基于诱发机理的降雨型滑坡预警研究——以花岗岩风化壳二元结构斜坡为例

降雨型滑坡是我国主要的滑坡灾害类型,具有区域群集发生的特点,滑坡预警研究是防灾减灾的重要途径。传统的区域降雨型滑坡预报模型多采用统计结果建立降雨参数模型,对降雨诱发机理和斜坡失稳的力学机制考虑不足,预报可靠性和精度有限。本文以花岗岩风化壳地区某典型二元结构斜坡为原型,以实际勘查数据为基础,提取该斜坡结构特征,基于饱和-非饱和渗流理论,分析研究降雨入渗过程和斜坡失稳机制,建立典型斜坡的预警判据。1花岗岩风化壳地区典型二元结构斜坡为类土质斜坡,覆盖土层较厚,剖面上可分为两层,上层为坡积黏性土,土质松散,透水性强,下层为残积黏性土,土质相对致密,透水性较差。2采用不同降雨工况模拟分析降雨入渗过程。以50mm·d-1雨强为例,降雨持时30h以内时,降雨入渗主要集中在上层的坡积黏性土,斜坡前缘优先饱和,滑带开始出现积水现象;降雨持时40～50h时,斜坡表面降水持续入渗,在坡体后缘拉裂缝处,雨水沿着裂缝快速入渗坡体形成静水压力,增加坡体重量,增大下滑力,坡脚渗透路径短,最先饱和破坏,造成斜坡失稳。3监测斜坡不同部位（坡脚、中部、后缘）的孔隙水压力情况,随降雨入渗,斜坡土体孔隙水压力持续增大,由负趋近于零到大于零,斜坡土体由非饱和状态向饱和状态过渡,坡脚最先饱和,中部持续入渗,后缘土体饱和后,裂缝扩大致使大量雨水进入,使本已大量积水的滑带变形错动,斜坡失稳。4模拟分析得到斜坡失稳的不同降雨条件:中雨雨强（10mm·d-1）,历时约13d;大雨雨强（25mm·d-1）,历时约5d;暴雨雨强（50mm·d-1）,历时约2.2d;特大暴雨雨强（100mm·d-1）,历时约1.1d。在暴雨雨强时,降雨对该类斜坡的滞后作用约为5h。最后,建立了该类斜坡的临界降雨判据（I-D曲线）。     

降雨引起的边坡位移研究

边坡和滑坡的变形是非常复杂的问题,同时也是滑坡灾害预报与预警的一个重要指标。由降雨引起的边坡位移与边坡体中非饱和土体基质吸力变化产生的应变有关。依据实验数据,笔者对非饱和土中基质吸力变化产生的应变进行了研究。建立了非饱和土应变与含水量的变化关系。在此基础上,对降雨引起的边坡位移机制、规律进行了探讨。并对武都古滑坡蠕滑位移进行了分析。     

降雨对工程弃土堆积体稳定性的影响分析

基于重庆库区工程弃土在经历极端降雨条件下达到不同的饱和度,应用GEO-SLOPE软件对其进行计算,采用非饱和土强度理论对其结果进行分析,结果表明:库区内工程弃土天然含水量较小,一定量的前期降雨量有利于增强其稳定性,但是在极端降雨情况下,高强度的降雨使土体迅速达到饱和,低强度且长时间的降雨使土体经历较长的时间达到饱和,最后由于基质吸力丧失,稳定性降低,导致滑坡。     

东南沿海地区玄武岩残积土雨水运移特征及滑坡失稳数值模拟

暴雨作用下,东南沿海地区玄武岩残积土滑坡极易失稳,但相关的研究较为少见。文章以浙江省温州市马济头滑坡为对象,首先利用原状土土柱实验,获取中峰型和前峰型降雨工况下玄武岩残积土的雨水运移特征;然后使用Geo-studio软件反演土柱降雨实验,获取玄武岩残积土的非饱和渗透参数;接着通过数值模拟,获取两种降雨工况下马济头滑坡的渗流场及稳定性。结果表明:降雨作用下,玄武岩残积土的浅层土体含水率增长速率较快,上部及深部土体更易达到饱和;10 mm/h降雨强度下,湿润锋下渗速率较小且不随深度变化;30 mm/h降雨强度下,湿润锋下渗速率可增大2~3倍,雨水主要在峰值降雨期快速入渗;降雨作用下,马济头滑坡的滑带土饱和度迅速增大,孔隙水压力随之增大,坡脚出现大面积滞水,土体抗剪强度急剧降低,模拟降雨第三天,滑坡的稳定性系数降至最低,滑坡最终失稳;中峰型降雨工况下雨水入渗速率更快,坡脚处产生更大滞水面积,滑坡更容易失稳。本文的研究成果可为东南沿海玄武岩残积土滑坡的稳定性评价提供理论依据。     

