降雨条件下低缓浅层土质滑坡稳定性影响因素及耦合研究

■王修宫 王攀

（湖南省地质矿产勘查开发局416队 湖南 株洲412000）

降雨条件下低缓浅层土质滑坡稳定性影响因素及耦合研究

■王修宫 王攀

（湖南省地质矿产勘查开发局416队 湖南 株洲412000）

低缓浅层土质滑坡是我国四川、黄河地区常见的一种降雨自然灾害。为进一步对地区实施自然灾害治理，必须对其降雨条件下低缓浅层土质滑坡稳定性的影响因素进行分析，明确其是否耦合关系，才能够有效的对其进行治理和预防。因此，本文中针对降雨条件下低缓浅层土质滑坡稳定性影响因素及耦合进行研究，以实验分析的方式，确定影响低缓浅层土质滑坡稳定性的因素，为我国四川及黄河地区的滑坡灾害提供理论数据支持。

降雨浅层土滑坡稳定性因素耦合

0 前言

浅层土质滑坡危害与一般滑坡危害相比对周围事物造成的损害性相对较低，但是如果大规模的发生浅层土质滑坡则会对周边居民的生命和财产带来严重的损害。因此，针对浅层土质滑坡的稳定性进行研究在理论上能够为浅层土质滑坡因素体系的完善提供理论数据，在实践上能够为浅层土质滑坡的预防提供参考建议，以保障周边居民的生命和财产安全。

1 模拟研究

1.1 地质条件

本次研究中所选择的浅层土质滑坡地质条件：首先，其岩土层从下至上的结构为下伏基岩、强风化粉砂质泥岩、全风化粉砂质泥岩、残坡积土。每一个岩土层的与坡面保持平衡，且岩土层的厚度基本一致。其中残坡积土层的泥质主要是以泥质软岩风化形成的粉质粘土为主。经过若干年的风吹日晒将表面的残坡积土形成了与坡面相耦合的浅层土质结构。其次，粉质粘土土层下方以下伏基岩为基础平均分布，坡面的桌边以经被周边农民经过开垦形成了耕地或水田。因此，本次研究的滑坡区域下方还具有一定的地下水结构，其中抵消谁类型主要为上层滞水和基岩裂缝水两种类型。其中基岩裂缝水主要是岩石由于风化作用，在其与完整岩石的界面上以滴水或渗水的形式出现。其中上层滞水主要是在残坡积土层中所含有的水，其主要来源是雨水。这也是降雨条件下才会产生浅层土质滑坡现象的另一个重要的原因之一。

1.2 模型建立

图1 浅层土质滑坡模型建立示意图

本次研究中为了进一步的优化和创建模型，在其建立的过程中选择了近似的力学性质参数。首先，假设本次研究中斜坡地质模型的地质坡面分为两个层次，其上层次主要是残坡积土，下层次主要是下伏基岩，与实际地质条件相吻合；其次，设定斜坡各个岩层的坡面坡度，使各层次之间的坡面能够呈阶梯状分布，以实现模拟浅层土质坡面；然后，对其地下水位及地下水进行设定。本次研究中的地下水位与实际地质条件中地下水的水位位置和含水量相同，位于风化泥岩和下伏基岩的交界面中；最后，设定模型网格对其进行结构划分，实现3节点单元结构。其中1节点为降雨入渗边界与残坡积层界限节点，2节点为残坡积层与风化泥岩界限节点，3节点为风化泥岩与基石边界限节点。详细的模型建立示意图见图1。

1.3 选取参数

本次研究模型建立的过程中对其瞬态渗流分析中的各个边界的节点进行条件选取，当其雨水强度小于土体渗透系数时，设定流量为降雨强度；当其雨水强度大于土体渗透系数时，设定流量为水头边界。此外，本次研究中对各个层次的岩土层地质条件物理参数进行设定的过程中，主要是在前人实验和现场实际情况的基础上对其进行选取。其中残坡积土层的各项岩土体性质参数为土体重度为g=19.0kN/m3，内摩擦角度为φ=13°，粘聚力为c=18kPa，饱和渗透系数为Ks=2.9110-6m/s；其中基石层的各项岩土体性质参数为土体重度为g=20.1kN/m3，内摩擦角度为φ=30°，粘聚力为c=22kPa，饱和渗透系数为Ks=5.3610-6m/s。根据设定的各项实验参数对土层的渗透系数曲线和水土特征曲线进行绘制，绘制结果见2。

