三峽庫(kù)區(qū)某滑坡邊坡穩(wěn)定性影響因素分析

胡圣超 劉港 周令 張中旭

摘 要：【目的】研究降雨對(duì)滑坡形成和發(fā)展的影響、評(píng)估滑坡風(fēng)險(xiǎn)，為采取有效的防災(zāi)措施提供科學(xué)依據(jù)?！痉椒ā坎捎迷囼?yàn)的方法，綜合評(píng)估降雨入滲、土體飽和度、地形等影響因素，分析植被覆蓋對(duì)減少降雨入滲量的作用?！窘Y(jié)果】研究表明，降雨強(qiáng)度和歷時(shí)對(duì)滑坡形成和發(fā)展具有重要影響，而植被覆蓋可以減少降雨入滲量，對(duì)土壤水分的控制起到關(guān)鍵作用。此外，地質(zhì)特征如土壤類型和坡度也是滑坡發(fā)生的重要影響因素?！窘Y(jié)論】應(yīng)加強(qiáng)對(duì)降雨誘發(fā)滑坡的監(jiān)測(cè)和預(yù)警，采取適當(dāng)?shù)闹脖淮胧┮钥刂仆寥浪秩霛B，并重視地質(zhì)特征對(duì)滑坡的影響。

關(guān)鍵詞：滑坡；降雨入滲；植被覆蓋；影響因素

中圖分類號(hào)：P642.22? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2024）07-0107-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.07.021

Analysis of Influencing Factors on the Stability of a Landslide Slope in the Three Gorges Reservoir Area

HU Shengchao1 LIU Gang1，2 ZHOU Ling1，2 ZHANG Zhongxu1，2

（1. Chongqing Three Gorges University， School of Civil Engineering， Chongqing 404120， China;

2. Chongqing Three Gorges Reservoir Slope and Engineering Structure Disaster Prevention and Control Engineering Technology Research Center， Chongqing 404120，China）

Abstract：[Purposes] This paper studies the impact of rainfall on the formation and development of landslides， as well as to assess landslide risks， in order to provide scientific basis for taking effective disaster prevention measures. [Methods] Through experiment，this paper comprehensively evaluates factors such as rainfall infiltration， soil saturation， terrain， and analyzes the role of vegetation coverage in reducing rainfall infiltration. [Findings] Research has shown that rainfall intensity and duration have a significant impact on the formation and development of landslides， while vegetation coverage can reduce rainfall infiltration and play a key role in controlling soil moisture. In addition， geological characteristics such as soil type and slope are also important influencing factors for landslide occurrence. [Conclusions] In order to reduce the impact of landslides on human society， it is necessary to strengthen monitoring and early warning of rainfall induced landslides， take appropriate vegetation measures to control soil moisture infiltration， and pay attention to the impact of geological characteristics on landslides.

Keywords： landslide; rainfall infiltration; vegetation cover; influencing factor

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)積極推動(dòng)滑坡治理工作，對(duì)滑坡的運(yùn)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行了大量研究，在滑坡和邊坡穩(wěn)定性方面取得諸多研究進(jìn)展［1-2］。唐正光等［3］闡述了植被覆蓋情況下對(duì)降雨入滲帶來(lái)的影響；張袆袆等［4］通過(guò)有限元Geo-Studio模擬分析降雨等參數(shù)條件下對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響；常金源等［5］利用Green-Ampt入滲模型，模擬水壓力作用下建立降雨條件下淺層滑坡概念模型；文海家等［6］通過(guò)改進(jìn)的Green-Ampt入滲模型，介紹了降雨作用下巖質(zhì)滑坡穩(wěn)定性分析方法；劉辰光等［7］通過(guò)研究植被覆蓋對(duì)淺層滑坡防護(hù)起到良好的效果和植被防護(hù)滑坡新技術(shù)；劉昭維等［8］通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查與地質(zhì)特征分析，提出在不同地質(zhì)背景下滑坡產(chǎn)生與防治建議。

