降雨條件下低緩淺層土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性影響因素及耦合研究

■王修宮 王攀

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局416隊(duì) 湖南 株洲412000）

降雨條件下低緩淺層土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性影響因素及耦合研究

■王修宮 王攀

（湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局416隊(duì) 湖南 株洲412000）

低緩淺層土質(zhì)滑坡是我國(guó)四川、黃河地區(qū)常見(jiàn)的一種降雨自然災(zāi)害。為進(jìn)一步對(duì)地區(qū)實(shí)施自然災(zāi)害治理，必須對(duì)其降雨條件下低緩淺層土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性的影響因素進(jìn)行分析，明確其是否耦合關(guān)系，才能夠有效的對(duì)其進(jìn)行治理和預(yù)防。因此，本文中針對(duì)降雨條件下低緩淺層土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性影響因素及耦合進(jìn)行研究，以實(shí)驗(yàn)分析的方式，確定影響低緩淺層土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性的因素，為我國(guó)四川及黃河地區(qū)的滑坡災(zāi)害提供理論數(shù)據(jù)支持。

降雨淺層土滑坡穩(wěn)定性因素耦合

0 前言

淺層土質(zhì)滑坡危害與一般滑坡危害相比對(duì)周圍事物造成的損害性相對(duì)較低，但是如果大規(guī)模的發(fā)生淺層土質(zhì)滑坡則會(huì)對(duì)周邊居民的生命和財(cái)產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的損害。因此，針對(duì)淺層土質(zhì)滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行研究在理論上能夠?yàn)闇\層土質(zhì)滑坡因素體系的完善提供理論數(shù)據(jù)，在實(shí)踐上能夠?yàn)闇\層土質(zhì)滑坡的預(yù)防提供參考建議，以保障周邊居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

1 模擬研究

1.1 地質(zhì)條件

本次研究中所選擇的淺層土質(zhì)滑坡地質(zhì)條件：首先，其巖土層從下至上的結(jié)構(gòu)為下伏基巖、強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、殘坡積土。每一個(gè)巖土層的與坡面保持平衡，且?guī)r土層的厚度基本一致。其中殘坡積土層的泥質(zhì)主要是以泥質(zhì)軟巖風(fēng)化形成的粉質(zhì)粘土為主。經(jīng)過(guò)若干年的風(fēng)吹日曬將表面的殘坡積土形成了與坡面相耦合的淺層土質(zhì)結(jié)構(gòu)。其次，粉質(zhì)粘土土層下方以下伏基巖為基礎(chǔ)平均分布，坡面的桌邊以經(jīng)被周邊農(nóng)民經(jīng)過(guò)開(kāi)墾形成了耕地或水田。因此，本次研究的滑坡區(qū)域下方還具有一定的地下水結(jié)構(gòu)，其中抵消誰(shuí)類型主要為上層滯水和基巖裂縫水兩種類型。其中基巖裂縫水主要是巖石由于風(fēng)化作用，在其與完整巖石的界面上以滴水或滲水的形式出現(xiàn)。其中上層滯水主要是在殘坡積土層中所含有的水，其主要來(lái)源是雨水。這也是降雨條件下才會(huì)產(chǎn)生淺層土質(zhì)滑坡現(xiàn)象的另一個(gè)重要的原因之一。

1.2 模型建立

圖1 淺層土質(zhì)滑坡模型建立示意圖

本次研究中為了進(jìn)一步的優(yōu)化和創(chuàng)建模型，在其建立的過(guò)程中選擇了近似的力學(xué)性質(zhì)參數(shù)。首先，假設(shè)本次研究中斜坡地質(zhì)模型的地質(zhì)坡面分為兩個(gè)層次，其上層次主要是殘坡積土，下層次主要是下伏基巖，與實(shí)際地質(zhì)條件相吻合；其次，設(shè)定斜坡各個(gè)巖層的坡面坡度，使各層次之間的坡面能夠呈階梯狀分布，以實(shí)現(xiàn)模擬淺層土質(zhì)坡面；然后，對(duì)其地下水位及地下水進(jìn)行設(shè)定。本次研究中的地下水位與實(shí)際地質(zhì)條件中地下水的水位位置和含水量相同，位于風(fēng)化泥巖和下伏基巖的交界面中；最后，設(shè)定模型網(wǎng)格對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)劃分，實(shí)現(xiàn)3節(jié)點(diǎn)單元結(jié)構(gòu)。其中1節(jié)點(diǎn)為降雨入滲邊界與殘坡積層界限節(jié)點(diǎn)，2節(jié)點(diǎn)為殘坡積層與風(fēng)化泥巖界限節(jié)點(diǎn)，3節(jié)點(diǎn)為風(fēng)化泥巖與基石邊界限節(jié)點(diǎn)。詳細(xì)的模型建立示意圖見(jiàn)圖1。

