【doc】谈谈降雨对边坡稳定的影响

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。【doc】谈谈降雨对边坡稳定的影响【doc】谈谈降雨对边坡稳定的影响谈谈降雨对边坡稳定的影响2oo1年增刊广东公路交通GuangDongCongLuJiaoTong总第7l期谈谈降雨对边坡稳定的影响罗缵锦冯稀森(1.韶关市交通局,广东韶关5120002.韶关市交通工程质量监督站,广东韶关512023)摘要:水是产生边坡失稳的主要因素之一,边坡的失稳大多与水文地质,大气降水有关.根据有关资料,首先论述了边坡失稳与降雨历时,累积降雨量及降雨强度的关系,然后有针对性地分析了降雨对岩石边坡的不利影响,主要是降低

2、岩体强度,抬高地下水位和使边坡内孔隙压力加大.降雨对土质边坡的不利影响有降雨溅蚀,面状侵蚀和沟状侵蚀等.关键词:降雨边坡失稳破坏中图分类号:U417.1文献标识码:C1概述水是产生边坡失稳的重要条件之一,崩塌,滑坡,泥石流等边坡失稳现象的发生和发展多受降水等因素的控制.根据查阅有关资料统计,我国的边坡失稳大多与水有关.无论是少雨的西北地区,还是多雨的华南地区,从南到北,自东向西,绝大多数的崩塌,滑坡,泥石流发生在雨季.特别是在暴雨之后往往出现大量的滑坡,崩塌等边坡失稳现象,而且损失惨重.如1981年8月,陕西汉中地区遭受特大暴雨袭击,共发生滑坡,泥石流灾害1.3万处,其中较大规模的2600处,

3、死183人,损坏铁路,公路和大批房屋建筑物.1981年夏季四川盆地西,北部遭特大暴雨袭击,发生滑坡,崩塌6.8万处,毁坏房屋7.4万间,使6万人无家可归,损失达3亿元.1982年79月,四川盆地遭到四次特大暴雨的袭击,各地共发生滑坡,崩塌,泥石流8万多处.1982年6月井岗山区的宁岗,莲花,永新等县因暴雨引发崩塌,滑坡9764处.1985年5月27日桂林地区特大暴雨使全州,兴安,灌阳3县出现崩塌,滑坡5000多处.1989年7月台风暴雨使东阳山区发生53处泥石流,冲毁房屋,公路,汽车等,损失达亿元.1991年5月后的暴雨期,江苏镇江市区发生滑坡68处,受灾面积5万多平方米,上百间房屋被淹没.由

4、此可见,边坡的失稳与降雨,特别是暴雨有着密切的关系,暴雨是激发边坡失稳的重要因素之一.2边坡失稳与降雨的关系2.1边坡失稳和降雨历时有关2.1.1滑坡与降雨历时的关系根据中科院成都山地灾害与环境研究所对?44?1982年7月长江三峡工程库区暴雨触发的8o多个典型滑坡和崩塌的调查研究发现,在暴雨开始之后约1012h就开始出现大量的滑坡,包括一些大型和巨型的滑坡.在降雨开始之后48h内产生的滑坡约占77%,在72h以内产生的滑坡约占其总数的85%.同时还发现滑坡的密度和时间序列也受雨型的影响,暴雨触发滑坡的密度大,时间序列较为集中.久雨型(即阴雨或绵绵雨)滑坡发生的密度低,时间上较为分散.2.1.

5、2崩塌,落石与降雨历时的关系据西北某山区营运铁路167kin统计资料,l7年来该区段共发生路堑边坡及山坡坡面崩塌,落石1091次.从山坡崩塌,落石发生的时间来看,绝大多数集中在雨季,特别是在雨天发生.且有如下特点:(1)阴雨连绵期间偶降短促的大雨时,山坡崩塌,落石现象发生较普遍.(2)降雨开始后的O.5h内,山坡崩塌,落石现象较小;此后及降雨停止后的数h内(当降雨量较大,降雨时间较长时),山坡崩塌,落石现象发生较多.2.2边坡失稳和累积降雨量及降雨强度有关2.2.1滑坡与累积降雨量及降雨强度的关系一般来说,在雨季期间,累积降雨量在5o100ram,日降雨量在50ram以上时就有小型的浅层滑坡发