降雨入滲程度直接影響滑坡形成，需進(jìn)一步分析影響降雨入滲的原因，如植被覆蓋和土體孔隙等。本研究以三峽庫(kù)區(qū)大坪滑坡為例，通過(guò)分析單個(gè)滑坡成因，深入了解從局部到整體的滑坡特征，并結(jié)合分析結(jié)果，提出可行性措施。

1 滑坡區(qū)概況

大坪滑坡位于重慶市云陽(yáng)縣寶坪鎮(zhèn)。滑坡前緣高程為320 m，后緣高程為380 m，其滑坡的運(yùn)動(dòng)形式為推移式，以土質(zhì)為主。滑坡長(zhǎng)度約為130 m，寬度約為120 m，厚度約為6 m，傾向101°，傾角25°，面積約為1.56×104 m2，體積約為9.36×104 m3?；略斐傻臐撛谕{包括22人、23間房屋、1 998 m2田地、威脅財(cái)產(chǎn)預(yù)計(jì)50萬(wàn)元。其滑坡平面和剖面如圖1、圖2所示。

2 降雨入滲對(duì)滑坡的影響

2.1 降雨時(shí)段類型

滑坡遭到一次或多次降雨時(shí)，其穩(wěn)定性受入滲量和入滲深度兩種因素的影響［6］。降雨在入滲時(shí)受降雨強(qiáng)度的影響，根據(jù)降雨的大小程度，將入滲程度確定為無(wú)積水降雨入滲、積水前降雨入滲、積水中降雨入滲和積水后降雨入滲四種類型。

無(wú)積水降雨入滲：是指降雨量較小時(shí)，雨量直接滲透到土體中，不足以在滑坡地表面產(chǎn)生積水，土體的入滲速率大于降雨持續(xù)時(shí)間，含水率仍在上升。

積水前降雨入滲：淺層土體飽和吸水，入滲速率降低，降雨在坡面地表積水；或降雨強(qiáng)度大，入滲速率低，入滲水量少，地表積水。表示為積水前的降雨入滲狀況。

積水中降雨入滲：此時(shí)地表已經(jīng)形成一定程度的積水，淺層土體的吸水狀態(tài)或?qū)⒔咏柡停霛B率較低或入滲平衡狀態(tài)，實(shí)質(zhì)上是一種有壓飽水降雨入滲。

積水后降雨入滲：淺層土體飽和，受積水影響，土體流動(dòng)坍塌，引發(fā)淺層滑坡，積水滲入淺層以下，導(dǎo)致大面積滑坡。

2.2 降雨入滲一般規(guī)律

土體降雨入滲過(guò)程中受多重因素的影響，其入滲過(guò)程也是復(fù)雜多變的。降雨開(kāi)始時(shí)，最大允許入滲率會(huì)隨著時(shí)間和入滲深度的增加漸漸減慢，在降雨初期，大部分的水量會(huì)被入滲到土體當(dāng)中，坡表面無(wú)法形成積水，隨著降雨的持續(xù)進(jìn)行，入滲率逐漸降低到一種穩(wěn)定入滲狀態(tài)。入滲率與時(shí)間關(guān)系曲線如圖3所示［3］。

