降雨型滑坡预测预报研究进展

作者:未知

  【摘 要】降雨诱发滑坡一直是滑坡领域的研究热点,为更好地总结降雨型滑坡的研究成果,本文从试验分析法出发,综述了预测预报降雨型滑坡的研究现状。介绍了试验分析法分析降雨型滑坡的优势,试验分析法在试验条件允许的情况下其结果最为可靠;最后对研究中所存在的问题进行了总结。研究结果可为降雨型滑坡的预测预报等提供参考依据。
  【关键词】滑坡;降雨;试验;数值模拟
  中图分类号: P642 文献标识码: A 文章编号: 2095-2457(2019)33-0231-002
  DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.33.114
  0 引言
  降雨是诱发滑坡的最主要因素,全国地质灾害通报的数据显示,滑坡占全国地质灾害的76.2%,而滑坡中有接近85%的诱发因素是降雨[1]。《中国重大地质灾害实例分析》[2]中列举了27项重大地质灾害,其中有15项是由于暴雨而引发的滑坡。因此研究降雨型滑坡的预测预报意义重大。
  降雨型滑坡的研究一直以来受到国内外学者的关注,主要集中于降雨型滑坡破坏机理分析及降雨型滑坡预测预报研究。降雨诱发滑坡的失稳机制可归纳为:(1)雨水入渗至边坡岩土体中,增加了岩土体自重,加大了下滑力,同时使非饱和区的基质吸力丧失,岩土体抗剪强度下降;(2)岩土体遇水软化,使得抗剪强度参数随着含水率的增大而下降;(3)因干湿交替导致岩土体形成裂缝,致使更多雨水进入,加速了滑坡的发生。
  预测预报降雨型滑坡的方法可分为:(1)试验分析法,通过现场试验或者模型试验模拟降雨型滑坡,根据实验数据和实验过程中的现象来认知降雨型滑坡,并以此来预测预报实际降雨条件下的滑坡过程;(2)数值模拟法,基于饱和/非饱和土理论及降雨入渗下边坡稳定性分析方法建立起数学模型,通过数值计算来预测预报降雨型滑坡。
  为了更好地总结降雨型滑坡预测预报的研究成果,本文拟从试验分析法出发,综述预测预报降雨型滑坡的国内外研究现状。
  1 试验分析法
  1.1 现场试验和室内模型试验
  现场试验是在边坡现场进行降雨诱发滑坡的试验,作为揭示滑坡破坏过程和破坏机理的最有效手段,一直以来都是研究降雨型滑坡的热点。但其缺点也很明显:花费人力物力大、试验周期长、受客观因素影响大。
  Lim、Rahardjo等人[3]与黄润秋、戚国庆等人[4]通过现场试验揭示了基质吸力随降雨的变化规律,指出在降雨期间岩土体边坡的非饱和区中会形成暂态饱和区,并且靠近地表部分的基质吸力受降雨影响较大,而随深度的增加影响变小。詹良通等人[5]通过现场试验对降雨下非饱和膨胀土边坡的滑坡进行了研究,指出对膨胀土边坡而言因为其本身的低渗透性造成了降雨强度低、历时长的降雨下更易发生滑坡,膨胀土边坡主要是由于雨水入渗过程中自重增大及膨胀土遇水软化这双重效应作用下发生的滑坡。胡明鉴[6]通过试验发现滑坡的发生并不在降雨期间,一般发生在降雨结束后,表明降雨型滑坡的发生是一个渐进破坏的过程。
  室内模型试验利用缩尺边坡模型模拟实际边坡,通过调整各类因素,如不同类型的土质或岩质,不同的降雨类型、降雨强度、降雨历时,开展降雨型滑坡破坏机理和破坏过程的研究。
  Okura[7]、Moriwaki等人[8]通过室内模型试验揭示了降雨型滑坡存在降雨阈值的原因是由于降雨量的增大造成孔隙水压力升高,孔隙水压力升高是造成降雨型滑坡的重要原因。Huang等人[9]通过室内小尺寸模型试验对降雨条件下的浅层滑坡进行了研究,探讨了基于含水率变化的滑坡预警系统。Song等人[10]同样通过室内小尺寸模型试验得出滑坡范围和孔隙水压力变化范围均随降雨强度的增大而增大,并且雨水入渗深度也随降雨强度的增大而增大。王伟锋[11]通过室内小尺寸模型试验对降雨型滑坡和地震型滑坡进行了物理模拟试验,系统地研究了坡度、坡体结构、降雨量、振动强度等因素对斜坡破坏变形的影响规律,探讨了降雨和地震诱发斜坡失稳破坏的主要模式和过程。得出滑坡的临界降雨量与滑坡坡度呈幂指数关系,坡度越大其临界降雨量越小。林鸿洲等人[12]通过室内模型试验提出高强度降雨较易使边坡产生流滑破坏且冲蚀现象较为明显;而低雨强长历时的降雨较易使边坡深层土体的孔隙水压力增加,因此较易产生滑动型破坏且滑坡体的规模也较大降雨型滑坡。并且存在“门槛降雨量”,并提出可将累计降雨量和降雨强度作为雨量预警参数,建议采用小时降雨量作为降雨强度参数。
