劉艷輝　劉麗楠

(①中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院(國土資源部地質(zhì)災害應急技術(shù)指導中心)　北京　100081)

(②中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所，中國科學院頁巖氣與地質(zhì)工程重點實驗室　北京　100029)

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基于誘發(fā)機理的降雨型滑坡預警研究
——以花崗巖風化殼二元結(jié)構(gòu)斜坡為例*

劉艷輝①②劉麗楠②

(①中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院(國土資源部地質(zhì)災害應急技術(shù)指導中心)北京100081)

(②中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所，中國科學院頁巖氣與地質(zhì)工程重點實驗室北京100029)

降雨型滑坡是我國主要的滑坡災害類型，具有區(qū)域群集發(fā)生的特點，滑坡預警研究是防災減災的重要途徑。傳統(tǒng)的區(qū)域降雨型滑坡預報模型多采用統(tǒng)計結(jié)果建立降雨參數(shù)模型，對降雨誘發(fā)機理和斜坡失穩(wěn)的力學機制考慮不足，預報可靠性和精度有限。本文以花崗巖風化殼地區(qū)某典型二元結(jié)構(gòu)斜坡為原型，以實際勘查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提取該斜坡結(jié)構(gòu)特征，基于飽和-非飽和滲流理論，分析研究降雨入滲過程和斜坡失穩(wěn)機制，建立典型斜坡的預警判據(jù)。①花崗巖風化殼地區(qū)典型二元結(jié)構(gòu)斜坡為類土質(zhì)斜坡，覆蓋土層較厚，剖面上可分為兩層，上層為坡積黏性土，土質(zhì)松散，透水性強，下層為殘積黏性土，土質(zhì)相對致密，透水性較差。②采用不同降雨工況模擬分析降雨入滲過程。以50mm·d-1雨強為例，降雨持時30h以內(nèi)時，降雨入滲主要集中在上層的坡積黏性土，斜坡前緣優(yōu)先飽和，滑帶開始出現(xiàn)積水現(xiàn)象；降雨持時40～50h時，斜坡表面降水持續(xù)入滲，在坡體后緣拉裂縫處，雨水沿著裂縫快速入滲坡體形成靜水壓力，增加坡體重量，增大下滑力，坡腳滲透路徑短，最先飽和破壞，造成斜坡失穩(wěn)。③監(jiān)測斜坡不同部位(坡腳、中部、后緣)的孔隙水壓力情況，隨降雨入滲，斜坡土體孔隙水壓力持續(xù)增大，由負趨近于零到大于零，斜坡土體由非飽和狀態(tài)向飽和狀態(tài)過渡，坡腳最先飽和，中部持續(xù)入滲，后緣土體飽和后，裂縫擴大致使大量雨水進入，使本已大量積水的滑帶變形錯動，斜坡失穩(wěn)。④模擬分析得到斜坡失穩(wěn)的不同降雨條件：中雨雨強(10mm·d-1)，歷時約13d；大雨雨強(25mm·d-1)，歷時約5d；暴雨雨強(50mm·d-1)，歷時約2.2d；特大暴雨雨強(100mm·d-1)，歷時約1.1d。在暴雨雨強時，降雨對該類斜坡的滯后作用約為5h。最后，建立了該類斜坡的臨界降雨判據(jù)(I-D曲線)。

降雨型滑坡滑坡預警誘發(fā)機理花崗巖風化殼二元結(jié)構(gòu)斜坡

0　引　言

中國是世界上滑坡分布最廣、危害最嚴重的國家之一。滑坡災害遍及全國山地丘陵區(qū)，已知數(shù)量近百萬處之多，平均每年帶來數(shù)百人死亡，數(shù)十億元的經(jīng)濟損失。強降雨是誘發(fā)滑坡災害的最重要因素之一，降雨型滑坡每年汛期往往群集發(fā)生，嚴重危害公民生命財產(chǎn)安全。在我國東南沿海地區(qū)，花崗巖風化殼廣泛分布，巖體風化強烈、坡殘積層發(fā)育、臺風降雨和持續(xù)強降雨過程特征明顯，該區(qū)域群發(fā)性降雨型滑坡群集發(fā)生，每年都會造成大量人員傷亡和財產(chǎn)損失，是降雨型滑坡預警的重點研究地區(qū)之一。