降雨入滲規(guī)律曲線方程為式（1）。

[fp=fc+f0+fc? e?kt]? ? （1）

式中：[fp]為在時(shí)間t的入滲率；[fc]為平衡入滲率；[f0]為初始入滲率；k為描述入滲率下降的常數(shù)；t為入滲時(shí)間。

關(guān)于降雨入滲規(guī)律，部分學(xué)者采用的是GA模型，即格林-安普特（green-Ampt）模型，計(jì)算公式為式（2）。

[f=KS Sf+Zf+? /Zf]? ? ?（2）

式中：f為入滲率；[KS]為土壤飽和滲透系數(shù)；[Sf]為下滲鋒面處的平均吸力；[Zf]為下滲深度；h為地表處的總水勢(shì)。

降雨在入滲過(guò)程中，地表的非飽和土體持續(xù)吸水，達(dá)到近似飽和狀態(tài)后向下一層非飽和土體入滲。臨空地表土體與降水接觸面積大，入滲能力強(qiáng)，繼續(xù)向下入滲時(shí)，降水通過(guò)孔隙和近似飽和土體向下入滲，入滲量和入滲效率下降。當(dāng)土體的入滲能力大于降雨量時(shí)，滑坡面降雨入滲狀況取決于降雨過(guò)程；當(dāng)降雨程度大于土體的入滲程度時(shí)，土體的入滲能力取決于土體本身。降雨入滲受降雨強(qiáng)度與地表土體的飽和與非飽和程度的影響。

3 植被與地質(zhì)孔隙等對(duì)滑坡的影響

3.1 植被對(duì)降雨入滲影響

植被是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，在水土流失、土壤肥力、水分保持及抗剪切能力等方面具有重要作用［10］。其根部結(jié)構(gòu)可增加土體孔隙率，促進(jìn)降雨入滲，并提高土體的穩(wěn)定性。植被的分解能夠?yàn)槲⑸锾峁┝己玫纳婵臻g，加快莖葉和根系的分解，為來(lái)年植被再生提供養(yǎng)料。不同植被對(duì)降雨入滲的影響不同，樹(shù)狀結(jié)構(gòu)、樹(shù)葉形態(tài)、地形以及植被生長(zhǎng)階段、疏密程度和枯葉覆蓋厚度等都會(huì)影響降雨入滲［11］。不同植被下的表層土體入滲速率見(jiàn)表1。

由表1可知，空曠地的入滲率較低。降雨過(guò)程中，雨水具有一定的重力勢(shì)能，落在地面上會(huì)對(duì)地表面土體產(chǎn)生一定程度的結(jié)構(gòu)破壞，土顆粒隨雨水濺起，已經(jīng)破壞的土體隨雨水發(fā)生流動(dòng)，流動(dòng)造成沖刷，以此形成水土流失。植被的覆蓋可以存儲(chǔ)大量的雨水，尤其是在森林里的枯枝落葉，降雨從植被的枝葉、莖干、枯枝葉、雜草、植被根部等形成立式結(jié)構(gòu)，枝葉與莖干減少了降雨下落的能量，枯枝葉與雜草保留了雨水的流失和對(duì)土體的沖刷，根部結(jié)構(gòu)加大了入滲速率，為植被生長(zhǎng)提供有利條件。

3.2 地質(zhì)孔隙對(duì)降雨入滲的影響

地質(zhì)孔隙作為降雨入滲的通道，對(duì)入滲提供有利條件。土體中孔隙的存在降低了密實(shí)度，影響土體強(qiáng)度。不同地質(zhì)巖性的吸水性質(zhì)各不相同，例如石灰?guī)r和玄武巖在斜坡降雨入滲過(guò)程中的差別。在應(yīng)對(duì)有巖性差異較大的滑坡時(shí)，應(yīng)考慮地質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)入滲的影響。

在大坪滑坡中，滑坡地質(zhì)主要由土質(zhì)組成，因此其入滲情況因不同的孔隙結(jié)構(gòu)而異。當(dāng)孔隙率較大且多為開(kāi)口孔隙時(shí)，入滲率較大。如果是閉口孔隙，則取決于土體本身的吸水性質(zhì)。當(dāng)孔隙率較小且為開(kāi)口孔隙時(shí)，入滲情況較好，而為閉口孔隙時(shí)，入滲情況稍差一些。此外，土體的顆粒級(jí)配與降雨入滲關(guān)系密切。當(dāng)顆粒級(jí)配為連續(xù)級(jí)配且較好時(shí)，顆粒之間的孔隙率較小，降雨入滲量就少。而當(dāng)顆粒級(jí)配為間斷級(jí)配或級(jí)配不好時(shí)，顆粒之間的孔隙較大，降雨入滲量就偏大。因此，降雨入滲是形成滑坡的主要因素。

