暴雨及地表荷载对滑坡稳定性的影响及计算取值

钟 静

（中国建筑西南勘察设计研究院有限公司，成都 610081）

暴雨及地表荷载对滑坡稳定性的影响及计算取值

钟 静

（中国建筑西南勘察设计研究院有限公司，成都 610081）

滑坡是三峡库区最主要的地质灾害之一。暴雨及地表外荷载是影响滑坡稳定性的重要因素。通过暴雨、公路荷载和建筑荷载对滑坡稳定性的影响机理，给出了各影响因素在稳定性计算时的计算方法或取值。

滑坡；暴雨；荷载；稳定性

滑坡是三峡库区最主要的地质灾害之一。通过对三峡库区150多个滑坡勘察资料的整理和研究发现，除了库水的影响，暴雨及地表外荷载是影响滑坡稳定性的重要因素，稳定性计算时应该计入。《三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术要求》[1]、重庆市《地质灾害防治工程勘察规范》[2]和《重庆市地质灾害防治工程设计规范》[3]（以下简称《规范》）中规定了暴雨计算工况，但是未说明暴雨工况如何影响和计算滑坡稳定性，《规范》中规定计算条块自重时需加入滑体上的附加荷载，但是《规范》只规定了计算建筑荷载未考虑公路荷载的影响，且各《规范》对建筑荷载大小的规定不一。本文通过对暴雨和附加荷载对滑坡稳定性的影响机理，给出了各影响因素在稳定性计算时的计算方法或取值。

1 暴雨对滑坡稳定性的影响

1.1 暴雨对滑坡稳定性的影响机理

降雨主要通过以下4个方面的机制来诱发滑坡的发生：

①大量的地表水渗入岩土体使其重量增加，增大了滑体的下滑力，并且渗入的水使岩土体被软化、潜蚀，导致其抗剪强度降低[4,5]；②降雨期间或降雨之后，雨水渗入滑体，引起坡体内部渗流场发生变化，斜坡岩土体内孔隙水压力的升高，有效应力降低，使潜在滑动面上的抗剪强度降低[4,5]；③干湿交替导致岩土体开裂，产生了大量的裂隙，使更多的水进入岩土体，加速了滑坡的发生[4]；④降雨使地下水位升高，升高的地下水位对岩土体产生浮托力[4]。

1.2 暴雨工况的稳定性计算方法

暴雨工况的滑坡稳定性计算包括两个方面。

一是降雨入渗的岩土体部分按饱和重度考虑，关键在于暴雨入渗深度的确定。

张士宇等[6]通过计算非饱和土高填土路堤实例，对比了Pradel & Raad( 1993)提出的国外经验法和李焯芬等人的国内方法的计算结果，指出前者计算的计算结果较为合理。

为了使土体饱和浸润到一定深度zw，必须满足两个条件：（1）降雨强度必须大于土的入渗率vi；（2）降雨的时间Tw必须足够长以便饱和浸润土体至深度zw。

式中：θs、θ0—分别为土体的饱和体积含水量和实测体积含水量；k—土体湿润区的导水率（渗透系数）；s—土体浸润锋面的毛细吸力（以水柱高度计，m）。

为了保证浸润锋面穿透直至深度zw，临界降雨持续时间Tmin≧Tw并且界限降雨强度Imin≧vi以确保浸润锋面以后的土体充分饱和（Imin是保证极限深度以上的土体充分饱和的最小的降雨强度）。由（1）（2）式可知，降雨入渗深度的计算和重现期没有必然的联系，只要降雨强度大于入渗率，入渗深度就只与降雨持时、含水率、基质吸力有关。

根据陈伟等[7]的研究，边坡土体中降雨的入渗存在一个极限的入渗深度，当入渗达到极限深度而降雨持续进行时，边坡降雨都形成面流，土体中雨水入渗的最大深度理论公式：

式中：mw为坡面A点水的质量；g为重力加速度；uw为A点的孔隙水压力；ρw为A点水的密度。

因此降雨入渗深度应根据zw、ymax综合确定。

二是考虑暴雨后地下水会有不同程度抬升，根据水文地质条件，综合考虑各种因素、地形、弱渗透性、植被、水田等，计算地下水抬升幅度，局部条块因地面特征（居民区、池塘、地形较陡等）不同而稍有变化。地下水范围内的水压力按《规范》计算。

2 公路荷载对滑坡稳定性的影响

2.1 公路荷载作用特点

通过对三峡库区150多个滑坡勘察资料的整理发现，大多数滑坡稳定性计算未考虑公路荷载的影响。对于滑体深厚，或者公路从滑坡抗滑区段通过，汽车荷载同滑体自重相比可以忽略的情况，不计公路荷载是合适和安全的。但是，当滑体较薄，汽车荷载量值相对较大，或公路从滑坡下滑区段通过的滑坡，汽车荷载以及汽车冲击力对滑坡稳定性的影响会变得突出，如不考虑公路荷载的影响，计算结果偏于不安全。

