甘肃天水地区强降雨诱发黄土-泥岩滑坡机理实验研究

韩 帅，孙 萍，李荣建，张 瑾，李晓斌，祝恩珍,

(1.中国地质科学院地质力学研究所，北京 100081；2. 新构造运动与地质灾害重点实验室，北京 100081；3.西安理工大学 岩土工程研究所，陕西 西安 710048；4.中国地质大学(北京) 工程技术学院，北京 100083)

0 引 言

黄土-泥岩滑坡是中国最主要的地质灾害之一，滑坡发生后轻则堵塞道路，重则推倒房屋建筑，造成人员伤亡和财产损失，平均每年导致数百人死亡、数亿元的经济损失。此类滑坡与区域降雨关系密切，发生频次高，危险性高。因此，对于该类滑坡必须在雨季严加防范。

在降雨诱发黄土斜坡失稳机理方面，许多学者已开展了相关研究工作[1-14]。降雨诱发黄土斜坡的破坏，主要表现为在降雨的作用下，斜坡渗流场发生变化，随着孔隙水压力上升，水对斜坡岩土体的渗透作用力以及岩土体的重度逐渐增大[15-16]。孔隙水压力的上升不仅会降低土体基质吸力，而且使有效应力减小，导致岩土体的抗剪强度减小[17-20]。此外，岩土体的重度增大以及渗透作用力的产生导致滑面的剪应力增大，降雨型滑坡的产生主要归因于此。黄土中的节理裂隙发育，为水分的入渗提供了优势通道[21-25]，水分通过坡体表面渗流以及裂隙灌入的方式进入斜坡内部，最终导致坡体破坏。

由于物理模型实验具有良好的直观性，能综合考虑多种因素，模拟复杂边界条件，在基本满足相似原理条件下能反映滑坡的内在相互作用，因此，近年来在滑坡研究等相关领域备受关注。天水地区发育的滑坡类型主要有黄土层内滑坡、黄土-泥岩接触面滑坡、黄土-泥岩复合滑坡、黄土基岩面滑坡，其中前三者最为发育。前人对于黄土层内滑坡已做过相关研究[26-27]，但鲜有针对黄土-泥岩接触面滑坡和黄土-泥岩复合滑坡的研究。本文在野外地质调查、工程钻探的基础上，通过室内大型物理模型实验，重点研究了天水地区黄土-泥岩接触面滑坡和黄土-泥岩复合滑坡在降雨入渗作用下的动态变形演化过程，揭示其成因机制和破坏模式，以期为天水地区该类滑坡防治和监测预警提供科学依据。

1 区域地质背景及滑坡概况

本文研究区位于甘肃省天水市甘谷县及周边区域，处于西秦岭山地和陇东南黄土高原的过渡地带，西秦岭纵亘于南，陇东南黄土高原横延于北，出露的地层主要有下元古界牛头河群、上元古界震旦系、古生界泥盆系与二叠系、中生界三叠系、白垩系及新生界古近系、新近系、第四系，其中大部分区域覆盖第四系黄土、新近系泥岩，二者接触面产状为4°～10°，黄土、泥岩覆盖区沟壑纵横，也正是滑坡灾害集中发育的地带。据现场调查，按滑体物质类型分类，研究区内滑坡主要分为黄土滑坡(约占40%)和黄土-泥岩滑坡(约占60%)。区内典型滑坡如图1所示。

图1 研究区内典例滑坡Fig.1 Examples of major landslides in the study area

2 实验设备与材料

2.1 实验仪器

实验仪器主要包括模型箱、降雨模拟系统和监测系统(图2)。其中模型箱(图2(a))长、宽、高分别为2.02 m、0.65 m、1.50 m，容积为1.969 5 m3，前侧为钢化玻璃，便于观察斜坡在降雨下的变形破坏过程；后侧和底部为不锈钢，在钢化玻璃一侧和顶部有钢梁加固，以保证箱体结构刚度和稳定；左侧为侧向加载装置，可实现非均匀荷载加载；右侧有50 cm高的挡板，底部设有排水孔。钢板采用焊接连接，模型箱除底部排水孔外，均不透水，整体强度高，稳定性好。

