卞明智

（林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶市 401121）

0 引 言

大氣降雨造成的山體滑坡稱為降雨滑坡。在地質(zhì)災(zāi)害種類中，降雨誘發(fā)的滑坡分布最廣、頻率最高、危害最大，是造成自然界山體及新填路基滑坡的主要類型。降雨型滑坡是在降雨入滲影響下土體內(nèi)部力學(xué)平衡受損而引起的滑動(dòng)現(xiàn)象，包括緩慢的、長期的坡度變形和突然的、急劇爆發(fā)的滑坡。降雨型滑坡集中分布在久雨區(qū)、暴雨區(qū)和江河沖刷嚴(yán)重的沿岸地區(qū)[1-2]。降雨與滑坡在時(shí)間上具有良好的一致性（小概率情況下略有滯后性）。根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果，山體滑坡數(shù)與年降雨總量、年降雨頻數(shù)、年降雨強(qiáng)度等因子具有相關(guān)性。這表明降水是滑坡的重要觸發(fā)因素。

1 降雨型滑坡發(fā)生的力學(xué)原因

滑坡的發(fā)生是土體內(nèi)部力場(chǎng)平衡條件破壞的結(jié)果，這可以通過坡體的應(yīng)力條件來解釋。由于滑坡總是沿著一定的滑動(dòng)面移動(dòng)，因此可以用斜坡體受力示意圖表示（見圖1）。沿著滑動(dòng)面將巖土體自身重量P分為兩個(gè)部分：土體的驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)力T（主要?jiǎng)恿Γ┖痛怪被瑒?dòng)表面的正壓力N（主要阻力），當(dāng)滑動(dòng)面的驅(qū)動(dòng)力大于滑動(dòng)表面阻力時(shí)，滑坡開始觸發(fā)。

圖1 計(jì)算模型簡(jiǎn)圖

2 降雨型滑坡發(fā)生的力學(xué)機(jī)制

降雨因子引起滑坡的力學(xué)機(jī)制為：降雨入滲使坡體地下水位線提升，滑坡體表面土體軟化，內(nèi)部單位體積含水量增加并逐漸飽和，隨著時(shí)間增加，滲流過程降低了邊坡的穩(wěn)定性，導(dǎo)致滑坡發(fā)生。滲流過程根據(jù)單位體積含水率可分為：飽和帶、過渡帶、傳導(dǎo)層和濕潤峰四個(gè)階段。典型的含水量分布曲線如圖2所示。

2.1 降雨對(duì)斜坡體抗剪強(qiáng)度的影響

非飽和土的抗剪強(qiáng)度公式可用獨(dú)立的應(yīng)力狀態(tài)變量來表達(dá)[3]。1978年，F(xiàn)redlund等人提出了考慮孔隙水壓力即基質(zhì)吸力的抗剪強(qiáng)度公式，采用法向應(yīng)力和吸力作為變量。該應(yīng)力狀態(tài)變量已被國際巖土界證明是實(shí)際應(yīng)用中最有利的組合。使用這兩個(gè)

圖2 滲流過程中典型含水率剖面圖

應(yīng)力變量表示的剪切強(qiáng)度公式如式（1）所示。

τff=c'+（σf-μa）ftan?'+（μa-μw）ftan?b（1）式中：τff為非飽和土土體的抗剪強(qiáng)度；c'為有效粘聚力；σf為土體破壞時(shí)，破壞面上的凈法向應(yīng)力值；μa為土體破壞時(shí)，破壞面上的孔隙氣壓力；?'為與凈法向應(yīng)力狀態(tài)變量有關(guān)的內(nèi)摩擦角；μw為土體破壞時(shí)，破壞面上的孔隙水壓力；?b為反應(yīng)抗剪強(qiáng)度隨基質(zhì)吸力變化而增大的速率。

2.2 對(duì)基質(zhì)吸力的影響

在自然界中存在很多天然陡坡,工程界中也存在路基邊坡等人工填坡，這些非飽和土體邊坡在干旱年份保持長期穩(wěn)定，極小概率下發(fā)生旱滑坡，但在降雨條件下，特別是降雨強(qiáng)度、降雨持時(shí)、降雨總量等降雨因子激發(fā)下逐漸趨于欠穩(wěn)定狀態(tài)。這是土體顆粒之間的負(fù)孔隙水壓力（基質(zhì)吸力）發(fā)生變化，它對(duì)非飽和土體邊坡的穩(wěn)定性起著重要作用。

負(fù)孔隙水壓力是由毛細(xì)管水帶中水-氣界面的彎液面和表面張力引起的，具有粘連相鄰?fù)寥李w粒的“黏合”作用，在工程實(shí)踐中對(duì)土壤邊坡穩(wěn)定性具有重要貢獻(xiàn)。單位體積含水率與基質(zhì)吸力之間的關(guān)系曲線如圖3所示。

圖3 含水率與基質(zhì)吸力關(guān)系曲線圖

2.3 對(duì)強(qiáng)度參數(shù)值的影響

由圖3可知單位體積含水率與基質(zhì)吸力大致呈反比，降雨的入滲導(dǎo)致土體單位體積含水率增高并趨于飽和，基質(zhì)吸力下降，土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)有效內(nèi)聚力c'和有效內(nèi)摩擦角?'下降，內(nèi)部力學(xué)平衡場(chǎng)破壞從而觸發(fā)滑坡。

另外雨水可以使粘土中的粘土礦物水化，粘土中鹽基、堿基的交換相當(dāng)于洗去易溶膠結(jié)物，弱化顆粒間的結(jié)合力，降低內(nèi)聚力、降低內(nèi)部摩擦系數(shù)，即整體抗剪強(qiáng)度減少，隨著時(shí)間推移，斜坡體內(nèi)的弱表面和弱土可能發(fā)育成滑帶土，為滑坡的形成創(chuàng)造了充分的條件。

3 降雨型滑坡發(fā)生的物理機(jī)制

降雨入滲導(dǎo)致斜坡上的土石層逐漸飽和，水份積聚在斜坡下部的含水層中使地下水位線上升，甚至進(jìn)入滑坡后緣的裂縫及危險(xiǎn)巖土體的裂縫中并將裂縫充滿形成水劈作用。水在裂縫上施加較大的側(cè)向壓力，導(dǎo)致滑坡開始，如圖4所示。

圖4 暴雨中裂縫水劈作用示意圖

此外，對(duì)于特殊土體如膨脹土和失陷性黃土，降雨入滲導(dǎo)致原始非飽和土層垂直擴(kuò)展，土壤隨含水率增高膨脹軟化或濕陷，也會(huì)導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度下降;在橫向壓力約束下，膨脹土膨脹力的形成將直接導(dǎo)致坡面土壤水平應(yīng)力的增加，導(dǎo)致土壤剪切強(qiáng)度降低。

4 結(jié) 語

降雨入滲從物理方面講，單位體積含水率增高，導(dǎo)致土體自身重力加大，或雨水入滲裂隙破壞邊坡整體穩(wěn)定性，或在地表聚集形成地面徑流等破壞土體穩(wěn)定性；從力學(xué)角度講，雨水入滲導(dǎo)致內(nèi)部含水量增加，基質(zhì)吸力減小，抗剪強(qiáng)度參數(shù)減小，內(nèi)部平衡場(chǎng)被破壞從而觸發(fā)滑坡。