降雨诱发边坡失稳机理分析

降雨诱发边坡失稳的机理分析
摘要：文章从多角度探讨了降雨诱发边坡失稳的破坏机理以及以降雨为主的边坡稳定性预测预报的分析方法。

使建立在这些认识基础上的边坡稳定性分析方法和滑坡防治措施将更有理论依据，也更符合实际情况。

并展望了边坡稳定性预测预报的发展趋势，为进一步研究边坡稳定性预测预报和防治边坡失稳提供参考。

关键词：降雨；边坡失稳；边坡稳定性
影响边坡稳定性的因素是多种多样的，大体上可分为外在因素和内在因素。

相应的边坡稳定性分析方法可分为分别以内因和外因为主的两大类分析方法。

本文对降雨如何诱发边坡失稳的机理和降雨对边坡稳定性影响的分析方法作一总结和探讨，使边坡稳定性分析方法和滑坡防治措施更有理论依据，也更加符合实际情况。

一、降雨诱发边坡失稳的机理分析
在自然界中常可以看到有些边坡很陡，但长时间却很稳定，而有些边坡虽然很缓，却在暴雨、连续阴雨期间或降雨过后发生失稳。

据研究，边坡土体的负孔隙水压力（或基质吸力）在非饱和土质边坡的稳定性方面起了重要作用。

降雨诱发边坡失稳的机理及其与降雨类型的关系已被广泛研究[4][5]。

降雨影响边坡稳定性及诱发边坡失稳的作用和机理是多方面的，其作用机理如下所述。

（一）基质吸力降低
工程中，多数时候遇到的边坡均为非饱和土体边坡。

降雨入渗使得边坡非饱和带非膨胀
土体的基质吸力降低，产生暂态饱和，使坡体土体达到塑性状态。

基质吸力的降低，则会导致边坡非饱和带土体的抗剪强度下降[6]，也即土的、值大幅下降。

例如黄土当含水量小于15%时，、值均较大（=57 kpa，=28.4°），但当含水量接近饱和状态时，、值均降低（=26 kpa，=18.9°）。

这是造成突发性滑坡的作用机理，降雨入渗引起非饱和土的基质吸力减小，土粒间胶结软化，吸附凝聚力减小。

降雨强度愈均匀，持续时间愈长，边坡稳定性安全系数愈低[7]。

降雨导致非饱和膨胀土边坡失稳破坏的机理。

首先，降雨入渗对非饱和膨胀土边坡的直接影响是使得边坡土体中（特别是浅层土）基质吸力降低从而导致土体抗剪强度降低。

基质吸力的降低将使得原来非饱和土层在竖向发生膨胀，如土体随膨胀而发生软化，也将导致土体抗剪强度降低。

其次，有侧向力约束条件下，非饱和膨胀土吸水（或基质吸力降低）后的膨胀趋势就以膨胀力的形式表现出来，膨胀力的形成将导致边坡土体中水平向应力增加。

据fredlund[8]教授的研究，降雨入渗后局部土体有可能产生破裂面，并可能最后发展成为膨胀土中常见的渐进式滑坡。

由此可见，降雨入渗引起的膨胀土体基质吸力降低和内应力比的增加是降雨触发
边坡失稳的重要原因。

（二）降雨补给地下水
降雨对地下水的补给，一方面，导致坡体的动水压力和静水压力的增加，当降雨入渗至基岩风化面或在隔水的各种粘土层处停滞
下来，浸泡软化而形成软弱滑动面，促使和加速滑坡体的滑动。

另一方面，降雨渗入地下形成向上的浮力，减弱了潜滑体自重作用在滑动面上的正压力。

此外，当边坡岩体裂隙发育时，雨水从裂隙补给地下水极为有利，且地下水会以裂隙水存在于岩体缝隙中，增加了滑坡体的侧向水压力和加速了岩体的风化，诱发边坡失稳，还可引起地下水位上升或在相对隔水层以上出现暂时性地下水。