降雨型滑坡預警是防災減災的有效途徑。國內(nèi)外學者關(guān)于降雨型滑坡孕育規(guī)律、災害預警等方面做了大量研究，多個國家和地區(qū)也開展了區(qū)域降雨型滑坡預警研究與服務(wù)(Cannon et al.，1985，Au et al.，1998，Aleotti，2004)，以劉傳正研究員為首的研究團隊開展了中國大陸的地質(zhì)災害氣象預警研究與服務(wù)(劉傳正等，2004，2009，2015)，并逐步推廣到省級、市縣級，實現(xiàn)業(yè)務(wù)化運行，在區(qū)域地質(zhì)災害預警和防災減災方面做出了重要探索。在四川雅安、云南新平、福建德化等典型地區(qū)，侯圣山等(2007)、溫銘生等(2012)開展了專業(yè)監(jiān)測預警研究，黃俊寶(2012)、林興旺等(2014)針對東南沿海的花崗巖風化殼地區(qū)開展了典型滑坡監(jiān)測預警、機理分析等。然而，傳統(tǒng)的區(qū)域降雨型滑坡預警模型，多采用統(tǒng)計分析的方法建立臨界降雨判據(jù)，對降雨誘發(fā)機理和斜坡失穩(wěn)的力學機制考慮不足；在大量單體滑坡的機理研究中，又在提煉建立預警模型指導區(qū)域預警等方面存在不足。

本文以花崗巖風化殼地區(qū)某典型二元結(jié)構(gòu)斜坡為原型，以實際勘查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提取該斜坡結(jié)構(gòu)特征，基于飽和-非飽和滲流理論，聯(lián)合應用SLOPE/W和SEEP/W分析軟件，分析研究降雨入滲過程和斜坡失穩(wěn)機制，建立典型斜坡的預警判據(jù)。

1　典型斜坡特征與模型建立

1.1斜坡特征

東南沿海地區(qū)花崗巖風化殼廣泛分布，坡殘積層斜坡發(fā)育，是降雨型滑坡滑體的主要組成。其中，二元結(jié)構(gòu)斜坡是最典型的斜坡類型之一，該類斜坡具有如下兩個典型特點。

(1)斜坡物質(zhì)類土質(zhì)?；◢弾r風化殼地區(qū)，原始斜坡節(jié)理發(fā)育，風化作用沿節(jié)理裂隙深入坡體，形成巨厚的花崗巖風化殼。風化殼的上部即為花崗巖的殘坡積土，斜坡失穩(wěn)時成為滑體主體?；w物質(zhì)類似于砂質(zhì)黏性土，可以用研究土質(zhì)滑坡的方法對其進行分析。

(2)剖面雙層結(jié)構(gòu)。斜坡覆蓋土層較厚，剖面上具有明顯界線，從上到下可分為兩層，上層為坡積黏性土，土質(zhì)松散，透水性強，易滲水，下層為殘積黏性土，土質(zhì)相對致密，不易滲水，透水性較差。

圖1　某典型二元結(jié)構(gòu)斜坡剖面圖(據(jù)黃俊寶并修繪)Fig.1　Section of typical dual-structure slope

1.2模型建立

根據(jù)某典型二元結(jié)構(gòu)斜坡實際勘查資料建立斜坡概化模型(圖2)，斜坡坡高約120m，坡寬約350m?？紤]到坡腳在0.6～0.8倍坡高范圍內(nèi)會對邊坡穩(wěn)定性有影響，為了提高軟件模擬的準確性，將概化模型坡底寬度延長至約450m。初始地下水位深約為2m，圖中藍色虛線為初始地下水位線。斜坡剖面從上到下分別為坡積黏土、殘積黏土、滑帶、二長花崗巖。斜坡各層的水力參數(shù)(表1)。

表1　斜坡各層土體的水力參數(shù)

