降雨型滑坡水文地質(zhì)條件分類淺析★

邱淑豪 李全文 常金源，2

(1.紹興文理學(xué)院土木工程學(xué)院，浙江 紹興 312000; 2.浙江省工程勘察院，浙江 寧波 315012)

1 概述

針對降雨型滑坡這一具體的研究對象而言，由于其穩(wěn)定性與降雨，特別是雨水入滲有密切的聯(lián)系，其水文地質(zhì)條件特指造成滑坡不穩(wěn)定狀況的坡表入滲、坡體內(nèi)徑流繼而排泄，或者其他能夠造成滑坡不穩(wěn)定狀況的地下水活動情況［1］。

對于降雨型滑坡中降雨—地下水系統(tǒng)聯(lián)系的研究零散的見于一些文獻中，多為總結(jié)性質(zhì)。如殷坤龍等［2］認為降雨使得滑坡底部出現(xiàn)潛水流。張年學(xué)等［3］以長江三峽庫區(qū)順層岸坡為基礎(chǔ)，討論了地下水對岸坡穩(wěn)定性的影響，將調(diào)查獲得的順層岸坡的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)、岸坡含水層分為以下幾種基本類型。周平根［4］根據(jù)滑坡體及其周圍介質(zhì)的含水性組合，將滑坡的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)劃分為兩大類八小類，指出這些水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)控制了滑坡的地下水的補給、徑流、排泄條件。

2 按降雨進入坡體的通道形式進行劃分

2.1 表面入滲型

此種類型指坡體完整，表面少裂隙(僅發(fā)育在表層)或無裂隙的情況。降雨過程中雨水僅能通過坡表入滲到坡體內(nèi)部，決定入滲深度大小和邊坡穩(wěn)定性的重要因素是構(gòu)成坡體的巖土體的滲透系數(shù)的大?。?］。滲透系數(shù)越大，單位時間內(nèi)降雨入滲深度越大，從降雨開始到雨水接觸到滑帶所用的時間也就越短，邊坡對降雨表現(xiàn)出的敏感性越強烈，此時也越容易發(fā)生較深層的滑坡［6］。

降雨初期，表面坡體基質(zhì)吸力較大，入滲能力強，一般而言大于降雨強度，難以形成坡表徑流。這一階段稱為通量控制階段，屬于無壓入滲或自由入滲。

存在這樣兩種情況:1)在降雨過程中或降雨結(jié)束后很短時間內(nèi)雨水即滲入到滑帶的位置，此時整個邊坡接近飽和，邊坡處于最不穩(wěn)定的狀態(tài)，外部微小的擾動就會導(dǎo)致滑坡的發(fā)生;2)在降雨過程中僅坡體表面一定深度下處于飽和狀態(tài)，此時坡體的穩(wěn)定性安全系數(shù)并沒有降到最低點(但是有可能小于1，從而使斜坡發(fā)生滑動)，斜坡發(fā)生小規(guī)模的淺層滑坡。稱前者為“強滲”型，后者為“弱滲”型。

2.2 優(yōu)勢通道入滲型

優(yōu)勢通道主要指使雨水能迅速的進入坡體或滑帶位置以使邊坡產(chǎn)生不穩(wěn)定狀況的入滲通道，這些優(yōu)勢通道典型的有坡體后緣產(chǎn)生的拉張裂隙、巖石風(fēng)化或卸荷產(chǎn)生的次生裂隙、巖溶管道、黃土中的豎直裂縫和落水洞等［7］。與表面入滲型相比，優(yōu)勢通道入滲型對降雨反應(yīng)迅速，這是由于裂隙(管道)的滲透性往往數(shù)千倍于巖土體的滲透性。再者，由于滲透性強，可以“截流”部分水流，其外在表現(xiàn)就是流過裂隙發(fā)育區(qū)的坡表徑流系數(shù)減小，進入坡體內(nèi)的水量增多，降雨量可以迅速積聚在影響邊坡穩(wěn)定的目的層位，無論是產(chǎn)生靜水、動水壓力，或是軟化軟弱層等，都使得滑坡對降雨擾動的反應(yīng)時間縮短［8］。相比較而言，后者對邊坡穩(wěn)定性影響所需的累積入滲量也較前者少，容易產(chǎn)生滑坡災(zāi)害。

