降雨对斜坡的影响

降雨型滑坡机制

1降雨型滑坡

1.1滑坡发生的力学原因

滑坡的发生，是斜坡岩土体平衡条件遭到破坏的结果，可通过斜坡的受力状况来解释。由于滑坡总是沿一定的滑动面运动的，所以在总体上，可看成如下关系，滑坡岩土体自重P沿滑动面可分为两个分力：一个是岩土体下滑的驱动力T，另一个是垂直滑动面的正压力N，该力是产生滑面阻力的主要原因。当下滑的驱动力大于滑面阻力时，滑坡发生。

图1斜坡体受力示意图

1.2降雨型滑坡

降雨与滑坡的发生有密切的关系，二者在时间上具有很好的一致性或略滞后性。滑坡多集中发生在降雨量多的年份，不少滑坡具有“大雨大滑，小雨小滑”的特点，这就形象的说明了水是滑坡的重要诱发因子。大气降雨引发的滑坡称为降雨型滑坡。降雨诱发的滑坡分布最广，发生频率最高，危害最大。是由水引起的滑坡的主要类型。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的滑动现象，其作用包括缓慢长期的斜坡变形和突然急剧的爆发过程。降雨与滑坡两者在空间上也有很好的一致性。降雨型滑坡成群集中分布在久雨、暴雨区和江河冲刷严重的沿岸地区。

2降雨导致滑坡产生的机理

对于由降雨因素导致的滑坡机理，当前可以总结为：降雨入渗使得边坡体内的地下水潜水位升高，滑面处岩土体软化，从而降低了边坡的稳定性，导致滑坡的发生。事实上，降雨渗入边坡岩土体，到达潜水面经历了一个非饱和—饱和渗流过程，典型的含水率分布剖面可以分为四个区（如图2所示）。

图2 降雨入渗过程中典型含水率剖面

降雨对滑坡的影响很大。降雨对滑坡的作用主要表现在，雨水的大量下渗，导致斜坡上的土石层饱和，甚至在斜坡下部的隔水层上积水，从而增加了滑体的重量，降低土石层的抗剪强度，导致滑坡产生。降雨还会引起斜坡体内部的结构以及物理化学等因素向不利于稳定的方向变化，大部分都是间接的通过地下水的作用来实现的。从斜坡体安全系数方面着眼，可将其总结为两方面：一是水的作用会引起斜坡下滑力的增大；二是水的作用会引起斜坡抗剪强度的降低。这两个方面均会使斜坡的安全系数降低，最终导致形成滑坡。另外降雨导致斜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时，浸泡软化而形成软弱滑动面，将会凑使并加速斜坡体的滑动。

2.1降雨对斜坡体抗剪强度的影响

降雨会严重地削弱斜坡的抗剪强度，结合由Fredlund提出的双变量抗剪强度公式：

τƒ=c`+(δ-u a)tanΦ`+(u a-u w)tanΦ`

（1）基质吸力的降低

在自然界中很多坡很陡，但长时间却很稳定；而有些坡虽然角度很缓，却在暴雨、连续阴雨期间或降雨过后发生失稳。这是斜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。

负空隙水压力由毛细管水带内水、气界面上弯液面和表面张力而引起，相当

于起到粘聚相邻土粒的作用，其对土坡稳定性的贡献在工程实践中已经得到证

明。基质吸力的公式为：u

j =u

a

-u

w

，其与含水量的关系如下图。

图3 含水率与机制吸力关系图

（2）c`、Φ`值的降低

降雨的作用会使斜坡土体的有效粘聚力c`及有效内摩擦角Φ`降低。雨水会使粘土中的粘土矿物产生水化作用，且交换粘土中的盐基，相当于将易溶的胶结物洗掉，使颗粒间的结合力减弱，粘聚力降低，同时内摩擦阻力系数降低，即坡体的整体抗剪强度降低。经过一定的物理化学变化，坡体内的软弱面及软弱带土体等便可能发育成为滑带土，为滑坡的形成创造充分条件。

