论文部分内容阅读
【摘 要】 本文以铜仁地区石灰溪滑坡为例，利用SEEP/W模块和SLOPE/W模块良好的互通性，研究不同降雨强度对滑坡稳定性的影响。研究表明：（a）同一降雨强度下，滑坡稳定性先急剧恶化，稳定性系数迅速减小，然后略有上升，之后基本不变，说明在局部渗透性较差的粘性土中的渗流场改变需要较长时间，从而稳定性会缓慢调整；（b）随着降雨强度的增大，滑坡稳定性恶化明显，由此可以初步确定滑坡失稳的临界降雨强度，以做好该滑坡的预警预报工作。
【关键词】 降雨强度；渗流场；滑坡稳定性
1 引言
降雨诱发滑坡发生的机制复杂，一直是工程地质领域研究的热点。降雨入渗作用下的斜坡稳定性研究主要是从地下水对边坡土体的物理、化学、力学等方面的作用进行研究。许建聪[1]采用数理统计的方法及理论，建立起碎石土滑坡与降雨量之间的统计模型。张我华[2]针对由于有效刚度侵蚀损伤弱化效应的软弱夹层问题，提出了边坡变形失稳的尖点突变模型。周中[3]基于大量现场试验，发现边坡位移从坡面向坡内逐步减小，且入渗率随时间也逐步减小。童富果[4]等对斜坡降雨入渗与坡面径流耦合算法进行了改进，得出了许多有益结论。刘小文[5]对不同渗透系数、及不同降雨强度等工况下的边坡稳定性进行评价，对系统全面的稳定性评价进行了探讨。本文研究不同降雨强度下滑坡稳定性演化特征，为降雨型滑坡的防灾减灾工作提供有效的科学依据。
2 滑坡概况
2.1水文气象
石灰溪滑坡位于贵州省铜仁地区印江自治县，印江县城地处梵净山西北坡面，降雨特点是雨量充沛、夏雨集中。据县气象局1983～2000年降水统计资料，全县多年平均降水量为1100mm，且年际变化较大，最高1356.77mm（1983年），最低897.4mm（1988年），雨季（4～8月）降水量累计738.99mm，占年降水量的68.52%；平水期（9～10月）降水量累计为178.89mm，占年降水量的16.57%；枯水期（11月～翌年3月）降水量累计为161.63mm，占年降水量的14.97%。
2.2滑坡组构特征
（1）滑体特征
滑体土主要由第四系残坡积物组成，其物质成份主要由黄褐色含碎块石粘土组成。由于土体固结程度的差异性，导致滑体土自上而下由松散向稍密状态过渡，滑体土的这种自上而下的空间分布特征，导致地表入渗的地下水容易在滑体中下部形成上层滞水，进而导致该区土体的软化作用较为明显。
（2）滑带特征
滑坡滑移带主要受残坡积物的物质成分及其结构控制。由于残坡积物的物质成分主要为含碎块石粘土，其结构自上而下呈现松散向稍密过渡转变。
（3）滑床特征
滑床由志留系中上统韩家店群中风化的灰色、灰白色砂质页岩、钙质粉砂岩组成，透水性差。
3 不同降雨历时下滑坡稳定性演化特征
3.1滑坡数值模型和参数
充分利用SEEP/W模块和SLOPE/W模块良好的互通性，采用SLOPE/W调用SEEP/W中针对不同的降雨强度、不同的降雨历时所计算的孔隙水压力情况，基于极限平衡理论计算滑坡的稳定性系数，并研究不同的降雨强度、不同的降雨历时作用下的滑坡稳定性演化规律是具有重大的理论意义和工程实践价值。
将整个模型分成三种不同的材料类型（滑体上部、滑体下部、滑床），其条分模型见图1，参数赋值情况见表1。
3.2不同降雨历时下的滑坡稳定性演化特征
