降雨因素對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響分析

李曜男 張龍飛 廖 康 李嘉祺

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

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降雨因素對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響分析

李曜男 張龍飛 廖 康 李嘉祺

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074)

以貴州省松桃縣馬頸坳滑坡為例，利用seep/w和slope/w兩種模型，從雨型、雨強(qiáng)以及持續(xù)時(shí)間三方面，分析了降雨的影響因素，解決了不同降雨條件對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響的問題。

滑坡穩(wěn)定性，降雨強(qiáng)度，數(shù)值模擬，工程地質(zhì)

0 引言

降雨是誘發(fā)滑坡的主要因素，國內(nèi)外從不同的角度對(duì)降雨滑坡災(zāi)害進(jìn)行研究，取得了不少成果。TSAPARAS I，HARIANTO RAHARDJO認(rèn)為，降雨使巖土體從非飽和狀態(tài)變成飽和狀態(tài)，巖土體力學(xué)強(qiáng)度降低，雨水下滲產(chǎn)生靜水壓力和揚(yáng)壓力，造成坡體破壞[1,2]。晏同珍對(duì)降雨的周期性規(guī)律與滑坡發(fā)生頻數(shù)進(jìn)行分析[3]。林孝松討論了滑坡與降雨歷時(shí)、雨量、雨強(qiáng)、雨型的關(guān)系[4]。陳麗霞分析了降雨型滑坡發(fā)生的概率與降雨的關(guān)系[5]。李長江基于累計(jì)滑坡頻度—降雨量分形關(guān)系導(dǎo)出了一種新的計(jì)算前期有效降雨量的方法[6]。陳偉等建立了針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生概率的降雨預(yù)警基準(zhǔn)的概率統(tǒng)計(jì)分析方法[7]。

由此可見，研究降雨因素對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響非常必要。本文以貴州省松桃縣馬頸坳滑坡為例，分別計(jì)算分析了降雨類型、強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間對(duì)該滑坡穩(wěn)定性的影響。

1 工程概況與模型建立

1.1 工程概況

馬頸坳滑坡位于貴州省松桃縣，前緣緊鄰326國道。該滑坡系一古滑坡在外界因素誘發(fā)復(fù)活所致。該滑坡為一中層堆積體滑坡，主滑方向335°?；w主要由第四系崩殘坡積堆積物組成，為粘土和碎石土；滑帶為泥化程度高的粉質(zhì)粘土或粘土；滑床為弱風(fēng)化的灰?guī)r。巖體完整，中～厚層狀構(gòu)造，屬硬質(zhì)巖組。

1.2 模型建立

根據(jù)馬頸坳滑坡實(shí)際情況，采用工程地質(zhì)實(shí)測縱剖面圖為原型作為穩(wěn)定性計(jì)算剖面。具體計(jì)算參數(shù)如表1所示。

天然工況下計(jì)算剖面左邊界為593 m定水頭邊界(第一類邊界)，右邊界為602 m定水頭邊界(第一類邊界)。當(dāng)降雨強(qiáng)度小于入滲強(qiáng)度時(shí),降雨入滲受降雨強(qiáng)度的控制，坡面為定流量邊界(第二類邊界)；當(dāng)降雨強(qiáng)度大于土體的入滲強(qiáng)度時(shí),將在地表形成表面徑流或者壤中流，坡面為定水頭邊界(第一類邊界)。

表1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)

2 降雨影響因素分析

2.1 雨型

在總降雨量一定的情況下，本文選取4種不同的降雨雨型進(jìn)行滲流模擬，分別是：雨型1，勻強(qiáng)度降雨，即降雨強(qiáng)度保持0.06 m/d不變；雨型2，峰值無持續(xù)型降雨，即初始時(shí)刻降雨強(qiáng)度為0，到第2 d勻速增大到0.12 m/d，第4天勻速減小到0；雨型3，峰值持續(xù)型降雨，即初始時(shí)刻降雨強(qiáng)度為0，到第1天勻速增大到0.08 m/d，保持2 d，之后勻速減小到0；雨型4，間歇型降雨，即降雨強(qiáng)度保持0.12 m/d和0 m/d，間歇性循環(huán)。4種降雨條件如圖1所示。

對(duì)4種不同雨型工況下滑坡進(jìn)行滲流模擬，到第6天，將各滲流結(jié)果導(dǎo)入slope/w進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，得到在不同工況下滑坡穩(wěn)定定性系數(shù)變化趨勢如圖2所示。

隨著降雨的進(jìn)行，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)整體呈現(xiàn)減小趨勢，不同降雨雨型條件下穩(wěn)定性系數(shù)減小趨勢不同。對(duì)于降雨雨型1，穩(wěn)定性系數(shù)始終為4種工況的最大值，說明在總降雨量一定的情況下，勻強(qiáng)度降雨對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響最??；對(duì)于降雨雨型2，穩(wěn)定性系數(shù)在第1天為最小，但整體變化幅度同樣最?。粚?duì)于降雨雨型3，穩(wěn)定性系數(shù)在第1天最大，隨后減小幅度同樣最大；對(duì)于降雨雨型4，自第2天后，穩(wěn)定性系數(shù)始終為最小，說明在總降雨量一定的情況下，間歇型降雨對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響最大。

2.2 雨強(qiáng)

在降雨持續(xù)時(shí)間保持不變的情況下，本文選取了峰值持續(xù)型降雨，考慮3種不同的降雨強(qiáng)度，分別為0.04 m/d,0.08 m/d,0.12 m/d,如圖3所示。

對(duì)3種不同降雨強(qiáng)度工況下滑坡進(jìn)行滲流模擬，到第6天，將各滲流結(jié)果導(dǎo)入slope/w進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，得到在不同工況下滑坡穩(wěn)定性系數(shù)變化趨勢如圖4所示。