  1.2 室內土工离心机试验
  近些年来由于土工离心机的快速发展,为室内降雨型滑坡的试验研究提供了便利。土工离心机可通过自身的旋转使得模型边坡处于原状边坡的相同应力水平,从而保证滑坡发生时可形成相同的塑性区及相同的破坏过程。其缺点在于因离心机在旋转过程中会产生较高的温度和风速,导致降雨不能均匀地入渗至边坡中。
  Take等人[13]研制了适用于离心机试验的吸力量测设备。White等人[14]提出的粒子图像测速技术为降雨型滑坡室内离心机的试验奠定了基础。Ling[15]、詹良通[16]、钱纪芸等人[17]先后通过土工离心机模拟了沙黏土边坡、粉土边坡、粘性土边坡的降雨与滑坡的关系,发现当降雨量超过降雨阈值之后,边坡就更易发生滑坡;揭示了这些边坡滑坡的规律。
  潘皇宋等人[18]通过土工离心机对折线型的大型滑坡开展了降雨条件下的稳定性研究,探究了降雨条件下折线型滑坡的失稳规律,试验结果表明,在滑面形态变化大的部位开挖卸荷容易引起折线型滑面大型滑坡的局部复活;受开挖卸荷和降雨影响,滑坡后缘的开挖斜坡位移最大且最先失稳;受降雨的影响,滑坡前部位移较大,坡体表面变形破坏严重,开挖斜坡下部发育一条次级滑裂面,滑坡后缘和开挖平台前沿滑面坡度突变处各形成一条潜在主滑裂面。离心模型试验显示折线型滑面的滑坡受开挖和降雨的影响可表现出分级分块滑动的变形破坏特征。王睿等人[19]对降雨条件下含软弱夹层的土坡滑坡进行了离心机试验,证明了临界降雨量的存在,并揭示了含软弱夹层边坡在降雨条件下的滑坡方式。   试验分析法预测预报降雨型滑坡也存在一些问题:
  (1)现场试验主要问题是耗时耗力、试验周期长、并且实验条件的控制受外界因素影响较大。
  (2)室内模型试验存在降雨模拟不准确的现象,特别是运用土工离心机模拟降雨型滑坡的试验中很难使得雨水均匀入渗;现有的室内模型试验研究均质土坡较多,对复杂土坡及岩质边坡的降雨型滑坡研究较少。
  (3)主要停留在滑坡规律、破坏形式及临界降雨量的研究上,对降雨诱发滑坡机理的研究不够深入;由于测量设备所限,对滑坡前后的应力场等定量研究较少。
  2 结束语
  准确地预测预报降雨型滑坡一直是学者们致力研究的热点,本文从试验分析法出发,综述了相关领域的研究进展并对存在的主要问题进行了总结,提出了需进一步研究的方向,具体如下:
  (1)试验分析法方面,目前开展的降雨型滑坡试验主要集中于均质土坡及较为理想的边坡,对非均质边坡和岩质边坡的研究较少,需进一步开展这方面的研究。
  (2)对于降雨的模拟往往过于简单,试验中往往对于降雨不能进行较好的模拟
  【参考文献】
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  [4]詹良通,吴宏伟,包承纲,等.降雨入渗条件下非饱和膨胀土边坡原位监测[J].岩土力学,2003,24(2):151-158.
  [5]胡明鉴,汪稔,张平仓.斜坡稳定性及降雨条件下激发滑坡的试验研究—以蒋家沟流域滑坡堆积角砾土坡地为例[J].岩土工程学报,2001,23(4):454-457.
  [6]王伟锋,耿赟,王青振,等.降雨型与地震型滑坡试验研究[J].地震地质,2012,34(4):810-819.
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  [10]潘皇宋,李天斌,仵拨云,等.降雨条件下折线型滑面的大型滑坡稳定性离心模型试验[J].岩土工程学报,2016,38(4):698-704.
  [11]王睿,张嘎,张建民.降雨条件下含软弱夹层土坡的离心模型试验研究[J].岩土工程学报,2010,32(10):1582-1587.
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