基于不同气象条件滑坡失稳破坏机理研究

王君峰

（南北水调中线干线工程建设管理局河北分局，河北 石家庄 050000）

1 引言

据有关资料显示，滑坡是我国较为严重的地质灾害之一，对于人民的生命财产安全产生了较大的威胁，因而，对于滑坡地质灾害的防治是一项至关重要的工作。近些年来。随着电子计算机在工程领域的应用，对于解决滑坡的灾害，Geostudio 软件具有较好的工作性能。

基于Geostudio 软件对滑坡体的研究也逐渐成为研究和治理滑坡较为重要的工作，越来越多的专家学者也开始了这方面的研究：郭方琴等[1]利用Geostudio 软件对滑坡体的渗流进行了研究，得到了滑坡体与降雨强度、持续时间的关系；陈浩等[2]利用Geostudio 软件对滑坡体的渗流特征进行模拟，分析了滑坡体与地下水位的关系；李全文等[3]研究了采用Geostudio 软件分析滑坡体时边界条件的最佳选用；冯卫等[4]将Geostudio 软件中的SEEP /W 和SLOPE /W 计算模块结合起来，分析了降雨对滑坡体位移的影响；喻兴等[5]模拟了滑坡体变形破坏过程中，坡体的孔隙水压力与坡体稳定系数变化特征；王世通[6]通过监测与模拟相结合的方法，分析了堆积层滑坡降雨渗流的特征，并结合研究结果知道实际滑坡防止取得了较为可观的成果；张俊才等[7]通过模拟某老滑坡体内垂直入渗特征，分析了老滑坡体解体变形破坏特征；麻超超[8]对不同降雨条件下的滑坡体进行模拟，分析了坡体的含水率、孔隙水压力以及稳定性系数。

结合前人的研究基础，本文基于Geostudio软件拟对某地区的长条状滑坡体结构建立数值分析模型，分析在天然状态下的稳定性、持续降雨条件下坡体的渗流特征和稳定性能，并结合渗流特征和稳定性能对坡体的失稳破坏机理进行分析。

2 工程概况

以某地区的长条状滑坡体结构为研究对象，该区域处于高原大陆性气候，近20 年平均降雨量为423.1 mm，降雨丰富的月份主要为6月～9月四个月份，在此期间降雨量约占全年降雨量的82%左右。

该区域的滑坡体为一巨型老滑坡体，该滑坡体的坡度为30°，该老滑坡体呈台阶状分布，表面土体为粉质粘土，根据勘测资料，老滑坡体下共计有四层岩体组成，岩层分布见表1，区域内的地质构造主要为东西、北东向构造带。

表1 岩层分布图

由历史资料记载，2011年7月3日20时许，由于人类对植被保护及降雨的影响，老滑坡体前缘位置处产生鼓胀裂缝，裂缝长约15.0 m宽约10.0 cm，引起周边道路产生裂缝和错动，裂缝宽度约为1.5 cm左右，长度约为10.0 m，同时周边4 间民房倒塌；2015 年6 月期间，受强降雨的影响，老滑坡体后缘位置处产生了多条宽度、长度不一的张拉裂缝，在2015年7月～2020 年7 月期间，老滑坡体变形持续加剧，后缘位置处的裂缝长度、宽度不断增大；2020年8月15日13 点左右，该老滑坡体发生了一次较为严重的地质滑坡，主要为该老滑坡体的东北段中前缘位置处，引起了路面结构隆起、塌陷严重以及滑坡体后缘位置处的大变形以及较高的隆起，滑坡体下多处房屋倒塌以及较大面积的裂缝，严重影响人们的生产生活。

3 建立模型

基于对某地区的长条状滑坡体结构的现场考察以及降雨量的测定，结合历史相关记录资料以及地质参数，采用Geostudio软件建立该滑坡的数值计算模型见图1。根据滑坡的地质参数共将滑坡体划分为四个地质区域，四种岩层的物理性质参数见表2。

图1 滑坡体数值分析模型

表2 滑坡体计算参数

4 滑坡在天然状态下的稳定性

采用Ordinry、Morgenstern-price、Bishop、Janbu四种方法分析滑坡体结构在天然状态下的稳定性，计算所得滑坡体相关的相关状态信息见表3。

