隔离边界条件下连续降雨诱发黄土边坡开裂试验研究

王 磊，李荣建，潘俊义，刘军定，杨 强, 4

隔离边界条件下连续降雨诱发黄土边坡开裂试验研究

王 磊1, 2，李荣建1，潘俊义3，刘军定1，杨 强1, 4

(1. 西安理工大学岩土工程研究所，西安 710048；2. 延安大学建筑工程学院，延安 716000；3. 西安长庆科技工程有限责任公司，西安 710018；4. 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心，保定 071051)

为了对连续降雨诱发黄土边坡破坏过程有更直接深入的认识，在陕北大型均质黄土边坡设置隔离边界并开展人工模拟降雨现场试验．总结了边坡开裂破坏特征，分析了坡顶裂缝及坡体破坏过程的力学机制，研究了水分入渗以及隔离边界对边坡开裂破坏的影响．结果表明：降雨侵蚀及雨水径流是坡顶土体开裂的必要条件，边坡浅层土体产生的竖直拉张裂缝及深层土体的剪切破坏倾斜裂缝贯通至坡面，坡体最终呈“L”型开裂面，坡顶的开裂宽度与开裂深度的发展变化趋势呈现一定相关性；降雨期间坡顶部位较易触发一定规模的浅层滑坡，降雨结束后水分下渗可能引发边坡深层破坏；隔离槽对降雨边界的物理隔离和阻断效应导致坡顶呈“一”型开裂线，并且边界土体-隔离布薄弱区裂缝剧烈发育扩展，易导致边坡更大规模破坏．

黄土边坡；连续降雨；现场试验；隔离边界；开裂破坏

降雨诱发滑坡是黄土地区的主要地质灾害之一，对人民群众的生命和财产安全构成严重威胁，甚至造成重大群死群伤灾难[1]，深入而准确地认识滑坡发生过程具有重要的现实意义．边坡滑坡破坏过程一般可概括为：侵蚀-开裂-滑动破坏[2]．边坡开裂是滑坡形成的重要阶段，降雨又加剧了边坡变形，导致裂缝发展更加迅速．因此，降雨条件下的边坡开裂问题研究成为揭示黄土边坡滑坡机理的关键课题之一．

目前基于非饱和土力学和断裂力学的降雨边坡开裂理论和模型研究较多．于婷婷等[3]考虑降雨作用产生的裂缝，构建了拉张裂缝模型，认为随降雨强度的增大和降雨历时的延长，裂缝位置越来越靠近坡体前缘．张我华等[4]考虑降雨裂缝对软弱夹层介质的弱化效应，提出了山体边坡失稳滑坡的尖点突变理论模型．刘华磊等[5]分析得到降雨条件下边坡开裂主要由地表横向径流和边坡临空条件引起，并结合云南省双柏县丁家坟滑坡地质勘查成果对裂缝形成机制和稳定性进行了理论分析．廖培伟[6]构建了降雨边坡开裂模型，推导出了潜在拉裂面的开裂判据．这些研究成果有力地促进了降雨诱发滑坡机制研究的发展，而理论研究成果亟待模型试验甚至现场试验进一步验证分析．

试验研究方面，詹良通等[7]在典型非饱和膨胀土挖方边坡进行了人工模拟降雨试验和原位综合监测，认为降雨入渗造成土体中水平应力与竖向应力比显著增加．李国荣等[8]、汪勇等[9]进行的黄土边坡野外现场降雨试验表明，边坡土体的抗剪强度对含水量的变化极为敏感．王协群等[10]在甘肃黄土路基边坡实施现场人工降雨，发现非饱和黄土路基边坡的初始含水量状态对应着产生边坡径流的临界降雨量．胡晋川等[11]在陕西某高速公路黄土边坡进行的人工降雨试验揭示了边坡在降雨条件下先垂直后水平变形的特点．谢妮等[12]在甘肃某高填方路基边坡进行的人工模拟降雨试验表明，连续降雨导致湿陷性黄土边坡坡底发生沉陷以致发展为滑塌破坏．

值得注意的是，以上边坡降雨开裂的理论研究及人工降雨现场试验研究均未对边坡的侧向约束影响和坡体开裂特性进行分析研究，而边坡的真实侧向物理边界及开裂特性是分析和指导工程实践的重要依据．本文在隔离槽边界条件下开展了陕北大型黄土边坡人工模拟持续降雨现场试验，研究了边坡开裂破坏特征，总结分析了降雨入渗和隔离边界对边坡开裂破坏的影响，以期为实际工程中边坡防护及灾害治理工作提供一定的参考．