3 按坡體內(nèi)運移通道劃分

3.1 裂隙型

裂隙型主要指由微風(fēng)化～中等風(fēng)化巖體，構(gòu)造巖體，頁巖、板巖等巖體構(gòu)成的巖質(zhì)邊坡，其中既有構(gòu)造形成的裂隙，如張開的節(jié)理、斷層等張開型裂隙，也有因為后期風(fēng)化作用以及工程開挖形成的次生裂隙，如含閉合節(jié)理的巖體風(fēng)化后形成的風(fēng)化裂隙，邊坡開挖形成的卸荷裂隙等，以及一些特殊的情況，如軟硬互層結(jié)構(gòu)中，軟巖流變變形，造成硬巖拉張破壞時形成的裂隙［9］。

這種情況下邊坡對降雨過程的反應(yīng)迅速，往往在暴雨或大暴雨的降雨強度條件下形成滑坡。此類條件下，主要應(yīng)考慮三種情況的影響:水對結(jié)構(gòu)面的潤滑和對滑坡體的增重作用;水的(滲透)靜水壓力［10］;水在流動時產(chǎn)生的滲透動水壓力(滲流體積力［11］)。后兩種力的疊加作用結(jié)果在一定條件下使得巖體發(fā)生劈裂擴展、剪切變形和位移［12］。

3.2 巖溶型(管道型)

巖溶侵蝕作用屬于化學(xué)侵蝕過程，在自然界中是一個漫長的過程。我們考察降雨，特別是大暴雨對巖溶型滑坡的影響是在以上巖溶侵蝕結(jié)果的基礎(chǔ)之上，分析的重點應(yīng)該集中在［13］:1)巖溶水流降低有效法向應(yīng)力，從而降低結(jié)構(gòu)面的抗剪強度，同時水在巖溶管道里面流動時產(chǎn)生的壓力和沖擊力，可促使巖體沿潛在的裂隙面或者剝離面向臨空方向產(chǎn)生崩塌等失穩(wěn)現(xiàn)象［14］;2)降雨形成的地下水對夾層的軟化作用。

對于一次強度較大的降雨，可以使得巖溶管道充滿水，從而產(chǎn)生對管壁的靜水壓力，如圖1所示。

圖1 巖溶管道內(nèi)靜水壓力分布圖

對于半徑為r單個管道而言，深度為h、單位高度為d h的橫截面處x方向的靜水壓力為:

對于h高度的單一管道而言，作用在整個管道的靜水壓力為:

靜水壓力的趨勢是將巖體向臨空面推擠，有可能在巖體內(nèi)特別是巖溶管道發(fā)育的面(如像Ω平面一樣的結(jié)構(gòu)面)上產(chǎn)生拉張應(yīng)力，從而使得巖體強度迅速降低，不考慮側(cè)壓力情況下，巖體強度降低可由圖2直觀的表示出來。σ1為覆巖壓力，σ3在初始條件下為0，σ'3為降雨過后，巖溶管道中存在靜水壓力作用下巖體中產(chǎn)生的拉張應(yīng)力。從圖2中可以明顯的看出σ'3的存在將使得應(yīng)力圓更加靠近巖體強度包絡(luò)線，也就是巖體發(fā)生破壞的安全余度更小，發(fā)生破壞的可能性增加。

圖2 巖體破壞分析圖

3.3 孔隙型

這類邊坡主要有土質(zhì)邊坡、表層巖石強烈風(fēng)化后的邊坡、堆積體邊坡、沖洪積邊坡等等，水在坡體中的運移方式主要以孔隙流動為主［15］。相比較而言，孔隙型中，水的流動相比以上兩種類型速度低，即滲透性較差，邊坡對降雨過程的反應(yīng)滯后。影響此類邊坡穩(wěn)定性的因素主要為降雨入滲使得坡體基質(zhì)吸力分布發(fā)生變化，弱化了土體的抗剪強度［16］。

4 結(jié)語

本文在分析、總結(jié)不同滑坡在降雨條件下的入滲、變形特征的基礎(chǔ)上，提出針對降雨型滑坡的水文地質(zhì)條件分類，主要從兩個方向進行分類:降雨進入坡體的通道形式和坡體內(nèi)運移通道形式。前者細分為表面入滲型和優(yōu)勢通道入滲型兩種，后者細分為裂隙型、巖溶型和孔隙型。

針對表面入滲型，根據(jù)降雨“飽和臨界時間”的概念進一步細分為“強滲”型和“弱滲”型?！皬姖B”型邊坡是指在降雨過程中或降雨結(jié)束后很短時間內(nèi)整個邊坡便接近飽和，外部微小的擾動就會導(dǎo)致滑坡的發(fā)生?！叭鯘B”型邊坡是指在降雨過程中僅坡體表面一定深度下處于飽和狀態(tài)，邊坡發(fā)生小規(guī)模的淺層滑坡。