1.3 選取參數(shù)

本次研究模型建立的過(guò)程中對(duì)其瞬態(tài)滲流分析中的各個(gè)邊界的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行條件選取，當(dāng)其雨水強(qiáng)度小于土體滲透系數(shù)時(shí)，設(shè)定流量為降雨強(qiáng)度；當(dāng)其雨水強(qiáng)度大于土體滲透系數(shù)時(shí)，設(shè)定流量為水頭邊界。此外，本次研究中對(duì)各個(gè)層次的巖土層地質(zhì)條件物理參數(shù)進(jìn)行設(shè)定的過(guò)程中，主要是在前人實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行選取。其中殘坡積土層的各項(xiàng)巖土體性質(zhì)參數(shù)為土體重度為g=19.0kN/m3，內(nèi)摩擦角度為φ=13°，粘聚力為c=18kPa，飽和滲透系數(shù)為Ks=2.9110-6m/s；其中基石層的各項(xiàng)巖土體性質(zhì)參數(shù)為土體重度為g=20.1kN/m3，內(nèi)摩擦角度為φ=30°，粘聚力為c=22kPa，飽和滲透系數(shù)為Ks=5.3610-6m/s。根據(jù)設(shè)定的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)土層的滲透系數(shù)曲線和水土特征曲線進(jìn)行繪制，繪制結(jié)果見(jiàn)2。

圖2 淺層土質(zhì)滑坡模型滲透系數(shù)曲線和水土特征曲線

圖3 含水量及抗剪強(qiáng)度參數(shù)數(shù)值變化圖

此外，根據(jù)本次研究中的各項(xiàng)參數(shù)及模型內(nèi)圖樣結(jié)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行不同浸潤(rùn)實(shí)驗(yàn)下的殘坡積層圖樣本中的含水量及相對(duì)應(yīng)的抗剪強(qiáng)度參數(shù)數(shù)值進(jìn)行繪制，結(jié)果見(jiàn)圖3。

2 結(jié)果分析

2.1 降雨條件下滑坡面孔隙水壓力變化分析

本次實(shí)驗(yàn)研究中對(duì)降雨條件下滑坡面孔隙水壓的變化進(jìn)行曲線繪制，其曲線圖見(jiàn)圖4。

圖4 滑坡面孔隙水壓的變化曲線

根據(jù)圖4中能夠看出不同的殘坡積層厚度不同，其孔隙水壓隨著時(shí)間的變化曲線也存在者差異性，其中當(dāng)殘坡積層厚度為1m時(shí)，在0h-48h內(nèi)呈上升趨勢(shì)，在48h之后呈下降趨勢(shì)；當(dāng)殘坡積層厚度為2m時(shí)，在0h-48h內(nèi)呈上升趨勢(shì)，在48h之后呈下降趨勢(shì)……直至當(dāng)殘坡積層厚度為5m時(shí)，在0h-48h內(nèi)仍呈上升趨勢(shì)，在48h之后仍呈下降趨勢(shì)。因此，得出當(dāng)降雨時(shí)間在0h-48h之間內(nèi)殘坡積層孔隙水壓隨著時(shí)間的增大而之間增大，當(dāng)其壓力達(dá)到最大之后，隨著降雨時(shí)間的技術(shù)，其孔隙內(nèi)的水壓隨之下降?？紫秲?nèi)的水壓發(fā)生變化情況與降雨的時(shí)間長(zhǎng)短之間存在耦合性關(guān)系。此外，在降雨的條件下，雨水首先經(jīng)過(guò)土層基質(zhì)不斷的吸收雨水，當(dāng)吸收遇水的含量達(dá)到上限是，其內(nèi)部的吸收能力也降低為最低點(diǎn)，導(dǎo)致其遇水逐漸向基覆面轉(zhuǎn)移，出現(xiàn)基覆面滯水的現(xiàn)象產(chǎn)生，隨著基覆面滯水的逐漸增加，內(nèi)部的水頭壓力也逐漸增大，最終導(dǎo)致低緩淺層土質(zhì)滑坡現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2.2 降雨條件下低緩淺層土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)?zāi)M對(duì)降雨條件下低緩淺層土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性隨著時(shí)間變化曲線進(jìn)行繪制，其結(jié)果見(jiàn)圖5。