1 试验场地

1.1 工程地质概况

试验场地位于陕西省延安市吴起县，属典型黄土高原沟壑地貌．由于气候交替变化，近地表的土层经受长期温度升降和干湿循环而形成许多裂隙，现场测量发现，试验场地的地表张开宽度最大为0.5cm，深度均小于25cm，见图1．该地区年平均降水量仅478.3mm，且降雨的时空分布差异大，多集中在7～9月份，约占全年降水量的63%，见图2．

图1 试验场地

图2 吴起县多年平均降水量年内分配曲线

1.2 土体基本参数

现场勘查发现，边坡坡顶以下6m范围内为均质黄土，土层由均质棕黄色粉质黏土组成．现场取样并迅速使用保鲜袋密封，通过室内常规物性试验得到边坡黄土的基本物理参数，如表1所示．

表1 边坡土体基本物理参数

Tab.1 Basic physical parameters of slope soil

2 降雨装置及测试设备布置

本文在总结前人的降雨装置基础上，自行研发了一套操作简便、可快速拆卸并能够重复使用的野外人工模拟降雨装置，该装置包括供水系统(见图3)(水箱、电机、潜水泵等)、控制系统(分流器、压力表、稳压阀等)和喷水系统(可拆卸带锚支架、扇形喷头等)3部分．

图3 模拟降雨装置

试验场地边坡尺寸为：坡顶长×坡宽×坡高＝5m×2.5m×5m．根据文献[13]对陕西地区黄土滑坡的统计研究结果，本次现场试验将边坡坡比设定为1∶0.5．试验开始前，先清除边坡区域内的全部杂草及根系，铲除深度为30cm，然后安设野外人工模拟降雨装置．为了准确测定边坡土体在连续降雨条件下的含水率变化，本试验分别在坡顶、坡面及坡脚部位埋设了3组共计6个土壤水分传感器，传感器的标定量程为0～50%，埋设位置如图4所示．

图4 边坡尺寸及土壤水分传感器埋设位置(单位：m)

3 隔离槽设置及人工模拟降雨实施

人工模拟降雨现场试验中，由于人工模拟降雨装置降雨范围的有限性，往往会导致待测边坡降雨响应与自然降雨条件下的边坡降雨响应不同．一方面，由于人工降雨边界附近的待测边坡在降雨入渗过程中水分会发生侧向渗透散失，使得入渗测试数据失真；另一方面，降雨范围内边坡可能会产生入渗变形，而降雨范围之外边坡坡体不受降雨影响，这使得降雨范围之外边坡坡体会对降雨范围内边坡钳制的拖曳作用导致边坡变形失真．因此人工模拟降雨装置在局部降雨条件下的多向渗透作用对边坡稳定性的影响往往不可忽略．为了合理模拟降雨边坡的侧向边界条件，现场试验中考虑土工布的不透水性及降阻作用，本课题组采取边坡两侧挖设隔离槽并埋设土工布的方法[14]实现边界约束，设置步骤包括开挖隔离槽、铺设土工布、回填密实，见图5和图6．

图5 降雨边坡隔离槽布设示意

图6 布设隔离槽

前已述及，试验场地的降雨主要集中于每年7～9月份，这表明与全年降雨的平均水平相比，7～9月的降雨量较大且连续降雨情况较多．为了有效模拟试验场地的天然降雨条件，本研究拟开展边坡连续降雨试验．统计结果表明[13,15]，连续降雨过程具有历时长、影响范围广、易诱发严重灾害等特点，为了合理地模拟自然条件下连续降雨的真实情况，依据文献[16-17]的研究成果，结合本文野外人工模拟降雨装置雨量标定结果并参照降雨量等级规定，本次现场试验设计降雨强度为87mm/24h，降雨持续6d．现场降雨如图7所示．

图7 现场降雨

4 边坡降雨试验结果分析

4.1 试验现象

降雨开始后5h左右，坡体表面由天然状态逐渐转为湿润状态；降雨39.3h时，坡顶出现局部积水现象，坡面上已经形成细小径流，降雨进行到52.5h时，坡顶积水范围明显扩大，雨水沿坡面向下径流，进而从79.8h开始，坡顶和坡面雨水径流形成整体径流．随着降雨的持续进行，径流量越来越大，坡肩土体产生局部冲沟现象，见图8．

