降雨對(duì)斜坡的影響

1、降雨型滑坡機(jī)制1降雨型滑坡1.1滑坡發(fā)生的力學(xué)原因滑坡的發(fā)生，是斜坡巖土體平衡條件遭到破壞的結(jié)果，可通過(guò)斜坡的受力狀 況來(lái)解釋。由于滑坡總是沿一定的滑動(dòng)面運(yùn)動(dòng)的，所以在總體上，可看成如下關(guān) 系，滑坡巖土體自重P沿滑動(dòng)面可分為兩個(gè)分力：一個(gè)是巖土體下滑的驅(qū)動(dòng)力T， 另一個(gè)是垂直滑動(dòng)面的正壓力N，該力是產(chǎn)生滑面阻力的主要原因。當(dāng)下滑的驅(qū)圖1 斜坡體受力示意圖1.2降雨型滑坡降雨與滑坡的發(fā)生有密切的關(guān)系，二者在時(shí)間上具有很好的一致性或略滯后 性?；露嗉邪l(fā)生在降雨量多的年份，不少滑坡具有“大雨大滑，小雨小滑” 的特點(diǎn)，這就形象的說(shuō)明了水是滑坡的重要誘發(fā)因子。大氣降雨引發(fā)的滑坡稱(chēng)為 降雨型滑坡。降雨

2、誘發(fā)的滑坡分布最廣，發(fā)生頻率最高，危害最大。是由水引起 的滑坡的主要類(lèi)型。降雨型滑坡是在降雨和滲透的作用下，斜坡平衡遭受破壞而 產(chǎn)生的滑動(dòng)現(xiàn)象，其作用包括緩慢長(zhǎng)期的斜坡變形和突然急劇的爆發(fā)過(guò)程。降雨 與滑坡兩者在空間上也有很好的一致性。降雨型滑坡成群集中分布在久雨、暴雨 區(qū)和江河沖刷嚴(yán)重的沿岸地區(qū)。2降雨導(dǎo)致滑坡產(chǎn)生的機(jī)理對(duì)于由降雨因素導(dǎo)致的滑坡機(jī)理，當(dāng)前可以總結(jié)為：降雨入滲使得邊坡體內(nèi) 的地下水潛水位升高，滑面處巖土體軟化，從而降低了邊坡的穩(wěn)定性，導(dǎo)致滑坡 的發(fā)生。事實(shí)上，降雨滲入邊坡巖土體，到達(dá)潛水面經(jīng)歷了一個(gè)非飽和一飽和滲 流過(guò)程，典型的含水率分布剖面可以分為四個(gè)區(qū)（如圖2所示）。飽和帶

3、傳導(dǎo)層過(guò)渡帶00降雨入滲過(guò)程中典型含水率剖主要表現(xiàn)在，雨水的大量下滲， 水層上積水，從而增加了滑體的圖2降雨對(duì)滑坡的影響很大。導(dǎo)致斜坡上的土石層飽和，甚重量，降低土石層的抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致滑坡產(chǎn)生。降雨還會(huì)引起斜坡體內(nèi)部的結(jié)構(gòu) 以及物理化學(xué)等因素向不利于穩(wěn)定的方向變化，大部分都是間接的通過(guò)地下水的 作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。從斜坡體安全系數(shù)方面著眼，可將其總結(jié)為兩方面：一是水的作 用會(huì)引起斜坡下滑力的增大；二是水的作用會(huì)引起斜坡抗剪強(qiáng)度的降低。這兩個(gè) 方面均會(huì)使斜坡的安全系數(shù)降低，最終導(dǎo)致形成滑坡。另外降雨導(dǎo)致斜坡體的動(dòng) 水壓力和靜水壓力的增加，當(dāng)降雨入滲至基巖風(fēng)化面或在隔水的各種粘土層處停 滯下來(lái)時(shí)，浸泡軟