图2 实验模型箱(a)和降雨模拟系统(b)Fig.2 Schematic diagram of the modelling experiment setup

降雨模拟系统(图2(b))由降雨喷头、储水桶、自吸式水泵、控水阀和压力表组成，为减小雨滴对坡面的溅蚀作用，保证降雨的均匀性，选用可调节雾化喷头。经标定，喷头高度为0.8 m时，喷洒直径为0.35 m，且喷出的水基本呈雾化状态。斜坡宽度为0.65 m。为保证整个坡面的降雨均匀，设计两排喷头，喷头长度方向间距0.35 m；为保证雨水不会过多喷洒到模型箱外，宽度方向上两排之间间距0.31 m。水压由水泵提供，压力为0.23 MPa，回水管用于防止水泵停止工作时由于水压过大而损坏。监测系统主要包括土壤水分传感器、土压力盒、农业环境测定仪、静态应变采集仪、三维激光扫描仪，其中土壤水分传感器，用于监测实验过程中斜坡内部各点含水率的变化；土压力盒，用于监测实验过程中各监测点处的土压力变化；农业环境测定仪，用于采集土壤水分传感器的数据；静态应变采集仪，用于采集土压力盒数据；三维激光扫描仪，用于扫描记录斜坡变形破坏特征。实验开始前对所有监测仪器进行校准、标定。

2.2 实验材料

实验采用取自甘肃省天水市甘谷县牛家安坡的次生黄土和泥岩(图3)，取回后进行重塑。分别将黄土、泥岩敲碎后剔除杂草、结核等杂质，黄土过1 mm标准筛，泥岩过2 mm标准筛。实验采用分层击实，以保证重塑泥岩的密实度满足实验要求。实验材料的基本物理参数见表 1。

表1 实验材料物理参数

图3 取土位置及黄土、泥岩特征Fig.3 Sampling location and characteristics of loess and mudstone(a)取土位置；(b)取土位置平面图；(c)黄土-泥岩特征

3 实验设计与方案

甘肃天水黄土梁峁区地层结构上部为黄土，下部为泥岩，二者近水平接触，在内外动力地质作用下，形成大量滑坡。为获取斜坡在强降雨作用下水分的入渗规律、变形破坏特征，分析滑坡形成机理，本文设计了强降雨条件下的不同预制裂隙两种工况的物理模型实验。通过合理设计布置相应的传感器，获取斜坡在人工模拟降雨条件下，斜坡内部的水分变化，观察并记录实验过程中斜坡各个部位的变形破坏现象；最后通过对实验结果的分析，构建此类斜坡在降雨作用下的破坏模式。

3.1 强降雨方案

据气象资料统计，天水地区年平均降水量为491.6 mm，一次连续最大降雨量205.8 mm，日最大降雨量110.3 mm[28]。除去极端天气，结合气象资料，设计人工模拟降雨为43 mm/d(大雨)；为达到较好的入渗效果，采用间歇性降雨。具体降雨参数见表2。

表2 实验降雨参数

3.2 斜坡设计方案

参照野外斜坡，设计两种工况下的实际模型，工况1设置19个水分仪，5个土压力盒；工况2设置18个水分仪，5个土压力盒(表3)。其剖面图及传感器分布如图4所示。基于研究区野外地层产状及斜坡坡度统计，设计黄土泥岩接触面倾角为8°，斜坡倾角为60°；斜坡后缘高度设计为112 cm，坡顶设计为80 cm，坡底设计为60 cm；泥岩层平均厚度设计为75 cm，黄土层厚度设计为37 cm。本次模型实验预制裂隙和滑动面，裂隙深32 cm。滑动面采用两种工况，工况1为预制弧形滑面延伸至黄土和泥岩的接触面，工况2为预制弧形滑面切穿黄土和泥岩。

表3 实验斜坡设计方案

图4 实验模型斜坡及传感器布置Fig.4 Model slope design and sensor layout for the experiment

4 斜坡变形破坏过程

斜坡按照设计坡型分层堆砌完成后，静置一天，使得应力重新分布平衡，传感器读数稳定；然后进行人工模拟降雨，按照工况1、工况2两种情况模拟降雨作用下的斜坡变形破坏过程。实验中观察并记录斜坡表面及内部裂隙产生及发展过程，并扫描关键阶段斜坡坡面的变形破坏情况；观察记录实验过程中浸润线的变化；随时检查降雨喷头、传感器示数变化，以保证实验过程的准确性。

