降雨对秦巴山区滑坡稳定性的影响

时间：2022-02-12 理论教育版权反馈

【摘要】：在有限元软件中模拟滑坡在天然状态和暴雨状态下的情况，通过分析对比，认为降雨对秦巴山区土石滑坡稳定性的影响巨大。因此，在雨季要密切监测山区滑坡位移情况，防止滑坡滑动造成危害。滑坡前缘的甘岔河对滑坡的稳定性影响较大，甘岔河为旬河支流，长年流水，水流量较大，河流总长33.3km，河道比降为36.2‰，流域面积为130.88km2。暴雨对滑坡稳定性的影响主要表现为以下几个方面：滑坡体表层以第四系坡积块石土为主，结构松散，稳定性差。

宋增辉1，林平选2，袁喜东1，杨　佩1，庞　冬3

（1.西安科技大学地质与环境工程系，陕西西安　710054；2.陕西省地质调查院，陕西西安　710065；3.长安大学地质工程与测绘学院，陕西西安　710061）

摘　要：文章以镇安县平安村某土石滑坡为例，根据该滑坡形成的地质环境条件及其水文气象条件，在此基础上分析了降雨对山区土石滑坡稳定性的影响。在有限元软件中模拟滑坡在天然状态和暴雨状态下的情况，通过分析对比，认为降雨对秦巴山区土石滑坡稳定性的影响巨大。因此，在雨季要密切监测山区滑坡位移情况，防止滑坡滑动造成危害。

关键词：土石滑坡；降雨；滑坡稳定性；有限元法

1　滑坡的形成条件

1.1　地形地貌条件

滑坡位于镇安县杨泗乡平安村，地貌单元属于秦岭中低山，总体地形南东高北西低，地面标高介于658～840m之间。滑坡体地形前陡后缓，前缘坡度约32°～36°，总体坡度27°～32°，坡面植被较发育，覆盖率约为60%，局部可见马刀树。滑坡周界清晰，左侧边缘基岩裸露，发育一季节性小冲沟，沟深约5m；右侧边界为基岩陡坎，后壁为覆盖层陡立的碎石土台阶，呈圈椅状，滑坡后壁可见多处张开裂缝，裂缝宽度一般10～30cm，局部由于人工改造已行迹不清（图1），在滑坡后壁可见泉水出露点1处（图2），滑坡前缘被甘岔河冲刷切割，加之修建道路时对滑坡前缘进行了挖方整平，导致滑坡前缘发生3处次级滑坡。

1.2　地层岩性

滑坡区地层由新到老依次为滑坡堆积物，全新世残坡积碎石土，震旦系下统耀岭河群凝灰岩。各层土的特征描述及赋存条件如下：

（1）块石土：杂色，成分混乱，块石含量50%～60%，粒径以20.0～50.0cm为主，呈棱角状，局部夹薄层黏性土，可见直径大于5m的孤石，局部仍保留了原岩结构构造。表层含大量植物根茎等有机质，均匀性差，堆积松散—中密，属中压缩性土，湿—饱和。该层主要分布在滑坡中前缘，厚度5.8～10m，分布高程645～750m。

（2）碎石土：杂色，碎石含量50%～70%，粒径以2.0～15.0cm颗粒为主，呈棱角状，常含少量块石，黏土和粗砂含量约占5%。表层含大量植物根茎等有机质，均匀性差，略具分选性，堆积松散—中密，属中压缩性土，湿—饱和。该层主要分布于滑坡后缘，层厚为8～15m，分布高程750～845m。

（3）凝灰岩（Zayl）：强风化凝灰岩，颜色以灰白色为主，凝灰结构，块状构造，风化裂隙较发育岩芯较破碎，呈碎块状或短柱状，属坚硬岩。岩体基本质量等级为V级，厚度为0.20～0.8m。

作者简介：宋增辉（1992—），男，湖北随州人，西安科技大学在读硕士研究生，主要研究方向为地质灾害防治。E－mail：893723707＠qq.com

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图1　滑坡后缘张拉裂缝

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图2　滑坡后壁的泉水

（4）凝灰岩（Zayl）：中风化凝灰岩，颜色以灰白色为主，凝灰结构，块状构造。岩芯呈短柱—柱状，长度一般10～20cm。RQD＝75%，敲击声脆。属较坚硬岩。岩体基本质量等级为Ⅲ～Ⅳ级。

1.3　水文气象条件

1.3.1 气象

镇安县地处南北气温0℃分界线和800mm降水线上，南北气候共存，属于北亚热带向暖温带过渡地段，半湿润性气候。年均日照1947.4h，年平均风速1.4m/s，年均气温12.2℃，无霜期206天，年降水量800～1100mm，年平均降水量804.8mm。

1.3.2 地表水

滑坡前缘的甘岔河对滑坡的稳定性影响较大，甘岔河为旬河支流，长年流水，水流量较大，河流总长33.3km，河道比降为36.2‰，流域面积为130.88km2。滑坡附近河床宽约20.0～40.0m，水深约0.5～1.5m，流速约为3.0m/s，流量约为30m3/s，河流最大冲刷深度约3.5～4.0m，最大洪水位约4.0～6.0m。甘岔河在滑坡段近东西展布，由西向东流。该河段水位雨季暴涨暴落现象明显，雨季流量较大。滑坡体左侧冲沟有少量水流，水流量约0.3m3/s。滑坡区地表水补给来源以大气降水及地表径流为主。

