基于多指标现场监测的滑坡降雨型响应研究

□陈昌妮

滑坡主要发生于夏季，主要原因是夏季降雨较多，进而导致滑坡体产生较大的位移，进而引起滑坡自然灾害，因而对降雨条件下滑坡体性能进行研究对于建立滑坡防护及预警都是至关重要的。

滑坡体的支护及预警是目前较为重要的工作，因而对于滑坡体的研究逐渐成为岩土工程学科较为重要的研究课题，目前大量的专家学者开展这方面的研究并取得较为丰硕的研究成果。如郭子正等对三峡水库滑坡体建立预警监测系统，确定了在不同降雨条件下滑坡体的位移状况；杨宗佶等基于地表倾斜角度、降雨强度、基质吸力、土体饱和度等指标对都江堰建立滑坡体预警体系，并成功预警了滑坡；黄晓虎等对王家坝滑坡体建立临灾预警体系，通过监测滑坡体的参数指标分析滑坡体的蠕动变形阶段，进而减小滑坡的损失；许强分析了当前滑坡体防护中的问题及改进措施，主要通过分析滑坡体监测点和监测手段、监测设备的选用、预警体系的完善等确定滑坡防护的正确措施。

基于前人的研究基础，本研究通过监测某综合监测与预警滑坡现场的位移、体积含水率、基质吸力、土体温度等指标，分析滑坡体在降雨条件下的指标变化特征。

1.工程概况

本研究基于某综合监测与预警滑坡，滑坡体结构的面积共计35000m2，滑坡体结构的厚度约为4.0m、体积约为135000m3，该滑坡为浅层中型土质降雨型滑坡。该滑坡体结构剖面图见图1，滑坡体的土体组成为坡残积含碎石粉质黏土。由于降雨的持续作用及道路施工荷载的影响，滑坡体在2016年出现微裂缝，随后的年限中，裂缝宽度逐渐增大，在滑坡体的后缘部位出现了较大范围的破坏裂缝见图2，2019 年逐渐开展该区域滑坡勘测、保护工作，分析出了滑坡体出现的原因、变形破坏特征、发展趋势、影响因素等变化状况。

图1 滑坡体结构剖面图

图2 滑坡体后缘部位现场图

2.监测方案设计

含水率和基质吸力是滑坡体较为重要的稳定性评价指标，为了研究滑坡降雨型响应的变化规律，在关键部位布置了高精度翻斗雨量计、GNSS 形变监测仪用于降雨量与滑坡体位移监测，同时在土体内部布置了体积含水率传感器、土壤水势传感器用于监测滑坡体的含水率和基质吸力。

对于监测点布置，既要保证监测点布置的经济性还要保证监测点布置的科学合理性。本研究监测点主要布置在该滑坡体的中后部位，主要是由于根据前期调查滑坡体中后部的易发生滑坡，监测点布置图见图 3（a），G01、G02、G03 为GNSS 形变监测仪布置点，共计布置了3 个监测点，在G02 位置附近桩孔，布置温度、含水率、基质吸力传感器，具体分 布 见图 3（b），共计布 置 了：L1、L2、L3 3 个基质吸力传感器；T1、T2、T3 3 个温度传感器；W1、W2 2 个含水率传感器。

图3 监测点布置图

3.监测结果分析

3.1 坡体位移监测结果

坡体的位移监测结果见图4，在2019 年 7 月 30 日 —2020 年 2 月 2 日 降雨量较小，只有少数时间有较小的降雨，对于监测点的位移，G02 监测测点存在有随时间变化的位移，且位移变化随着时间呈现出逐渐变化的趋势，根据变化状况判断为坡体蠕变，而G01、G03 测点在此期间未出现明显的位移变 化 。 在 2020 年 2 月 2 日 —2020 年 2月15 日开始降雨，且降雨量较大，但在该期间，3 处位移测点均未出现较为明显的位移变化，在 2020 年 2 月15 日—2020 年 2 月 16 日 3 测点的位移出现一次突变，增长幅度较大，G01 测点的增长幅度达到83.5%、G02 测点的增长幅度达到79.0%、G03 测点的增长幅度达到89.5%，分析结果可得，3 测点对于降雨的反应时间均延后14 天左右，降雨响应的滞后主要影响因素为滑坡体的含水率、基质吸力变化状况有关，同时在 2020 年 2 月 16 日 —2020 年 4 月 31 日期间，降雨的频率与降雨的强度均有较大幅度的增大，但 G01、G02、G03 均无明显的变化，只有在 2020 年 4 月 3 日—2020 年4 月31 日期间有较小的增大趋势。

图4 坡体位移监测结果

根据检测结果可以判断得出，对于滑坡体的位移与降雨关系密切，主要表现为：前期长时间干旱，而突然增大降雨量会引起坡体的位移，且位移变化会稍有延迟；而对于前期的持续降雨，后期的降雨对坡体的位移影响较小，不会引起较大的滑坡体位移变形。