图8 坡肩冲沟和坡面鼓胀变形

降雨持续到142.5h时，在距离披肩60cm处的坡顶位置出现了1条横向微裂缝，其走向近似平行于坡肩线，而临近隔离槽边界处裂缝有向边坡临空面发展趋势．微裂缝周边对称分布着与其大致平行的数条微小裂缝，见图9；随着累积雨量的增加，坡面上因降雨而松动的泥块出现滑落现象，坡面冲沟已具有一定规模；降雨结束前，边坡临空面产生明显变形，坡中出现局部鼓胀现象，且鼓胀区出现若干横向微裂缝，鼓胀区下沿位于坡顶以下1.9m处(见图8)．

连续降雨进行到144h的结束时刻，即坡顶开裂后1.5h时，微裂缝已发展为既宽又深的大型裂缝，最大开裂宽度为6cm，宏观可视开裂深度达85cm，且裂缝两侧土体产生下错高度约3cm，见图10．边坡侧向边界处裂缝发育尤其显著，坡顶表面形成近“一”型开裂线，见图9．此时，坡体冲沟已发展为宽且深的沟壑，且坡面剥皮流泥严重．

图9 坡顶裂缝发展过程

图10 裂缝测量

4.2 试验结果分析

4.2.1 边坡开裂破坏过程的力学及特征分析

降雨前边坡顶部地表平整，随着降雨的进行，雨水的滴溅作用致使坡顶表面凹凸不平．地表土体继续受雨水冲刷，形成微小的纵横向冲沟，雨水沿冲沟流动便形成若干纵横向径流．因此，这种循序渐进的降雨侵蚀作用所导致的冲沟及雨水径流成为坡顶区域发生开裂的必要条件．

边坡顶部地表纵向径流形成的冲刷力具有一定的牵引效应，从而表层黄土被冲蚀形成明显沟谷形态，这进一步加剧了表面土体的拉应力集中．降雨淋滤作用的持续增强，使得土体沿边坡纵向处于卸荷状态，坡顶土体的水平拉结作用降低，从而表层土体易被拉裂破坏．另外，降雨入渗使得土体的体积含水率不断增大，基质吸力大幅度降低，土粒间的吸附能力减弱，空隙水压力不断增大，导致土体自重引起的侧向压应力增加，而黏结强度迅速降低．由以上分析可知，纵向径流产生的冲刷力使得坡顶形成了表面不规则的起伏薄弱区域，临空面的存在导致边坡土体的水平拉结作用降低，以及雨水入渗造成土的黏聚力减小，最终导致在边坡顶部表面暂态饱和区产生竖直拉张裂缝．

裂缝形成初期，只有部分雨水沿坡面径流至裂缝内部，大部分雨水形成地表径流，水流对边坡表面的冲刷作用较大，加之水分入渗深度的增大，裂缝面以下土体渐次达到抗拉强度，这些作用共同加剧了裂缝的扩展．另外，裂缝的进一步发育使其逐渐演变为雨水的渗流通道，裂缝内部形成的水头差及水流对裂缝侧壁的冲蚀作用，进一步加快了裂缝的扩展．

随着降雨的持续进行，裂缝宽度继续增大，其后侧大部分雨水涌入裂缝，浸泡及水压作用导致裂缝面上土体接近饱和甚至达到饱和，形成未压密饱和黄土．根据有效应力原理，孔隙水压力趋于稳定，而随着降雨入渗以及裂缝内水流的冲击，土体结构遭到破坏，开裂面上的土粒与孔隙分离，土颗粒间胶结作用降低并产生较大应变，在裂缝表面及土体内产生超静孔压，从而有效应力减小，土体有效抗剪强度随之降低，深部土体形成剪切破坏，开裂面沿倾斜方向发展延伸．

裂缝扩展延伸的最后阶段，被裂缝分割形成的独立土体失去连接性而处于半悬空状态，结合坡面的裂缝分布和鼓胀形态可以断定，坡体内部已形成上陡下缓的近似“L”型裂缝贯通面，该贯通面由坡顶以下一定深度的竖直方向近直线型开裂面、深层土体倾斜滑裂面及坡面鼓胀变形圆弧型开裂线联结组成，边坡不同部位的开裂破坏形式见图11．

