论水对滑坡的作用(假日专题)

滑坡是滑体因多种因子耦合的形变,产生的根本原因取决于组成斜坡的岩土体性质、坡体结构等内在因子。但外界因子如水的作用、地震、人为活动等通过改变斜坡岩土体的性质、强度、结构等坡体内在因子而诱发滑坡的发生。
滑坡的产生与水有着极为密切的关系,民间有“十滑九水”的说活,形象的说明了水是滑坡的重要诱发因子。下面从五个方面分析水在滑坡形成中的作用。

1、从水文地质环境分析

对于滑坡而言,滑体的性质、结构的变化是比较缓慢的,而滑体的坡面流和地下径流变化却是相对比较迅速的,并受滑体汇流性质的控制。
(1)滑体的地表形态、软弱结构面的空间组合,以及地表植被等因素决定了整个滑体的径流效应及相应的分配功能。当强降雨超过坡面的渗透能力时,则形成坡面流;但关键的是随着水的继续下渗,当到达滑带(面)的相对隔水层时,形成受滑带(面)制约的地下水层时水就成了影响滑坡的重要的动态因子。
(2)在滑坡发生的基础条件中,需要一个有利的坡度和临空面。沟谷强烈切割或人类开挖坡脚导致斜坡附近岩土体松弛,在松驰部分的滞水及潜水自松弛带和卸荷裂隙向坡脚渗流,滑体附近的水文地质条件随滑体的变形而改变,改变后的水文地质条件又促使滑体向不稳定方向发展。
(3)地表水系中水流不断冲刷和切割岸坡,使岸坡增高变陡,有时水流的冲蚀淘空岸坡的完整岩层,暴露出滑体内部的软弱面,河水水位的上升下降引起与地下水补给关系的变化,在滑体内形成很大的动水压力,所有这些作用都造成滑体稳定性降低,有利于滑坡的产生。
2、从滑坡产生和发育过程分析
滑坡的产生和发育形成过程主要分为二个阶段:蠕动挤压变形阶段和滑动破坏阶段。
(1)在蠕动挤压变形阶段:斜坡内岩土体某一部分因抗剪强度小于剪切应力而首先变形,滑坡出口附近渗水混浊,水在此过程中起催化剂作用;
(2)滑动破坏阶段:滑坡在整体滑动时,滑动带(面)土因剪胀作用而湿度增大、强度降低,促使滑坡加速滑动,水在此过程中起润滑剂作用;
3、从地层岩性及应力场分析

