降雨入渗条件下斜坡的稳定性分析

降雨入渗条件下斜坡的稳定性分析

孙松华

孙松华

广东省水文局梅州分局广东梅州514021

摘要：降雨入渗是影响边坡稳定、导致边坡失稳破坏的主要因素。降雨会降低岩土体的抗剪强度,抬高地下水位使得孔隙水压力升高。因此,研究降雨条件下的边坡稳定性问题,对控制路基变形和保证边坡稳定性具有重要意义。

关键词：降雨入渗；稳定性；防治措施

Undertheconditionofrainfallinfiltrationofslopestabilityanalysis

SunSongHua

Hydrographicofficeofguangdongprovincemeizhoubureauofguangdongprovincein514021

Pickto:rainfallinfiltrationisinfluencingslopestability,leadingtothemainfactorsofinstabilityandfailureofslopes.Rainwilllowershearstrengthingeotechnicalengineering,undergroundwaterlevelelevationmakesporewaterpressureincreases.Research,therefore,undertheconditionofrainfalltheslopestabilityproblem,tocontrolthedeformationofsubgradeandensuretheslopestabilityisofgreatsignificance.

Keywords:rainfallinfiltration;Stability;Preventionandcontrolmeasures

随着我国经济建设步伐的加快，工程建设项目及其规模的日益增加，与工程项目相关的边坡问题便显现出来。如水利水电、高速公路、高速铁路及建筑工程等。因此分析边坡的稳定性、改善边坡的性能及治理已是土木工程面临的重大问题。降雨入渗诱发的滑坡不仅与降雨强度有关，还与入渗深度，地表径流排泄条件、初始地下水位、滑坡岩土体的渗透特性等因素关系密切。降雨入渗对边坡稳定的影响主要导致了边坡土体渗流场的变化。从而引起边坡土体饱和区域厚度增加和非饱和区域厚度减小；土体内孔隙水压力升高；土体地质吸力减小和抗剪强度参数降低；土体质量增大。导致土坡的稳定性逐渐降低。

1降雨入渗形成过程

降雨入渗过程实质是水分在土体中的运动过程。它受到降雨强度、降雨历时、土壤物理性质、入渗面坡度、粗糙程度等诸多因素的影响。当降雨强度小于土壤的入渗能力时,雨水将全部入渗,这时的入渗率即为降雨强度;当降雨强度超过土壤的入渗能力时,坡面将产生积水或地表径流,这时的入渗率为饱和入渗率。一般在降雨初始,地表的含水率梯度很大,入渗率也很高,随着入渗的进行,含水率梯度不断减小,入渗率也不断降低,当入渗率小于降雨强度时,开始形成积水或地表径流。

2降雨入渗造成的不利影响

斜坡是自然地质长期积累后形成的特殊地质构造，是地壳表部所有具备侧向临面的地质体。由于斜坡结构的特殊性，若降雨入渗控制不当则会引起各种水流囤积现象，给斜坡及周围环境造成污染破坏。

2.1斜坡坍塌

斜坡是山区构造的变形区域，降雨入渗会造成各种水污染问题日趋严重，给整个生态系统环境造成了一定的破坏作用。入渗会使得地表上的水过于集中到斜坡土壤中，使得原有的地质结构变得更为松散，地质结构难以达到足够的强度要求，若斜坡地下水量充足则会引起不同程度的坍塌。

2.2水流混乱

从外形结构上看，斜坡本身存在一个倾斜角度，水流均是自上往下流入而到达特定区域。降雨入渗量增大之后，斜坡上水流的变化运动会处于混乱状态，如洪峰流量变大则容易对斜坡结构造成冲刷，原先斜坡结构能够控制的流量超出承载范围，这些引起了水流量的波动。

2.3地质受损

降雨入渗之前的水运动则是降雨径流，若地表水不能及时入渗到土壤中，地表之上的区域会出现径流现象。径流对坡度较大的构造不会产生影响，但若坡度较小则容易破坏原有的地质结构。地面积水过多而损坏地表，大量水在地表、地下使得土壤之间的黏性减弱。

2.4破坏系统

大自然是一个综合性的生态系统，动物、植物、地质等之间都是相互协调运行的。若其中一个要素出现变化，则会使得稳定的生态系统遭到破坏，这些都会对原始自然生态系统造成破坏作用，不利于生态环境的长期发展。

3降雨入渗下斜坡水文的响应变化

降雨入渗环境下斜坡坡面会产生雨水聚集的现象，最终构造出面积大小不一的水流。而斜坡构造形式的不同使其在面对水流时出现各种变化，斜坡面水的运动变化呈现多样化趋势。对降雨入渗下斜坡水文进行了模拟测试，最后得出了对水文响应造成变化的几个重要参数指标，具体包括:强度指标、入渗指标、含水指标、坡长指标、坡度指标等。“产流”是判别降雨入渗下斜坡水文响应的重要指标，其由降雨量减去损失量获得。