4.1 黄土-泥岩接触面滑坡(工况1)

基于野外滑坡调查，多数小型滑坡为黄土滑坡，其滑面多为弧形并延伸至黄土、泥岩接触面。本次模型实验设计为上部黄土、下部泥岩的二元地层结构，预制垂直裂隙和滑面，滑面位于黄土内部，延伸至黄土和泥岩接触面。其中水分仪M1、M2、M3、M4、M6、M8、M9、M10、M13、M14位于黄土中，其余水分仪位于泥岩中。土压力盒埋置于剪出口位置预制滑面上下以及坡脚位置(图4)。其变形破坏过程如图5所示，斜坡从坡肩开始变形，逐步向斜坡后缘扩展。从最初产生微小裂隙，进而裂隙增多并扩展连通，局部发生滑塌，最后整体沿预制滑面滑动破坏。

图5 工况1条件下斜坡变形破坏过程Fig.5 Slope deformation and failure process under working condition 1(a)斜坡初始阶段；(b)斜坡初始阶段三维立体图；(c)微裂隙产生于坡肩侵蚀；(d)坡肩侵蚀细部特征；(e)局部变形破坏阶段；(f)局部变形破坏三维立体图；(g)整体破坏阶段；(h)整体破坏阶段三维立体图

从水分仪记录的曲线(图6)中，可以发现黄土中的初始体积含水率为13.5%左右，泥岩中的初始体积含水率接近20%，体积含水率曲线随时间的变化规律为：平缓→快速增大→缓慢增大→到达峰值→缓慢减小→稳定。各位置处的含水率最终稳定的数值不同，曲线的斜率表示水分入渗速率，曲线起始突变点代表水分达到水分仪处所需的时间。随着时间的推移，水分逐渐入渗，在实验开始后的800 min以内所有传感器位置处的体积含水率基本达到稳定。M1、M2、M3、M4传感器位于距坡肩相同水平距离不同深度处，M4、M6位于相同深度、距坡肩不同水平距离处。由图6(a)可知，体积含水率随时间变化曲线的突变点出现的先后顺序为：M1、M2、M3、M6、M4。由图6(b)可知，体积含水率随时间变化曲线的突变点出现的先后顺序为：M8、M10、M9、M13、M14。水分到达M8、M9、M10有两个路径，一方面从坡顶垂直下渗，另一方面为进入裂隙的水分的水平渗透。在两者共同作用下，水分优先到达距离坡顶近的M8，随后裂隙尖端的水分扩散至M10，在水平扩散和垂直下渗共同作用下到达M9。M13、M14传感器主要监测来自坡面的渗透，因此M13曲线突变点先于M14。水分近乎同时到达M13和M9，M9到坡顶的距离大于M13，这是因为M9位于坡顶下方，水分以垂直下渗为主，而M13虽距离坡面较近，但坡面水分一部分沿坡面径流，一部分渗入坡体内部。

图6 工况1条件下各点体积含水率变化Fig.6 Volumetric water content variation under working condition 1(a)M1、M2、M3、M4、M6水分仪；(b)M8、M9、M10、M13、M14水分仪；(c)M5、M7、M11、M12、M15水分仪；(d)M16、M17、M18、M19水分仪

图6(c)和(d)记录重塑泥岩中传感器监测的含水率的变化。对比重塑黄土中含水率的变化，可知重塑泥岩中含水率曲线的变化率大，达到峰值后下降幅度大，且突变点出现较晚。其原因是水分入渗经过重塑黄土后进入重塑泥岩，因此泥岩中水分仪变化的时间晚于黄土中的传感器，并且重塑泥岩的渗透性好于重塑黄土，水分入渗速率较快，持水性差；达到峰值后，间歇降雨期间水分下渗，体积含水率有所下降。泥岩中体积含水率随时间变化曲线的突变点出现的先后顺序为：M19、M18、M15、M17、M11、M16、M7、M5、M12。水分仪M19、M18、M17接近于斜坡表面，其水分源于降雨和径流。由于M19位于坡脚部位，易于集中水分，因此水分仪先变化；由于M15靠近预制滑面，预制滑面为导水的优先通道，因此曲线中也较早出现突变点。M7、M5、M12突变点几乎同时出现，说明水分近乎同时到达这三处，三者的连线为此刻水分入渗的湿润峰。