图2 浅层土质滑坡模型渗透系数曲线和水土特征曲线

图3 含水量及抗剪强度参数数值变化图

此外，根据本次研究中的各项参数及模型内图样结构对其进行不同浸润实验下的残坡积层图样本中的含水量及相对应的抗剪强度参数数值进行绘制，结果见图3。

2 结果分析

2.1 降雨条件下滑坡面孔隙水压力变化分析

本次实验研究中对降雨条件下滑坡面孔隙水压的变化进行曲线绘制，其曲线图见图4。

图4 滑坡面孔隙水压的变化曲线

根据图4中能够看出不同的残坡积层厚度不同，其孔隙水压随着时间的变化曲线也存在者差异性，其中当残坡积层厚度为1m时，在0h-48h内呈上升趋势，在48h之后呈下降趋势；当残坡积层厚度为2m时，在0h-48h内呈上升趋势，在48h之后呈下降趋势……直至当残坡积层厚度为5m时，在0h-48h内仍呈上升趋势，在48h之后仍呈下降趋势。因此，得出当降雨时间在0h-48h之间内残坡积层孔隙水压随着时间的增大而之间增大，当其压力达到最大之后，随着降雨时间的技术，其孔隙内的水压随之下降。孔隙内的水压发生变化情况与降雨的时间长短之间存在耦合性关系。此外，在降雨的条件下，雨水首先经过土层基质不断的吸收雨水，当吸收遇水的含量达到上限是，其内部的吸收能力也降低为最低点，导致其遇水逐渐向基覆面转移，出现基覆面滞水的现象产生，随着基覆面滞水的逐渐增加，内部的水头压力也逐渐增大，最终导致低缓浅层土质滑坡现象的产生。

2.2 降雨条件下低缓浅层土质滑坡稳定性分析

根据本次实验模拟对降雨条件下低缓浅层土质滑坡稳定性随着时间变化曲线进行绘制，其结果见图5。

根据图5中能够看出不同的厚度的斜坡稳定性系数随着时间的变化可以将其分为两个阶段，其第一个阶段是降低阶段，第二个阶段是增高阶段。第一阶段的时间范围为0h-43h，第二阶段的时间范围为43h之后。在第一阶段内随着降雨期间内雨水深入斜坡土层内的水量逐渐增加，残坡积土内的含水量及孔隙内的水压也逐渐增加，导致其稳定性系数逐渐升高，稳定性逐渐降低。当降雨结束在第二阶段内斜坡土层内的水量通过外渗作用，逐渐降低，残坡积土内的含水量及孔隙内的水压也逐渐降低，最终使其斜坡的稳定性系数逐渐趋于稳定，经过一段时间后稳定性系数逐渐升高，稳定性逐渐降低。

图5 滑坡稳定性随着时间变化曲线

3 总结

3.1 影响低缓浅层土质滑坡稳定性的因素

根据本次研究中对低缓浅层土质滑坡稳定性的影响因素进行分析，能够看出其主要包含斜坡土层的厚度、基覆面孔隙水压的强度、雨水渗透的时间长度。其中斜坡土层厚度越厚其稳定性系数越高，虽然在0h-43h内也会产生稳定性系数下降的现象，但是其下降的曲线斜率k值明显低于斜坡土层厚度低的。基覆面孔隙水压的强度的增加会导致斜坡稳定性下降，而随着雨水渗透时间的增加，基覆面孔隙水压逐渐增加，从而导致其稳定性逐渐降低。因此，斜坡土层的厚度、基覆面孔隙水压的强度、雨水渗透的时间是降雨条件下影响低缓浅层土质滑坡稳定性因素的主要因素。

3.2 降雨条件下低缓浅层土质滑坡稳定性耦合分析

针对本次研究研究得出的影响低缓浅层土质滑坡稳定性因素对其各项因素与其稳定性进行耦合性分析，其中在1m-5m土厚斜坡的研究中分别对其基覆界面处孔隙压力曲线和斜坡稳定性系数曲线进行了绘制，并且对其进行了耦合性分析总结结果为降雨条件下随着降雨量的逐渐增加，残坡积层内的含水量逐渐增加，其基覆界面处孔隙水压力逐渐增大，最终导致雨水渗透到基石结构中，造成浅土层滑坡现象的发生。因此，降雨条件下低缓浅层土质滑坡稳定性各影响因素之间存在耦合关系，也对其稳定性具有耦合性。

[1]陈洪凯，董平，高阳华，等.重庆地区降雨型滑坡统计-降雨入渗耦合预报模型[J].重庆师范大学学报 (自然科学版)，2015，01（04）:46-51.

[2]张群，许强，易靖松，等.南江“9·16”群发性缓倾浅层土质滑坡特征与成因机制研究 [J].自然灾害学报，2015，03（08）:104-111.

[3]王佳佳，殷坤龙，王轶力，等.基于GIS考虑准动态湿度指数的滑坡危险性预测水文 –力学耦合模型研究 [J].岩石力学与工程学报，2013，S2（07）:3868-3877.

[4]辛鹏，吴树仁，石菊松，等.降雨诱发浅层黄土泥流的研究进展、存在问题与对策思考 [J]地质论评，2015，03（02）:485-493.

4 结语

本文介绍了TIN的特点、TIN的生成算法以及离散点凸包的生成，同时以VC++6.0为平台，调用OpenGL库函数实现了TIN网的绘制和TIN形成区域的绘制。经过试验发现利用上述理论和方法形成的TIN网不但符合TIN的最基本要求而且还满足实际的需要，为利用TIN实现复杂物体表面绘制和地形起伏的模拟提供了可靠的理论基础和技术支撑。

参考文献

[1]石松，朱泉锋，唐丽玉援四叉树高效Delaunay三角网生成算法 [J]援计算机工程, 2005,31(18):87-89.

[2]徐青,常歌,杨力.基于自适应分块的TIN三角网建立算法 [J].中国图像图形学报, 2000,5A(6):461-465.

F407.1[文献码]B

1000-405X（2016）-12-442-2

王修宫（1987～），男，本科，工程师。