試驗和室內模型試驗

現場試驗是在邊坡現場進行降雨誘發滑坡的試驗，作為揭示滑坡破壞過程和破壞機理的最有效手段，一直以來都是研究降雨型滑坡的熱點。但其缺點也很明顯：花費人力物力大、試驗周期長、受客觀因素影響大。

Lim、Rahardjo等人[3]與黃潤秋、戚國慶等人[4]通過現場試驗揭示了基質吸力隨降雨的變化規律，指出在降雨期間巖土體邊坡的非飽和區中會形成暫態飽和區，并且靠近地表部分的基質吸力受降雨影響較大，而隨深度的增加影響變小。詹良通等人[5]通過現場試驗對降雨下非飽和膨脹土邊坡的滑坡進行了研究，指出對膨脹土邊坡而言因為其本身的低滲透性造成了降雨強度低、歷時長的降雨下更易發生滑坡，膨脹土邊坡主要是由于雨水入滲過程中自重增大及膨脹土遇水軟化這雙重效應作用下發生的滑坡。胡明鑒[6]通過試驗發現滑坡的發生并不在降雨期間，一般發生在降雨結束后，表明降雨型滑坡的發生是一個漸進破壞的過程。

室內模型試驗利用縮尺邊坡模型模擬實際邊坡，通過調整各類因素，如不同類型的土質或巖質，不同的降雨類型、降雨強度、降雨歷時，開展降雨型滑坡破壞機理和破壞過程的研究。

Okura[7]、Moriwaki等人[8]通過室內模型試驗揭示了降雨型滑坡存在降雨閾值的原因是由于降雨量的增大造成孔隙水壓力升高，孔隙水壓力升高是造成降雨型滑坡的重要原因。Huang等人[9]通過室內小尺寸模型試驗對降雨條件下的淺層滑坡進行了研究，探討了基于含水率變化的滑坡預警系統。Song等人[10]同樣通過室內小尺寸模型試驗得出滑坡范圍和孔隙水壓力變化范圍均隨降雨強度的增大而增大，并且雨水入滲深度也隨降雨強度的增大而增大。王偉鋒[11]通過室內小尺寸模型試驗對降雨型滑坡和地震型滑坡進行了物理模擬試驗，系統地研究了坡度、坡體結構、降雨量、振動強度等因素對斜坡破壞變形的影響規律，探討了降雨和地震誘發斜坡失穩破壞的主要模式和過程。得出滑坡的臨界降雨量與滑坡坡度呈冪指數關系，坡度越大其臨界降雨量越小。林鴻洲等人[12]通過室內模型試驗提出高強度降雨較易使邊坡產生流滑破壞且沖蝕現象較為明顯;而低雨強長歷時的降雨較易使邊坡深層土體的孔隙水壓力增加，因此較易產生滑動型破壞且滑坡體的規模也較大降雨型滑坡。并且存在“門檻降雨量”，并提出可將累計降雨量和降雨強度作為雨量預警參數，建議采用小時降雨量作為降雨強度參數。

1.2 室內土工離心機試驗

近些年來由于土工離心機的快速發展，為室內降雨型滑坡的試驗研究提供了便利。土工離心機可通過自身的旋轉使得模型邊坡處于原狀邊坡的相同應力水平，從而保證滑坡發生時可形成相同的塑性區及相同的破壞過程。其缺點在于因離心機在旋轉過程中會產生較高的溫度和風速，導致降雨不能均勻地入滲至邊坡中。

Take等人[13]研制了適用于離心機試驗的吸力量測設備。White等人[14]提出的粒子圖像測速技術為降雨型滑坡室內離心機的試驗奠定了基礎。Ling[15]、詹良通[16]、錢紀蕓等人[17]先后通過土工離心機模擬了沙黏土邊坡、粉土邊坡、粘性土邊坡的降雨與滑坡的關系，發現當降雨量超過降雨閾值之后，邊坡就更易發生滑坡;揭示了這些邊坡滑坡的規律。

