含水率对降雨型滑坡稳定性影响的研究

钱苗苗　贺可强等

摘要：降雨引起的堆积层滑坡变形与边坡体中非饱和土体含水率和重度变化有关。降雨使土体含水量增加，容重增加，进而下滑力增加，导致边坡安全系数降低。而蒸发作用则使滑坡稳定系数升高，对滑坡起卸载作用。本文以树坪滑坡分析为例，建立加卸载响应比预测模型，对该滑坡关键部位监测点进行了加卸载响应比计算，发现监测部位的加卸载响应比时序曲线均在失稳前发生突变，其突变时间与边坡实际失稳时间完全吻合，而含水率也在失稳时达到最大，进而证明含水率变化与加卸载响应比具有一定的相关性。

关键词：堆积层滑坡；降雨；含水率；加卸载响应比；滑坡稳定性

1.引言

滑体失稳破坏与内在自身力学特性及外界触发因素密切相关，外界条件包括降雨、融雪、地下水渗透作用、火山喷发作用、地震作用及人类工程活动，分布频率如图1所示。由此看出绝大多数滑体失稳是由降雨引起的，降雨入渗对边坡稳定性的影响程度受降雨强度、降雨持续时间、土体初始含水率以及饱和渗透系数等因素的影响。因此，研究和探索滑坡非饱和湿化效应（含水率变化效应）对滑坡稳定系数影响规律具有十分重要的意义。

2. 应用含水率变化加卸载动力效应研究滑坡稳定性的机理

堆积层坡体的构成主要是第四系及近代松散堆积层，这就决定了其坡体结构松散，具有大孔隙比，透水性强，易变形等特点，与下伏基岩的弱透水性迥然有别，常常造成基岩面附近大气降水或地下水补给的大量积水，形成坡体地下水含水层及地下水位变幅带。大气降雨量与地下水补给变化必然会引起堆积层边坡坡体地下水位及受力条件的改变。

2.1非饱和土的干湿循环加卸载动力效应机理

降雨入渗的过程是地下水随时间和空间变化的饱和非饱和运动过程，是水在下渗过程中不断驱替空气而饱和孔隙的过程。由于降雨入渗或蒸发等自然作用，在饱和与非饱和区之间通常不满足流通量为零的条件，而存在连续的水流[1]。

降雨使地下水位升高，容重增加，浸润线以上非饱和区范围减小，含水率增大，其综合效应是增加了坡体的下滑力，减少了抗滑力，相当于是一个加载过程。而随着蒸发量的增加滑坡稳定系数逐渐升高，因为蒸发作用下，容重减小，浸润线以上非饱和区范围增大，含水率降低，这个过程对边坡的稳定性来讲，大致上相当是一个卸载过程，即蒸发起卸载作用。

2.2含水率在降雨作用下随土体深度的分布规律曲线

含水率变化主要受降雨强度、降雨历时、蒸发量、岩土体物理性质等诸多因素的影响。不同降雨强度下滑坡某断面含水率随深度变化规律为[2]：随着降雨强度的不同，含水率随深度的分布规律也不同，在一定的渗透性大小下，降雨强度越大，饱和区的范围越大，含水率越大，容重增加，对土体起加载作用。但总体趋势是相同的，含水率都是随深度减小到一定程度而趋于稳定。

2.3含水率在蒸发作用下随土体深度的变化规律

随着蒸发持续时间的不同，含水率随深度的分布规律也不同，蒸发持续时间越长含水率越小，但总体趋势是相同的，含水率都是随深度减小到一定程度而趋于稳定，与降雨入渗作用相比，蒸发对含水率变化的影响深度更小，表层土体的含水率变化受蒸发影响最大。

3. 降雨作用下树坪滑坡稳定性模拟计算结果分析

3.1树坪滑坡概况

树坪滑坡位于三峡库区湖北省秭归县沙镇溪镇树坪村一组的长江南岸岸坡，下距三峡工程大坝坝址约47km。滑坡体东侧以屈家坪至姜家湾的叶儿开沟为界，西侧以南北向冲沟龙井沟为界，后缘以姜家湾至上树坪后山高程415m一带为界，前缘直抵145m库水位（原始分布高程65-500m），总体积约2890×104m3，剪出口高程约65～68m，坡度22°～35°。

3.2 计算模型

3.3 滑坡模型稳定性计算结果分析

通过引入降雨作用下含水率的变化规律对树坪滑坡进行模拟分析，使用基于极限平衡方法的SLOPE/W模块，得到不同年份不同降雨量条件下的树坪滑坡的可能滑移面及稳定系数。

由上述模拟结果可以看出，加卸载响应比与稳定系数呈负相关，即加卸载响应比越大，稳定系数越小，而与含水率呈正相关，加卸载响应比越大，含水率越大，加卸载响应比的变化曲线起伏形似，含水率达到最大时，加卸载响应一般会发生突变。说明含水率的变化规律在一定程度上反映了加卸载响应比的变化规律。

3 结论

通过对三峡库区秭归县树坪滑坡堆积体水文地质条件、降雨蒸发干湿循环含水率变化机理及稳定性分析研究，得到以下结论：

（1）由于堆积层滑坡坡体结构松散，具有大孔隙比，透水性强，易变形等特点，因此降雨是影响和控制该类边坡稳定性的最主要的动力因素。

（2）降雨入渗起加载作用，使得边坡非饱和带土体的含水量升高，产生暂态饱和区，导致岩土体天然重度变为饱和重度，增加了滑体的重量，进而导致边坡稳定性降低，产生较大变形甚至滑坡。蒸发作用则使含水率降低，边坡变形减小，起卸载作用。

（3）含水率的变化规律与堆积层边坡的稳定性变化特征和加卸载响应比变化规律相关性十分明显，能够反映出堆积层边坡位移变形特征，并且可以通过测量含水率的大小，并以加卸载响应比理论值Y=1为基本判别依剧，判定滑坡系统的稳定性状态。因此，研究含水率变化加卸载动力效应对堆积层滑坡稳定性进行分析评价和预测预报是完全可行的和具备实际应用价值的。

参考文献

[1] D.G弗雷德隆德，H拉哈尔佐，非饱和土力学[M]，陈仲颐等译.中国建筑工业出版社，1997

[2]魏宁，茜平一，傅旭东.降雨和蒸发对土质边坡稳定性的影响.岩土力学2006年5月第27卷第5期，778-786。

[3] 柴军瑞，李守义. 三峡库区泄滩滑坡渗流场与应力场耦合分析[J].岩石力学与工程学报,2004;(8):1280-1284.

作者简介：

钱苗苗（1986-），女，河北省沧州人。硕士研究生，从事堆积层滑坡方面的研究。