根据坡顶裂缝开裂宽度和开裂深度量测结果并结合降雨期间坡顶裂缝的发育过程，以坡顶起裂时间为零点绘制了开裂宽度和开裂深度的变化曲线，如图12所示．可以看出，在连续降雨期间坡顶的开裂宽度与开裂深度的发展变化趋势呈现一定相关性，开裂宽度与开裂深度都随着时间增大而增大，裂缝开裂宽度表现为先快后缓的增大规律，开裂深度则表现为先缓后快的发展特征，这一特性的影响因素尚有待进一步深入研究．

图11 边坡开裂破坏形式示意

图12 坡顶开裂宽度和开裂深度变化曲线

4.2.2 体积含水率对边坡开裂的影响分析

图13为连续144h降雨及结束后9h内边坡测点体积含水率变化曲线．可以看出，降雨开始后13h时，坡顶埋深30cm的3测点处的传感器数值开始变化，随后坡面30cm处的4和坡脚40cm处的5处土体含水率也逐渐增大；降雨进行到53h时，坡顶3处体积含水率最先达到峰值；连续降雨持续到77h时，坡面和坡脚浅层土体均达到饱和；坡顶埋深1m处测点1和坡脚埋深80cm处测点6土体在128h左右也趋于饱和．

图13表明，边坡土体的初始体积含水率随深度的增大而增加，表层土体的含水率最低．随着降雨的进行，浅部测点(3，4，5)土体体积含水率较早发生变化，深部测点(1，2，6)变化稍晚，可以看出降雨的入渗深度随时间逐渐增大，并且从表面向内部自上而下发展．另外，处于同一竖直面的3个测点1、2、3，其中3与2的距离为0.4m，2与1的距离为0.3m，其体积含水率变化的起始时间间隔表现为1滞后2的时间明显大于2滞后3的时间，这表明随着入渗深度的增大，雨水的渗透速率显著降低．同时，从3～5测点处的传感器起始变化时间可以看出，降雨入渗速率表现出坡顶最大、坡脚次之、坡中最小的变化规律．降雨进行到100h时，1～5测点的含水率接近饱和，而坡脚深层测点6尚未饱和，说明连续降雨条件下边坡不同部位的入渗深度具有显著差异．综合以上分析可以看出，连续降雨期间雨水入渗深度有限，浅层土体达到饱和且坡顶位置入渗深度明显大于坡脚，边坡呈现“头重脚轻”状态，较易在坡顶部位触发一定规模的浅层滑坡．

图13 测点体积含水率变化曲线

根据图13中不同深度测点土体的体积含水率起始变化时间，可捕捉到坡体湿润锋的发展过程．坡体湿润锋深度的变化曲线见图14，表明降雨初期雨水的入渗速率较大，在坡顶处形成一定厚度的暂态饱和区，饱和区与临近非饱和区的水头差使得坡顶表面一定深度处的雨水下渗较快．而降雨持续到28h左右，雨水的入渗速率已明显下降，这可能是地表径流及内部水分顺坡向渗透散失等原因造成的．

图14 坡体湿润锋深度发展曲线

本次现场试验的水分传感器埋设深度最大为1m，降雨结束后，坡体30cm深度处(3，4)土体的含水率均随时间增加而降低，忽略土体表面短时自然蒸发的影响，可见浅部土体雨水仍继续下渗，边坡土体依然具有较大的入渗空间．另外，坡体1.0m和0.8m深度处测点1和6的含水率也逐渐降低，这表明连续降雨结束后深层雨水下渗并未完全停止，土体含水率随之增加而强度逐渐降低，有可能引发边坡深层次的破坏．

4.2.3 隔离边界对边坡开裂的影响分析

隔离槽的最小埋设深度为3m，根据前文分析可知，这一埋深已超过降雨的入渗深度，因此隔离槽对降雨边界具有明确的物理隔离作用．土工布表面光滑，隔离槽内侧土工布与土体的接触面上黏结力非常小，加之雨水的润滑作用，导致土-布接触面已成为边坡的侧向边界薄弱面．