巴东组非饱和红土强度与变形特性试验研究

宜昌-巴东段高速公路修建中形成了大量的路堑边坡,上覆为巴东组红层残坡积红土。降雨条件下,土体强度急剧下降,导致大量路堑边坡失稳。目前针对巴东组残坡积红土强度与变形特性开展非饱和试验的研究较少,为探索基质吸力对红土强度的影响,对红土进行了土水特征曲线、三轴强度试验,采用GDS三轴系统对红土进行了饱和及非饱和剪切试验,非饱和三轴试验采用了常含水量试验方法。结果表明:基质吸力对巴东红土强度影响很大。土体强度随吸力增大而呈非线性增长; 而基质吸力随着含水量增大而减小,即巴东组非饱和红土强度特性随土体含水量增大而变差。最后拟合出巴东非饱和红土的经验抗剪强度公式。研究成果对该区域工程实践具有一定的参考意义。     

雾雨作用下大岩淌滑坡非饱和渗流场数值模拟

泄洪雾雨对滑坡渗流场的影响涉及到雾雨强度的确定、雾雨产生坡面径流及坡体饱和-非饱和渗流分析等一系列复杂问题。文章利用模糊综合评判方法确定了水布垭大岩淌滑坡的雾雨强度;通过试验确定了滑坡土体的土水特征曲线;利用坡面径流-非饱和渗流耦合数值模拟方法计算了在雾雨作用下滑坡体内渗流场变化规律。研究结果为雾雨作用下大岩淌滑坡的稳定性预测提供了渗流场条件,研究方法为雾雨或降雨作用下滑坡的非饱和渗流场数值模拟提供了一条新途径。     

湘西陈溪峪滑坡变形机理及稳定性评价

浅层滑坡在我国广泛分布,但在区域范围内分布规律性较差,且具有突发性、隐蔽性和破坏性强等特点。湘西武陵山区地质条件复杂、降雨丰沛、人类工程活动强烈,突发性地质灾害频发,尤以降雨诱发的浅层滑坡为主。文章以湘西地区慈利县陈溪峪滑坡为例,开展了降雨量、基质吸力、地下水位和地表变形等的监测;结合滑坡的现场调查及监测成果,分析滑坡的形成条件和变形机理;在此基础上,考虑基质吸力对边坡稳定性的贡献,将强度折减有限元法推广到非饱和土边坡,计算得到了不同降雨工况下滑坡稳定性。结果表明:当强降雨降落到滑坡体上时,坡内基质吸力值均迅速减小,直至一定值后（9.5 kPa左右）不再变化;坡内地下水位受季节性降雨影响显著,短时强降雨引起地下水变化幅度不如长时间降雨对地下水位造成的影响大;陈溪峪滑坡的地质力学成因为蠕滑推移式土质滑坡,运动形式为沿基覆界面的浅层滑坡;短时强降雨是诱发滑坡变形的最关键因素。陈溪峪滑坡在持续降雨条件下的降雨量预警值约为280 mm,在短时强降雨条件下的降雨强度预警值约为240 mm/d。     

降雨入渗下非饱和坡残积土湿润锋运移试验研究

我国东南沿海地区丘陵山地发育，降雨入渗到土体中的水分是导致滑坡灾害频发的关键因素。以福建省泉州市德化县地质灾害点为主要研究对象，考察典型地质灾害点具有代表性的坡积土与花岗岩残积土的渗透特性。利用自行研制的土体入渗装置，分别在降雨强度为15、30、60 mm/h条件下，考虑降雨历时一致（180 min）与过程降雨量一致（90 mm）两种工况开展一维土柱入渗试验，得到相应的各个土柱含水率、湿润锋、入渗率随时间变化的响应规律。试验结果表明：（1）土体渗透系数越大、雨强越大，土体湿润蔓延距离越深、速度越快。（2）降雨入渗过程中，土体含水率由浅及深逐次对降雨进行响应。不同雨强对含水率的影响主要体现在第一次响应时间以及饱和速度上，雨强越大，响应时间越快，饱和速度也越快。（3）提出可表征在不同雨强作用下，德化县马坪滑坡与崩土岭滑坡的湿润锋入渗公式。该研究成果对台风暴雨型滑坡的孕灾机制分析以及精细化监测预警具有重要的理论及实际意义。     