1.3.3 地下水

坡体地下水主要为松散坡积块碎石土及滑坡堆积物中的孔隙水和基岩中的裂隙水，多以潜水形式存在，接受大气降水补给，沿斜坡向甘岔河排泄。滑坡前缘地下水位埋深5.50～7.0m，地下水位与滑坡滑动面的位置基本吻合。

2　滑坡基本特征

2.1　滑坡类型

该滑坡体的形态、特征较为明显，滑坡体长约400m，宽约150m，高差约100m，厚度8～20m，体积约为110×104 m3，属大型滑坡。

2.2　滑坡变形破坏特性

滑坡变形迹象明显，主要表现为：①中后部拉裂、错动明显；②滑坡前缘挡墙的破坏；③滑坡体树木的倾斜；④滑坡体内局部垮塌。

拉裂阶坎主要分布在滑坡及次生滑坡的后壁，多为横张弧形裂缝，裂缝宽度一般10～30cm，错距20～100cm。由于公路开挖坡脚，在前缘块石层中形成3个次生滑塌，滑塌迹象明显，后缘拉裂阶坎高2～3m。此外，滑坡坡体上可见“马刀树”“醉汉林”等滑坡迹象（图3）。

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图3　滑坡体上的“马刀树”

2.3　滑动面及滑床特征

该滑坡的滑坡体、滑面和滑床具如下特点：

（1）中下部滑体成分为块石混合土，夹含巨粒；中上部为残坡积碎石混合土，夹含块石及黏土。

（2）滑动面呈平滑的弧形曲线，滑床为基岩。滑面较为平顺，滑动面具“上陡下缓”的特征，前缘形成阻滑段。滑动面成分为基岩挤压破碎形成的碎块或碎屑。

（3）滑床为震旦系凝灰岩，滑坡体沿着土岩交界面滑动。

3　降雨对滑坡稳定性的影响

滑坡表层松散堆积物是滑坡形成的主要内因，而暴雨是诱发形成滑坡的主要外因。暴雨对滑坡稳定性的影响主要表现为以下几个方面：

（1）滑坡体表层以第四系坡积块石土为主，结构松散，稳定性差。降雨除产生坡面径流外，有很大部分渗入到坡体中，造成滑体重度增加，增加了下滑力。

（2）雨水下渗至隔水层顶面，在土岩结合面附近聚集，使滑带土饱和软化甚至泥化，降低了摩阻力，有利于潜在滑动面贯通，坡体滑动。

（3）坡体以碎石土为主，降雨导致孔隙水压力增大，有效应力降低，导致滑带摩阻力降低。

（4）碎石土孔隙较大，降雨使坡体裂隙中的地下水剧增，对坡体产生较大的静水压力，推动滑体下滑。

（5）土岩结合面以上土体部分或全部饱水后，地下水对滑体产生浮力，降低了滑体对滑床的正应力，使滑面摩阻力降低。

（6）降雨使堆积体中细粒物质不断被冲刷带走，使得大块径岩体失去支撑，使滑坡的抗滑能力降低。

（7）暴雨致使甘岔河水位上升，流量骤增，对滑坡前缘冲刷、掏蚀，造成坡脚土体流失，使滑坡的抗滑段长度减小，减少了滑坡下部维持坡体平衡的抗力，抗滑能力降低。

（8）甘岔河是山区河流，水位会随雨季发生明显的暴涨暴落。当河水上涨时，坡体中的地下水亦会随之抬升，扩大了地下水的浸泡范围，降低了潜在滑面的摩阻力，当河水位急剧下降时，由于黄土渗透性较差，地下水排泄慢，从而产生了较大水头差，形成了动水压力，会对滑坡稳定性产生较大影响。

4　滑坡稳定性分析

4.1　天然状态

在有限元软件中，对滑坡天然状态下进行仿真数值模拟，其结果如下：

由图4、图5得出，坡体最大应变位移为0.048 156 6m，位移较大集中区域为滑坡主滑段；沿X轴方向最大应变为0.238 972m，沿Y轴负方向最大应变为0.012 875m，主要集中在反坡平台底部，该区域为滑坡牵引段。潜在滑动面在反坡平台处间断，尚未完全贯通，最大剪切应变为0.060 874 6。滑坡稳定系数为1.014 44，处于欠稳定状态，与滑坡现状情况一致。

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图4　滑坡天然状态下总位移云图

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图5　滑坡天然状态下最大剪切应变云图

4.2　暴雨状态

假定在暴雨状态下，甘岔河水位上升到6m，坡体全部饱水，滑带土受地下水软化影响，内摩擦角φ值降低3°，其模拟结果如下：

由图6、图7得出，滑带土总体位移量明显增大，坡体主滑段最大应变位移为0.622 547 3m，较之天然状态下增加了10.9倍。最大剪切应变为0.183 548 2，滑动面已完全贯通，在反坡平台底部剪应力上翘，形成次级滑动面。受甘岔河水位上涨影响，坡脚抗滑段应变增大，坡体抗滑力降低。计算得出滑坡稳定系数为0.862 53，处于极不稳定状态。可见暴雨对滑坡稳定性的影响巨大。

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