Table 1　Hydraulic parameters of soils

土層飽和滲透系數(shù)/m·h-1飽和體積含水率/%殘余含水率/%C/kPaφ/(°)坡積黏土3×10-445.54.553017殘積黏土1.5×10-443.54.356522滑帶3×10-749.24.922011基巖———10027

邊界條件：設(shè)置斜坡底面和側(cè)面為不透水邊界，設(shè)置斜坡表面為降雨入滲邊界。選取4種持續(xù)降雨強度工況條件，分別為中雨(10mm·d-1)、大雨(25mm·d-1)、暴雨(50mm·d-1)、大暴雨(100mm·d-1)。

圖2　斜坡剖面概化模型Fig.2　Generalized model of slope section

參數(shù)設(shè)置：結(jié)合實際，斜坡基巖部分全部在地下水位線以下，故設(shè)置其為飽和狀態(tài)，基巖以上的土體設(shè)置為飽和-非飽和狀態(tài)。通過實際試驗測量參數(shù)來確定土水特征曲線，過程較繁瑣且要求參數(shù)精度較高，本文計算中調(diào)用了軟件自帶的水土特征曲線。對計算中需要的飽和滲透系數(shù)、飽和體積含水率和殘余含水率3個參數(shù)通過實測值計算獲得，巖土體力學參數(shù)根據(jù)試驗獲取(表1)。

2　降雨入滲過程分析

2.1降雨入滲及強度理論

對自然斜坡而言，地表多處于非飽和狀態(tài)，斜坡體內(nèi)部同時存在飽和及非飽和狀態(tài)，降雨入滲過程即為非飽和-飽和的轉(zhuǎn)化過程。

根據(jù)Mohr-Coulomb破壞準則和Terzaghi有效應力原理，飽和土的抗剪強度：

其中，τ為破壞時破壞面上的剪應力；c′為有效黏聚力；φ′為有效內(nèi)摩擦角；uw為孔隙水壓力。

在非飽和土研究中，土體除固、液、氣三相外，還有氣-水接觸面，共四相。非飽和土的抗剪強度：

其中，ua為孔隙中的氣壓；ua-uw為破壞時破壞面上的基質(zhì)吸力，當氣壓為0時，吸力為負的孔隙水壓力；φb為抗剪強度隨基質(zhì)吸力而增加的速率。

因此，從非飽和土分析可見，雨水入滲引起非飽和土中基質(zhì)吸力的減小或喪失是降低邊坡穩(wěn)定性的主要原因，非飽和土中由于基質(zhì)吸力的作用，抗剪強度相對較高，通常非飽和土的強度大于飽和土的強度。在降雨入滲的過程中，飽和帶逐漸擴大，非飽和帶逐漸減小，坡體土含水量增大，吸力會大幅下降，進而導致土體強度降低，斜坡失穩(wěn)。

Richards(1931)指出，達西定律可用來描述非飽和土中水的運動，但滲透系數(shù)K不再是一個常數(shù)，而是關(guān)于體積含水率的函數(shù)。Fredlund et al.(1994)指出體積含水率與基質(zhì)吸力的關(guān)系即為土水特征曲線。基于達西定律，可得二維飽和-非飽和的滲流控制方程為：

其中，kx，kz分別為x和z方向的滲透系數(shù)；h為某點測壓管水頭；S為源匯項，θ為含水率，t為時間。

滲流方程的定解條件包括初始條件和邊界條件，初始條件即為給定某一特定時刻(通常為t=0)滲流區(qū)內(nèi)各點水頭值，邊界條件分為定水頭邊界、定流量邊界和混合邊界3類。

孔隙水壓力也稱為靜水壓力被認為是降雨誘發(fā)滑坡的最主要機制。太沙基有效應力定律對孔隙水壓力效應的闡述：“降雨期間或降雨之后斜坡巖土體內(nèi)空隙水壓力的升高使得潛在滑動面上的有效應力及抗剪強度降低，從而誘發(fā)滑坡”，可以有效地解釋孔隙水壓力在多種地質(zhì)災害發(fā)生過程中的致災力學機理(黃潤秋等，2005)。水會弱化巖土體的物理力學指標，改變巖土體的力學性質(zhì)，增高孔隙水壓力，降低有效應力，降低C、φ值，降低抗剪強度，斜坡失穩(wěn)。