隨著降雨的進(jìn)行，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)整體呈現(xiàn)減小的趨勢，3種不同強(qiáng)度降雨條件下，穩(wěn)定性系數(shù)均在第2天變化幅度最大。在第1天，降雨強(qiáng)度1,2條件下滑坡穩(wěn)定性系數(shù)相近，而降雨強(qiáng)度3條件下穩(wěn)定性系數(shù)與前兩種工況相差較大；降雨強(qiáng)度1條件下滑坡穩(wěn)定性系數(shù)于第6天已基本趨于穩(wěn)定，而降雨強(qiáng)度2,3條件下滑坡穩(wěn)定性系數(shù)仍有小幅度減小。

2.3 持續(xù)時(shí)間

在考慮降雨持續(xù)時(shí)間對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響時(shí)，本文選取了峰值持續(xù)型降雨，在降雨峰值強(qiáng)度保持0.08 m/d不變的條件下，選取3種不同的持續(xù)時(shí)間，分別為4 d,6 d,8 d，如圖5所示。

對(duì)3種不同降雨持續(xù)時(shí)間工況下滑坡進(jìn)行滲流模擬，到第10天，將各滲流結(jié)果導(dǎo)入slope/w進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，得到在不同工況下滑坡穩(wěn)定性系數(shù)變化趨勢,如圖6所示。

隨著降雨的進(jìn)行，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)均呈現(xiàn)減小趨勢。3種不同持續(xù)時(shí)間條件下，前3天的穩(wěn)定性系數(shù)均相同，也進(jìn)一步驗(yàn)證了模型計(jì)算的準(zhǔn)確性。不同的是，在降雨持續(xù)時(shí)間1條件下，自第4天降雨結(jié)束后到第10天，滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)變化幅度不大；在降雨持續(xù)時(shí)間2條件下，自第6天降雨結(jié)束后到第10天，滑坡穩(wěn)定性系數(shù)變化幅度較大。原因是在降雨持續(xù)時(shí)間1條件下，降雨歷時(shí)較短，滲流穩(wěn)定時(shí)間較快。

3 結(jié)語

本文通過不同工況滲流穩(wěn)定性計(jì)算，得到以下結(jié)論：

1)隨著降雨的進(jìn)行，滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)整體呈現(xiàn)減小的趨勢。

2)在總降雨量一定的條件下，不同降雨雨型條件下穩(wěn)定性系數(shù)減小的趨勢不同。勻強(qiáng)度降雨對(duì)滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)影響最??；峰值無持續(xù)型降雨條件滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)變化幅度最??；峰值持續(xù)型降雨條件滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)變化幅度最大；間歇型降雨對(duì)滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)影響最大。

3)3種不同雨強(qiáng)條件下，穩(wěn)定性系數(shù)均在第2天變化幅度最大。在第1天，降雨強(qiáng)度1,2條件下滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)相近，而降雨強(qiáng)度3條件下的穩(wěn)定性系數(shù)略小，與前兩種工況相差較大；降雨強(qiáng)度1條件下滑坡穩(wěn)定性系數(shù)于第6天已基本趨于穩(wěn)定，而降雨強(qiáng)度2,3條件下滑坡穩(wěn)定性系數(shù)仍有小幅度減小。

4)3種不同的降雨持續(xù)時(shí)間條件下，降雨持續(xù)時(shí)間1自第4天降雨結(jié)束后到第10天，滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)從1.129減小到1.115，變化幅度不大；在降雨持續(xù)時(shí)間2的條件下，自第6天降雨結(jié)束后到第10天，滑坡的穩(wěn)定性系數(shù)從1.102減小到1.077，變化幅度較大。

[1] TSAPARAS I,RAHARDJO H,TOLL D G,et al.Controlling parameters for rainfall-induced landslides[J].Computer and Geotechnics,2002,29(1):1-27.

[2] HARIANTO RAHARDJO,ALFRENDO SATYANAGA NIO,ENG CHOON LEONG,et al.Effects of groundwater table position and soil properties on stability of slope during rainfall[J].Journal of Geoenvironmental Engineering,2010,28(6):1555-1564.

[3] 晏同珍,楊順安.崩塌滑坡災(zāi)害群發(fā)性初探[J].災(zāi)害學(xué),1987(3):23-28.

[4] 林孝松,郭 躍.滑坡與降雨的耦合關(guān)系研究[J].災(zāi)害學(xué),2001(2):88-93.

[5] 陳麗霞,殷坤龍,劉禮領(lǐng),等.江西省滑坡與降雨的關(guān)系研究[J].巖土力學(xué),2008(4):1114-1120.

[6] 李長江,麻土華,李 煒,等.滑坡頻度—降雨量的分形關(guān)系[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào),2010(1):87-93.

[7] 陳 偉,許 強(qiáng).地質(zhì)災(zāi)害降雨預(yù)警基準(zhǔn)研究[J].地球與環(huán)境,2011(3):393-398.

Analysis on the impact of rainfall factors upon landslide stability

Li Yaonan Zhang Longfei Liao Kang Li Jiaqi

(ChinaUniversityofGeosciences,FacultyofEngineering,Wuhan430074,China)

Taking Majing’ao landslide in Songtao county of Guizhou province as an example, using seep/w and slope/w models, starting from three aspects of rainfall pattern, rainfall intensity and sustaining time, the paper analyzes rainfall influencing factors, and solves the impact of different rainfall conditions upon landslide stability.

landslide stability, rainfall intensity, numerical simulation, engineering geology

1009-6825(2017)13-0063-02

2017-02-23

李曜男(1991- )，男，在讀碩士

P642.22

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