另外，对于非饱和膨胀土边坡，降雨入渗使得原来非饱和土层在竖向发生膨胀，土体随膨胀而发生软化，也将导致土体抗剪强度降低；在有侧向压力约束条件下，非饱和膨胀土吸水后的膨胀趋势就以膨胀力的形式表现出来，膨胀力的形成将直接导致边坡土体中水平向应力增加，即土体中剪应力的增大，导致土体抗剪强度降低。

地质体的成分、结构及环境条件形成的力的平衡特征决定了地质体的稳定性。滑坡环境条件的变化，表现为对滑坡岩体的加载及改变其结构和力学性能等，从而降低滑坡的稳定性能。一旦这个变化打破原来的维持稳定的度,则诱发滑坡产生、复活。

当遇到大雨或暴雨时，雨水会迅速进入到滑坡后缘裂缝和危岩体拉账裂缝，使裂缝中充满水而产生较大的侧向压力作用在裂缝壁上，是滑坡立即启动。

图4暴雨中裂缝水劈作用形成示意图

2.2降雨诱发滑坡的作用方式

(1)降雨对边坡岩体起加载作用，饱和岩体,增加容重。

图5降雨加载滑坡形成示意图

(2)降雨对岩土体力学强度的影响，包括：一、软化作用：水的软化作用指由于水的活动使岩土体强度降低的作用。二、润滑作用：由于可溶盐，胶体矿物连接的岩石，当有水渗入时，可溶盐溶解，胶体水解，使原有的连接变为水胶连接，导致矿物颗粒间连接力减弱，摩擦力减小，同时水胶起到润滑的作用。三、连接作用：束缚在矿物表面的水分子可通过其吸引力作用将矿物颗粒拉近、接紧，起连接作用。四、孔隙压力作用：对于孔隙和裂隙中含有重力水的岩土体，当其

突然受荷载，水来不及排除时，就会在岩石或土体孔隙或裂隙中产生很高的孔隙水压力，即孔隙压力。五、溶蚀作用和潜蚀作用：当渗透水在岩土体内流动时还可使其中的可溶物质被溶解带走，有时甚至将岩石或土体中的小颗粒冲走，从而使岩土体强度大大降低，这就是溶蚀作用和潜蚀作用。六、动水压力作用：如果斜坡岩土体是透水的，地下水向坡下渗透过程中会产生动水压力（渗透压力），其方向与渗流方向一致，指向下坡，加大了下滑力，因而对斜坡稳定是不利的。水与岩土体相互作用的一个主要结果就是降低了岩土体的内聚力和摩擦力。

图6雨水对软弱结构面上土体的侵蚀软化示意图

(3)降雨侵蚀、冲刷坡脚，破坏坡体，改变边坡结构。降雨形成的地表水径流改造坡体表面甚至形成各种类型的冲沟网或使坡体解体；雨水下渗，可以直接成为地下水的补给源，改变坡体原有的渗流场，使滑体或滑带处于干、湿交替状态，不利于坡体的稳定。大气降雨入渗下界往往微、细颗粒富集，离子交换频繁，亲水成分增加，这是滑体中易变形的部位，成为滑体主滑控制界面之一。降雨补给地下水，导致地下水位变幅，久而久之，地下水位历年变化也促使滑坡在地下水位变幅带内微、细颗粒积聚，化学场的更新和亲水成分的增加，成为易变形的部位，即另一滑体主滑控制界面。

总之，降雨诱发滑坡的机制是非常复杂的，但可以概括表现为促进滑移面剪应力增大及促使抗剪强度降低。孔隙水压力被认为是降雨诱发滑坡的最主要机制，“降雨期间或降雨之后斜坡岩土体内孔隙水压力的升高使得潜在滑动面上的有效应力及抗剪强度较低,从而诱发滑坡。”是太沙基有效应力定律对孔隙水压