另外，土工布的不透水性导致雨水在土-布分界面聚积，其光滑特性又促使水分渗流阻力减小，土体的侧向约束作用进一步大幅度降低，雨水的冲刷和径流作用更加剧烈，这有利于水分迁移和入渗．同时，从边坡开裂图9和图10可以看出，坡顶开裂线近似为直线，而坡面处由于临空状态和重力因素等影响，其鼓胀区下沿略微下凹．由此可见，边坡的物理边界对边坡降雨边界的隔离和阻断效应明显，尤其在土-布接触面上裂缝更易剧烈发育扩展，导致边坡在连续降雨条件下开裂面相对后移，从而较易引发更大规模的严重破坏．

文献[2，6]中人工降雨边坡试验的边坡边界不利约束作用造成了局部下切圈椅型破坏形态，而本研究的边界部位破坏特征更接近自然降雨破坏，说明在边坡侧向设置具有隔渗减阻效应的隔离槽基础上实施边坡局部降雨，能够消除降雨区域的局部边界约束因素，使得天然降雨条件的三维影响效应得到合理体现，边坡在局部降雨条件下的响应趋于真实，从而能够更加合理地模拟天然条件的降雨情形．

5 结 论

本文基于隔离槽边界条件，在陕北均质黄土边坡进行了人工模拟连续降雨现场试验，主要得出以下 结论．

(1) 连续降雨条件下均质黄土边坡的破坏顺序为：坡肩冲沟→坡顶裂缝→坡面鼓胀→裂缝贯通→边坡破坏．坡顶冲刷力增大、土体的拉结作用减弱及土体黏聚力减小等导致边坡顶部产生竖直拉张裂缝，并且在坡顶表面形成“一”型开裂线，在连续降雨期间坡顶的开裂宽度与开裂深度的发展变化趋势呈现一定相关性，开裂宽度与开裂深度都随着时间增大而增大，裂缝开裂宽度表现为先快后缓的增大规律，开裂深度则表现为先缓后快的发展特征；深层土体的有效抗剪强度降低及裂缝面上土体结构性破坏等导致边坡较深处形成倾斜裂缝并在坡面处贯通，边坡整体形成“L”型开裂面．

(2) 连续降雨条件下，雨水入渗速率呈坡顶最大、坡脚次之、坡中最小的变化规律，且边坡不同部位的入渗深度具有显著差异．降雨期间水分入渗易在边坡坡顶触发一定规模的浅层滑坡，而降雨结束后的水分下渗有可能引发边坡深层破坏．

(3) 隔离槽对降雨边界的物理隔离和阻断效应显著，土工隔离布与土体的接触面形成土-布侧向边界薄弱区域，且坡顶和坡面的破坏形态表明连续降雨条件下土-布薄弱区裂缝剧烈发育扩展，易导致边坡大规模严重破坏．布设隔离槽使得局部降雨边坡在天然降雨条件下的三维破坏效应得到体现，从而可以更加合理地模拟边坡天然降雨．

目前对边坡降雨开裂破坏的研究多停留在降雨特征的讨论和土体强度的变化规律上，本文开展的均质黄土边坡隔离边界连续降雨现场试验分析了水分入渗和隔离槽边界条件等因素对边坡开裂破坏的影响，形成的水分入渗及变形开裂破坏规律对边坡防护等工作具有一定的参考价值．

［1］ 张茂省，李同录. 黄土滑坡诱发因素及其形成机理研究[J]. 工程地质学报，2011，19(4)：530-540.

Zhang Maosheng，Li Tonglu. Triggering factors and forming mechanism of loess landslides[J]. Journal of Engineering Geology，2011，19(4)：530-540(in Chinese).

［2］ 王 刚，孙 萍，吴礼舟，等. 降雨诱发浅表层黄土滑坡机理实验研究[J]. 工程地质学报，2017，25(5)：1252-1263.

Wang Gang，Sun Ping，Wu Lizhou，et al. Experimental study on mechanism of shallow loess landslides induced by rainfall[J]. Journal of Engineering Geology，2017，25(5)：1252-1263(in Chinese).

［3］ 于婷婷，顾圣平，邵雪杰，等. 考虑降雨拉张裂缝作用的库岸边坡稳定性分析[J]. 人民黄河，2017，39(4)：104-107.

Yu Tingting，Gu Shengping，Shao Xuejie，et al. Stability analysis of reservoir bank slope considering tensile crack by the action of rainfall[J]. Yellow River，2017，39(4)：104-107(in Chinese).

