降雨对滑坡的作用机理

降雨与滑坡的作用机理

摘要：滑坡是我国危害程度仅次于地震的地质灾害，其中降雨型滑坡占滑坡总数的90%。降雨是滑坡的重要诱发因素，研究降雨型滑坡中水与滑坡的作用机理具有重要的现实意义。通过大量阅读文献，分析总结，从如下4方面论述降雨对滑坡失稳的激发作用：①降雨控制滑坡发育的力学机制②降雨对岩土体抗剪强度的影响③降雨强度、历时、型式对斜坡的影响④径流对坡面的侵蚀。

关键词：滑坡; 降雨; 作用机理

作者简介：孙云山（1992-），男，内蒙古呼伦贝尔人，中国地质大学硕士，从事地质工程研究。

Mechanism of rainfall and landslide

Abstract：LandslideIs a geological disaster its damage after of the earthquake, Rainfall type landslide accounted for 90% of the total landslide .Rainfall is one of the important inducing factors of landslide,The study of the mechanism of water tothe landslide has important practical significant through a lot of reading literature,I analyzed instability excitation functionof rainfall on landslide from the following fouraspects:(1)rainfall control mechanics mechanism of landslide development.(2)theinfluenceon shear strength ingeotechnical engineering (3)theinfluence of rainfallintensity, duration, type of slope runoff on the broken surface erosion(4) runoff on the broken surface erosion .

Key words: landslide; rainfall; mechanism of action

0引言：

我国自然地理环境复杂，多山地、丘陵且普遍处于季风性气候，降雨集中，导致我国滑坡发生的规模大、数量多、分布广泛、危害严重等特点，是危害程度仅次于地震的地质灾害。据不完全统计,有460多个县和70多座城市受到过滑坡的危害，每年由滑坡造成的经济损失达200亿元[1]，极大的影响我国发展建设和人民生命财产安全，我国高度重视对滑坡的研究，评价方法和防治措施相对较为成熟。

水是滑坡的重要诱发因子，按水对滑坡的作用将滑坡分为降水型滑坡和水库型滑坡，其中,降雨型滑坡是它的主要类型。降雨型滑坡是在降雨和渗透的作用下,斜坡平衡遭受破坏而产生滑动的现象,其作用包括缓慢长期的斜坡变形和突然急剧的暴发过程。降雨型滑坡占滑坡总数的90%,且集中发生在雨季及暴雨之后，在我国很多滑坡具有―大雨大滑,小雨小滑,无雨不滑‖的特点，因此研究降雨对滑坡失稳的影响具有重要的现实意义[2]。

降雨与滑坡关系研究一直是斜坡地质灾害领域学者最为关注的问题。降雨型滑坡的研究主要集中在两大方向[3]：一是基于统计学原理研究分析滑坡与降雨的数学关系,根据气象资料与对应的滑坡位移监测资料,建立滑坡位移或者发生率与降雨量或降雨强度的数学关系,并利用这些数学关系对降雨型滑坡进行预测，因其没有考虑滑坡的类型和地质条件，因此无法很好的对单个滑坡体进行研究。二是从降雨诱发滑坡的机理出发,分析降雨入渗以后斜坡体内的水—岩(土)力学反应和物理、化学反应等对斜坡稳定性的影响[3]。

将降雨型滑坡的统计学研究应用于降雨型滑坡的预测预报,很大程度上弥补了目前国内外对降雨型滑坡力学机制研究不足,但其针对性太强，只适用于被研究区域，并且所需监测数据量过大，耗费财力，仅在发达经济发达且面积较小的国家和地区取得了较好效果，如日本、香港。20世纪90年代以后，随着―3S‖技术的发展，降雨型滑坡统计学研究的精度越来越高。刘传正等（2004）通过对历史上发生的地质灾害点和灾害发生前日内实际降水量及降水过程的统计分析,创建了地质灾害气象

预警等级判据模式图,初步制作了预报预警判据图[4]。keefer 等人（1987）、wilson （1986、1993）对美国旧金山地质灾害预警方法，在统计基础上进行改进，考虑斜坡渗水能力和排水能力。Wilson （1997、2000、2002）有多篇文章，研究当地的地形、气候条件对泥石流降雨阈值的影响。

降雨诱发滑坡的灾变机理是滑坡地质灾害研究的核心，也是制约灾害研究的关键因素，需要从理论上揭示雨水入渗后边坡应力的变化过程、渗透过程和特性及暂态附加水荷载等问题，涉及多学科且较为复杂，至今没有学者从整体上研究出降雨诱发滑坡的内在机理[5]。滑坡机理广义上是指凡涉及滑坡形成条件、影响因素、应力场分布与应力应变状态、滑坡形成的地质力学模式、滑坡发育过程与运动方式、滑坡稳定性变化与滑坡动态等方面的内容。国内外重点研究降雨入渗条件下的渗流问题。包括最核心的两个问题是①降雨情况下坡面径流与坡体非饱和渗流过程的能量交换和耦合。②地下水的作用[6]。刘子振等[（2012 年）基于非饱和土双应力变量理论，加入了含水率对抗剪强度参数的影响，提出不同含水率条件下非饱和土的抗剪强度公式，并提出土体参数对边坡影响显著的因素顺序，由大到小分别是：含水率、内聚力、内摩擦角、基质吸力和吸力摩擦角。Muntohar,A 等（2013 年）通过对发生在印尼 Kulonprogo 的滑坡机理进行分析，认为滑坡的发生是在滑动前 3 天的连续降雨对地下水位和孔隙水压力造成了影响，坡体的稳定是由土体残余抗剪强度所控制。

一．降雨控制滑坡发育的力学机制

通常用稳定性系数F s 评价斜坡的稳定性，定义在静力平衡条件下斜坡稳定性系数Fs 为作用在滑坡上的抗滑力与下滑力之比，或抗滑力矩与下滑力矩之比。

下滑力矩

抗滑力矩或下滑力抗滑力==F F S s (1.1) 降雨可导致坡体自重水压力增加，土体的吸力降低，抗剪强度参数劣化，裂隙发育产动静水压力，增强下滑力并降低下滑阻力，最终导致F

s 降低，斜坡失稳。现建立降雨激发下滑坡发育的一般模型研究其力学机制[7]。 1.1 裂隙的扩展贯通机理

由于重力作用，坡体后缘产生拉张裂隙，暴雨中，坡体裂缝会聚积大量裂缝水，若不能及时排出，则不但会因静水压力作用而影响坡体稳定性，还会诱发裂缝的扩展贯通和裂缝水的入渗，造成坡体失稳[8]。根据断裂力学的基本原理,当裂纹面上作用有任意分布的―当地应力‖σ时，对应裂缝尖端的应力强度因子为

h

=1πξσK (1.2)

ζ-为形状因子,ζ=0.6826 ；

K I -岩体裂缝尖端的应力强度因子； H-为充满水裂缝深度；

σ-为作用在裂纹面上的最大应力。

h γσw = （1.3）

于是相应的应力强度因子为