基于多指標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的滑坡降雨型響應(yīng)研究

□陳昌妮

滑坡主要發(fā)生于夏季，主要原因是夏季降雨較多，進(jìn)而導(dǎo)致滑坡體產(chǎn)生較大的位移，進(jìn)而引起滑坡自然災(zāi)害，因而對(duì)降雨條件下滑坡體性能進(jìn)行研究對(duì)于建立滑坡防護(hù)及預(yù)警都是至關(guān)重要的。

滑坡體的支護(hù)及預(yù)警是目前較為重要的工作，因而對(duì)于滑坡體的研究逐漸成為巖土工程學(xué)科較為重要的研究課題，目前大量的專家學(xué)者開展這方面的研究并取得較為豐碩的研究成果。如郭子正等對(duì)三峽水庫(kù)滑坡體建立預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，確定了在不同降雨條件下滑坡體的位移狀況；楊宗佶等基于地表傾斜角度、降雨強(qiáng)度、基質(zhì)吸力、土體飽和度等指標(biāo)對(duì)都江堰建立滑坡體預(yù)警體系，并成功預(yù)警了滑坡；黃曉虎等對(duì)王家壩滑坡體建立臨災(zāi)預(yù)警體系，通過(guò)監(jiān)測(cè)滑坡體的參數(shù)指標(biāo)分析滑坡體的蠕動(dòng)變形階段，進(jìn)而減小滑坡的損失；許強(qiáng)分析了當(dāng)前滑坡體防護(hù)中的問(wèn)題及改進(jìn)措施，主要通過(guò)分析滑坡體監(jiān)測(cè)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)手段、監(jiān)測(cè)設(shè)備的選用、預(yù)警體系的完善等確定滑坡防護(hù)的正確措施。

基于前人的研究基礎(chǔ)，本研究通過(guò)監(jiān)測(cè)某綜合監(jiān)測(cè)與預(yù)警滑坡現(xiàn)場(chǎng)的位移、體積含水率、基質(zhì)吸力、土體溫度等指標(biāo)，分析滑坡體在降雨條件下的指標(biāo)變化特征。

1.工程概況

本研究基于某綜合監(jiān)測(cè)與預(yù)警滑坡，滑坡體結(jié)構(gòu)的面積共計(jì)35000m2，滑坡體結(jié)構(gòu)的厚度約為4.0m、體積約為135000m3，該滑坡為淺層中型土質(zhì)降雨型滑坡。該滑坡體結(jié)構(gòu)剖面圖見圖1，滑坡體的土體組成為坡殘積含碎石粉質(zhì)黏土。由于降雨的持續(xù)作用及道路施工荷載的影響，滑坡體在2016年出現(xiàn)微裂縫，隨后的年限中，裂縫寬度逐漸增大，在滑坡體的后緣部位出現(xiàn)了較大范圍的破壞裂縫見圖2，2019 年逐漸開展該區(qū)域滑坡勘測(cè)、保護(hù)工作，分析出了滑坡體出現(xiàn)的原因、變形破壞特征、發(fā)展趨勢(shì)、影響因素等變化狀況。

圖1 滑坡體結(jié)構(gòu)剖面圖

圖2 滑坡體后緣部位現(xiàn)場(chǎng)圖

2.監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)

含水率和基質(zhì)吸力是滑坡體較為重要的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)，為了研究滑坡降雨型響應(yīng)的變化規(guī)律，在關(guān)鍵部位布置了高精度翻斗雨量計(jì)、GNSS 形變監(jiān)測(cè)儀用于降雨量與滑坡體位移監(jiān)測(cè)，同時(shí)在土體內(nèi)部布置了體積含水率傳感器、土壤水勢(shì)傳感器用于監(jiān)測(cè)滑坡體的含水率和基質(zhì)吸力。

對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置，既要保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置的經(jīng)濟(jì)性還要保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置的科學(xué)合理性。本研究監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要布置在該滑坡體的中后部位，主要是由于根據(jù)前期調(diào)查滑坡體中后部的易發(fā)生滑坡，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖見圖 3（a），G01、G02、G03 為GNSS 形變監(jiān)測(cè)儀布置點(diǎn)，共計(jì)布置了3 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在G02 位置附近樁孔，布置溫度、含水率、基質(zhì)吸力傳感器，具體分 布 見圖 3（b），共計(jì)布 置 了：L1、L2、L3 3 個(gè)基質(zhì)吸力傳感器；T1、T2、T3 3 個(gè)溫度傳感器；W1、W2 2 個(gè)含水率傳感器。