2.2降雨入滲過程模擬

基于飽和-非飽和滲流理論，聯(lián)合應用SLOPE/W和SEEP/W分析軟件，模擬研究斜坡內(nèi)部降雨入滲過程。在本次模擬中通過初始水位線的設(shè)定給定初始水壓力，在SEEP/W模擬降雨入滲中，降雨量小于土體表面入滲時，降雨將被土體完全吸收，采用定流量邊界，當降雨強度超過土體入滲時，流量邊界將會強行將多余降雨“推送”進土體，產(chǎn)生不合適的水壓及滲流，故此時設(shè)定為定水頭邊界進行求解。以持續(xù)施加50mm·d-1降雨強度為例，分別監(jiān)測10h、20h、30h、40h和50h持時的降水入滲情況(圖3)，其中黑色箭頭方向表示雨水入滲流動方向，箭頭長度表示入滲量大小。

(1)降雨持時10h時，降雨沿兩個方向入滲，一是“二元結(jié)構(gòu)”斜坡的上層坡積土，二是下覆基巖和上覆土層的接觸面，即滑帶，且滑帶處入滲量小于上層坡積土層，斜坡坡頂和坡腳處的入滲量大于中部。分析其原因，斜坡上層為滲透系數(shù)較大的坡積土，下層為滲透系數(shù)相對較小的殘積黏土，在降雨的初期，地表土體由無水干燥狀態(tài)變?yōu)橛兴疂駶櫊顟B(tài)，此時入滲率大，地表土體吸水處于非飽和狀態(tài)，降雨全部入滲土體內(nèi)，隨著降雨的持續(xù)，上層入滲量大于下層；滑帶滲透系數(shù)小于上部土體，入滲相對緩慢。

(2)降雨持時20～30h時，降水入滲量明顯減小。隨著降雨持時的增加，降水入滲影響范圍仍集中在斜坡二元結(jié)構(gòu)的上層，且滑帶處不斷積水，斜坡坡頂入滲量逐漸減小，而坡腳依舊大量積水。

(3)降雨持時40～50h時，降水持續(xù)入滲，滑帶持續(xù)積水。雨水通過坡的表面入滲和裂縫的優(yōu)勢入滲進入坡體內(nèi)部。坡體后部存在拉裂縫，裂縫形成降雨入滲的優(yōu)勢通道，雨水沿裂縫迅速向坡內(nèi)匯集，形成坡體的局部飽和帶，靜水壓力不斷積聚，增大坡體自重，加大下滑力，同時改變斜坡的應力場分布，在坡體后部給坡體土一個向臨空面方向運動的推力。坡腳滲透路徑較短，首先達到飽和，并在這一部位積聚，坡腳抗剪強度進一步降低，最先容易破壞。這一過程在下節(jié)“滑坡預警研究”的定量計算中得到驗證，即在50mm·d-1降雨強度工況下，持續(xù)降雨52h后斜坡失穩(wěn)。

圖3　50mm·d-1持續(xù)雨強下降水入滲過程Fig.3　Infiltration process when rainfall intensity is 50mm·d-1a.降雨持時10h；b.降雨持時30h；c.降雨持時50h

2.3孔隙水壓力變化分析

以50mm·d-1的降雨強度為例，在斜坡剖面上選取3個關(guān)鍵截面(斜坡后緣I截面、中部Ⅱ截面、坡腳Ⅲ截面(圖4)，監(jiān)測降雨和入滲過程中，斜坡不同位置不同深度孔隙水壓力的變化情況。