  水对滑坡的诱发机理最重要的作用是增大滑带(面)剪应力和降低其抗剪强度,加剧了滑体的渐进性变形。

从地下水的长期效应分析,滑体大都属准连续介质,地下水对滑体的侵蚀将导致这种准连续介质的连续性、整体性进一步降低,强度衰减,使之向松散介质转化;各种软弱面的力学性质受地下水的影响而软化,抗剪强度降低等。
从地下水的短期效应分析,滑体系统内具有应力和地下水的相互作用,受力滑体的空隙结构,改变地下水的运移通道,这就是滑体系统内应力场对渗流场的影响;另一方面,滑体系统内陆下水通过物理、化学的作用改变滑体的结构,施加给滑体以静水压力和动水压力,这就是滑体系统内渗流场对应力场的影响。在一定时期内,滑体中渗流场与应力场通过某种方式维系着一种动态平衡关系,当其中一方发生变化时,另一方都会通过它们之间的联接方式自动调整,以达到新的平衡。如果渗流场超常变化超过一定幅度,这个平衡体系就被破坏,从而产生滑坡灾害。
由Barton公式分析地下水的长期效应及短期效应:
τ=σtan[JRClg(JCSσ+φu)]
可以看出,由于地下水通过化学的、水力学的方式,促使岩体结构面的亲水性和可溶性矿物成分及显微结构发生变化,减小结构面的基本摩擦角(φu),并随着地下水位的上升,使中性压力(u)上升而导致有效压力(σ′)下降,进而降低了作用于结构面上的法向应力(σ),从而直接导致了岩体结构面的抗剪强度(τ)的衰减,由此削弱了与上下岩体之间的联系,增加了结构面的自由度及活动度,从而加大了滑体滑动的可能性。
滑体的变形破坏与地下水压力作用密切相关。静水压力主要减少滑体在滑带(面)上的正应力,减小摩阻力,进而降低抗滑力,对滑体产生推力,并由于“水楔”作用推动了裂缝的扩展进程。在拉裂缝形成以前,静水压力的作用不明显,拉裂缝形成以后,缝隙中积聚的重力水对隙壁的静水压力,就对滑体的滑移起了一定的促进作用。动水压力主要是地下水渗流受岩土体阻碍而对滑体产生推力,并引起渗透变形和破坏。尤其是当地下水动态剧烈变化,流速较高的条件下,动水压力是地下水影响滑体应力场的重要因子。
由库仑破坏准则τ=c'+σ'tanφ'(c'为有效粘聚力,σ'为剪切面有效垂直应力,φ'为有效内摩擦角)可以看出:
如果填方中不能有效设置排水工程,随着填方加载,填料中的垂直应力变化将导致孔隙水压力u不断上升,形成的孔隙水压力将导致土体中的有效应力σ'不断降低,剪应力τ不断减小,甚至造成土体液化悬浮的出现,最终导致土方体破坏。从库仑破坏准则公式也可以看出,填方体最危险的时间段是填方刚刚完成之时,而后期随着水压力不断消散和土体中结合水的减少,土体压实固结而稳定性不断提高。
反之,从坡体排水效果来看,随着水压力下降,土体中的有效应力σ'增加,滑面发生固结现象后将会使滑面的抗剪力τ不断提升。这也就滑坡中设置截、引、排水工程的有利于坡体长期稳定性的原因。当然,滑面固结造成的滑面抗剪力提高是缓慢的,并非一朝一夕所能实现的,尤其是粘性土构成的滑面,这个过程是比较漫长的。而坡体设置的截、引、排水工程能快速起到提高坡体稳定性的原因是降低了坡体中的水压力,即排出了坡体中的自由水而直接减小下滑力。也就是说,从库仑破坏准则公式也可以看出,设置了合理排水工程的坡体,随着时间的推移、滑面的固结排水,坡体的稳定性会不断提高。
4、从地质构造分析
一个地区的地质构造环境对滑坡的影响是多方面的。在某种情况下构造对滑体结构、滑坡边界及滑体的地貌形态等起着控制作用,并为水对滑体产生不利影响提供条件。由于构造应力场作用的强烈方向性和滑体介质的各向异性,形成了滑体及其周围地质体对水的不同赋存性,决定了滑坡区水作用的类型、分布、状态和运动规律,从而不同程度地影响着滑坡的产生和发展。
在张性或张扭性构造裂隙中,其透水性好,蓄水量大,有良好的含水和过水作用,所以断裂带及其影响带范围的岩石均可贮存地下水,它常对滑坡有着良好的供水作用。在压性、扭性或压扭性的构造裂隙中,裂隙多为密闭型,透水性差,含水量小,可以起隔水作用。当其位于滑体下部,倾向与滑体一致时,其后部在较高的地下水位作用下有较大的水压力,这是对滑体相当不利的;而若其位于滑体后部,倾向与坡向相反时则阻止水的渗入,这是对滑体有利的。此外,层面、节理面及地层的不整合面亦为水的活动提供了重要通道。
5、从滑坡产生的时节分析
从长时段的季节来分析,滑坡大多发生在雨季,降雨是触发滑坡发生的一个重要外界因子,但不同性质的滑坡却与降雨表现出不同步性。由于受水源远近影响,在受多层水的作用下不同季节各块滑坡的变形不一样:受地表水直接渗入量大的影响,浅层滑坡常在雨季前期滑动;对于中层滑坡,表水作用因上层滑床阻水而渗至中层滑带(面)的量少,因此中层滑坡多在雨季中因周围地下水汇集而滑

动;在雨季后期,远方的地下水才能流至滑体,这时深层滑体才开始滑动。因此,滑坡的发生滞后于降雨的特性,其实质是由水进入滑体的时间所决定的。

此外,经过旱季的滑体,地下水位出现不同程度的降低,形成深厚的非饱和区。在继之而来的连续强降雨使地下水位对表水进入过程反应敏感,当雨水不断的下渗于滑带(面)上汇流贯通,则会浸润相对干燥的滑带(面),从而降低滑带(面)的摩擦阻力;此外雨水的下渗使滑体某一部分的水头迅速提高,可以在较短的时间内形成较大的水头差,产生较大的水力梯度,从而形成较大的静动水压力,使之成为滑体失稳的诱发因子。
综上所述:
(1)滑坡的稳定性受滑坡的物质条件、环境条件及结构条件三方面的综合影响。滑坡的物质条件和结构条件是滑坡本身固有的,处于相对的平衡状态,是相对稳定的;环境条件是外界给予的,是最活跃的影响滑坡稳定性的重要因子。
(2)滑坡的水文地质结构控制着滑坡的地下水补给、径流及排泄条件。滑坡多分布于水作用强烈地区,并受水的作用与滑体材料力学作用的控制。
(3)水对滑体的作用按其属性可分为物理化学作用和力学作用。前者主要改变滑体的物理力学性质和力学环境,后者则决定了水力学作用类型。
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