降雨入渗对滑坡体稳定性的影响分析

２０１７年第７期　水利规划与设计　科研管理　

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２・２４６９．２０１７．０７．０２９　

降雨入渗对滑坡体稳定性的影响分析　

万　立　

（江西省水利水电建设有限公司，江西南昌３３００００）　

摘要：文章运用降雨入渗对土体本身及不同种类边坡稳定性影响机理，通过有限元软件ＧＥＯ—ＳＬＯＰ分析实际边坡　失稳的工程案例，采用不同的降雨量、降雨强度、降雨时间作为渗流作用下的工况进行对比，得到降雨入渗会大　幅减小边坡整体稳定的安全系数值。以期对边坡的施工过程或建成边坡的养护提供一定的参考作用。　关键词：降雨入渗；滑坡体稳定；影响分析　中图分类号：Ｔ￣６４１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７２－２４６９（２０１７）０７—００９４—０３　

１　渗流对土体及边坡稳定的影响机理　

水体渗流会冲刷掉岩层、断层碎裂处细颗粒进　

而引发滑坡。水体渗流不仅可使粘土质岩石发生泥　

化、软化现象，还可促使膨胀土边坡或岩质边坡的　

体积膨胀，增大自重压力，产生滑坡。　土体产生滑坡是由于内部某个结构面的剪应　

力超越了其抗剪极限，平衡稳定状态被打破。抗　

剪极限被打破主要是由于：其一剪应力增大，其　

二土体抗剪强度减小。降雨渗流的作用使土体逐　

渐达到饱和进而自身容重增大，随之土体强度也　

发生改变，水库水位的变化也会造成渗透力的改　变，进而引起土体剪应力的增加。通常所说的孔　

隙水压力是指土体孔隙间的渗流水所产生的压力。　

在进行圆弧稳定计算的过程中，虽然孔隙水压力　

通过了圆心而无力矩产生，但有效应力的减少依　

然降低了土体的抗剪强度，很大程度上影响了边　坡的稳定。　

表１　无粘性土边坡稳定分析　

类型　天然边坡　地震　渗流饱和　饱和并地震　

Ｆｓ（安全系数）　１．１　Ｏ．７２　Ｏ．５ｌ　０．２４　

表２粘性土边坡稳定分析　

类型　天然边坡　地震　渗流　渗流并地震　

Ｆｓ（安全系数）　１．５６　０．９３　０．９１　０．６６　以发现渗流对边坡稳定的影响是相当严重的。　渗流对边坡的影响可以分为两种：静水荷载、　

动水荷载。　所谓的静水荷载是指土体的自身容重会随着含　

水量的增加而增大，此时土体的孔隙水压力也相应　增加，进而土体抗剪能力变小，此时土体的整体还　

受到饱和区所储存的静水浮力的作用。　

动水荷载是指土体中的水流冲刷土质颗粒进而　影响到边坡的稳定性。过程中产生的渗透力，记为　

ｔ，，Ｊ＝Ｒｗ・ｉ，Ｒｗ表示水的容重，ｉ表示坡降。　

当产生顺坡出流时，渗透力将极大的影响着边　坡的稳定。比对表１、２可以知道，对无粘性土坡　而言，渗透作用下的安全系数值是无渗透作用的　／　倍，＾ｙ表示土体浮容重，＾ｙ　表示土体饱和　