基于条分模型及不同材料的计算参数，分别采用50mm/d、100mm/d、200mm/d的降雨强度，降雨历时均为1天的降雨参数作用下的渗流稳定性研究。
在渗流场计算中分别设置7天的计算时步，即第一天为降雨，第二至第七天为无雨天气。在渗流稳定性计算中，分别对每一种降雨强度分别进行稳定性，即每一种降雨强度（50mm/d、100mm/d、200mm/d）作用下分别计算七种（第一天～第七天）水位线与孔隙水压力状态下的稳定性，共计算21种工况。
根据不同降雨强度、相同降雨历时的降雨参数作用下石灰溪滑坡稳定性计算结果（图2），可以得出以下初步认识：
（a）横向对比不同降雨强度下的三条曲线，基本显示了相同的稳定性变化规律。第一天降雨过程后，滑坡稳定性急剧恶化，稳定性系数迅速减小。在降雨过后的一两天时间内，滑坡稳定性系数有一定的波动，说明滑坡应力场产生较为明显的调整，滑坡的产生经常发生在这种应力场调整期间，特别是在调整期间有任何外界扰动作用时，即使计算出来的稳定性系数不至于整体下滑也会产生滑动的可能。降雨过后两三天，滑坡稳定性系数变化较小，说明排水作用较快，该滑坡的降雨滞后性问题较小，综合滑坡物质组成特征，原因主要在于该滑坡滑体较薄、渗透性较好。降雨过后四五天时，滑坡稳定性变化规律同前两天基本相同，基本没什么变化，这说明在局部渗透性较差的粘性土中的渗流场的改变需要较长时间，从而稳定性会缓慢调整，且需要较长的时间。
（b）纵向对比不同降雨强度下的三条曲线，随着降雨强度的增大，滑坡稳定性恶化明显。当降雨强度为100mm/d时，滑坡稳定性已经基本接近于整体滑动的状态，当在此滑坡应力调整过程中有不利于滑坡稳定性的任何外界因素，则极会导致滑坡的整体下滑。当降雨强度为200mm/d时，降雨历时一天即可以导致滑坡的整体失稳。这也表明该滑坡具有较大的坡面入渗率，主要在于滑坡表层渗透性较好，当有较大的降雨强度作用于滑坡时会产生恶化的滑坡渗流场，甚至滑坡会呈现整体饱水的状态，则稳定性系数会急剧明显减小。通过以上渗流场及稳定性研究，结合铜仁地区24小时降雨情况，考虑一定的常见外界干扰因素，可以初步把滑坡的临界降雨强度界定在180mm/d，以做好该滑坡的预警预报工作。
4 结论
（1）在同一降雨强度下，第一天降雨后，滑坡稳定性急剧恶化，稳定性系数迅速减小，然后滑坡稳定性系数有一定的波动，之后变化较小，最后基本没什么变化，这说明在局部渗透性较差的粘性土中的渗流场的改变需要较长时间，从而稳定性会缓慢调整。
（2）随着降雨强度的增大，滑坡稳定性恶化明显，且降雨强度较大时，滑坡会产生恶化的滑坡渗流场，甚至滑坡会呈现整体饱水的状态，稳定性系数急剧明显减小。因此，结合铜仁地区24小时降雨情况，考虑一定的常见外界干扰因素，可以初步把滑坡的临界降雨强度界定在180mm/d，以做好该滑坡的预警预报工作。
参考文献：
[1]许建聪，尚岳全，王建林.松散土质滑坡位移与降雨量的相关性研究[J].岩石力学与工程学报，2006，25（增刊）：2854-2860.
[2]張我华，陈合龙，陈云敏.降雨裂缝渗透影响下山体边坡失稳灾变分析[J].浙江大学学报：工学版，2007，41（9）：1429-1435.
[3]周中，傅鹤林，刘宝琛等.土石混合体边坡人工降雨模拟试验研究[J].岩土力学，2007，28（7）：1391-1396.