4、化而形成軟弱滑動(dòng)面，將會(huì)湊使并加速斜坡體的滑動(dòng)。2.1降雨對(duì)斜坡體抗剪強(qiáng)度的影響降雨會(huì)嚴(yán)重地削弱斜坡的抗剪強(qiáng)度，結(jié)合由Fredlund提出的雙變量抗剪強(qiáng) 度公式：T/=c+（8-ua）tan+（ua-uw）tan（1）基質(zhì)吸力的降低在自然界中很多坡很陡，但長(zhǎng)時(shí)間卻很穩(wěn)定；而有些坡雖然角度很緩，卻在 暴雨、連續(xù)陰雨期間或降雨過(guò)后發(fā)生失穩(wěn)。這是斜坡土體的負(fù)孔隙水壓力（或基 質(zhì)吸力）在非飽和土質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性方面起了重要作用。負(fù)空隙水壓力由毛細(xì)管水帶內(nèi)水、氣界面上彎液面和表面張力而引起，相當(dāng)于起到粘聚相鄰?fù)亮５淖饔茫鋵?duì)土坡穩(wěn)定性的貢獻(xiàn)在工程實(shí)踐中已經(jīng)得到證明?；|(zhì)吸力的公式為：*=ua-uw，其與含

5、水量的關(guān)系如下圖。圖3 含水率與機(jī)制吸力關(guān)系圖（2）c、值的降低降雨的作用會(huì)使斜坡土體的有效粘聚力c及有效內(nèi)摩擦角降低。雨水會(huì) 使粘土中的粘土礦物產(chǎn)生水化作用，且交換粘土中的鹽基，相當(dāng)于將易溶的膠結(jié) 物洗掉，使顆粒間的結(jié)合力減弱，粘聚力降低，同時(shí)內(nèi)摩擦阻力系數(shù)降低，即坡 體的整體抗剪強(qiáng)度降低。經(jīng)過(guò)一定的物理化學(xué)變化，坡體內(nèi)的軟弱面及軟弱帶土 體等便可能發(fā)育成為滑帶土，為滑坡的形成創(chuàng)造充分條件。另外，對(duì)于非飽和膨脹土邊坡，降雨入滲使得原來(lái)非飽和土層在豎向發(fā)生膨 脹，土體隨膨脹而發(fā)生軟化，也將導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低；在有側(cè)向壓力約束條 件下，非飽和膨脹土吸水后的膨脹趨勢(shì)就以膨脹力的形式表現(xiàn)出來(lái)，膨脹

6、力的形 成將直接導(dǎo)致邊坡土體中水平向應(yīng)力增加，即土體中剪應(yīng)力的增大，導(dǎo)致土體抗 剪強(qiáng)度降低。地質(zhì)體的成分、結(jié)構(gòu)及環(huán)境條件形成的力的平衡特征決定了地質(zhì)體的穩(wěn)定 性?；颅h(huán)境條件的變化，表現(xiàn)為對(duì)滑坡巖體的加載及改變其結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能等， 從而降低滑坡的穩(wěn)定性能。一旦這個(gè)變化打破原來(lái)的維持穩(wěn)定的度，則誘發(fā)滑坡 產(chǎn)生、復(fù)活。當(dāng)遇到大雨或暴雨時(shí)，雨水會(huì)迅速進(jìn)入到滑坡后緣裂縫和危巖體拉賬裂縫， 使裂縫中充滿水而產(chǎn)生較大的側(cè)向壓力作用在裂縫壁上，是滑坡立即啟動(dòng)?；吕芽p灌滿水圖4暴雨中裂縫水劈作用形成示意圖2.2降雨誘發(fā)滑坡的作用方式(1)降雨對(duì)邊坡巖體起加載作用，飽和巖體，增加容重。(2)降雨對(duì)巖土體力學(xué)

7、強(qiáng)度的影響，包括：一、軟化作用：水的軟化作用指 由于水的活動(dòng)使巖土體強(qiáng)度降低的作用。二、潤(rùn)滑作用：由于可溶鹽，膠體礦物 連接的巖石，當(dāng)有水滲入時(shí)，可溶鹽溶解，膠體水解，使原有的連接變?yōu)樗z連 接，導(dǎo)致礦物顆粒間連接力減弱，摩擦力減小，同時(shí)水膠起到潤(rùn)滑的作用。三、 連接作用：束縛在礦物表面的水分子可通過(guò)其吸引力作用將礦物顆粒拉近、接緊， 起連接作用。四、孔隙壓力作用：對(duì)于孔隙和裂隙中含有重力水的巖土體，當(dāng)其 突然受荷載，水來(lái)不及排除時(shí)，就會(huì)在巖石或土體孔隙或裂隙中產(chǎn)生很高的孔隙 水壓力，即孔隙壓力。五、溶蝕作用和潛蝕作用：當(dāng)滲透水在巖土體內(nèi)流動(dòng)時(shí)還 可使其中的可溶物質(zhì)被溶解帶走，有時(shí)甚至將巖石或