根據(jù)圖5中能夠看出不同的厚度的斜坡穩(wěn)定性系數(shù)隨著時(shí)間的變化可以將其分為兩個(gè)階段，其第一個(gè)階段是降低階段，第二個(gè)階段是增高階段。第一階段的時(shí)間范圍為0h-43h，第二階段的時(shí)間范圍為43h之后。在第一階段內(nèi)隨著降雨期間內(nèi)雨水深入斜坡土層內(nèi)的水量逐漸增加，殘坡積土內(nèi)的含水量及孔隙內(nèi)的水壓也逐漸增加，導(dǎo)致其穩(wěn)定性系數(shù)逐漸升高，穩(wěn)定性逐漸降低。當(dāng)降雨結(jié)束在第二階段內(nèi)斜坡土層內(nèi)的水量通過(guò)外滲作用，逐漸降低，殘坡積土內(nèi)的含水量及孔隙內(nèi)的水壓也逐漸降低，最終使其斜坡的穩(wěn)定性系數(shù)逐漸趨于穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后穩(wěn)定性系數(shù)逐漸升高，穩(wěn)定性逐漸降低。

圖5 滑坡穩(wěn)定性隨著時(shí)間變化曲線

3 總結(jié)

3.1 影響低緩淺層土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性的因素

根據(jù)本次研究中對(duì)低緩淺層土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性的影響因素進(jìn)行分析，能夠看出其主要包含斜坡土層的厚度、基覆面孔隙水壓的強(qiáng)度、雨水滲透的時(shí)間長(zhǎng)度。其中斜坡土層厚度越厚其穩(wěn)定性系數(shù)越高，雖然在0h-43h內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定性系數(shù)下降的現(xiàn)象，但是其下降的曲線斜率k值明顯低于斜坡土層厚度低的?；裁婵紫端畨旱膹?qiáng)度的增加會(huì)導(dǎo)致斜坡穩(wěn)定性下降，而隨著雨水滲透時(shí)間的增加，基覆面孔隙水壓逐漸增加，從而導(dǎo)致其穩(wěn)定性逐漸降低。因此，斜坡土層的厚度、基覆面孔隙水壓的強(qiáng)度、雨水滲透的時(shí)間是降雨條件下影響低緩淺層土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性因素的主要因素。

3.2 降雨條件下低緩淺層土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性耦合分析

針對(duì)本次研究研究得出的影響低緩淺層土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性因素對(duì)其各項(xiàng)因素與其穩(wěn)定性進(jìn)行耦合性分析，其中在1m-5m土厚斜坡的研究中分別對(duì)其基覆界面處孔隙壓力曲線和斜坡穩(wěn)定性系數(shù)曲線進(jìn)行了繪制，并且對(duì)其進(jìn)行了耦合性分析總結(jié)結(jié)果為降雨條件下隨著降雨量的逐漸增加，殘坡積層內(nèi)的含水量逐漸增加，其基覆界面處孔隙水壓力逐漸增大，最終導(dǎo)致雨水滲透到基石結(jié)構(gòu)中，造成淺土層滑坡現(xiàn)象的發(fā)生。因此，降雨條件下低緩淺層土質(zhì)滑坡穩(wěn)定性各影響因素之間存在耦合關(guān)系，也對(duì)其穩(wěn)定性具有耦合性。

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4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了TIN的特點(diǎn)、TIN的生成算法以及離散點(diǎn)凸包的生成，同時(shí)以VC++6.0為平臺(tái)，調(diào)用OpenGL庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)了TIN網(wǎng)的繪制和TIN形成區(qū)域的繪制。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)利用上述理論和方法形成的TIN網(wǎng)不但符合TIN的最基本要求而且還滿足實(shí)際的需要，為利用TIN實(shí)現(xiàn)復(fù)雜物體表面繪制和地形起伏的模擬提供了可靠的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

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F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-12-442-2

王修宮（1987～），男，本科，工程師。