[4]童富果.降雨条件下坡面径流与饱和—非饱和渗流耦合计算模型研究[D].宜昌：三峡大学硕士学位论文.2004.
[5]刘小文，耿小牧.降雨入渗对土坡稳定性影响分析[J].水文地质工程地质，2006，6：40-47.
【关键词】 降雨强度；渗流场；滑坡稳定性
1 引言
降雨诱发滑坡发生的机制复杂，一直是工程地质领域研究的热点。降雨入渗作用下的斜坡稳定性研究主要是从地下水对边坡土体的物理、化学、力学等方面的作用进行研究。许建聪[1]采用数理统计的方法及理论，建立起碎石土滑坡与降雨量之间的统计模型。张我华[2]针对由于有效刚度侵蚀损伤弱化效应的软弱夹层问题，提出了边坡变形失稳的尖点突变模型。周中[3]基于大量现场试验，发现边坡位移从坡面向坡内逐步减小，且入渗率随时间也逐步减小。童富果[4]等对斜坡降雨入渗与坡面径流耦合算法进行了改进，得出了许多有益结论。刘小文[5]对不同渗透系数、及不同降雨强度等工况下的边坡稳定性进行评价，对系统全面的稳定性评价进行了探讨。本文研究不同降雨强度下滑坡稳定性演化特征，为降雨型滑坡的防灾减灾工作提供有效的科学依据。
2 滑坡概况
2.1水文气象
石灰溪滑坡位于贵州省铜仁地区印江自治县，印江县城地处梵净山西北坡面，降雨特点是雨量充沛、夏雨集中。据县气象局1983～2000年降水统计资料，全县多年平均降水量为1100mm，且年际变化较大，最高1356.77mm（1983年），最低897.4mm（1988年），雨季（4～8月）降水量累计738.99mm，占年降水量的68.52%；平水期（9～10月）降水量累计为178.89mm，占年降水量的16.57%；枯水期（11月～翌年3月）降水量累计为161.63mm，占年降水量的14.97%。
2.2滑坡组构特征
（1）滑体特征
滑体土主要由第四系残坡积物组成，其物质成份主要由黄褐色含碎块石粘土组成。由于土体固结程度的差异性，导致滑体土自上而下由松散向稍密状态过渡，滑体土的这种自上而下的空间分布特征，导致地表入渗的地下水容易在滑体中下部形成上层滞水，进而导致该区土体的软化作用较为明显。
（2）滑带特征
滑坡滑移带主要受残坡积物的物质成分及其结构控制。由于残坡积物的物质成分主要为含碎块石粘土，其结构自上而下呈现松散向稍密过渡转变。
（3）滑床特征
滑床由志留系中上统韩家店群中风化的灰色、灰白色砂质页岩、钙质粉砂岩组成，透水性差。
3 不同降雨历时下滑坡稳定性演化特征
3.1滑坡数值模型和参数
充分利用SEEP/W模块和SLOPE/W模块良好的互通性，采用SLOPE/W调用SEEP/W中针对不同的降雨强度、不同的降雨历时所计算的孔隙水压力情况，基于极限平衡理论计算滑坡的稳定性系数，并研究不同的降雨强度、不同的降雨历时作用下的滑坡稳定性演化规律是具有重大的理论意义和工程实践价值。
将整个模型分成三种不同的材料类型（滑体上部、滑体下部、滑床），其条分模型见图1，参数赋值情况见表1。
3.2不同降雨历时下的滑坡稳定性演化特征
基于条分模型及不同材料的计算参数，分别采用50mm/d、100mm/d、200mm/d的降雨强度，降雨历时均为1天的降雨参数作用下的渗流稳定性研究。
