降雨型滑坡机制

1、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

2、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

3、 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

4、软化而形成软弱滑动面，将会促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：=c+(-ua)tan+(ua-uw)tan（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。负孔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：uj=ua-uw，其与含水量的关

5、系如图3所示。图3 含水率与机制吸力关系图（2） c、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

6、导致边坡土体中水平方向应力增加，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，使滑坡立即启动。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

7、，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

8、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

9、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力的阐述。2.3降雨对滑坡体影响的阶段分析降雨对滑坡的作用阶段方式如下:(1)早期孕育阶

10、段在降雨前,滑坡体本身的岩体内部孔隙变化不是很明显,处于自然状态下滑坡的边界不会出现较大的变形,但有些滑坡的滑床可能有即将滑动的趋势。(2)中期滑移阶段在降雨发生后,滑坡体受降雨作用,岩体内部孔隙率增大,滑体重量增加,同时土体的抗剪强度减弱,滑坡体发生缓慢的蠕滑变形。随着降雨的大量入渗,岩土体的裂缝随着抗剪强度的降低而逐渐连通。滑床与滑体后缘开始出现较大的裂缝,从而导致降雨型滑坡的形成。(3)晚期失稳阶段当降雨量不断增加,坡体变形发展到一定阶段后,变形速率会呈现不断加速增长的趋势,直至滑坡开始失去稳定性。由于岩体内部裂缝的发展,滑动面已完全贯通,形成完整的滑面,从而导致降雨型滑坡开始沿着滑动面

11、整体滑动,并出现重大的自然灾害。3降雨各因素对滑坡的影响3.1降雨形式对滑坡的影响当暴雨或持续降雨时，降雨对滑坡体的侵蚀和下渗作用加大，对滑坡体的稳定性不利。分析降雨类型对浅层滑坡的重要影响以及降雨类型对发生滑坡时降雨阈值的影响。用同样的土壤参数、土壤深度、坡角和初始地下水位，不同的降水量和降水历时，描绘出4种具有代表性降雨类型导致滑坡启动时的降雨阈值（如图7所示）。可以看出，对于每一种降雨类型，相应的降雨阈值曲线都可以将曲线图划分为两部分。如果降雨位于阈值曲线的左侧，不会造成滑坡；反之，如果位于阈值右侧，则会诱发滑坡。举例来说，递增型降雨的降水量为250mm，降雨历时为6小时，不会诱发滑坡，

12、因为其位于递增型降雨阈值曲线的左侧；而对于递降型降雨，如果降水量和降雨历时与递增型降雨相同，则会造成土壤失稳。此外，对于4种类型降雨，当降水量为300mm，降雨历时为8小时，均会诱发滑坡。不论是哪一种降雨类型与降雨历时多长，降水量小于200mm的降雨均不会造成土壤失稳，也就是说，存在诱发滑坡的最小降水量，这是因为降水量小于200mm时，降水会完全入渗在土壤中，所造成的地下水位上升量不足以引发滑坡。然而，对于降水量大于200mm的降雨，滑坡的发生不仅与降雨历时有关，也与降雨类型有关。如果降雨的持续时间大于降雨历时阈值，降水量大于200mm的降雨会诱发滑坡。例如，降水量为240mm的递增型降雨，相

13、应的降雨历时阈值为7小时。换言之，如果降雨历时超过7小时，降水量为240mm的递增型降雨会诱发滑坡。在4种具有代表性的降雨类型中，递增型降雨的降雨历时阈值最大，其次为峰值型和均匀型降雨。此外，对每一种降雨类型，相应的降雨历时阈值都随着降水量的增加而减小，而且当降水量较大时，降雨历时保持不变。例如，对于均匀型降雨，当降水量大于350mm时，降雨历时阈值稳定在3.5小时。因此，可以得出如下结论：降雨诱发的浅层滑坡，与降水量、降雨历时以及降水类型有关。图7 降雨量与降雨持续时间关系图3.2降雨强度对滑坡的影响通过对部分地区发生不同数量滑坡时累积降雨量和日降雨量的统计分析发现：累积降雨量在50160m

14、m、日降雨量在20mm以上时，就有小型浅层滑坡发生；当累积降雨量在150mm以上，日降雨量大于100mm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土滑坡开始出现，当一次暴雨过程的累积降雨量在200350mm以上，日降雨量大于110mm时，滑坡开始大量发生，并产生大型和巨型滑坡。对于同一规模的不同类型滑坡来说，基岩滑坡所需的降雨量（累积降雨量和日降雨量）要大于土层碎屑滑坡；而对同一类型不同规模的滑坡来说，规模大的滑坡往往需要较大的降雨量。降雨强度越大，越容易发生滑坡崩塌。不同国家，地区由降雨诱发的滑坡临界降雨强度见表1：表1 国内外暴雨诱发滑坡的临界降雨强度国家和地区总量/mm日降雨量/mm时降雨量/