因此，常常出现连续降雨超过某种程度时，边坡坡体便产生滑坡的现象。

（三）降雨对坡体的浸湿软化
坡体经受长时间的降雨会浸湿软化导致边坡失稳。

将反复剪切的某泵站泥质软岩反复剪切后的土样浸水15d后，再测其强度参数，发现内摩擦角和内聚力均有衰减，且后者更为显著。

（四）降雨对边坡坡面冲蚀
降雨时，当降雨强度大于入渗强度时，坡面会产生下流水力冲刷。

冲蚀类型有：雨滴溅蚀、面蚀、细沟冲蚀、浅沟冲蚀、坍塌、推移运动、潜蚀等。

其导致边坡失稳的机理为：溅蚀→面蚀→细沟冲蚀→浅沟冲蚀→崩塌→滑坡。

即从初期低强度的片蚀到中期强度的沟蚀，最后发展成为滑坡。

降雨及其形成的坡面流是冲蚀的动力来源。

罗斌[10]等人从固液两相流和固体物运移水动力学角度对坡面冲刷进行了系统的理论认识，并得出，对于由颗粒组成花岗岩残积物的边坡，坡面冲刷临界坡度为35°~45°，并从坡面夹砂能力入手分析降雨对其边坡的冲蚀，夹砂能力计算如下：
式中：为坡面总夹砂能力；为坡面流对坡面固体物颗粒的冲刷
力；为坡面流垂线平均速度；为水流搬运推移质效率；为摩擦角，它与坡面固体物颗粒间的接触性质有关；为颗粒在水流中的沉速。

二、结语
通过对降雨时边坡破坏机理的分析，得出降雨对边坡稳定性的影响是多种多样的，分析时要根据具体的工程地质条件、环境条件及作用机理等进行稳定性预测。

降雨导致边坡失稳的问题较复杂，对研究条件的要求较高，研究的难度大，有许多问题需要进一步深化和细化以及多因素的耦合计算也需进一步解决（如降雨与地下水耦合、降雨产生的坡面径流与非饱和渗流如何进行耦合以及土中的气相的压力与孔隙水压力如何耦合等问题）。

本文通过降雨对边坡稳定性的各种破坏机理和边坡稳定性分析方法等重要的关键技术问题进行分析后，对降雨与边坡稳定性关系已有比较清晰的认识。

使建立在这些认识基础上的边坡稳定性分析方法和滑坡防治措施将更有理论依据，也更加符合实际情况。

参考文献
[1]吕小平，胡厚田．铁路边坡稳定性预测系统的研究[j]．铁道学报，1993，15（1）．
[2]李焯芬，陈虹．雨水渗透与香港滑坡灾害[j]．水文地质工程地质，1997，24（4）．
[3]e.w.brand，j.premchitt and h.b.philipson．relationship between rainfall and landslides in hong kong， proc.4th int. symp[c]．landslides， toronto，1984，（1）．
[4]徐则民，杨立中．成渝线典型路基边坡对降雨过程的影响过程的响应模拟[j]．西南交通大学学报，2000，35（1）．
[5]包承纲．非饱和土的性状及膨胀土边坡稳定问题[j]．岩土工程学报，2004，26（1）．
[6]黄润秋，戚国庆．滑坡基质吸力观测研究[j]．岩土工程学报，2004，26（2）．
[7]姚海林，郑少河，陈守义．考虑裂隙及雨水渗入影响的膨胀土稳定性分析[j]．岩土工程报，2001，23（5）．
[8]fredlunnd d g， xing a.equation for the soil-water characteristic curve[j]．can geotech j，1994（1）．
[9]陈晓平，苗平一，梁志松，等．泥质软岩高边坡湿化稳定性研究[j]．岩土工程学报，2003，25（5）．
[10]罗斌，胡厚田，吕小平．南方花岗岩残积层路堑边坡坡面冲蚀研究[j]．铁道工程学报，1999，（3）．
作者简介：田凯（1982- ），男，陕西西安人，西北（陕西）国际招标有限公司助理工程师，研究方向：建筑工程。