随着降雨过程的进行，水分一方面通过垂直入渗进入岩土体内部，另一方面预制的垂直裂隙和预制的滑面成为水分入渗的优势通道，使得预制裂隙与滑面附近体积含水率迅速升高。随着水分的入渗，斜坡发生变形破坏，整个过程可分为4个阶段。(1)初始阶段：斜坡无变形迹象，随着降雨过程进行，湿润峰不断向斜坡内部推进，坡体表面可见冲刷的痕迹。(2)微裂缝产生阶段：斜坡整体处于稳定状态，湿润峰继续向斜坡内部推进，在坡肩及下方产生许多竖向微裂隙，预制滑面前端产生水平向微裂隙，预制垂直裂隙开裂变大。(3)局部变形破坏阶段：随着水分继续入渗，坡肩局部区域产生小型滑动，预制滑面以上岩土体整体有向下蠕滑的趋势，坡面冲刷较为严重。根据实验记录，局部变形破坏发生于650 min，此时黄土中水分仪示数达到峰值，泥岩中的水分仪示数部分达到峰值，部分处于急速上升阶段。(4)整体破坏阶段：黄土部分近乎饱和，预制滑面前端有水分渗出，其上部岩土体在重力和水的作用下整体下滑，堆积于坡脚部位。根据实验记录此阶段发生于780 min，此时黄土基本处于饱和状态，有传感器埋设部分的泥岩也基本饱和，部分传感器示数缓慢下降后突然快速上升(如M8、M9、M10、M13)，这是由于整体滑动造成了传感器位置处岩土体松散，水分快速灌入所致。

为获得降雨诱发滑坡的土压力变化，在模型的合适位置放置土压力传感器(土压力盒)。土压力随时间的变化规律如图7所示。土压力变化的整体趋势：随着降雨进行，土压力逐渐变大，330 min左右土压力达到峰值，随后逐渐降低；600 min左右，降至最低后又开始增大，直至整体破坏后土压力下降。整个过程中土压力最大变化幅值为2 kPa，此过程对应于300 min之前，斜坡基本处于稳定阶段，只有水分的入渗，入渗的水分增加了坡体的自重，因此土压力数据基本呈线性增加；300 min以后斜坡进入微裂隙产生阶段，随着裂隙的产生并不断扩展，斜坡内部有所卸荷，因此土压力逐渐减小；随后在上部重力压实作用下，土压力再次上升，至斜坡破坏而压力释放。实验过程中土压力变化最大的是E1，其余依次为E2、E3、E4、E5。这是因为E1位于坡肩下方，上部土体吸水后重力增大，土压力向下传递，向下传递时越靠近下方的土压力变化越小，坡脚部位最靠近下方，因此E5传感器变化幅度最小。

图7 工况1条件下土压力变化Fig.7 Soil pressure variation under working condition 1

4.2 黄土-泥岩复合滑坡(工况2)

野外调查发现多数大型滑坡滑面较深，多切穿黄土层并深入泥岩内部。工况2模型尺寸设置与工况1一致，但预制滑面切穿黄土和泥岩层，共设置有18个水分仪、5个土压力盒，待传感器读数稳定后，按照预先设计的降雨方案进行人工模拟降雨，重点观察并记录预制滑面附近及坡肩裂隙的产生及发展过程，并对实验过程中坡体的浸润线进行观察和记录。其变形破坏过程如图8所示：首先在坡肩产生微裂隙并逐渐向后缘侵蚀，预制滑动面附近出现雁列式裂隙；然后坡体开始蠕滑，局部区域滑塌；最后整体沿预制滑面滑动，堆积于坡脚。