3.1入渗指标

即土壤入渗率，根据国内外斜坡水文资料显示，在降雨入渗环境下的土壤入渗均会出现不同程度的波动。如当土壤渗透能力减弱之后，产流的状况会随着土壤含水率的变动而改变。从这一点看，土壤初期阶段的渗透系数会影响到产量的水量，如渗透系数小，则产流早期吸收的水量偏少。试验中注意到一些特殊情况，当土壤入渗率处于平衡时，对土壤的初始非饱和度不会带来变化，但在平衡产流量上则会有变动。

3.2含水指标

即初始含水率，土壤含水率与入渗率之间紧密相关。通常土壤的入渗率越大，则含水率也随之上升。这是因为除了土壤自身储备的含水量外，绝大部分的土壤含水率都是雨水从地表入渗而成。土壤的初始含水率更大，则其初始非饱和度更小且坡面的产流量增大，水动力因子也在随之增大。另外，根据斜坡坡面的水量会受到人为实践的影响，土壤的初始含水率也会产生大幅度的变化，如斜坡地表种植需要灌溉水量等。

3.3阻力指标

即阻力系数，综合前面几个指标，阻力系数在降雨入渗中也是影响斜坡水文的一大因素，斜坡水文阻力可通过模拟试验及地址勘测获得。一方面，斜坡自身具备的坡度则造成了整体的外在阻力：另一方面，斜坡内部土壤结构之间的内阻力也会影响水流的变化、运动。利用计算机模拟试验可发现，水流阻力系统变大后，斜坡内产流实现均衡状态或者完全退水的时间则会变长，这是由于水文运动受到阻力作用而速度变慢的缘故。

3.4坡长指标

即坡度长度大小，上述提到斜坡产生的因素有自然因素、人为因素等。斜坡形成因素的不同使得坡度的长短也存在差异，据勘测显示国内山区斜坡长度在50～200m不等，而城市地区的一些景观斜坡也有20m左右。通过计算产流形成的过程，对坡长状况进一步分析得出，在出口处的产流量变大之后，出口处坡面流的水流速度、水量大小、运动应力也在变化，见图1。从时间和水流量关系上看，斜坡长L不断变化的同时，单宽流量大小也有所变动。

图1不同坡长的产流过程图

3.5坡度指标

即斜坡坡度，降雨入渗条件下斜坡坡度对产流会产生多个方面的作用。此次研究选择5°～60°这一坡度值域为对象，分析了各种坡度大小下的产流状况。最大单宽流量在坡度处于平缓状态时有所增大，而坡度超过5°之后则相对减小。此外，在坡度不断变大之后，坡面流的流速、切应力也开始出现变动，流速、切应力最大值的临界坡度出现在1°～60°这一值域内，且流速、切应力的临界坡度值为40°～50°，这些都是降水入渗山造成的水文响应。

4控制斜坡水文响应的有效策略

4.1转变观念

在思想上要对斜坡水文状态给予高度重视，处理好大流量降雨入渗下的斜坡水文问题。这就需要政府领导者注重地区环境建设，尤其是对山区的自然斜坡更应该重点防止处理。在控制斜坡产流时进行勘测收集，对不同的数据及时分析以提早采取方案处理异常的水文响应。

4.2环境评估

环境评估可以提早预测分析斜坡的地质构造、环境变化、产流大小等，根据这些数据指标则能提前采取斜坡水文的处理方案。如根据典型的评估模型对雨洪的管理模式的位置、方法实施测算研究，最终可制定更先进的管理模式，这对降雨入渗下斜坡结构受损、入渗过多等问题可有效处理。

4.3调整结构

为了防止斜坡入渗量过大造成的不便，我们可以对斜坡地质结构合理调整，利用一些更新方式来控制雨水入渗量。如对于坡度较小的斜坡，其雨水难以及时排出，可通过设置小型排水沟的方式将水流引出斜坡，避免入渗量过大引起土壤流失等。

4.4定期监测

定期监测可及时发现斜坡水文响应状况，在内地表出现降雨入渗之后，则需尽快安排技术人员对入渗水量多方检测，核对水质中的各类元素指标与环保标准是否一致。这样不仅能弄清雨水中是否存在有害环境的物质，也可为环保人员的水文处理工作带来方便。

5结束语

总之，降雨入渗表面上是自然环境变化的常见现象，但对于入渗程度的控制不足则会引起不同的破坏作用。降雨入渗下斜坡水文变动是正常的状态，但遇到降雨量大的斜坡区域，该面积内的斜坡地质构造会受到不利影响，这就需要管理者制定严格的控制方案，避免斜坡水文出现异常。

参考文献

[1]赵艳郭明珠周智,水对边坡稳定性的影响及边坡的加固措施分析[J].工业建筑,2006.s1

[2]罗先启李海岭葛修润,降雨条件下滑坡灾害及滑坡排水效果研究[J].岩土力学.2000.21