3.2 坡体体积含水率监测结果

坡体的体积含水率监测结果见图5，在 2019 年 7 月 30 日 —2020 年 2 月 2日降雨量较小，只有少数时间有较小的降雨强度，对于监测点的体积含水率，W1、W2 含水率逐渐减小，主要是因为长期的干燥环境引起土体水分的蒸发。在 2020 年 2 月 2 日 —2020 年 2 月 15 日开始降雨，且降雨量较大，两测点的体积含水率逐渐增大，且响应速率较快，对比两个不同深度的测点，0.8m 深度的W1 测点响应速率较1.3m 深度的W2测点快，对于0.8m 深度的W1 测点，在2020 年 2 月 2 日（降雨量 14.41mm）、2020年 2 月 3 日（降雨量 46.33mm）、2020 年 2月4（降雨量22.59mm）降雨后体积含水率迅速升高，体积含水率由7.25%上升至 12.90%，上升幅度较大，2020 年 2 月4 日后土体体积含水率保持稳定，2020年 2 月 4 日 —2020 年 4 月 31 日 期 间 ，降雨的频率与降雨的强度均有较大幅度的增大，但两测点的土体体积含水率均保持较为稳定的动态变化，且土体体积含水率变化期总比降雨期延迟3 天，这主要受土体的渗透性能影响。

图5 坡体体积含水率监测结果

根据检测结果可以判断得出，对于滑坡体的测点土体体积含水率与降雨关系密切，主要表现为：滑坡体不同深度体积含水率随着降雨的变化趋势基本相同，且0.8m 深度处体积含水率变化幅度较大，响应比1.3m 深度处的响应速率快，后期降雨对土体体积含水率的影响较小。

3.3 坡体基质吸力监测结果

坡体的基质吸力监测结果如图6所 示 ，在 2019 年 7 月 23 日 —2020 年 2月2 日降雨量较小，在此期间测点的基质吸力逐渐增大，且基质吸力监测仪埋深越深，所测得的基质吸力增长幅度越小、增长越滞后，对于基质吸力到达峰值时的变化趋势，较浅埋深的基质吸力出现稳定性的波动趋势，较深埋深的基质吸力未出现明显的波动，可以初步判断得出，降雨对于基质吸力的影响主要体现在较浅埋深的滑坡土体。在2020年 2 月 2 日 —2020 年 2 月 17 日 降 雨 量较大期间，L1、L2、L3 测点的基质吸力出现大幅下降，埋深为0.4m 的测点（L1测点） 在降雨初期的基质吸力为2393.28kPa，降雨后降低至 9.73kPa，最终稳定在10.0kPa 左右；埋深为0.8m 的测点（L2 测点）在降雨初期的基质吸力为 1238.58kPa，降 雨 后 降 低 至10.92kPa，最终稳定在 9.0kPa 左右；埋深 为 1.3m 的 测 点 （L3 测 点 ）在 降 雨 初 期的基质吸力为1001.0kPa，降雨后降低至9.96kPa，最终稳定在10.0kPa 左右。直至监测的最后日期2020 年4 月30日，L1、L2、L3 测点基质吸力均处于较低水平。

图6 坡体基质吸力监测结果

根据检测结果可以判断得出，对于降雨和蒸发对于土体基质吸力的影响主要规律为：埋深越深，基质吸力受降雨和蒸发的影响越小、响应时间越长、滞后越明显，土体的水分运输呈现垂直运输的变化趋势。

3.4 坡体土体温度监测结果

土体的基质吸力测定采用土壤水势传感器，该传感器在测定土体的基质吸力的同时，也可以对坡体土体温度进行测定。对于滑坡土体的温度，主要影响因素为大气环境的温度，大气环境的温度越高，土体的温度越高，但在土体内部，温度分布规律人有不同的变化趋势。对于埋深较浅的土体，温度变化幅度较大，而埋深较深的土体，温度变化幅度较为平缓，说明大气环境对土体温度影响随着深度增大逐渐减小，这主要是由于土体的导热性能较差，因而土体温度在深度方向上有较大差异，但在降雨期后，随着深度增大，土体的温度值和变化幅度差距不明显，这主要是由于长期干旱后土体的孔隙率较大，降雨后土体体积含水率增大，进而土体内部的导热性能增大，引起土体的温度值和变化幅度差距减小见图7。

图7 坡体土体温度监测结果

4.结论

研究对某综合监测与预警滑坡进行监测，通过检测易滑坡坡体的位移、体积含水率、基质吸力、土体温度等指标，分析坡体滑坡物理性能指标，主要得到以下结论。

一是突发降雨会引起坡体的位移，且位移变化会稍有延迟；持续性降雨对坡体的位移影响较小，不会引起较大的滑坡体位移变形。

二是滑坡体不同深度体积含水率随着降雨的变化趋势基本相同，土体深度越深，体积含水率变化幅度较小，响应速率越慢，持续性降雨对土体体积含水率的影响较小。

三是埋深越深，基质吸力受降雨和蒸发的影响越小、响应时间越长、滞后越明显，土体的水分运输呈现垂直运输的变化趋势。

四是土体内部温度主要受大气环境温度和降雨的影响，且干旱期土体保温性能较好、湿润期土体导热性能增大。