图8 工况2条件下斜坡变形破坏过程Fig.8 Slope deformation and failure process under working condition 2(a)斜坡初始阶段；(b)斜坡初始阶段三维立体图；(c)微裂隙产生于坡肩侵蚀；(d)坡肩微裂隙细部特征；(e)局部变形破坏阶段；(f)局部变形破坏阶段三维立体图；(g)整体破坏阶段；(h)整体破坏阶段三维立体图

分析体积含水率随时间的变化曲线(图9)可知，工况2中水分的变化规律与工况1基本一致，体积含水率曲线随时间的变化规律为：平缓→快速增大→缓慢增大→到达峰值→缓慢减小→稳定。图9(a)为体积含水率随时间的变化曲线，从中可以看出曲线突变点出现的先后顺序为M2、M1、M3、M6、M4。随着人工模拟降雨的进行M2水分仪首先出现变化，随后坡顶下渗的水分到达M1，M4离坡顶和预制滑面距离较远，因此曲线的突变点出现得最晚。而位于裂隙右侧的体积含水率曲线整体较早地出现突变点(图9(b))，这是因为右侧土体既接收来自裂隙、坡顶与预制滑面的水分，坡面上径流的水也随着下渗，在众多渗流路径影响下，其突变点出现的先后顺序为：M8、M9、M10、M12、M13。从入渗速率看，黄土中体积含水率变化曲线的斜率在初始变化阶段基本一致。当体积含水率达到20%左右时，由于间歇性降雨以及不同位置处接收不同渗流路径的水分，入渗速率不再一致，其最终的体积含水率有所不同，滑面左侧普遍低于右侧。其原因为滑动后右侧岩土体出现松动，右侧密实度低于左侧，因而其体积含水率高于左侧。

图9 工况2条件下各点体积含水率变化Fig.9 Volumetric water content variation under working condition 2(a)M1、M2、M3、M4、M6水分仪；(b)M8、M9、M10、M12、M13水分仪；(c)M5、M7、M11、M14水分仪；(d)M15、M16、M17、M18水分仪

泥岩中体积含水率变化情况不同于黄土，其曲线斜率大，水分在泥岩中入渗得更快，同时其稳定的数值也比黄土中的高，持水性好于黄土。如图9(c)所示，M5、M7、M11、M14近乎同时接触到水分，其连线为此时刻湿润峰的位置，其稳定后的数值不尽相同，究其原因为斜坡滑动后部分传感器位置处的土体松动。而靠近斜坡表面和坡脚处的传感器，接触到水分入渗的时间不同，M18位于坡脚位置处，此处有来自人工降雨的水分和坡面径流的水分，水量大，因此表现为体积含水率优先变化；M17相比M15靠近坡脚，因此M17突变点先于M15；M16距离坡面较远，因此曲线最后发生变化(图9(d))。

工况2的变形破坏过程与工况1类似，随着人工降雨的进行，斜坡从水分入渗到最终破坏也可分为4个阶段。(1)初始阶段：斜坡整体稳定，湿润峰随着降雨过程不断向斜坡内部推进，坡体表面可见有流水冲刷的痕迹。(2)微裂缝产生阶段：此阶段产生大量微裂隙，预制裂隙附近多为拉张型的垂向裂隙，靠近预制滑面前缘位置，产生与预制滑面近乎平行的剪裂缝，坡肩处侵蚀较为严重，坡肩出现小的冲沟。(3)局部破坏阶段：随着降雨的进行，微裂隙进一步扩展，部分相互连通，坡面冲刷较为严重，局部发生滑动。据实验记录，局部滑动发生于640 min，此时黄土中水分仪示数猛增至峰值，泥岩中水分仪曲线迅速增加或刚出现突变点。(4)整体破坏阶段：发生于720 min，黄土基本处于饱和状态，坡面出现冲沟，多数微裂隙贯通，在水和重力作用下预制裂隙开裂，斜坡沿预制滑面整体向下滑动，堆积于坡脚位置。

