强降雨作用下边(滑)坡稳定性分析及预警技术研究
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摘要：降雨是引起边坡失稳的主要原因之一，特别是汶川“5.12”震后灾区，地震诱发崩塌、滑坡产生的大量松散固体物质仍残留在山体上，在强降雨条件下会诱发次生地质灾害。以汉源二蛮山滑坡为例，现场勘查滑坡情况结合室内试验手段得出土体参数，研发的并结合ArcGIS软件新控件得出直观的滑坡预警图。结果表明：特殊地形条件，震后地质构造，连续强降雨，坡体非饱和渗流，使孔隙水压力增加和土基质吸力迅速减少，导致坡体滑移面处土的抗剪强度降低而滑坡；基于ArcGIS软件得出研究区域危险区划评价图，与滑坡的实际情况具有较高地吻合度。研究成果为深入分析强降雨对边（滑）坡影响及边（滑）坡预警提供新的途径。
关键词：震后边坡；强降雨；滑坡；稳定性评价；滑坡预警
中图分类号：P481 文献标识码： A
1 引言
强降雨是导致边(滑)坡失稳的常见因素。对全国290个县市地质灾害调查结果显示,暴雨诱发的滑坡占滑坡总数的90%[1]。5.12和4.20后余震不断，四川局部地区遭遇强降雨，泥石流、滑坡致使多人遇难。雅安这座雨城更是多处滑坡，损失惨重。本文以二蛮山滑坡为例，利用实验室三轴试验仪等仪器得出滑坡土体的相关参数 [2]并结合ArcGIS开发“降雨-滑坡”新控件，输入相关属性数据分析处理得出直观的灾害预测图。为震后连续降雨工况下边坡安全性评价与边（滑）坡预警技术的发展与工程运用提供可靠新依据。
2二蛮山地质概况及力学参数实验
2.1地质概况
二蛮山实为一单斜山体, SW侧槽状沟谷呈“V”展开。山体主要由二叠系峨眉山玄武岩(Pe)和二叠系梁山组- 阳新组(Pl+y)灰岩构成。该区地震基本烈度Ⅶ度（0.15g）。
2.2水文条件
(1)沟谷宽约700m，从源头至沟口堆积扇顶部长约1476m，汇水面积约1.3km2。(2)该区以夜间阵雨和暴雨为主,孔隙潜水赋存于堆积层(Qsef4)和崩坡积层(Qc+dl4)土壤，碎石土土层，地下水位受季节影响大，保水性较差，水量大。
2.3力学参数实验
本项目组采取了二蛮山滑坡土样（含粘土碎石等），并研究了2d累积降雨不同含水率下滑带土的强度参数，最大粒径5mm。岩层物理力学参数表见表1。含水率对土体的f -、粘聚力C、摩擦角的影响分别见图1-3。和c随含水率的增加而线性减小，岩土材料强度参数与含水率w等因素之间的函数关系见式（1）-（2）。
图1不同含水率试验f -的关系图. 图2 含水率w对摩擦角的影响
图.3 含水率w对粘聚力C的影响
（1）
（2）
图中参数：C-粘聚力;-摩擦角;ω-含水率
由图1-3表明：随其含水量的增加,土的参数C-粘聚力;-摩擦角;ω-含水率迅速减小从而降低土的抗剪强度。
3强度折减法计算结果分析
3.1安全系数计算
其中将滑坡坡体划分为Ⅰ—Pl+y岩／Pe岩305°∠40°和Ⅱ—Pe岩／上覆土150°∠80°两个结构面[1]。为便于几何分析，沿滑体对称轴取剖面，滑体对称轴与沟谷谷线呈西偏北14°角。同时考虑和c双折减（配套折减）系数[2]，安全系数计算公式如下[3]。见公式（1）-（3）。
（μwi—第i条土孔隙水压力；cˊ—折减粘聚力；αi—第i条土计算倾角；Hi—第i条土水平推力；Wi—第i条土铅直力；Φi―第i条土摩擦角）
tan1= tan/A1(1) C1=C/R1 （2）
A1是内摩擦角的折减系数；R1是粘聚力C的折减系数；将折减后的C和代入下式即得安全系数。
（3）
汉源县连续两天降雨天气[6]，累计降雨量达163mm[7]。在模拟中，考虑15mm/d、25mm/d、50mm/d三种雨强，对剪切模量、体积模量等参数考虑软化和入渗饱水加载作用[8]，进行0.42、0.57、0.75倍折减；模拟计算后得到的安全系数统计趋势如图5所示。
3.2安全性评价
当0折减时，安全系数约为F0=1.88﹥1，坡体安全，不会产生滑坡；当F1=1.24﹥1，安全系数较折减前降低了34.04%；当F2=1.06≈1，安全系数较折减前降低了43.62%，降雨量微增立即滑坡；当F3=0.95﹤1，安全系数较折减前降低了49.47%，安全储备为0，失稳滑坡。分析可知，随着降雨量的增加，岩土强度参数C、衰减十分迅速，安全系数F1、F2、F3递减，边坡渐趋失稳。
4．上述分析结果与ArcGIS新控件分析结果的对比
4.1 ArcGIS模型分析结果
基于“模糊集合论”理论，将诱发滑坡的因子抽象成数学模型并量化，即可用函数定量计算。建立基础属性数据库，利用ArcGIS新插件，输入滑坡的预测参数，如高程，降雨量等，计算出潜在危险系数，再利用ArcGIS的重分类功能得出研究区域危险区划评价图，见图4。ArcGIS对二蛮山山体进行地质灾害危险分区结果如图4所示，高危区（红色区）面积为7.5%，需要加强防范，一般区（黄色区）面积为13.7%，低危区（绿色区）面积为79.8%。
图4危险性评价图 图5.安全系数随时间变化曲线
4.2上述分析结果与滑坡实际情况对比
而由图5可知，随含水量的增加使坡体孔隙水压力增加，土基质吸力迅速减少，土体抗剪能力衰减加快，原来的稳定区（绿色区）域很快转化为高危滑坡区（红色区），安全系数迅速递减（由F0=1.88﹥1减小至F3=0.95﹤1），最终失稳滑坡。
5．结论
1）本文运用FLAC3D对汉源二蛮山滑坡进行建模分析，模拟了降雨工况，得到应变云图和位移云图并对坡体的稳定性进行分析评价。
2）通过ArcGIS开发新控件，分析处理得出的直观灾害预测图与FLAC3D分析结果进行对比，灾害区域滑坡概率吻合度较高，为量化研究降雨滑坡机理分析提供基础。
3）本文直观地反映了降雨诱发滑坡过程；为震后降雨频发滑坡山区提供理论依据和科学直观的预测方法。
参考文献：
[1]魏丽,单九生,章毅之等. 暴雨型滑坡灾害形成机理及预测方法研究思路[J]. 江西气象科技, 2005,28(3) :17-22.
[2]陶骞,刘超,朱志铭,杨勇.多工况下汉源二蛮山滑坡机理数值模拟[J].地质力学学报.2012:376.
[3]唐芬，郑颖人.基于双安全系数的边坡稳定性分析[J].公路交通科技.2008,25（11）：40～42.
[4]何专,姚令侃.地震和暴雨工况下边(滑)坡稳定性分析方法评价[J].水土保持通报.2009:178～181.
[5]许强,董秀军,邓茂林,陈龙,胡泽铭.2010年7.27四川汉源二蛮山滑坡-碎屑流特征与成因机理研究[ J],工程地质学报. 2010.18(5): 610～622.