圖4　斜坡3個典型剖面位置Fig.4　Three typical profile positions of slope

隨著降雨入滲，斜坡土體吸力減小，孔隙水壓力增大(圖5)，當土體的孔隙水壓力由負趨近于零時，表示斜坡土體由非飽和狀態(tài)向飽和狀態(tài)過渡，3個典型截面的孔隙水壓力隨降雨持時的增加均成增大的趨勢，原非飽和狀態(tài)的土體向飽和狀態(tài)過渡，原飽和狀態(tài)的土體，隨降水入滲也會形成一個正的壓力水頭，隨降雨持續(xù)孔隙水壓力持續(xù)增大。

由斜坡后緣I截面上不同深度處的孔隙水壓力(圖5a)變化可見，由于后緣拉裂縫的存在，降雨過程中，隨著降水的迅速入滲，斜坡土體由非飽和狀態(tài)迅速變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)，40h后截面上斜坡土體全部飽和，隨降雨持續(xù)施加，土體便會發(fā)生變形以消散超靜孔隙水壓力，最終導致斜坡后緣土體優(yōu)先破壞，產(chǎn)生更大的后緣裂縫，致使大量雨水進入，使本已大量積水的滑帶發(fā)生滑動，造成斜坡失穩(wěn)。

由斜坡中部Ⅱ截面上不同深度處的孔隙水壓力(圖5b)變化可見，隨著降水持時增加，孔隙水壓力逐漸增大，由于斜坡中部土層較厚，上層土體滲透系數(shù)大，下層土體滲透系數(shù)相對小，在垂直方向上降水入滲對下層土體以及滑帶影響相對少，影響主要集中在上部土層，地下水位以上土體處于非飽和狀態(tài)。

由斜坡前緣Ⅲ截面上不同深度處的孔隙水壓力(圖5c)變化可見，由于該截面接近地下水位線，無雨條件下，地下水位線以下斜坡土體處于飽和狀態(tài)，地下水位線以上斜坡土體處于非飽和狀態(tài)，隨著降水持續(xù)并入滲，非飽和狀態(tài)的土體逐步達到飽和，即斜坡坡腳處的雨水累計到一定程度完全飽和時，為消散超靜孔隙水壓力，斜坡土體發(fā)生變形，表現(xiàn)為坡腳有地下水涌出，坡腳處土體最先破壞。因此，斜坡的破壞形式總體上表現(xiàn)為后緣裂縫擴大，優(yōu)先破壞，更多雨水入滲，滑帶持續(xù)積水到逐步滑動，斜坡失穩(wěn)。

圖5　斜坡3個典型剖面上孔隙水壓力隨降雨持時的變化曲線Fig.5　Curve of pore water pressure in three typical profile positions a.斜坡后緣I截面；b.斜坡中部Ⅱ截面；c.斜坡前緣Ⅲ截面

3　滑坡預警研究

3.1基于降雨入滲過程的斜坡穩(wěn)定性分析

聯(lián)合應用SLOPE/W和SEEP/W分析軟件，研究不同降雨工況作用下斜坡穩(wěn)定性的變化。在SLOPE/W中建立模型、輸入初始水頭值及斜坡強度參數(shù)(表1)，將模型導入SEEP/W中，輸入斜坡土體水力參數(shù)(表1)及降雨工況(即持續(xù)中雨(10mm·d-1)、大雨(25mm·d-1)、暴雨(50mm·d-1)、大暴雨(100mm·d-1))。設(shè)置計算水頭的時間步，計算斜坡土體水力條件，然后在SLOPE/W模塊中采用Morgenstern-Price法計算斜坡穩(wěn)定性系數(shù)，計算結(jié)果(圖6)。

圖6　斜坡穩(wěn)定性系數(shù)隨雨強變化曲線Fig.6　Curve of stability coefficient with different rainfall intensity

由圖6可見，不同降雨工況條件下，隨著降雨持續(xù)，斜坡穩(wěn)定性系數(shù)變化分緩慢下降和急速下降兩個階段。不同降雨工況這兩個階段持續(xù)的時間有所不同，總體來看，穩(wěn)定系數(shù)緩慢下降階段，小雨強持續(xù)時間長，大雨強持續(xù)時間短；穩(wěn)定系數(shù)快速下降階段，具有同樣的規(guī)律。在快速下降階段，大雨強工況條件下，下降速率更為劇烈，往往在1～2h內(nèi)迅速下降，甚至突破0穩(wěn)定系數(shù)，斜坡失穩(wěn)；而在小雨強作用下，穩(wěn)定系數(shù)快速下降階段持續(xù)的時間也相對較長，快速下降階段可持續(xù)60～70h。

