基于不同氣象條件滑坡失穩破壞機理研究

王君峰

（南北水調中線干線工程建設管理局河北分局，河北 石家莊 050000）

1 引言

據有關資料顯示，滑坡是我國較為嚴重的地質災害之一，對于人民的生命財產安全產生了較大的威脅，因而，對于滑坡地質災害的防治是一項至關重要的工作。近些年來。隨著電子計算機在工程領域的應用，對于解決滑坡的災害，Geostudio 軟件具有較好的工作性能。

基于Geostudio 軟件對滑坡體的研究也逐漸成為研究和治理滑坡較為重要的工作，越來越多的專家學者也開始了這方面的研究：郭方琴等[1]利用Geostudio 軟件對滑坡體的滲流進行了研究，得到了滑坡體與降雨強度、持續時間的關系；陳浩等[2]利用Geostudio 軟件對滑坡體的滲流特征進行模擬，分析了滑坡體與地下水位的關系；李全文等[3]研究了采用Geostudio 軟件分析滑坡體時邊界條件的最佳選用；馮衛等[4]將Geostudio 軟件中的SEEP /W 和SLOPE /W 計算模塊結合起來，分析了降雨對滑坡體位移的影響；喻興等[5]模擬了滑坡體變形破壞過程中，坡體的孔隙水壓力與坡體穩定系數變化特征；王世通[6]通過監測與模擬相結合的方法，分析了堆積層滑坡降雨滲流的特征，并結合研究結果知道實際滑坡防止取得了較為可觀的成果；張俊才等[7]通過模擬某老滑坡體內垂直入滲特征，分析了老滑坡體解體變形破壞特征；麻超超[8]對不同降雨條件下的滑坡體進行模擬，分析了坡體的含水率、孔隙水壓力以及穩定性系數。

結合前人的研究基礎，本文基于Geostudio軟件擬對某地區的長條狀滑坡體結構建立數值分析模型，分析在天然狀態下的穩定性、持續降雨條件下坡體的滲流特征和穩定性能，并結合滲流特征和穩定性能對坡體的失穩破壞機理進行分析。

2 工程概況

以某地區的長條狀滑坡體結構為研究對象，該區域處于高原大陸性氣候，近20 年平均降雨量為423.1 mm，降雨豐富的月份主要為6月～9月四個月份，在此期間降雨量約占全年降雨量的82%左右。

該區域的滑坡體為一巨型老滑坡體，該滑坡體的坡度為30°，該老滑坡體呈臺階狀分布，表面土體為粉質粘土，根據勘測資料，老滑坡體下共計有四層巖體組成，巖層分布見表1，區域內的地質構造主要為東西、北東向構造帶。

表1 巖層分布圖

由歷史資料記載，2011年7月3日20時許，由于人類對植被保護及降雨的影響，老滑坡體前緣位置處產生鼓脹裂縫，裂縫長約15.0 m寬約10.0 cm，引起周邊道路產生裂縫和錯動，裂縫寬度約為1.5 cm左右，長度約為10.0 m，同時周邊4 間民房倒塌；2015 年6 月期間，受強降雨的影響，老滑坡體后緣位置處產生了多條寬度、長度不一的張拉裂縫，在2015年7月～2020 年7 月期間，老滑坡體變形持續加劇，后緣位置處的裂縫長度、寬度不斷增大；2020年8月15日13 點左右，該老滑坡體發生了一次較為嚴重的地質滑坡，主要為該老滑坡體的東北段中前緣位置處，引起了路面結構隆起、塌陷嚴重以及滑坡體后緣位置處的大變形以及較高的隆起，滑坡體下多處房屋倒塌以及較大面積的裂縫，嚴重影響人們的生產生活。

3 建立模型

基于對某地區的長條狀滑坡體結構的現場考察以及降雨量的測定，結合歷史相關記錄資料以及地質參數，采用Geostudio軟件建立該滑坡的數值計算模型見圖1。根據滑坡的地質參數共將滑坡體劃分為四個地質區域，四種巖層的物理性質參數見表2。

圖1 滑坡體數值分析模型

表2 滑坡體計算參數

4 滑坡在天然狀態下的穩定性

采用Ordinry、Morgenstern-price、Bishop、Janbu四種方法分析滑坡體結構在天然狀態下的穩定性，計算所得滑坡體相關的相關狀態信息見表3。