表3 天然状态下的滑坡体稳定性能

分析表3中的数据，Ordinry、Morgenstern-price、Janbu三种方法计算所得的滑动面进出口的位置完全相同，均为（164.253， 190.502）m～（514.771， 68.082）m，三种方法计算所得的稳定性系数相差较小，分别为0.906、0.956、0.922，三种方法计算所得安全系数均小于1，因而该滑坡土体的安全性能较低；而通过Bishop法计算所得的滑动面进出口的位置与前述方法有所不同，为（166.795， 190.373）m～（517.884， 67.552）m，稳定系数为0.984，四种方法计算的安全系数均小于1，说明该滑坡体处于不稳定状态，对于实际的滑坡体，滑坡体处于较不稳定的状态，有较小的蠕动变形，模型与实际滑坡体的状态较为吻合，说明了该模型的有效性。

5 滑坡在降雨条件下的稳定性分析

根据降雨量的记载，该地区的8 月份连续降雨条件下，连续降雨5日的平均降雨量为51.6 mm，因而该模拟的降雨量为51.6 mm/（5 d）的条件进行模拟，平均每期的降雨量为8.6 mm，进而分析降雨条件下的滑坡体稳定性。

5.1 降雨条件下的坡体渗流特征

在模型表面选取了10 个特征点分析在6 天时间内降雨条件下的坡体渗流特征，选用孔隙水压力作为评价渗流作用的指标，10 个特征点分别采用Nodel节点进行编号，为了更客观地体现特征点的位置，代以坐标表示特征点的分布特征，测试结果见图2。

图2 特征点孔隙水压力-时间变化特征

分析图2中的数据可得，初始孔隙水压力值主要是由节点的纵坐标位置决定的，当节点越靠近滑坡体底部位置时，即节点的纵坐标越小时，初始孔隙水压力值越大；当降雨出现后，在前两天降雨过程中，各节点的孔隙水压力均有较大幅度的增大，尤其是第一天，这主要是由于未降雨的条件下，突发降雨回引起滑坡体吸水能力增大，进而产生孔隙水压力骤增；当在第2天～6天时，各特征点的孔隙水压力增幅减缓，且各特征点的孔隙水压力值趋于相同，但坡顶位置和坡脚位置处的139、1019特征点的孔隙水压力仍有较大幅度的增加；在第六天时坡顶位置处的139 号特征点孔隙水压力值为0 kPa，表明该点已经达到饱和状态，因而对于整个坡体，仍有纵向的孔隙水压力差，进而引起土体中雨水的垂直方向上的下渗，该渗流特征与实际相符。

5.2 降雨条件下的坡体稳定性分析

利用Geostudio中的SEEP /W与SLOPE /W两个模块，计算前述的土体中雨水垂直方向上渗流特征的稳定系数，计算方法采用Morgenstern-price法，能够有效反映连续降雨6天的状况下，滑坡坡体的稳定系数，进而反应滑坡体的稳定性性能。在该滑坡的计算中，相关参数取值依据该滑坡体的相关记录数据及该地区的气候资料，土体的参数取值依据非饱和区域岩土的相关参数、结合渗透函数的取值。天然状态下的最危险滑动面位置处（即H1位置处）稳定系数模拟结果见表3，在降雨量为8.6 mm/d的降雨条件下，降雨期为6 d，在天然状态下的H1位置处发生解体破坏，这主要是由于在降雨条件下，滑坡体上部的土体自重不断增大，进而拉动土体产生滑移，导致上部土体稳定系数降低。根据模型分析可知，稳定系数降低的直接影响就是上部土体产生较大变形，呈现失稳的趋势，随着降雨的延长，上部土体的推力逐渐增大，推动下部土体向下位移，进而导致整个滑坡体的非稳定性变形破坏。这也解释了在原有降雨条件下，最危险滑动面位置处出现中部鼓胀隆起、扇形裂缝破坏的原因。模型中H1位置滑动面稳定性系数分布规律见图3。

图3 第6天H1位置稳定性系数分布规律

6 结论

基于Geostudio软件对某地区的长条状滑坡体结构建立数值分析模型，分析在天然状态下的稳定性、持续降雨条件下坡体的渗流特征和稳定性能，并结合渗流特征和稳定性能对坡体的失稳破坏机理进行分析与研究，主要得到以下结论：

（1） 采用Ordinry、Morgenstern-price、Bishop、Janbu四种方法分析滑坡体结构在天然状态下的稳定系数均小于1，验证了坡体结构的蠕动变形特征。

（2）滑坡土体孔隙水压力值随着降雨均呈现增大的变化趋势，降雨的第六天在纵向存在孔隙水压力差，进而引起土体中雨水垂直方向上的下渗。

（3） 降雨后易滑面土体稳定系数逐渐降低，上部土体的推力逐渐增大，推动下部土体向下位移，验证了实际工程中的危险滑动面位置处出现中部鼓胀隆起、扇形裂缝破坏等现象。