［4］ 张我华，陈合龙，陈云敏. 降雨裂缝渗透影响下山体边坡失稳灾变分析[J]. 浙江大学学报：工学版，2007，41(9)：1429-1435，1442.

Zhang Wohua，Chen Helong，Chen Yunmin. Catastrophe analysis for disaster of mountain slope stability affected by rainfall seepage and surface crack[J]. Journal of Zhejiang University：Engineering Science，2007，41(9)：1429-1435，1442(in Chinese).

［5］ 刘华磊，徐则民，张 勇，等. 降雨条件下边坡裂缝的演化机制及对边坡稳定性影响——以云南省双柏县丁家坟滑坡为例[J]. 灾害学，2011，26(1)：26-29.

Liu Hualei，Xu Zemin，Zhang Yong，et al. Evolutionary mechanism of slope fissures during rainfall and their effect on slope stability：A case study of Dingjiafen landslide in Shuangbo Country，Yunnan[J]. Journal of Catastrophology，2011，26(1)：26-29(in Chinese).

［6］ 廖培伟. 降雨作用下坡面土体断裂破坏机制研究[D]. 重庆：重庆交通大学土木工程学院，2013.

Liao Peiwei. Study on the Fracture Failure Mechanics of Soil in the Rain[D]. Chongqing：School of Civil Engineering，Chongqing Jiaotong University ，2013(in Chinese).

［7］ 詹良通，吴宏伟，包承纲，等. 降雨入渗条件下非饱和膨胀土边坡原位监测[J]. 岩土力学，2003，24(2)：151-158.

Zhan Liangtong，NG Wangwai Charles，Bao Chenggang，et al. Artificial rainfall infiltration tests on a well-instrumented unsaturated expansive soil slope[J]. Rock and Soil Mechanics，2003，24(2)：151-158(in Chinese).

［8］ 李国荣，陈文婷，朱海丽，等. 青藏高原东北部黄土地区降雨入渗对土质边坡稳定性的影响研究[J]. 水文地质工程地质，2015，42(2)：105-111.

Li Guorong，Chen Wenting，Zhu Haili，et al. Influence of rain infiltration to stability of loess slope in the northeast Qinghai-Tibetan plateau[J]. Hydrogeology & Engineering Geology，2015，42(2)：105-111(in Chinese).

［9］ 汪 勇，刘 瑾，张建忙. 黄土边坡降雨入渗规律及其对稳定性的影响[J]. 中国煤炭地质，2017，29(1)：48-52.

Wang Yong，Liu Jin，Zhang Jianmang. Loess slope rainfall influent seepage pattern and its impact on slope stability[J]. Coal Geology of China，2017，29(1)：48-52(in Chinese).

［10］ 王协群，谢 妮，邹维列，等. 降雨条件下不同土质非饱和路基边坡响应特性[J]. 武汉理工大学学报，2010，32(8)：107-110.

Wang Xiequn，Xie Ni，Zou Weilie，et al. Field trial for characteristics of matrix suction and infiltration of slope of unsaturated subgrade under artificial rainfall[J]. Journal of Wuhan University of Technology，2010，32(8)：107-110(in Chinese).

［11］ 胡晋川，谢永利，王文生. 降雨条件下阶梯状黄土边坡稳定性试验[J]. 广西大学学报：自然科学版，2010，35(1)：83-89.

Hu Jinchuan，Xie Yongli，Wang Wensheng. Stability characteristics test of multi-stairs-low highway cut slope in loess under a rainfall condition[J]. Journal of Guangxi University：Natural Science Edition，2010，35(1)：83-89(in Chinese).

［12］ 谢 妮，邹维列，严秋荣，等. 黄土路基边坡降雨响应的试验研究[J]. 四川大学学报：工程科学版，2009，41(4)：31-36.

Xie Ni，Zou Weilie，Yan Qiurong，et al. Experimental research on response of a loess subgrade slope to artificial rainfall[J]. Journal of Sichuan University：Engineering Science Edition，2009，41(4)：31-36(in Chinese).

［13］ 许 领，戴福初，邝国麟，等. 黄土滑坡典型工程地质问题分析[J]. 岩土工程学报，2009，31(2)：287-293.