降雨入渗下强风化软岩高填方路堤边坡稳定性研究

降雨入渗是影响边坡稳定性、导致边坡失稳的最主要和最普遍的环境因素。强风化软岩用于高填方路堤填土边坡时,填土的压实度直接影响路堤土的渗透性和强度。利用饱和与非饱和渗流有限元模拟降雨入渗时高填方路堤的暂态渗流场,将计算得到的暂态孔隙水压力分布用于边坡的极限平衡分析,并考虑基质吸力对非饱和土抗剪强度的影响。探讨降雨强度、持时和压实度对边坡稳定性的影响。研究表明,强风化软岩用于高填方路堤压实度不能低于90 %;当暴雨强度为200 mm/d时,边坡就会失稳。其成果将为高填方路堤边坡防护设计提供科学依据。     

黄河大堤非饱和土土-水特性试验研究

模拟工程中非饱和土体的实际受力状态,利用改进的非饱和土三轴仪对黄河大堤非饱和土在不同围压条件下的土-水特性进行了试验研究。根据试验结果,分析了黄河大堤非饱和土体在外荷作用下土-水特征曲线及其变化规律。并对相应的土-水特征曲线模型进行了拟合,得出其拟合函数。根据土-水特征曲线可知,非饱和土的基质吸力随着土体所受周围压力的增大而减小,随着含水量的增大而减小;对于某一类土而言,在高含水量(含水量＞20 %) 时,土的基质吸力随含水量的变化较小,而在低含水量 (含水量≤20 %)时,土的基质吸力随含水量的变化较大。随着含水量的增加,非饱和土的工程性质向弱性变化。     

吸力可控条件下的北方红黏土蠕变特性

北方红黏土又称三趾马红土，在黄土高原地区呈不连续状分布于黄土之下，为典型的致滑地层。红黏土遇水后强度降低、变形增大从而构成滑动面的过程，与红黏土特别是非饱和红黏土的蠕变特性息息相关，然而相关的研究多集中于南方红黏土。我国南方和北方红黏土的工程特性差异较大，不能等同对待。本文以陕西蓝田典型的北方红黏土为研究对象，借鉴控制吸力的非饱和土研究方法，在吸力分别为0，100 kPa和200 kPa条件下分级施加围压，开展了吸力控制条件下的三轴蠕变试验，研究非饱和红黏土的蠕变特性和长期强度。试验表明，红黏土具有明显蠕变特性，不同围压下的应力-应变曲线变化特征相近，均呈现幂函数或对数函数变化特征。当围压和荷载一定时，蠕变量随吸力的减小而增大，稳定时间随吸力减小而增长。吸力越小土体的蠕变性越强，其屈服强度也较小，饱和红黏土(吸力为0)的长期强度比吸力为200 kPa时的红黏土长期强度降低了约50%，说明含水率增大会增大滑带红黏土的蠕变量，促使滑坡的形成，本研究可为红黏土致滑机理研究提供基础。     

三峡库区黄土坡滑坡非饱和水力参数研究

非饱和水力参数在计算滑坡降雨入渗过程与稳定性时是至关重要的材料参数。在三峡库区黄土坡滑坡上进行双环渗透试验,获取黄土坡滑坡表土层的饱和渗透系数。对黄土坡滑坡表土层的含水率和基质吸力进行实时监测,采集了黄土坡滑坡表土层中含水率和基质吸力随时间的变化数据,采用van Genuchten土-水特征曲线模型拟合了4个实时监测剖面的土-水特征曲线及其拟合参数。将饱和渗透系数与土-水特征曲线拟合参数代入van Genuchten渗透系数函数模型,求出了黄土坡滑坡表土层在非饱和条件下的渗透系数函数,为黄土坡滑坡在降雨作用下的稳定性计算提供了可靠的水力参数     

土坡失稳的有效降雨量研究

降雨易引起花岗岩残积土边坡失稳。在分析降雨对边坡土体含水率影响的基础上,通过饱和度和含水率的关系推求出土体从非饱和过渡到饱和的有效降雨量。结果表明：对土质边坡,并非所有的降雨都会引起边坡的失稳,降雨入渗使边坡土体从非饱和向饱和状态发展,当边坡土体饱和度达到一定程度的时候易产生边坡失稳;土坡存在饱和区和非饱和区的临界深度,降雨对边坡的影响即为使得该深度以上的土体从非饱和过渡到饱和的过程,须采取不同的抗剪强度来计算处于临界深度上下两部分土体的稳定状态。研究结果对确定土坡失稳的降雨量阀值、进一步认识滑坡失稳机制,对滑坡的预测预报具有理论及实际意义。     

汉江孤山水电站库首罗行滩滑坡稳定性分析及处理对策

罗行滩滑坡是汉江孤山水电站库首的重要滑坡之一,系发育在崩坡积土层中的堆积层滑坡,体积约70×104 m3,属中型滑坡。据野外调查,初步分析滑坡目前整体处于基本稳定状态。分现状、暴雨和水库蓄水等3种工况对滑坡进行稳定性计算,结果表明：在现状条件下,滑坡基本稳定;在暴雨工况和蓄水工况条件下两侧滑体稳定性较差,中段滑体稳定性较好,但两侧滑体若失稳对中段滑体稳定不利。滑坡失稳对工程危害较大,建议滑坡治理结合大坝围堰填筑用料采取清除措施。     