表3 天然狀態下的滑坡體穩定性能

分析表3中的數據，Ordinry、Morgenstern-price、Janbu三種方法計算所得的滑動面進出口的位置完全相同，均為（164.253， 190.502）m～（514.771， 68.082）m，三種方法計算所得的穩定性系數相差較小，分別為0.906、0.956、0.922，三種方法計算所得安全系數均小于1，因而該滑坡土體的安全性能較低；而通過Bishop法計算所得的滑動面進出口的位置與前述方法有所不同，為（166.795， 190.373）m～（517.884， 67.552）m，穩定系數為0.984，四種方法計算的安全系數均小于1，說明該滑坡體處于不穩定狀態，對于實際的滑坡體，滑坡體處于較不穩定的狀態，有較小的蠕動變形，模型與實際滑坡體的狀態較為吻合，說明了該模型的有效性。

5 滑坡在降雨條件下的穩定性分析

根據降雨量的記載，該地區的8 月份連續降雨條件下，連續降雨5日的平均降雨量為51.6 mm，因而該模擬的降雨量為51.6 mm/（5 d）的條件進行模擬，平均每期的降雨量為8.6 mm，進而分析降雨條件下的滑坡體穩定性。

5.1 降雨條件下的坡體滲流特征

在模型表面選取了10 個特征點分析在6 天時間內降雨條件下的坡體滲流特征，選用孔隙水壓力作為評價滲流作用的指標，10 個特征點分別采用Nodel節點進行編號，為了更客觀地體現特征點的位置，代以坐標表示特征點的分布特征，測試結果見圖2。

圖2 特征點孔隙水壓力-時間變化特征

分析圖2中的數據可得，初始孔隙水壓力值主要是由節點的縱坐標位置決定的，當節點越靠近滑坡體底部位置時，即節點的縱坐標越小時，初始孔隙水壓力值越大；當降雨出現后，在前兩天降雨過程中，各節點的孔隙水壓力均有較大幅度的增大，尤其是第一天，這主要是由于未降雨的條件下，突發降雨回引起滑坡體吸水能力增大，進而產生孔隙水壓力驟增；當在第2天～6天時，各特征點的孔隙水壓力增幅減緩，且各特征點的孔隙水壓力值趨于相同，但坡頂位置和坡腳位置處的139、1019特征點的孔隙水壓力仍有較大幅度的增加；在第六天時坡頂位置處的139 號特征點孔隙水壓力值為0 kPa，表明該點已經達到飽和狀態，因而對于整個坡體，仍有縱向的孔隙水壓力差，進而引起土體中雨水的垂直方向上的下滲，該滲流特征與實際相符。

5.2 降雨條件下的坡體穩定性分析

利用Geostudio中的SEEP /W與SLOPE /W兩個模塊，計算前述的土體中雨水垂直方向上滲流特征的穩定系數，計算方法采用Morgenstern-price法，能夠有效反映連續降雨6天的狀況下，滑坡坡體的穩定系數，進而反應滑坡體的穩定性性能。在該滑坡的計算中，相關參數取值依據該滑坡體的相關記錄數據及該地區的氣候資料，土體的參數取值依據非飽和區域巖土的相關參數、結合滲透函數的取值。天然狀態下的最危險滑動面位置處（即H1位置處）穩定系數模擬結果見表3，在降雨量為8.6 mm/d的降雨條件下，降雨期為6 d，在天然狀態下的H1位置處發生解體破壞，這主要是由于在降雨條件下，滑坡體上部的土體自重不斷增大，進而拉動土體產生滑移，導致上部土體穩定系數降低。根據模型分析可知，穩定系數降低的直接影響就是上部土體產生較大變形，呈現失穩的趨勢，隨著降雨的延長，上部土體的推力逐漸增大，推動下部土體向下位移，進而導致整個滑坡體的非穩定性變形破壞。這也解釋了在原有降雨條件下，最危險滑動面位置處出現中部鼓脹隆起、扇形裂縫破壞的原因。模型中H1位置滑動面穩定性系數分布規律見圖3。

圖3 第6天H1位置穩定性系數分布規律

6 結論

基于Geostudio軟件對某地區的長條狀滑坡體結構建立數值分析模型，分析在天然狀態下的穩定性、持續降雨條件下坡體的滲流特征和穩定性能，并結合滲流特征和穩定性能對坡體的失穩破壞機理進行分析與研究，主要得到以下結論：

（1） 采用Ordinry、Morgenstern-price、Bishop、Janbu四種方法分析滑坡體結構在天然狀態下的穩定系數均小于1，驗證了坡體結構的蠕動變形特征。

（2）滑坡土體孔隙水壓力值隨著降雨均呈現增大的變化趨勢，降雨的第六天在縱向存在孔隙水壓力差，進而引起土體中雨水垂直方向上的下滲。

（3） 降雨后易滑面土體穩定系數逐漸降低，上部土體的推力逐漸增大，推動下部土體向下位移，驗證了實際工程中的危險滑動面位置處出現中部鼓脹隆起、扇形裂縫破壞等現象。