浅谈降雨条件下边坡稳定性研究的国内外现状

浅谈降雨条件下边坡稳定性研究的国内外现状

刘立

中国建筑第二工程局有限公司华东分公司江苏南京210000

摘要：山体滑坡是世界各地常见的地质灾害之一，威胁着我们的生命以及财产安全。本文简要描述了降雨条件下边坡稳定性研究的国内外研究现状，包含条件下现场试验研究、室内试验研究、解析方法研究现状，边坡在降雨条件下牵扯的主要问题为土的非饱和渗流问题。

关键词：降雨；边坡稳定；研究现状

1课题的研究背景及意义

滑坡乃是全世界都普遍存在的地质灾害之一，威胁我们的生命以及财产安全。近年来因降雨引起的滑坡、泥石流等灾害频繁发生而降雨是引起滑坡的重要因素之一，许多滑坡发生于降雨的时候或者降雨后不久。因而对降雨而产生滑坡破坏的区域研究其降雨对地下水位以及含水量的影响是对其边坡稳定性分析的前提条件。

2降雨条件下边坡稳定性研究的国内外研究现状

2.1现场试验研究现状

李爱国、岳中琦、谭国焕等为了研究降雨情况下雨水入渗对边坡稳定性的扰动，进行了一次户外降雨情况下的大型边坡试验。通过现场检测坡体的体积含水率和负孔隙水压力，绘制了边坡顶部土体的体积含水率以及负孔隙水压力(吸力)关于深度的函数曲线。

詹良通、吴宏伟、包承纲对一个非饱和膨胀土边坡进行了人工降雨情况下的模拟试验，实验结果表明降雨导致土层深度2m以上的孔隙水压力由负值增加到0，有些区域甚至为正值，形成了上层滞水，边坡的抵抗剪切的能力和有效应力大幅度降低；降雨造成土体水平方向应力相较于竖向应力明显增加，可能会引起坡体沿着裂隙发生膨胀土中较为多见的渐进式滑坡。

周中、傅鹤林、刘宝琛对土石混合边坡进行了人工降雨模拟试验，检测结果表明，在降雨入渗条件下土石混合边坡有可能发生由于土体松弛导致的破坏，滑动破坏区域基本在坡面以下0-4m的范围内；降雨过程中土体的渗透性会有一定程度降低，是因为土体吸水导致裂隙闭合的缘故；强降雨条件下，土体吸水一定时间后将达到饱和，渗流性大幅降低，雨水会在滑面以上聚集，形成上层滞水，这对于边坡稳定性来说非常不利。

李汝成、王复明对某处的泥岩-土混填边坡在人工降雨条件下进行了模拟试验，记录了在降雨条件下边坡土体内部孔隙水压力、体积含水率、土压力和边坡各处变形等数据，结合有限元数值模拟结果表明降雨条件下泥岩-土混填边坡在边坡表面发生的变形最大，并且变形引起的裂缝使得深层土体中含水量增加，抗剪强度明显下降，边坡稳定性变差，今后的设计施工时应当重视。

刘海松、倪万魁、杨泓全等为寻找黄土地区公路路基湿陷性评价的方法以及与实际较符合的入渗规律，模拟了近100年内最大降雨，模拟结论显示降雨对此类黄土路基的影响范围在2-7m附近，降雨引起的饱和区域深度大约为20cm，该地区的黄土在遇到水以后因为自重引起的沉降幅度较小。

但是由于现场试验消耗时间较长，并且耗资巨大，还有就是比较繁杂的数据收集系统的设置，因而在实际工程中并没有较为广泛的使用。在这种条件下，耗时较少，费用低廉，同时数据收集仪器相较现场试验简单的室内模型试验便迅速发展起来。

2.2室内试验研究现状

王福恒、李家春、田伟平在室内利用1：1的足尺模型进行了人工降雨试验，实验结果表明黄土的压实度会影响入渗率，分析边坡稳定时将土当做各向同性的材料时会与实际产生差异；边坡土体的入渗率会随着降雨稳定再稳定数值，并且这个数值不会因为降雨强度的变化而出现明显波动；

林鸿州、于玉贞、李广信等利用前人的边坡理论来分析降雨对边坡的影响。结果指出在较为接近的初始条件下降雨总量对边坡稳定有较大扰动，这个降雨总量称之为‘门槛累计雨量’；对于强度较低但是持续时间较长的降雨，会导致与边坡地表面距离较大的土体孔隙水压力增大。在高强度降雨下，地表面区域土体饱和度迅速上升，容易产生流滑破坏。