工况2中土压力整体变化与工况1一致(图10)，不同的是各个传感器的数值变化有所不同。E1、E2传感器位置与工况1一致，因此变化规律与工况1基本一致。E3、E4相比于工况1位置更靠下，E3传感器变化的峰值为2 kPa左右，比工况1大，其原因是其距坡面的距离更大，受到的上部土体压力变化也越大；而E4相对靠近模型底部，应力传递过程会有损失，因此其峰值小于E3。E5传感器与工况1位置相同，其距预制滑面的位置相对工况1近，受到滑面上部土体的土压力相对大。

图10 工况2条件下土压力变化Fig.10 Soil pressure variation under working condition 2

5 斜坡变形破坏模式及诱发机理

5.1 强降雨诱发黄土-泥岩斜坡变形破坏模式

降雨作用下黄土斜坡变形破坏模式主要与地层结构、裂隙发育情况等有关。本次模型实验探讨了黄土-泥岩接触面滑坡和黄土-泥岩复合滑坡在大雨条件下的破坏过程，对于工况1，其变形破坏模式如图11所示，具体过程描述如下。

图11 降雨诱发黄土-泥岩接触面滑坡破坏模式(工况1)Fig.11 Failure mode of rainfall-induced loess-mudstone contact surface landslide(working condition 1)(a)原始斜坡；(b)坡肩侵蚀与微裂隙产生；(c)微裂隙扩展、贯通；(d)局部滑动破坏；(e)整体滑动破坏

(1)坡肩侵蚀与微裂隙产生阶段：人工模拟降雨开始后，水分一方面通过裂隙、滑面优先进入斜坡内部，另一方面缓慢入渗至坡肩位置处，汇集的水分沿坡面向下流动，对坡肩造成侵蚀；另外，水分的入渗引起黄土强度降低，在坡顶形成拉张型微裂缝，同时，预制滑面的存在使得滑面附近形成了剪切作用导致的与滑面近乎平行的微裂缝。

(2)裂隙发展与贯通阶段：随着水分的不断入渗，斜坡土体强度进一步降低，微裂缝发展并互相贯通，坡肩处侵蚀越来越严重，形成小冲沟，后缘位置处产生轻微塌陷，斜坡整体处于稳定状态。

(3)局部滑动破坏阶段：随着降雨过程的进行，局部塌陷严重，在滑面抗剪强度低的位置土体顺预制滑面向下滑动，堆积于坡脚位置处。

(4)整体滑动破坏阶段：水分的入渗增加了坡体自重，同时降低了预制滑面的抗剪强度，当土体下滑力大于滑面的抗滑力时，斜坡整体沿滑面下滑，堆积于坡脚。

工况2的变形破坏模式与工况1类似，不同的是预制滑面切穿黄土和泥岩，其抗滑能力更弱，发生变形破坏所需要的时间更短，破坏力也更大。其滑动破坏模式如图12所示，具体过程描述如下。

图12 降雨诱发黄土-泥岩复合滑坡破坏模式(工况2)Fig.12 Failure mode of rainfall-induced loess-mudstone composite landslide(working condition 2)(a)原始斜坡；(b)坡肩侵蚀与微裂隙产生；(c)微裂隙扩展、贯通；(d)局部滑动破坏；(e)整体滑动破坏

(1)坡肩侵蚀与微裂隙产生阶段：随着人工降雨进行，坡顶水分优先进入预制裂隙与滑面；水分将裂隙灌满后溢出，沿坡肩向下流动。对坡肩造成侵蚀，同时水分的入渗引起黄土强度降低，在坡顶形成拉张型微裂缝，滑面附近形成与滑面近乎平行的剪切微裂缝。

(2)裂隙发展与贯通阶段：随着水分的不断入渗，斜坡土体强度进一步降低，微裂缝发展并互相贯通，坡肩处侵蚀越来越严重，向下发展至黄土、泥岩接触面位置并继续侵蚀泥岩部分，后缘位置处产生轻微塌陷，坡体滑面前缘位置轻微剪出。