基于降雨响应的黄土-基岩型滑坡失稳机制分析以宝鸡市麟游县岭南滑坡为例

为探索黄土-基岩型滑坡的降雨响应机制,以麟游县岭南滑坡为例,利用滑坡宏观变形破坏数据、岩土体测试与模拟计算相结合的方法,讨论了暴雨、连阴雨下岭南滑坡的地下水水位响应特征,相应应力路径下土体应力应变特征,对黄土-基岩型滑坡的破坏机制进行了研究。初步揭示:(1)滑坡体为粉质黄土状黏土,滑床为砂砾岩,渗透系数小,具有隔水性质。(2)黄土泥流与块体滑动是岭南斜坡的主要运动失稳方式。暴雨天气时黄土泥流频发,块体滑动的出现与连阴雨有关。(3)与降雨103mm的暴雨天气相比,连续降雨235.5mm,斜坡地下水位明显升高。(4)滑坡体粉质黄土状土具有剪胀特征。在暴雨背景下,表层土体孔隙水压力易消散,诱发低速运动的黄土泥流; 在连阴雨背景下,地下水水位以下的滑动面剪切破坏过程中,剪胀孔隙被地下水迅速补充,诱发的剧烈块体滑动,具有高危险性。     

非饱和成都黏土瞬时剖面法渗透性试验研究

非饱和渗透系数是土体渗流分析的基础,成都黏土作为一种典型的非饱和膨胀土,具有吸水膨胀、失水收缩的特性,在受侧限的浸水过程中,土颗粒的膨胀致使孔隙体积减小,渗透性降低,使得直接对其进行非饱和渗透试验十分困难。根据瞬时剖面法的原理,利用EC-5土壤水分传感器测含水率、MPS-2电介质水势传感器直接同步测量同一位置的基质吸力,通过水平渗透试验研究了非饱和成都黏土在侧限条件下的渗透性。含水率和基质吸力的同步测量,保证了其测试条件的一致性,避免了采用其他土水特征曲线的影响。试验表明,试样的非饱和渗透系数为（1.33×10-11~3.14×10-9）m·s-1,非饱和渗透系数与基质吸力并非单调线性关系。基质吸力较高时,受膨胀土颗粒吸水膨胀的影响,渗透系数未出现明显变化,基质吸力降低到一定程度后,渗透系数快速增大。试验结束时土体已接近饱和,土中气体排出较慢,过水断面增加缓慢,促使渗透系数仍然持续增大。采用VG模型拟合k-s曲线,拟合参数α=0.048 kPa-1,n=1.79,m=0.48,试验结果可以用于成都黏土地区的渗流分析。     

考虑非饱和土基质吸力的丁家坡滑坡变形机制及稳定性评价

丁家坡滑坡位于云阳县黄石镇中湾村,对拟建的云阳—开州（云开）高速公路安全具有潜在的威胁。为了查明丁家坡滑坡特征,开展了野外工程地质测绘、钻探与试验测试,采用Geo-studio完全耦合计算模式分析了不同降雨工况下滑坡渗流场、应力场、位移场的变化,考察了基质吸力在滑坡稳定性评价中的作用,并计算了不同降雨历时、降雨强度下滑坡的稳定性系数。结果表明:（1）丁家坡滑坡的斜坡地形、松散的岩性、潜在的临空面等因素决定了滑坡的形成与发育,坡体渗透性较好,降雨作用激励滑坡的变形,目前该滑坡处于蠕滑阶段;（2）降雨入渗后,坡体孔隙水压力增加,基质吸力减小,有效应力和抗剪强度降低,在土-岩界面形成剪应力集中,产生应变和位移,滑坡变形破坏;（3）高强度短历时的降雨使坡体浅层迅速饱和,易形成浅层滑,低强度长历时的降雨使坡体浸润较深,易造成深部滑动,其潜在滑动面主要为土-岩界面;（4）在非饱和状态下土体基质吸力对滑坡的稳定性具有重要影响;（5）目前滑坡处于基本稳定状态,一旦发生降雨,滑坡稳定性将降低,降雨历时越久、降雨强度越大,滑坡越易失稳。相对于滑坡Ⅱ区,滑坡Ⅰ区对云开高速公路安全的影响更大,应该重点对滑坡Ⅰ区进行防护治理。该研究可为工程设计、施工及滑坡的预警预报提供依据。