6、生.当降雨量在150ram以上,日降雨量大于100ram时,随着降雨量的增加,滑坡的数量也增多,中等规模的堆积层滑坡和破碎岩石滑坡开始出现.如l984年8月3日甘肃西和县降暴雨100ram,发生泥石流滑坡200多处.当一次暴雨过程的累积降雨量在250300ram以上,日降雨量大于105mln以上时,滑坡即开始大量发生,一些大型和巨型滑坡也大量出现,同时也会产生基岩的首2001年增刊广东公路交通总第71期次性滑坡.如1987年8月26日济南降雨291mm,津浦,胶济铁路干线有35处路基塌方滑坡.2.2.2崩塌,落石与累积降雨量强度的关系经统计分析,山坡崩塌,落石次数与累积降雨及降雨量强度有如下关

7、系:(1)山坡崩塌,落石次数随降雨量,降雨强度及长时间连续降雨的变化而变化;(2)降雨量累积曲线和山坡崩塌,落石次数累计曲线形状相吻合.3降雨对岩石边坡的不利影响对岩石边坡而言,降雨的不利作用主要表现在降低岩体强度,抬高地下水位和边坡内孑L隙压力加大等三个方面:3.1降低岩体强度对于岩石边坡稳定来说,起控制作用的是岩体结构面的强度.岩体结构面分为硬质结构面与软弱结构面.水的介入对于硬质结构面的强度并无影响,而软弱结构面遇水后,特别是在原来充填介质含水量很少,降雨后却显着加大时,充填的软弱物进一步软化,其抗剪强度则显着降低.如长江三峡流域龙羊峡虎山坡,底孑L泄流以前由于该地区年降雨量甚少,山体处

8、于干燥状态.在泄流雨雾长期作用下,含水量大幅度增加,致使岩体强度大幅度降低,从而导致边坡失稳.在强风化带和软弱岩层区,灾害性滑坡常常发生.3.2抬高地下水位一次降雨量使山体地下水位升高的幅度与水文地质条件有密切关系.在某些条件下,地下水位能大幅度升高,而在另一些条件下,水位升高可能极为有限.一般来说,当岩体不是特别雄厚,山坡较缓且地下水位在弱风化层以上时,由于岩体孔隙率大,水位上升需要更多水份供给,同样的降雨条件下水位上升幅度小.同时由于裂隙发育,岩石破碎渗透系数大,水位升高后水很容易排走.这就是众多山体中的洪枯水位变幅不大的原因之'.一03.3边坡内孔隙压力加大根据渗流观点,岩体是由

9、裂隙网络和孔隙介质的岩块构成的双重介质.岩块的渗透系数与岩石类别有关,致密岩石如微新花岗岩,其渗透系数为10"l0cm/s量级.设裂隙宽0.Olmm,按缝隙水力学,其过水系数(即渗透系数)约为10-4cm/s量级.降雨人渗后,水在裂隙内运动速度远大于岩块孑L隙内的运动速度.在微新岩体中,由于裂隙闭合,裂隙的空隙非常小,只占岩体体积的0.O1%一0.001%,而岩块孔隙的体积却大得多.据Jumikis(1982年)研究,花岗岩的孔隙率变化范围为1.02%2.87%,填满岩块孔隙而使其饱和所需要的水量较大,而很少的人渗量即可使裂隙饱和.从以上分析可知,雨水从地面渗入,在重力作用下,首先以

10、较快的速度沿裂隙向下流,然后再缓慢地由裂隙渗入岩体孔隙.裂隙发育程度(密度及隙宽)随深度而减弱,雨水从地表渗入裂隙很容易,而从深层岩体排走则十分困难.因此若一个降雨过程不是太短,就能在山体地下水位以上非饱和区形成暂态饱和区,地下水位上升,使边坡内孔隙压力加大.强度超过人渗率的降雨历时愈长,孑L隙压力也愈大.虽然这一孔隙压力是暂态的,降雨停止后能以较快的速度消散,但如量值较大,则对边坡稳定的影响不能忽视.4降雨对土质边坡的不利影响降雨对土质边坡的侵蚀包括使部分泥砂颗粒从边坡中分离及随后的坡面水流对其搬运而产生的面状侵蚀和沟状侵蚀.4.1降雨溅蚀降雨溅蚀是垂直降落的雨滴击溅边坡土壤将其搬离原位而产