3.2臨界降雨判據(jù)

分析斜坡穩(wěn)定性系數(shù)隨時間變化規(guī)律，可得到不同降雨工況條件下斜坡失穩(wěn)的臨界值。當雨強為中雨(10mm·d-1)，降雨歷時約320h(約13d)，斜坡失穩(wěn)；雨強為大雨(25mm·d-1)，降雨歷時約120h(5d)，斜坡失穩(wěn)；雨強為暴雨(50mm·d-1)，降雨持時約為52h(2.2d)，斜坡失穩(wěn)；雨強為特大暴雨(100mm·d-1)，降雨歷時約26h(1.1d)，斜坡失穩(wěn)。將導致斜坡失穩(wěn)的臨界降雨工況繪制在圖6中，采用冪函數(shù)擬合，可得到斜坡失穩(wěn)臨界降雨判據(jù)曲線，擬合公式如下(擬合R方為0.999)：

I=105.24×D-0.908

其中，I為降雨強度(mm·d-1)；D為降雨歷時(d)。

3.3降雨滯后作用分析

由上述計算可知，降雨強度為50mm·d-1的工況條件下，降雨持時約52h時(圖5)，斜坡穩(wěn)定性系數(shù)降低至1以下，斜坡失穩(wěn)。為研究降雨對斜坡的滯后效應，在持續(xù)保持50mm·d-1雨強工況條件40h后停止降雨，分析記錄不同時段斜坡安全系數(shù)，(圖7)。由圖7，初始狀態(tài)下斜坡穩(wěn)定性系數(shù)最大，隨降雨持續(xù)，斜坡穩(wěn)定性系數(shù)逐漸降低，停止降雨的40h時，穩(wěn)定性持續(xù)下降，在45h時穩(wěn)定性系數(shù)到達最低點，但降低的幅度速率較40h前有所減小，45h后穩(wěn)定性系數(shù)又逐漸增加，120h內(nèi)尚未回升至初始狀態(tài)，回升速度相對較緩。分析其原因，持續(xù)降雨過程中，雨水入滲量持續(xù)增加，孔隙水壓力增大，斜坡穩(wěn)定性下降，停雨后短時間內(nèi)，斜坡內(nèi)部雨水入滲并未立刻停止，導致穩(wěn)定性系數(shù)的持續(xù)下降，直至5h后，斜坡土體表面水分蒸發(fā)或徑流，入滲補給停止，斜坡土體孔隙水壓力逐漸降低，斜坡穩(wěn)定性系數(shù)反降為升。因此，滑坡穩(wěn)定性降低至最低點時間比降雨停止時間滯后約5h，即對于該類型斜坡，降雨對斜坡失穩(wěn)的滯后作用約為5h。

圖7　滑坡預警降雨判據(jù)曲線Fig.7　Criterion curve of early warning

圖8　降雨對斜坡失穩(wěn)的滯后作用Fig.8　Hysteresis curve of rainfall

4　結(jié)　論

以花崗巖風化殼地區(qū)某典型二元結(jié)構(gòu)斜坡為原型，以實際勘查測試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用不同降雨工況分析模擬了降雨型滑坡降雨入滲過程和斜坡失穩(wěn)機制，建立了典型斜坡的預警判據(jù)。

(1)典型斜坡的主要特點為類土質(zhì)斜坡，覆蓋土層較厚，剖面上可分為兩層，上層為坡積黏性土，土質(zhì)松散，透水性強，下層為殘積黏性土，土質(zhì)相對致密，透水性較差。