根据杨万红[8]、叶四桥[9]等人的研究，由于汽车行驶速度变化范围大、轮胎阻尼随机性强、路面状况复杂等都对汽车荷载及冲击力有影响，荷载大小、空间分布均具有随机性，因此，汽车荷载是一种典型的随时间、空间位置等因素变化的复杂荷载，在理论分析过程中往往采用简化方法来近似表征。公路荷载包括汽车荷载和汽车动力荷载；前者以移动恒载表示，后者以冲击系数量化。

2.2 公路荷载的取值

在公路路面结构及桥梁等结构设计中，汽车动力荷载取值通常采取三种方法：动力荷载、移动恒载和移动随机荷载。在工程中，可根据工程特点以及研究精度要求灵活选用。仅用于滑坡稳定性计算，本文推荐采用第二种方法。

据JTG B01-2003《公路工程技术标准》[10]的规定选取相应等级的汽车荷载P，汽车动荷载可表达为：

式中：P为汽车静载；ΔP为汽车动力荷载，kPa；μ为冲击系数，尽管μ随车速、路面波长（不平整度）有所变化，但其量值始终处于0.1～0.4之间，路面越不平整μ值越大。则公路荷载为P+ΔP。

3 建筑荷载对稳定性计算的影响及取值

当建筑物采用桩基础且桩端置于滑面以下稳定滑床时，不计算建筑物荷载。当建筑物基础位于滑体内，则建筑物重量为滑体自重的附加值。

《地质灾害防治工程勘察规范》[2]中规定，建筑荷载可按假定建筑物分布范围内建筑荷载均布，每层按2～5kPa、将每层荷载与平均层数相乘的方法计算。《重庆市地质灾害防治工程设计规范》[3]中规定，作用于滑体上的外荷载，其作用于滑坡区段上的建筑物折算荷载PZ=覆盖率×15kN/m2×滑坡体上建筑物的平均层数。两种规范对每层荷载取值的规定差别很大。

据JGJ3-2010《高层建筑混凝土结构技术规程》[11]条文说明5.1.8，“目前国内钢筋混凝土结构高程建筑由恒载和活载引起的单位面积重力，框架-剪力墙结构约为12～14kN/ m2，剪力墙和筒体结构约为13～16kN/m2”。而砌体结构与剪力墙结构类似，承重结构大都为墙，因此单位面积重力大体与剪力墙结构相当。因此《重庆市地质灾害防治工程设计规范》中对建筑荷载取值的规定较为合理。

4 结论

本文通过对暴雨、公路荷载和建筑荷载对滑坡稳定性影响的机理，结合前人的研究成果，给出了各影响因素在稳定性计算时的计算方法或取值，补充了《规范》中的不足。但是，本文给出的暴雨工况的相关参数的计算方法比较复杂，对暴雨对滑坡地下水的影响还未做深入研究。

[1] 三峡库区地质灾害防治工作指挥部．三峡库区三期地质灾害防治工程地质勘察技术要求[S]．2004．

[2] DB50/143-2003地质灾害防治工程勘察规范[S]．

[3] DB50/5029-2004 重庆市地质灾害防治工程设计规范[S]．

[4] 张玉成，等．滑坡的发生与降雨关系的研究[J]．灾害学，2007，22(1)：82～85．

[5] 杨姗姗，等．滑坡灾害与降雨关系研究[J]．人民黄河，2010，32(8)：128～129．

[6] 张士宇，王瑞钢．降雨对高填土路堤的入渗深度的确定及有限元稳定分析[J]．路基工程，2004(5):17～21．

[7] 陈伟，莫海鸿，陈乐求．非饱和土边坡降雨入渗过程及最大入渗深度研究[J]．矿业工程，2009，29(6):13～21 ．

[8] 杨万红，徐庆元，陆明春，张艳霞．汽车荷载对新沭河公兴巷闸以北段堤防影响浅析[J]．江苏水利，2010(4):23～25．

[9] 叶四桥，唐红梅，肖盛燮，李明．汽车荷载对滑坡稳定性的影响分析[J]．重庆建筑大学学报，2006，28(5):106～109．

[10] JTG B01-2003公路工程技术标准[S].

[11] JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程[S].

Effect of Rainstorm and Surface Loads on Landslide Stability and Calculation

ZHONG Jing
(Southwest China Geotechnical Investigation & Design Institute Co., Ltd., Chengdu 610081)

Landslide is one of main geohazardz in the Yangtze Gorges Reservoir. Rainstorm and surface loads are important factors affecting stability of landslide. This paper has a discussion on mechanism for effect of rainstorm and surface loads on landslide stability and method for landslide stability calculation.

landslide; rainstorm; load; stability;

P642.22

A

1006-0995（2014）04-0574-03

10.3969/j.issn.1006-0995.2014.04.023

2013-10-30

钟静（1989-），女，成都人，助理工程师，从事岩土工程研究