容重。　在土力学中，根据土体孔隙水压力的正负值可　

以将土质分为饱和土与非饱和土，相关室内试验数　据和实际工程勘测资料表明，相同的土质由于吸力　

的存在，非饱和土相对有着很高的抗剪强度，在强　度方面高于饱和土；当含水量不断增大，非饱和土　中的吸力相应的不断减小，导致土体强度大幅　

降低。　随着降雨入渗的持续，土体含水量不断上升，　

致使部分非饱和土变为了饱和土，降低了土体整　体的抗剪强度，与此同时，由于非饱和土体内部　

吸力的减小，非饱和土体区域的整体抗剪强度也　

表１、２分别为无粘性土边坡、粘性土边坡在　收稿日期：２０１６．１２—０１　

不同影响因素下的抗滑安全系数，通过数据对比可　作者简介：万立（１９８４年一），男，工程师。　

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　科研管理　水利规划与设计　２０１７年第７期　

骤降。有关研究资料发现，雨水的渗流作用减小　了非饱和土体内部的吸力是地区产生滑坡灾害的　主要因素。　

２　降雨入渗对边坡稳定的危害　

２．１对土质边坡的危害　降雨饱和后的土质边坡渗流场类似于骤降的水　

库水位，是一种非常恶劣条件的水力情况。通常降　雨入渗首先造成土体表层饱和度的增长，再逐渐下　

移。雨水首先在拥有较短渗透路径的坡脚处形成不　

透水层，并随着饱和度的不断升高而成为浸润线，　坡脚的浸润线会因为渗透雨水的不断增加而不断地　

移动上升。　降雨入渗可以认为是以浸润线作为边界，在界　

线内水分不断增加，土体表现为由非饱和转变成饱　和。土体饱和致使土质粘聚力降低至干燥状态的　

１／１０，粘聚力的减小则土的强度降低，再加之土体　自重的增大、孔隙水压力的变大，最终导致滑坡　

灾害。　水体入渗的速度受到土体渗透性的影响，在降　雨对边坡造成影响的过程中，渗透性起关键作用。　

要结合考虑降雨强度和渗透性二者对边坡造成的双　重影响。当雨势为暴雨，在降雨历时和强度都一致　

的条件下，随着渗透系数的增大，安全系数会明显　

变小。当降雨历时较长时，土的入渗能力会随着降　

雨强度的减小而降低，此时安全系数则是随着渗透　

系数的变小而越低的。　

２．２对岩质边坡的危害　

岩体结构面的抗剪强度是影响岩质边坡稳定　

的主要因素。岩体结构面包括硬、软两种结构形　

式。硬结构面是指微风化结构面或是无充填物的　

新鲜岩体结构面，渗水不会影响其抗剪强度。软　结构面包括节理裂隙、充填物为泥质的断层、层　

间错动带等形式的结构面，软结构面常遇水发生　

软化，充填物因毛细管具有吸水的能力，即便是　

在地下水位以上也常处于饱和状态的抗剪强度，　

软结构面在处于地下水位以下或是毛细水区域内　

的条件下，抗剪强度已达到最小值，所以即使　

雨量充沛，软结构面的抗剪强度也不会一再的　

降低。　降雨人渗改变了边坡内部的渗流场，水体入渗　

增大了边坡的荷载，造成滑坡灾害。降雨入渗引起　

的变化包括两个方面：一是地下水位的提升，二是　瞬态饱和区的出现。地下水位的提升是一个持续的　

过程，但降雨强度和降雨历时的增大可以促使土体　

的非饱和区形成瞬态饱和区。雨停后瞬态饱和区随　

即消失。虽然瞬态饱和区的出现时间只是一瞬间，　

但瞬间荷载增量要远大于静态荷载增量，这是造成　

滑坡灾害的主要因素。　

３　工程实例　

江西省崇贤河堤加固工程地处湿润多雨地带，　

雨季常发生滑坡、泥石流等灾害。根据相关现场勘　

查资料及该工程滑坡数据库，选取Ｋ１２＋３２０～Ｋ１２　＋５１０段边坡为研究对象，此坡段是１台２坡的，　

坡比为１：１。采用ＧＥＯ—ＳＬＯＰ软件对边坡在不同降　

雨情况下的空隙水压力进行了模拟，图１为边坡在　

初始状态下的安全系数计算简图。图２～５为有限　

元分析模拟的结果。　

０　２　４　６　８　１Ｏ　１２　１４　１６　１８　２Ｏ　２２　２４　２６　２８　３Ｏ　３２　３４　图１初试状态下安全系数计算简图（ｋ＝１．０９）　

图２降雨历时２４ｈ、强度１００ｍｍ／ｄ　安全系数计算简图（ｋ：０．８６）　

Ｏ　２　４　６　８　１０　１２　１４　１６　１８　２０　２２　２４　２６　２８　３Ｏ　３２　３４　图３降雨历时４８ｈ、强度１００ｍｍ／ｄ　安全系数计算简图（ｋ：０．８３）　

・９５・　６　４　２　Ｏ　８　６　４　２　Ｏ　

６　４　２　Ｏ　８　６　４　２　Ｏ　２０１７年第７期　水利规划与设计　科研管理　

安全系数计算简图（ｋ＝０．８２）　

安全系数计算简图（ｋ＝０．７４）　

结合以上有限元模拟结果分析得出以下　

结论。　

（１）当降雨历时２４ｈ、强度为１Ｏ０ｍｍ／ｄ，与　

初始状态相比，危险滑移面位置基本一致，说　

明边坡稳定性较好，但降雨历时４８ｈ、强度为　

１Ｏ０ｍｍ／ｄ的危险滑移面已向坡脚向移动，安全　

系数也在减小。原因在于，随着降雨入渗的持　

续发生，地表及以下一定深度区域内，土体渗　

透能力与雨水人渗很快达到平衡，但由于土体　

基质吸力的作用，湿润锋会随着雨量的增加而　

不断前移，造成土体孔隙水压力的提升，加之　

浅部土体的自重增大，由极限平衡原理可知，　

土体剪应力的增大使得安全系数变小，边坡的　

危险滑移面便不断的向坡脚移动。　

（２）在降雨历时均为２４ｈ的条件下，降雨强　

度为１ＯＯｍｍ／ｄ与２００ｍｍ／ｄ的危险滑移面基本一　

致，安全系数也较为接近。但随着降雨的持续，　

滑移面不断向坡脚向移动，安全系数也逐渐变　

小。随着降雨的持续，土体浅部渗透能力达到　

饱和，上部边坡自重增大，土体基质吸力变小，　

安全系数减小，所以危险滑移面不断向坡脚　

・９６・　移动。　

（３）《建筑边坡工程技术规范》中规定，当安全　

系数Ｆｓ＜１．０５的边坡均为不稳定的，实例列举的　

边坡在降雨入渗的影响下，其安全系数小于１．０５，　

鉴定边坡应进行加固防护。　

４　结语　

本文在模拟江西省崇贤河堤加固工程在降雨　

强度为ｌＯＯｍｍ／ｄ与２００ｍｍ／ｄ、降雨历时２４ｈ、　

４８ｈ的条件下边坡稳定性的变化，分析模拟结果　

可知：降雨人渗改变了边坡内部的渗流场，水体　

入渗增大了边坡的荷载，造成滑坡灾害。降雨入　

渗引起的变化包括两个方面：一是地下水位的提　

升，二是瞬态饱和区的出现。地下水位的提升是　

一个持续的过程，但降雨强度和降雨历时的增大　

可以促使土体的非饱和区形成瞬态饱和区。雨停　

后瞬态饱和区随即消失。虽然瞬态饱和区的出现　

时间只是一瞬间，但瞬间荷载增量要远大于静态　

荷载增量，这也是造成滑坡灾害的主要因素。边　

坡在降雨入渗的影响下，其安全系数小于１．０５，　

鉴定边坡应进行加固防护。　

参考文献　

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