圖3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

3.監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

3.1 坡體位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

坡體的位移監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖4，在2019 年 7 月 30 日 —2020 年 2 月 2 日 降雨量較小，只有少數(shù)時(shí)間有較小的降雨，對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移，G02 監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)存在有隨時(shí)間變化的位移，且位移變化隨著時(shí)間呈現(xiàn)出逐漸變化的趨勢(shì)，根據(jù)變化狀況判斷為坡體蠕變，而G01、G03 測(cè)點(diǎn)在此期間未出現(xiàn)明顯的位移變 化 。 在 2020 年 2 月 2 日 —2020 年 2月15 日開始降雨，且降雨量較大，但在該期間，3 處位移測(cè)點(diǎn)均未出現(xiàn)較為明顯的位移變化，在 2020 年 2 月15 日—2020 年 2 月 16 日 3 測(cè)點(diǎn)的位移出現(xiàn)一次突變，增長(zhǎng)幅度較大，G01 測(cè)點(diǎn)的增長(zhǎng)幅度達(dá)到83.5%、G02 測(cè)點(diǎn)的增長(zhǎng)幅度達(dá)到79.0%、G03 測(cè)點(diǎn)的增長(zhǎng)幅度達(dá)到89.5%，分析結(jié)果可得，3 測(cè)點(diǎn)對(duì)于降雨的反應(yīng)時(shí)間均延后14 天左右，降雨響應(yīng)的滯后主要影響因素為滑坡體的含水率、基質(zhì)吸力變化狀況有關(guān)，同時(shí)在 2020 年 2 月 16 日 —2020 年 4 月 31 日期間，降雨的頻率與降雨的強(qiáng)度均有較大幅度的增大，但 G01、G02、G03 均無(wú)明顯的變化，只有在 2020 年 4 月 3 日—2020 年4 月31 日期間有較小的增大趨勢(shì)。

圖4 坡體位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可以判斷得出，對(duì)于滑坡體的位移與降雨關(guān)系密切，主要表現(xiàn)為：前期長(zhǎng)時(shí)間干旱，而突然增大降雨量會(huì)引起坡體的位移，且位移變化會(huì)稍有延遲；而對(duì)于前期的持續(xù)降雨，后期的降雨對(duì)坡體的位移影響較小，不會(huì)引起較大的滑坡體位移變形。

3.2 坡體體積含水率監(jiān)測(cè)結(jié)果

坡體的體積含水率監(jiān)測(cè)結(jié)果見圖5，在 2019 年 7 月 30 日 —2020 年 2 月 2日降雨量較小，只有少數(shù)時(shí)間有較小的降雨強(qiáng)度，對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的體積含水率，W1、W2 含水率逐漸減小，主要是因?yàn)殚L(zhǎng)期的干燥環(huán)境引起土體水分的蒸發(fā)。在 2020 年 2 月 2 日 —2020 年 2 月 15 日開始降雨，且降雨量較大，兩測(cè)點(diǎn)的體積含水率逐漸增大，且響應(yīng)速率較快，對(duì)比兩個(gè)不同深度的測(cè)點(diǎn)，0.8m 深度的W1 測(cè)點(diǎn)響應(yīng)速率較1.3m 深度的W2測(cè)點(diǎn)快，對(duì)于0.8m 深度的W1 測(cè)點(diǎn)，在2020 年 2 月 2 日（降雨量 14.41mm）、2020年 2 月 3 日（降雨量 46.33mm）、2020 年 2月4（降雨量22.59mm）降雨后體積含水率迅速升高，體積含水率由7.25%上升至 12.90%，上升幅度較大，2020 年 2 月4 日后土體體積含水率保持穩(wěn)定，2020年 2 月 4 日 —2020 年 4 月 31 日 期 間 ，降雨的頻率與降雨的強(qiáng)度均有較大幅度的增大，但兩測(cè)點(diǎn)的土體體積含水率均保持較為穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)變化，且土體體積含水率變化期總比降雨期延遲3 天，這主要受土體的滲透性能影響。

圖5 坡體體積含水率監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可以判斷得出，對(duì)于滑坡體的測(cè)點(diǎn)土體體積含水率與降雨關(guān)系密切，主要表現(xiàn)為：滑坡體不同深度體積含水率隨著降雨的變化趨勢(shì)基本相同，且0.8m 深度處體積含水率變化幅度較大，響應(yīng)比1.3m 深度處的響應(yīng)速率快，后期降雨對(duì)土體體積含水率的影響較小。