11、生的侵蚀.在边坡面上击溅起来的土粒大部分向下坡方向.雨滴溅蚀力的大小与雨滴到达地面时所具有的动能成正比.雨强越大,雨滴直径越大,其动能越大,溅蚀力越强.当雨滴离地面9m以上自由降落时,其到达地面时的速度将达到均恒.在坡面上,薄层水流的存在对溅蚀具有很大的影响.据Palmer(1963年)等人的研究,当薄层水流的厚度小于雨滴直径时,薄层水流的存在加强了溅蚀作用,且这种作用随水层厚度的增大而增大.当薄层水流的厚度与雨滴相等时,溅蚀作用达到最强;当薄层水流的厚度超过雨滴直径时,溅蚀作用基本消失.在降雨量一定时,坡面降雨溅蚀随坡度的增大而有所不同.据Moss等人研究,当坡度小于3%时,降雨是使泥砂侵蚀

12、的主要因素,而坡面漫流的作用仅表现为它的输送功能.当坡度大于5%时,坡面流对泥砂的冲蚀成为主要的侵蚀机理.当坡度非常陡时,降雨冲击对泥砂侵蚀的影响实际上可以忽略不计.4.2面状侵蚀面状侵蚀是坡面发育中的主要侵蚀形式.它?45?2001年增刊罗缵锦冯韦森谈谈降雨对边坡稳定的影响总第71期是指面流在流动过程中比较均匀地冲刷整个坡面的松散物质,使坡面降低,斜坡后退.长期侵蚀的结果,使边坡中部表土下移,中部凹陷而坡顶凸出.由坡面上搬运的侵蚀物质大都堆积在坡脚,久而久之,坡脚处形成深厚的堆积层.坡面剖面为上凸,中凹,下直的形态.影响面状侵蚀的主要因素有降雨,植被,坡面岩土结构,坡面形态及人类活动等.4.

13、2.1降雨量和降雨强度降雨量和降雨强度是坡面侵蚀,塑造坡面过程的主要外营力.坡面侵蚀量的大小与降雨量,降雨强度成正比.其中尤以降雨强度影响最为重要,它不仅在短期内带来丰富的水量,而且还以强劲的雨滴对地面进行高速(79m/s)的冲击,溅起土粒,扰动土壤,使它向坡下蠕动.每次特大暴雨后,面状侵蚀的结果使坡面凹凸不平,沟谷交错,边坡变得支离破碎,难于形成整齐划一的坡面.4.2.2植被有效的植被覆盖是保证边坡稳定的必要条件.植被对地面具有保护作用,如树冠,树干,凋落物和草类等都可拦截雨水,避免雨滴对地面的直接打击.其中树冠即可截留降雨量的15%80%.凋落物既能储存水份,又可阻滞面流的进行,它分解后还

14、改良了土壤性质,增加了土壤透水性,减少了面流的发生.此外植物的根茎能固结土层,拦阻面流.所以在植被覆盖的边坡上,面流作用就较微弱.4.2.3坡面岩土结构组成坡面的岩土结构以及残积,堆积物的致密程度,都会影响坡面的抗蚀能力.如在页岩,泥岩分布区,黄土堆积区及花岗岩风化壳(残积)分布区,由于岩性软弱或土质疏松而抗蚀力差,面蚀作用都十分强烈.4.2.4坡面形态(1)坡度和坡长.边坡坡度和坡长分别影响流速和流量.从理论上讲,坡度越大则流速越大,侵蚀力也越强.但实际研究表明,坡度在40o50o时侵蚀量最大,超过此坡度时,侵蚀量反而减小.原因是坡度越大,实际受雨面积减少,从而也减少了流量.从坡顶到坡脚,随