(3)局部滑动破坏阶段：随着降雨过程的进行，裂缝贯通，土体强度进一步降低；在滑面力学性质最薄弱的位置部分土体顺预制滑面向下滑动，堆积于坡脚位置处。

(4)整体滑动破坏阶段：水分的入渗增加了坡体自重，同时降低了预制滑面的抗剪强度，当土体下滑力大于滑面的抗滑力时，斜坡整体沿滑面下滑，堆积于坡脚。

5.2 降雨条件下黄土-泥岩斜坡变形破坏机理

野外现场调查与本文的实验结果共同表明：土质老滑坡复活时，其侧边界往往沿冲沟分布，且与水的存在有着十分密切的关系。一方面，冲沟的存在为滑体提供了侧向的临空面，从而减小了侧向边界的摩擦阻力；另一方面，降雨过程中，水分优先汇集到裂隙及冲沟底部，当两侧冲沟水分入渗至连通时，滑体便“漂浮”于连通的水位之上，形成潜在滑动面。实验过程中，随着模拟降雨的进行，坡面冲沟不断发展，黄土发育的节理裂隙成为水分入渗的优势通道，其下部泥岩相对隔水，导致水分聚集于接触面附近，浸泡下部泥岩，降低了抗滑力；同时，水分的入渗使得土体自重增大，各监测点的体积含水率不断增大。水的参与使得土体强度折减，入渗的水分难以排出，聚集在软弱带处，对坡体滑动起到一定的润滑作用，同时，静水压力的作用也能造成滑面抗剪强度降低。

该类斜坡的破坏模式为滑移-拉裂式，属于牵引式滑坡。斜坡在天然状态下沿着老滑面、黄土-泥岩接触面、软弱结构面、最大剪应力集中带发生长期缓慢的蠕动变形演化，在坡体内部产生了贯通性的潜在滑动面；当降雨时，水分渗入土体，一方面增加土体的自重，引起土体内部应力变化，在坡顶面和坡肩位置处坡面的径向应力和坡顶面的切向力可转化为拉应力，形成张力带，易形成与坡面平行的拉裂微裂隙；滑面附近剪应力集中，在其两侧易形成剪裂缝。另一方面，随着降雨进行，土体的体积含水率逐渐增大，土体抗剪强度随之减小。实验测得不同含水率条件下黄土强度参数如表4所示，主要表现为随着体积含水率不断增大，土体黏聚力呈抛物线型下降，而内摩擦角基本保持不变(图13)，抗剪强度逐渐变小，当达到土体抗剪强度极限时，土体便发生剪切破坏，滑坡发生。

图13 不同体积含水率条件下黄土强度衰减曲线Fig.13 Strength decay curve of loess under different volumetric water contents

表4 不同含水率下黄土强度参数

6 结 论

(1)黄土-泥岩斜坡的形成与演化大多数离不开水的参与，其变形破坏模式主要受斜坡结构、岩土体性质、结构面的控制。实验设置了两种预制滑面类型，结果表明结构面控制了斜坡破坏的方式与规模。结构面位于黄土内部且相对较缓时，在降雨条件下，斜坡破坏基本沿预制结构面滑动，且达到破坏需要的时间相对长，规模相对小；而结构面切穿黄土、泥岩两种地层且相对较陡时，在降雨条件下，斜坡破坏沿预制结构面滑动，且达到破坏需要的时间相对短，规模相对大。

(2)体积含水率随时间的变化关系显示，结构面附近，水分优先到达，结构面成为导水的优先通道；土体内部某点的水分渗透速度经历了先快后慢的规律，这与基质吸水力的变化直接相关。两组实验结果表明，滑动土体基本达到饱和后，滑坡发生。

(3)土压力变化结果反映，随着水分入渗，土压力缓慢增大，300 min左右时微裂隙的产生使得局部卸荷，土压力逐渐变小，斜坡土体下滑过程中土压力再次升高。两组实验结果显示，土压力变化趋势基本一致。

(4)降雨作用下斜坡的变形破坏大致经历4个阶段：坡肩侵蚀与微裂隙产生阶段、微裂隙扩展和贯通阶段、局部滑动破坏阶段、整体滑动破坏阶段。

(5)降雨对滑坡产生的影响主要表现为增加土体下滑力、减小其抗滑力。降雨诱发土质斜坡的滑动破坏机理如下：随着水分的入渗，滑动土体从非饱和状态逐渐变为饱和状态，此过程中孔隙水压力不断增大，有效应力不断减小，土体强度逐渐降低，直至斜坡滑动破坏。