3.3 土壤類型對(duì)降雨入滲的影響

西南地區(qū)土壤類型豐富多樣，不同類型的土壤在滲流特性和強(qiáng)度特性方面存在顯著差異。不同的土壤的滲流特性導(dǎo)致其水分在土壤中傳遞的能力大小不同，且具有不同的孔隙結(jié)構(gòu)和顆粒組成，因此其滲透性能也會(huì)有所不同。

土壤質(zhì)地是評(píng)估土壤性質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)，它描述了土壤中不同大小的固體顆粒的比例，對(duì)土壤的物理性質(zhì)如孔隙結(jié)構(gòu)和分布等方面有顯著影響。這些因素會(huì)改變水分在土壤中的運(yùn)動(dòng)特性，從而影響土壤的入滲能力。根據(jù)實(shí)際測(cè)試和生產(chǎn)實(shí)踐，土壤的吸附能力、顆粒間的孔隙及吸水和保水能力都與土壤質(zhì)地密切相關(guān)。在土壤結(jié)構(gòu)、含水量和水勢(shì)梯度相同的條件下，重質(zhì)土壤的孔隙率通常較小，因此其水力導(dǎo)水性稍差于輕質(zhì)土壤，導(dǎo)致重質(zhì)土壤的水入滲能力相對(duì)較差。

土壤結(jié)構(gòu)是顆粒的排列和組合方式，影響土壤性質(zhì)和入滲能力。入滲受土壤孔隙度影響，不同的孔隙度影響水力導(dǎo)水性和水分運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)力。研究顯示，土壤結(jié)構(gòu)和質(zhì)地是決定飽和狀態(tài)下土壤水力導(dǎo)水性的主要因素。未擾動(dòng)和擾動(dòng)土壤的飽和水傳導(dǎo)率與土壤團(tuán)聚程度和結(jié)構(gòu)系數(shù)存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。這些研究有助于理解土壤結(jié)構(gòu)對(duì)水分運(yùn)動(dòng)和入滲特性的影響。

4 結(jié)論

本研究以大坪滑坡為例，從降雨入滲、植被、地質(zhì)孔隙三方面進(jìn)行分析，結(jié)論如下。

①降雨入滲深度影響滑坡局勢(shì)。強(qiáng)降雨提供充足水量，入滲隨深度增加而降低，表層土體飽和后產(chǎn)生流體效應(yīng)，導(dǎo)致局部滑坡，最終擴(kuò)展為整體滑坡。

②不同植被對(duì)降雨入滲產(chǎn)生不同導(dǎo)流作用。上層結(jié)構(gòu)減少?zèng)_刷，減少滑坡災(zāi)害；根部結(jié)構(gòu)穩(wěn)固土體，形成抗拉結(jié)構(gòu)體。

③地質(zhì)孔隙特征決定降雨入滲?？紫洞笮?、開(kāi)口與特點(diǎn)直接影響入滲；土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)影響吸附、水分保持、孔隙度及水力導(dǎo)水性。

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收稿日期：2023-10-10

基金項(xiàng)目：重慶三峽學(xué)院土木水利碩士研究生科研創(chuàng)新項(xiàng)目（YJSKY22063，YJSKY22062）；重慶市土木建筑學(xué)會(huì)2023年度指導(dǎo)性科技計(jì)劃項(xiàng)目（2023B07，2023A02）；重慶市三峽水庫(kù)岸坡與工程結(jié)構(gòu)災(zāi)變防控工程技術(shù)研究中心開(kāi)放基金資助項(xiàng)目（No. SXAPGC23ZDI06，SXAPGC23YB06，SXAPGC23YB03）

作者簡(jiǎn)介：胡圣超（1999—），男，碩士生，研究方向：巖土工程。

通信作者：劉港（1997—），男，碩士生，研究方向：巖土工程。