降雨对某滑坡的稳定性分析及模拟

时间：2024-06-19

赵普意，钟声

（成都理工大学环境与土木工程学院，成都610059）

0 引言

滑坡区位于重庆市秀山县里仁镇老鹰村，现场调查，滑坡直接威胁到的村民达42户178人，老鹰小学100余人，另有耕地、电线、电缆、道路等基础设施，因此，有必要对其进行稳定性分析。

1 工程地质情况

勘查区地貌属中山地貌，总体上北东高、南西低，地形起伏较大，最大高差为75m，姚家湾滑坡地形北东高南西低，呈“圈椅状”地貌，滑坡东侧发育有冲沟，地形呈后陡中缓前陡，滑坡后缘为陡坡，坡度18°～30°，滑坡体中后部坡度较缓，呈台阶状，由下至上，有4级台阶（如图1所示）。

图1 勘查区地形图

1.1 地质构造与水文地质特征

滑坡区构造上位于秀山背斜南东翼，岩层产状为137°∠17°，岩体中发育2组裂隙：Ⅰ组裂隙产状为338°∠70°，压性，裂隙面较平整，延伸长度约10m，裂隙宽度0.002～0.05m，裂隙间距1.2～1.5m，充填少量泥质；Ⅱ组裂隙产状为93°∠81°，压性，裂隙面较平整，延伸长度5～6m，裂隙宽度0.005～0.03m，裂隙间距1.0～2.5m，充填少量泥质，次级褶皱不发育，属简单的单斜构造区。

滑坡体后缘有一条溪流沿着滑坡左侧边界流向滑坡南侧边缘河沟内，滑坡左侧溪流流量为2L／s，据访问，极端暴雨条件下能达到1m3／s，滑坡南侧边界为一条常年流水的河流，河流流量为5L／s。通过现场勘查访问，共发现2处泉点，分别在老鹰塘旁（高程约401m）及姚德福家旁边的冲沟处（高程约399.5m）。

1.2 滑坡地貌特征

滑坡呈圈椅状地貌，地形后陡中缓前陡。前缘临空，且地形坡度大，为滑坡发育提供了有力的边界条件。

滑坡变形主要集中在浅层滑坡范围内，深层滑坡仅在后缘及中后部为发生拉裂变形，多呈弧形，宽度0.9～5cm不等。浅层滑坡变形特征显著，上、中、下部均出现拉张裂缝。浅层滑坡中后部出现多条张裂缝，宽度5～10cm不等，长度5～16m，与滑坡方向基本垂直。下部平台处明显下沉，变形严重。

1.3 滑坡体的物质组成

滑坡体物质组成主要均为块碎石土：主要由块碎石夹粉质黏土组成，其中粉质黏土为黄灰色、黄褐色，可塑—硬塑状态，土体较湿，块碎石主要成分以页岩为主，碎块石风化严重，直径一般3～20cm，地表可见最大块径约200cm，含量50%～60%，结构松散。

滑带厚约0.10～0.25m，物质成分为粉质黏土夹碎石、角砾，褐黄色，褐灰色，软塑—可塑状，干强度中等，韧性中等—差，稍有光泽，手捻滑感明显，局部含有5%～15%的碎石，粒径碎石表面见有滑动擦痕，钻探揭露土芯中有光滑镜面及揉搓显现，搓动痕迹，具一定的定向排列特征，粒径约5～10mm。

滑床为奥陶系五峰组页岩，暗紫红色，页理状构造，泥质结构，上部为强风化，为片状，岩芯破碎易风化，厚度0.91～2.57m，其下为中风化，岩体较完整。

1.4 滑坡形成机制

姚家湾滑坡后部变形显著，中部稍渐变弱，前缘变形不明显。据多方访问，滑坡后缘裂缝发生在先，滑坡前缘为斜坡陡缓转折处，局部基岩出露。滑坡的破坏机制为上覆土层沿岩土界面发生的滑动，其破坏模式为推移式滑坡，滑坡主要影响因素为滑坡区地形地貌条件、物质组成、降雨作用、人类工程活动。

天然状态下碎石土边坡的稳定性系数全储备。在一般强度的降雨作用下，雨水从浅表层下渗到下伏的碎石土层后一般都会较快地通过管网状排泄系统向坡外排泄。但是，在长时间一定强度的连续降雨或在一定持续时间的强降雨作用下，浅表部土体中的细粒土在一定“水力梯度”下将在碎块砾石间移动或流动，导致排泄管道发生堵塞或破坏，从而使得地下水来不及通过管网状排泄系统向坡外排泄，结果将引起地下水位不断上升，从而引起滑体饱水面积比不断增大，导致滑坡体中孔隙水压力不断增大，滑体下滑力也随之不断增大，结果使得滑面岩土体的等效抗剪强度不断降低，滑坡稳定性系数和滑坡体的稳定性也将不断下降。

2 稳定性分析

2.1 天然状况下计算

滑坡土层相关物理力学参数取值见表1所示。

表1 土体物理力学参数建议值

滑坡的滑面为折线型，故采用基于极限平衡理论的折线型滑动面的传递系数法进行滑坡的稳定性评价计算及剩余下滑力推力计算。

式（1）为稳定性计算公式：

通过计算得出FS＝1.1，即滑坡处于稳定状态。

2.2 暴雨状况下计算

根据当地的降雨情况，秀山地区的平均降雨量为1 341.1mm，以5、7两月最多，均接近200mm，因此选定模拟区段的降雨强度为6.67mm／d，然后根据现场取回的土体做渗透试验，得出滑体的渗透系数为0.6m／d。滑床的渗透系数为0.01m／d，利用以上参数，通过geostudio，软件模拟出30天滑坡的工程地质变化情况，如图2～3。

通过分析可以发现，降雨对滑坡体的影响可分为2个阶段：

第1阶段：降雨入渗阶段。在这个阶段，由于滑坡具有一定的厚度，因此降雨进入滑体并产生影响，需要一定时间，在此阶段，滑体有表面向内部逐渐饱和。

图2 初始地下水位线

图3 降雨渗流分析

第2阶段：坡体渗流阶段。当降雨到达基覆界面，由于基岩与覆盖层渗透系数的差异，使降雨沿滑带向下渗流，因此，在整个模拟的过程中，滑坡体内部地下水位线发生改变不明显，但是坡脚处的地下水位线发生明显变化。

通过以上分析，再进行滑坡稳定性的计算，如图4所示。

图4 滑坡稳定性分析

稳定性计算方法采用Morgenstern－Price，其稳定性分析结果，随降雨天数的变化如图5所示。

图5 滑坡的稳定性随降雨天数的变化

通过分析，在降雨作用下，滑坡的稳定性变化可以分为3个阶段。

第1阶段：在这一阶段，滑坡的稳定性发生了缓慢的降低，这是由于降雨作用，导致滑体的重度天然重度逐渐变为饱和重度，所以稳定性下降但很缓慢。

第2阶段：在这一阶段，滑坡的稳定性下降非常明显，这是由于当降雨到达基覆界面时，滑带的抗剪强度参数降低，同时，由于动水压力的影响，导致滑坡的稳定性下降明显。