在渗流场计算中分别设置7天的计算时步，即第一天为降雨，第二至第七天为无雨天气。在渗流稳定性计算中，分别对每一种降雨强度分别进行稳定性，即每一种降雨强度（50mm/d、100mm/d、200mm/d）作用下分别计算七种（第一天～第七天）水位线与孔隙水压力状态下的稳定性，共计算21种工况。
根据不同降雨强度、相同降雨历时的降雨参数作用下石灰溪滑坡稳定性计算结果（图2），可以得出以下初步认识：
（a）横向对比不同降雨强度下的三条曲线，基本显示了相同的稳定性变化规律。第一天降雨过程后，滑坡稳定性急剧恶化，稳定性系数迅速减小。在降雨过后的一两天时间内，滑坡稳定性系数有一定的波动，说明滑坡应力场产生较为明显的调整，滑坡的产生经常发生在这种应力场调整期间，特别是在调整期间有任何外界扰动作用时，即使计算出来的稳定性系数不至于整体下滑也会产生滑动的可能。降雨过后两三天，滑坡稳定性系数变化较小，说明排水作用较快，该滑坡的降雨滞后性问题较小，综合滑坡物质组成特征，原因主要在于该滑坡滑体较薄、渗透性较好。降雨过后四五天时，滑坡稳定性变化规律同前两天基本相同，基本没什么变化，这说明在局部渗透性较差的粘性土中的渗流场的改变需要较长时间，从而稳定性会缓慢调整，且需要较长的时间。
（b）纵向对比不同降雨强度下的三条曲线，随着降雨强度的增大，滑坡稳定性恶化明显。当降雨强度为100mm/d时，滑坡稳定性已经基本接近于整体滑动的状态，当在此滑坡应力调整过程中有不利于滑坡稳定性的任何外界因素，则极会导致滑坡的整体下滑。当降雨强度为200mm/d时，降雨历时一天即可以导致滑坡的整体失稳。这也表明该滑坡具有较大的坡面入渗率，主要在于滑坡表层渗透性较好，当有较大的降雨强度作用于滑坡时会产生恶化的滑坡渗流场，甚至滑坡会呈现整体饱水的状态，则稳定性系数会急剧明显减小。通过以上渗流场及稳定性研究，结合铜仁地区24小时降雨情况，考虑一定的常见外界干扰因素，可以初步把滑坡的临界降雨强度界定在180mm/d，以做好该滑坡的预警预报工作。
4 结论
（1）在同一降雨强度下，第一天降雨后，滑坡稳定性急剧恶化，稳定性系数迅速减小，然后滑坡稳定性系数有一定的波动，之后变化较小，最后基本没什么变化，这说明在局部渗透性较差的粘性土中的渗流场的改变需要较长时间，从而稳定性会缓慢调整。
（2）随着降雨强度的增大，滑坡稳定性恶化明显，且降雨强度较大时，滑坡会产生恶化的滑坡渗流场，甚至滑坡会呈现整体饱水的状态，稳定性系数急剧明显减小。因此，结合铜仁地区24小时降雨情况，考虑一定的常见外界干扰因素，可以初步把滑坡的临界降雨强度界定在180mm/d，以做好该滑坡的预警预报工作。
参考文献：
[1]许建聪，尚岳全，王建林.松散土质滑坡位移与降雨量的相关性研究[J].岩石力学与工程学报，2006，25（增刊）：2854-2860.
[2]張我华，陈合龙，陈云敏.降雨裂缝渗透影响下山体边坡失稳灾变分析[J].浙江大学学报：工学版，2007，41（9）：1429-1435.
[3]周中，傅鹤林，刘宝琛等.土石混合体边坡人工降雨模拟试验研究[J].岩土力学，2007，28（7）：1391-1396.
[4]童富果.降雨条件下坡面径流与饱和—非饱和渗流耦合计算模型研究[D].宜昌：三峡大学硕士学位论文.2004.
[5]刘小文，耿小牧.降雨入渗对土坡稳定性影响分析[J].水文地质工程地质，2006，6：40-47.