8、土體中的小顆粒沖走，從而 使巖土體強(qiáng)度大大降低，這就是溶蝕作用和潛蝕作用。六、動(dòng)水壓力作用：如果 斜坡巖土體是透水的，地下水向坡下滲透過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生動(dòng)水壓力(滲透壓力)， 其方向與滲流方向一致，指向下坡，加大了下滑力，因而對(duì)斜坡穩(wěn)定是不利的。 水與巖土體相互作用的一個(gè)主要結(jié)果就是降低了巖土體的內(nèi)聚力和摩擦力。圖6 雨水對(duì)軟弱結(jié)構(gòu)面上土體的侵蝕軟化示意圖降雨侵蝕、沖刷坡腳，破壞坡體，改變邊坡結(jié)構(gòu)。降雨形成的地表水徑 流改造坡體表面甚至形成各種類(lèi)型的沖溝網(wǎng)或使坡體解體；雨水下滲，可以直接 成為地下水的補(bǔ)給源，改變坡體原有的滲流場(chǎng)，使滑體或滑帶處于十、濕交替狀 態(tài)，不利于坡體的穩(wěn)定。大氣降雨入滲下界往

9、往微、細(xì)顆粒富集，離子交換頻繁， 親水成分增加，這是滑體中易變形的部位，成為滑體主滑控制界面之一。降雨補(bǔ) 給地下水，導(dǎo)致地下水位變幅，久而久之，地下水位歷年變化也促使滑坡在地下 水位變幅帶內(nèi)微、細(xì)顆粒積聚，化學(xué)場(chǎng)的更新和親水成分的增加，成為易變形的 部位，即另一滑體主滑控制界面?？傊?，降雨誘發(fā)滑坡的機(jī)制是非常復(fù)雜的，但可以概括表現(xiàn)為促進(jìn)滑移面剪 應(yīng)力增大及促使抗剪強(qiáng)度降低?？紫端畨毫Ρ徽J(rèn)為是降雨誘發(fā)滑坡的最主要機(jī) 制，“降雨期間或降雨之后斜坡巖土體內(nèi)孔隙水壓力的升高使得潛在滑動(dòng)面上的 有效應(yīng)力及抗剪強(qiáng)度較低,從而誘發(fā)滑坡?！笔翘郴行?yīng)力定律對(duì)孔隙水壓力的闡述。3降雨各因素對(duì)滑坡的影響3.1

10、降雨強(qiáng)度及降雨形式對(duì)滑坡的影響當(dāng)暴雨或持續(xù)降雨時(shí)，降雨對(duì)滑坡體的侵蝕和下滲作用加大，對(duì)滑坡體的穩(wěn) 定性不利。降雨強(qiáng)度越大，誘發(fā)滑坡的可能性越大。3.2降雨強(qiáng)度對(duì)滑坡的影響通過(guò)對(duì)部分區(qū)縣發(fā)生不同數(shù)量滑坡時(shí)累積降雨量和日降雨量的統(tǒng)計(jì)分析發(fā) 現(xiàn)：累積降雨量在50160mm、日降雨量在20mm以上時(shí)，就有小型淺層滑坡發(fā) 生；當(dāng)累積降雨量在150mm以上，日降雨量大于100mm時(shí)，隨著降雨量的增 加，滑坡的數(shù)量也增多，中等規(guī)模的堆積層滑坡和破碎巖土滑坡開(kāi)始出現(xiàn)，當(dāng)一 次暴雨過(guò)程的累積降雨量在200350mm以上，日降雨量大于110mm時(shí)，滑坡 開(kāi)始大量發(fā)生，并產(chǎn)生大型和巨型滑坡。對(duì)于同一規(guī)模的不同類(lèi)型滑坡來(lái)說(shuō)，基 巖滑坡所需的降雨量（累積降雨量和日降雨量）要大于土層碎屑滑坡；而對(duì)同一 類(lèi)型不同規(guī)模的滑坡來(lái)說(shuō)，規(guī)模大的滑坡往往需要較大的降雨量。降雨強(qiáng)度越大，越容易發(fā)生滑坡崩塌。不同國(guó)家，地區(qū)由降雨誘發(fā)的滑坡臨 界降雨強(qiáng)度見(jiàn)下表表1 國(guó)內(nèi)外暴雨誘發(fā)滑坡的臨界降雨強(qiáng)