潘皇宋等人[18]通過土工離心機對折線型的大型滑坡開展了降雨條件下的穩定性研究，探究了降雨條件下折線型滑坡的失穩規律，試驗結果表明，在滑面形態變化大的部位開挖卸荷容易引起折線型滑面大型滑坡的局部復活;受開挖卸荷和降雨影響，滑坡后緣的開挖斜坡位移最大且最先失穩;受降雨的影響，滑坡前部位移較大，坡體表面變形破壞嚴重，開挖斜坡下部發育一條次級滑裂面，滑坡后緣和開挖平臺前沿滑面坡度突變處各形成一條潛在主滑裂面。離心模型試驗顯示折線型滑面的滑坡受開挖和降雨的影響可表現出分級分塊滑動的變形破壞特征。王睿等人[19]對降雨條件下含軟弱夾層的土坡滑坡進行了離心機試驗，證明了臨界降雨量的存在，并揭示了含軟弱夾層邊坡在降雨條件下的滑坡方式。

試驗分析法預測預報降雨型滑坡也存在一些問題：

（1）現場試驗主要問題是耗時耗力、試驗周期長、并且實驗條件的控制受外界因素影響較大。

（2）室內模型試驗存在降雨模擬不準確的現象，特別是運用土工離心機模擬降雨型滑坡的試驗中很難使得雨水均勻入滲;現有的室內模型試驗研究均質土坡較多，對復雜土坡及巖質邊坡的降雨型滑坡研究較少。

（3）主要停留在滑坡規律、破壞形式及臨界降雨量的研究上，對降雨誘發滑坡機理的研究不夠深入;由于測量設備所限，對滑坡前后的應力場等定量研究較少。

2 結束語

準確地預測預報降雨型滑坡一直是學者們致力研究的熱點，本文從試驗分析法出發，綜述了相關領域的研究進展并對存在的主要問題進行了總結，提出了需進一步研究的方向，具體如下：

（1）試驗分析法方面，目前開展的降雨型滑坡試驗主要集中于均質土坡及較為理想的邊坡，對非均質邊坡和巖質邊坡的研究較少，需進一步開展這方面的研究。

（2）對于降雨的模擬往往過于簡單，試驗中往往對于降雨不能進行較好的模擬

【參考文獻】

[1]全國地質災害通報（2016）[EB/OL].國土資源部，2017-2-22.

[2]鐘立勛.中國重大地質災害實例分析[J].中國地質災害與防治學報，1999（3）：1-10.

[3]黃潤秋，戚國慶.滑坡基質吸力觀測研究[J].巖土工程學報，2004，26（2）：216-219.

[4]詹良通，吳宏偉，包承綱，等.降雨入滲條件下非飽和膨脹土邊坡原位監測[J].巖土力學，2003，24（2）：151-158.

[5]胡明鑒，汪稔，張平倉.斜坡穩定性及降雨條件下激發滑坡的試驗研究—以蔣家溝流域滑坡堆積角礫土坡地為例[J].巖土工程學報，2001，23（4）：454-457.

[6]王偉鋒，耿赟，王青振，等.降雨型與地震型滑坡試驗研究[J].地震地質，2012，34（4）：810-819.

[7]林鴻州，于玉貞，李廣信，等.降雨特性對土質邊坡失穩的影響[J].巖石力學與工程學報，2009，28（1）：198-204.

[8]詹良通，劉小川，泰培.降雨誘發粉土邊坡失穩的離心模型試驗及雨強-歷時警戒曲線的驗證[J].巖土工程學報，2014，36（10）：1784-1790.

[9]錢紀蕓，張嘎，張建民.降雨條件下土坡變形機制的離心模型試驗研究[J].巖土力學，2016，32（2）：398-403.

[10]潘皇宋，李天斌，仵撥云，等.降雨條件下折線型滑面的大型滑坡穩定性離心模型試驗[J].巖土工程學報，2016，38（4）：698-704.

[11]王睿，張嘎，張建民.降雨條件下含軟弱夾層土坡的離心模型試驗研究[J].巖土工程學報，2010，32（10）：1582-1587.