15、坡长的增加,流量逐渐增大,侵蚀力逐渐加强,但在侵蚀力不足以克服抗蚀力前,侵蚀不会发生.当坡长增加使水流的侵蚀力超过抗蚀力时,侵蚀随坡长将逐渐增大.?46.'(2)坡向.不同坡向的坡面接受阳光的多少和风力作用下坡面接受的雨量和受雨滴打击的强弱不同.一般而言,阳坡(东南坡)由于接受较多的阳光照射,土壤水份蒸发较快.早期土壤水份低下,不利于植物生长.因此不论在黄土高原,还是在南方地区,阴坡植被多比阳坡好.在炎热的夏季,我国南方某些地区光裸的阳坡由于受太阳暴晒时间较长,地表温度可高达70,夜晚又降到20oC左右,巨大的昼夜温差是地表物质风化的主要原因.有人曾对广东省花岗岩地区重力侵蚀崩岗的分布

16、进行统计,发现90%以上的崩岗分布在阳坡.风力作用使雨滴下落方向与坡面的夹角在迎风坡增大,在背风坡缩小.雨滴下落方向与坡面夹角在迎风坡的增大作用实际上增加了迎风坡的雨滴打击力,也就是增加了迎风坡的坡面侵蚀.我国东南沿海地区由于受台风影响,大暴雨常伴随大风,因之,暴风雨对迎风坡的破坏作用远远大于背风坡.迎风坡多为东南坡,太阳辐射和强风的共同作用,使迎风的东南坡坡面侵蚀远较背风的西北坡强烈.(3)坡形与坡面微形态.直形坡,愈向下坡水流汇集愈多,流速愈快,侵蚀随之加强.凸形坡,坡面上缓下陡,上部侵蚀冲刷较弱,而下部比较强烈.凹形坡,坡形上陡下缓,坡面上部坡长较短,径流汇集较少,坡度较大但侵蚀冲刷不强

17、烈.坡面中部坡度居中,侵蚀较强.坡面下部由于坡度减缓,流速降低,坡面水流的挟砂能力减弱.由上部搬运下来的泥砂易在下部沉积.复合坡形,坡形对坡地土壤侵蚀的影响较复杂.坡形愈多变的复合坡,坡面流路愈长,流速愈慢,水流的侵蚀力愈小.坡面微形态主要影响坡面水流的流态和水流流速.凹凸不平的坡面水流向低凹处汇集,易形成股状水流而发展成细沟.但雨滴的击溅和水流的搬运,会将凸出部分的土壤填到低凹处,逐渐将表面自然夷平,这种现象在刚开挖的边坡和填方边坡较容易出现.4.3沟状侵蚀水流汇集于低凹处或浅状延伸的沟槽,在超过了低凹处或沟槽的蓄水能力后开始形成线状流.时分时合的线状流随着后续水流的汇集.逐渐聚集成股状水流

18、,并产生细沟侵蚀,形成细沟.沟状侵蚀按侵蚀的方向,可分为以下两种:(1)垂2001年增刊广东公路交通总第7l期直侵蚀(下切,下蚀):它是水流垂直地面向下的侵蚀,将土中软弱土层冲走,其结果是加深沟槽,使得坡面沟槽林立,满目疮痍.(2)溯源侵蚀:侵蚀方向是不断向源头(即坡顶)进行.其结果是使沟槽长度增加,深度加深.溯源侵蚀有两种方式:一是坡面上跌水的形成即可导致细沟的发生.当坡面上水流的侵蚀力大于某一部位的抗蚀力时,产生细沟.土壤中流出口处的土粒在被流水带走后,坑穴顶部发生坍塌形成小跌坎的溯源不断向上发展形成细沟.细沟形成后,细沟间的袭夺,兼并或扩大,逐渐发展成浅沟,切沟等.坡面一旦产生细沟,侵蚀即由面状侵蚀变成沟状侵蚀.水流的形态,侵蚀力等都发生变化.侵蚀沟是坡面最显着的特征之一,在侵蚀严重的边坡上,密布的侵蚀沟将坡面切割得支离破碎.沟状水流所具有的侵蚀和搬运力远远大于雨滴溅蚀和坡面水流的侵蚀和搬运力,因而是新开挖边坡破坏直至失稳的重要外力.5结语边坡的失稳与许多因素有关,地质构造,岩土性质,地形地貌,气候条件,地表水作用,地下水活动,地震,人类工程活动等都可以引起滑坡等边坡失稳现