Xu Ling，Dai Fuchu，Kuang Guolin，et al. Analysis of some special engineering-geological problems of loess landslide[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2009，31(2)：287-293(in Chinese).

［14］ 潘俊义，王治军，李荣建，等. 现场人工降雨边坡试验中隔渗和减阻的侧向边界实现方法：中国，CN201710251899. 8. X[P]. 2017-04-18.

Pan Junyi，Wang Zhijun，Li Rongjian，et al. The Method of the Lateral Boundary of Seepage and Drag Reduction in the Field Artificial Rainfall Slope Test：China，CN201710251899. 8. X[P]. 2017-04-18(in Chinese).

［15］ 王 滔，赵学理，齐普荣. 持续强降雨对黄土地区滑坡地质灾害的影响——以延安地区为例[J]. 地质调查与研究，2014，37(3)：224-229.

Wang Tao，Zhao Xueli，Qi Purong. Impact of continued heavy rainfall on loess land slide hazard areas：A case study on Yan’an[J]. Geological Survey and Research，2014，37(3)：224-229(in Chinese).

［16］ 刘艳辉，唐 灿，李铁锋，等. 地质灾害与降雨雨型的关系研究[J]. 工程地质学报，2009，17(5)：656-661.

Liu Yanhui，Tang Can，Li Tiefeng，et al. Statistical relations between geo-hazards and rain-type[J]. Journal of Engineering Geology，2009，17(5)：656-661(in Chinese).

［17］ 张社荣，谭尧升，王 超，等. 强降雨特性对饱和-非饱和边坡失稳破坏的影响[J]. 岩石力学与工程学报，2014，33(增2)：4102-4112.

Zhang Sherong，Tan Yaosheng，Wang Chao，et al. Influence of heavy rainfall characteristics on saturated-unsaturated slope failure[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2014，33(Suppl2)：4102-4112(in Chinese).

Experimental Study on Loess Slope Cracking Induced by Continuous RainfallUnder Isolated Boundary

Wang Lei1, 2，Li Rongjian1，Pan Junyi3，Liu Junding1，Yang Qiang1, 4

(1. Institute of Geotechnical Engineering，Xi’an University of Technology，Xi’an 710048，China；2. Architectural Engineering Institute，Yan’an University，Yan’an 716000，China；3. Xi’an Changqing Technology and Engineering Co.，Ltd.，Xi’an 710018，China；4. Center for Hydrogeology and Environmental Geology，CGS，Baoding 0711051，China)

An isolated boundary was established and a large homogeneous loess slope in northern Shaanxi was subjected to an artificial simulated rainfall field test to obtain a direct and in-depth understanding of loess slope failure induced by continuous rainfall．The characteristics of slope cracking failure were summarized．Then，the mechanical mechanism of cracking and failure was analyzed，and the influences of water infiltration and isolated boundary cracking failure were studied．Results showed that rainfall erosion and runoff were the necessary conditions for slope top-soil cracking．Tensile cracks in shallow soil and shear-failure cracks in deep soil penetrated the slope surface．The slope cracking surface presented an “L”shape．The developmental trends of crack width and depth were correlated．Shallow landslides may be triggered during rainfall．Then，water infiltration may cause deep failure．The crack line exhibited a“一”shape under the physical isolation and blocking effect of the isolation groove．The rapid development of cracks in the soil-isolation cloth in the weak boundary area may initiate a larger scale disaster．

loess slope；continuous rainfall；field test；isolated boundary；cracking failure

TU43

A

0493-2137(2019)11-1163-08

10.11784/tdxbz201901046

2019-01-20；

2019-04-02.

王 磊（1985—  ），男，博士研究生，讲师，wanglei7015@163.com.

李荣建，lirongjian@xaut.edu.cn.

国家自然科学基金资助项目(41877278，51768073，51808479，41472296)；陕西省黄土力学与工程重点实验室项目(14JS064)；陕西省教育厅专项科研项目(18JK0880)；综合地质调查项目(DD20190268).

Supported by the National Natural Science Foundation of China(No.41877278，No.51768073，No.51808479，No.41472296)，the Research Project of Shaanxi Provincial Key Laboratory of Loess Mechanics and Engineering(No.14JS064)，the Special Scientific Research Project of Shaanxi Provincial Department of Education(No.18JK0880)，the China Geological Survey(No.DD20190268).

(责任编辑：樊素英)