王维早、许强、郑光等为研究强降雨诱发沿着基覆截面界面破坏的浅层堆积层滑坡形成机制，进行了离心模型试验，成功开发了一种可以进行降雨试验的离心模型，更加深入的理解了降雨入渗条件下堆积层边坡破坏的规律，对破坏方式有一定的了解，对治理奠定了理论基础。

范秋雁、刘金泉、杨典森选用原状膨胀岩在室内进行边坡模型试验，观测膨胀岩体边坡在干-湿-干循环和降雨条件下边坡内部的孔隙水压力和渗流的变化，进而研究该类边坡在这两种情况下的破坏方式。周杨，刘果果，白兰英等对黄土边坡在降雨条件下其内部基质吸力、体积含水率以及边坡变形进行了试验，试验结论表明在一定雨强范围内，增加降雨强度会导致雨水入渗速度增大，产生滑坡需要的时间则越短；当边坡的坡度减小时，湿润前锋向下移动速度就越快，与之相反的是产生滑坡所需时间就越长；基质吸力会因为体积含水率的上升而大幅度减小，在边坡顶部会因为拉应力生成裂隙，坡脚产生流动破坏，大幅度提升雨水的入渗速度，形成恶性循环直至破坏；边坡破坏将由下往上发展，最终会使得边坡整体失稳。

2.3解析方法研究现状

在计算机还没问世之前，关于解决渗流这类问题大部分采用解析法，该方法直接使用数学工具对所涉及的微分方程进行求解，这种方法能更加明确的显示问题与各种影响因素以及边界条件的影响关系。

Neuman首先提出了把非饱和饱和状态视为一体，然后统一进行求解，该方程称为饱和-非饱和渗流计算方程。

谭新，陈善雄，杨明提出了一个新的降雨概念模型；用非饱和渗流模拟研究在不同降雨条件下边坡土体内部的渗流变化，分析结果表明：边坡土体的原始渗流场对后期的雨水入渗有较大扰动，湿润锋的推进速度同样受到初始体积含水率的扰动。

戚国庆，黄润秋，速宝玉讨论岩质土体边坡的数值模型，然后研究了该模型中的非线性方程组和现有解法，得到了采用Picard迭代法求解该方程的方法后，仔细对雨水入渗的物理规律做出分析，论述了在降雨条件下边坡土体内部孔隙水压力和体积含水率的变动。

孙建平，刘青泉，李家春等使用极限平衡法和有限元法提出边坡渗流与稳定性分析耦合模型，分析了降雨入渗情况下边坡土体内部基质吸力的改动和土体软化对边坡的影响。

周建烽、王均星、陈炜在Bishop和Fredlund强度理论的基础上把任意时间点的水压力视作体积力代入方程，以有效应力为基础的情况下建立了满足间断条件、平衡条件、屈服条件以及应力边界的非线性规律模型，而且采用数值模拟降雨以及库区水位变化对边坡稳定的扰动来论证。

常金源、包含、伍法权等为了更加深入理解降雨对边坡稳定性的扰动，在Green-Ampt入渗模型的基础上考虑动水压力的作用的条件下，指出了在降雨条件下的产生浅层滑坡基本规律，而对于不存在地下水的边坡，边坡的安全系数会在湿润锋抵达滑面时发生突变，这是因为滑面在水的浸泡下基质吸力、抗剪强度等会显著降低；对于地下水位较高的边坡，湿润锋与地下水接触后会迅速改变滑面处的孔隙水压力，变化幅度随着湿润锋下降的高度增加而上涨，这同样会降低边坡的稳定性；根据上面的研究提出了边坡饱和临界时间tc，降雨时间若小于tc，坡体在降雨结束时不会达到饱和，但若大于tc，则在降雨时间超过tc后边坡土体一直处于饱和，边坡的安全系数会一直处于最低点。

参考文献

[1]陈学东.浅层非饱和带降雨入渗规律的试验与数值研究[D]南京：河海大学，2005.

[2]林鸿州，于玉贞，李广信等，降雨特性对土质边坡失稳的影响[J]岩石力学与工程学报，2009，28（1）：198-204.

[3]范秋雁，刘金泉，杨典森等不同降雨模式下膨胀岩边坡模型试验研究[J]岩土力学，2016，37（12）：3401-3409.