3.3 坡體基質(zhì)吸力監(jiān)測(cè)結(jié)果

坡體的基質(zhì)吸力監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖6所 示 ，在 2019 年 7 月 23 日 —2020 年 2月2 日降雨量較小，在此期間測(cè)點(diǎn)的基質(zhì)吸力逐漸增大，且基質(zhì)吸力監(jiān)測(cè)儀埋深越深，所測(cè)得的基質(zhì)吸力增長(zhǎng)幅度越小、增長(zhǎng)越滯后，對(duì)于基質(zhì)吸力到達(dá)峰值時(shí)的變化趨勢(shì)，較淺埋深的基質(zhì)吸力出現(xiàn)穩(wěn)定性的波動(dòng)趨勢(shì)，較深埋深的基質(zhì)吸力未出現(xiàn)明顯的波動(dòng)，可以初步判斷得出，降雨對(duì)于基質(zhì)吸力的影響主要體現(xiàn)在較淺埋深的滑坡土體。在2020年 2 月 2 日 —2020 年 2 月 17 日 降 雨 量較大期間，L1、L2、L3 測(cè)點(diǎn)的基質(zhì)吸力出現(xiàn)大幅下降，埋深為0.4m 的測(cè)點(diǎn)（L1測(cè)點(diǎn)） 在降雨初期的基質(zhì)吸力為2393.28kPa，降雨后降低至 9.73kPa，最終穩(wěn)定在10.0kPa 左右；埋深為0.8m 的測(cè)點(diǎn)（L2 測(cè)點(diǎn)）在降雨初期的基質(zhì)吸力為 1238.58kPa，降 雨 后 降 低 至10.92kPa，最終穩(wěn)定在 9.0kPa 左右；埋深 為 1.3m 的 測(cè) 點(diǎn) （L3 測(cè) 點(diǎn) ）在 降 雨 初 期的基質(zhì)吸力為1001.0kPa，降雨后降低至9.96kPa，最終穩(wěn)定在10.0kPa 左右。直至監(jiān)測(cè)的最后日期2020 年4 月30日，L1、L2、L3 測(cè)點(diǎn)基質(zhì)吸力均處于較低水平。

圖6 坡體基質(zhì)吸力監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可以判斷得出，對(duì)于降雨和蒸發(fā)對(duì)于土體基質(zhì)吸力的影響主要規(guī)律為：埋深越深，基質(zhì)吸力受降雨和蒸發(fā)的影響越小、響應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)、滯后越明顯，土體的水分運(yùn)輸呈現(xiàn)垂直運(yùn)輸?shù)淖兓厔?shì)。

3.4 坡體土體溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果

土體的基質(zhì)吸力測(cè)定采用土壤水勢(shì)傳感器，該傳感器在測(cè)定土體的基質(zhì)吸力的同時(shí)，也可以對(duì)坡體土體溫度進(jìn)行測(cè)定。對(duì)于滑坡土體的溫度，主要影響因素為大氣環(huán)境的溫度，大氣環(huán)境的溫度越高，土體的溫度越高，但在土體內(nèi)部，溫度分布規(guī)律人有不同的變化趨勢(shì)。對(duì)于埋深較淺的土體，溫度變化幅度較大，而埋深較深的土體，溫度變化幅度較為平緩，說(shuō)明大氣環(huán)境對(duì)土體溫度影響隨著深度增大逐漸減小，這主要是由于土體的導(dǎo)熱性能較差，因而土體溫度在深度方向上有較大差異，但在降雨期后，隨著深度增大，土體的溫度值和變化幅度差距不明顯，這主要是由于長(zhǎng)期干旱后土體的孔隙率較大，降雨后土體體積含水率增大，進(jìn)而土體內(nèi)部的導(dǎo)熱性能增大，引起土體的溫度值和變化幅度差距減小見圖7。

圖7 坡體土體溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果

4.結(jié)論

研究對(duì)某綜合監(jiān)測(cè)與預(yù)警滑坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)檢測(cè)易滑坡坡體的位移、體積含水率、基質(zhì)吸力、土體溫度等指標(biāo)，分析坡體滑坡物理性能指標(biāo)，主要得到以下結(jié)論。

一是突發(fā)降雨會(huì)引起坡體的位移，且位移變化會(huì)稍有延遲；持續(xù)性降雨對(duì)坡體的位移影響較小，不會(huì)引起較大的滑坡體位移變形。

二是滑坡體不同深度體積含水率隨著降雨的變化趨勢(shì)基本相同，土體深度越深，體積含水率變化幅度較小，響應(yīng)速率越慢，持續(xù)性降雨對(duì)土體體積含水率的影響較小。

三是埋深越深，基質(zhì)吸力受降雨和蒸發(fā)的影響越小、響應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)、滯后越明顯，土體的水分運(yùn)輸呈現(xiàn)垂直運(yùn)輸?shù)淖兓厔?shì)。

四是土體內(nèi)部溫度主要受大氣環(huán)境溫度和降雨的影響，且干旱期土體保溫性能較好、濕潤(rùn)期土體導(dǎo)熱性能增大。