(2)持續(xù)降雨強度加載斜坡巖土體，分析入滲過程，監(jiān)測斜坡不同部位(坡腳、中部、后緣)的孔隙水壓力情況。隨降雨入滲，斜坡土體孔隙水壓力持續(xù)增大，由負趨近于零到大于零，斜坡土體由非飽和狀態(tài)向飽和狀態(tài)過渡。斜坡前緣坡腳優(yōu)先飽和巖土體破壞，斜坡中部上層坡積黏性土持續(xù)入滲，滑帶滲透性低而大量積水，斜坡后緣由于拉裂縫的存在，雨水大量入滲，拉裂縫逐漸擴大，最后形成動水壓力，造成斜坡失穩(wěn)。

(3)計算得到斜坡失穩(wěn)的臨界降雨工況條件。中雨雨強(10mm·d-1)，歷時約13d；大雨雨強(25mm·d-1)，歷時約5d；暴雨雨強(50mm·d-1)，歷時約2.2d；特大暴雨雨強(100mm·d-1)，歷時約1.1d。在暴雨雨強時，降雨對該類斜坡的滯后作用約為5h。最后，建立了該類斜坡的臨界降雨判據(jù)(I-D曲線)。

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RAINFALL-INDUCED MECHANISM BASED EARLY WARNING MODEL FOR SLOPES OF DUALISTIC LAYERS IN WEATHERED GRANITIC AREA

LIU Yanhui①②LIU Linan②

(①China Institute of Geo-Environmental Monitoring(Technical Center for Geo-Hazards Emergency of MLR)，Beijing100081)

(②Key Laboratory of Shale Gas and Geoengineering，Institute of Geology and Geophysics，CAS，Beijing100029)

Rainfall-induced landslides are clustery，recorded by Chinese historic documents.Study of early-warning is a significant way to prevent and reduce damages.Conventional forecasting model is based on statistics of landslides，which is short of inducement mechanism and mechanical mechanism，with limited dependability and precision of forecasting.The typical landslide in weathered granitic crust area is studied in this paper.Based on simplified geological model and saturated-unsaturated seepage theory，the process of rainfall infiltration and instability mechanism is studied，then the warning criterion of typical slope is established.(1)Typical dual-structure slopes in weathered granite crust area are soil-like slopes and covering soil is thick.They are divided into two parts on profile.The upper part is collusive clay with loose soil and high permeability，while the lower part is residual clay with compactness soil and lower permeability.(2)Rainfall infiltration under several conditions are simulated.Taking rainfall intensity of 50mm·d-1for example，within 30 hours，most rain is in upper collusive clay，causing front edge of slope saturated and sliding zone hydropsy.From 40 to 50 hours，infiltration along with tension cracks around rear edge of slope is faster，and water in cracks may generate hydrostatic increasing weight of soil and sliding power.Meanwhile toe of slope saturates and breaks firstly.Then landslide occurs.(3)Porewater pressure increases continually from monitoring in three parts of slope(front，central and rear of slope).Namely slope soil transforms unsaturated to saturated.The toe of slope gets saturated first，central part under continual infiltration，and upper part saturation cause sliding zone deformation and sliding through hydrostatic pressure.(4)Durations needed when landslides occur under different rainfall conditions are：13 days with moderate rain(10mm·d-1)，5 days with heavy rain(25mm·d-1)，2.2 days with rainstorm(50mm·d-1)，and 1.1 days with extraordinary rainstorm(100mm·d-1).Duration of hysteresis is about 5 hours when rainstorm.Finally，critical rainfall criterion(I-D curve) of this kind of slopes is established．

Rainfall-induced landslides，Early warning of landslides，Inducing mechanism，Granite weathered crust，Dual-structure slopes

10.13544/j.cnki.jeg.2016.04.008

2015-08-06;

2016-01-03.

國家自然科學基金項目(41202217)，中國博士后科學基金項目(2012M520375)，國家科技支撐計劃子課題(2015BAK10B021)，國家級地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測與預報項目“全國地質(zhì)災害氣象預警預報”(1212140501001-1)資助.

劉艷輝(1978-)，女，博士，高級工程師，主要從事地質(zhì)災害預警與防治、工程地質(zhì)等方面的研究工作.Email: liuyh@mail.cigem.gov.cn

P642.22

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