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1、降雨对边坡稳定性的影响及防治措施摘要：降雨是影响边坡稳定性的一个重要因素。通过阅读相关文献，首先简明列出了影响边坡稳定性的因素，然后按照土质边坡与岩质边坡的划分，详细阐述了降雨在边坡稳定中的影响与作用，最后就边坡工程中常见的治水措施做了充分的说明。关键字：降雨；边坡稳定性；边坡治水Effect of raining on slope stability and prevention measuresAbstract: Raining is an important factor in slope stability. After reading some references, the inf
2、luenced factors are briefly mentioned in the first part. Then the effect and action of raining on slope stability are given in detail according to the classification of terrene slope and rock slope. At last, some general water prevention measures are showed well.Key words: raining; slope stability;
3、water prevention of slope引言降雨是产生边坡失稳的重要条件之一,崩塌、滑坡、泥石流等边坡失稳现象的发生和发展多受降雨等因素的控制。根据查阅有关资料统计,我国的边坡失稳大多与降雨有关。无论是少雨的西北地区,还是多雨的华南地区,从南到北,自东向西, 绝大多数的崩塌、滑坡、泥石流发生在雨季。特别是在暴雨之后往往出现大量的滑坡、崩塌等边坡失稳现象,而且损失惨重。如1982年7月重庆云阳地区连降暴雨，由于排水沟被堵、排水失效，大量水流渗人老滑体，使滑体内部抗滑力削弱，从而导致鸡扒子滑坡。滑坡滑坡体面积约0.77平方公里，总土石方量约1500万立方米。滑坡虽未造成人身伤亡，但毁坏房
4、屋1730间，工农业生产直接经济损失共600万元。另外由于滑坡阻塞河道，给长江航运带来了极大的困难，造成约1000 万元的间接经济损失，另外航道整治费高达8000万元。1989年7月台风暴雨使东阳山区发生53处泥石流, 冲毁房屋、公路、汽车等, 经济损失达亿元。1991年5月后的暴雨期, 江苏省镇江市区发生滑坡68处, 受灾面积5万多平方米, 上百间房屋被淹没。综上,边坡的失稳与降雨有着密切的关系,降雨是激发边坡失稳的重要因素之一。1.边坡稳定性主要影响因素影响边坡稳定性的因素是多种多样的，总结多年研究成果，认为其基本影响因素可分为两类：第一类为边坡内部因素即边坡结构性质因素，以岩性及其组合、
5、结构面为代表；另一类为边坡外部因素即环境因素，以地下水(包括大气降水)、地应力(尤其是其中的构造应力)、地震、人类活动为代表。环境因素的变化常对边坡的稳定性具有决定性影响，也就是说边坡岩土体的性状因素是最基本的，环境等外因要通过内因才能起作用，影响边坡的稳定性。边坡的稳定性状态是由上述两种因素综合作用决定的，各因素构成一个相互联系、相互影响的整体，其中任何一个因素的改变，也会导致其它因素发生改变，从而综合影响边坡稳定性状态。1.1内部因素内部因素即结构性质因素。自然界中的岩土体，一般是由土中矿物颗粒、土中水、土中气三部分组成1。土中矿物颗粒是土颗粒的最基本的物质组成部分，它直接影响着土粒大小、
6、形状和抗风化能力的强弱，从而影响土体的渗透性和力学性质。这几个基本部分，它们的相对数量随环境改变和时间延续而不断发生变化。其中固体矿物颗粒绝对数量的变化速率最低，虽然在风化作用以及流水(地表的和地下的)作用和其他动力作用下，固体颗粒被破坏、搬运或残积，发生量的增减和质的变化，但是这些作用或者必须具备一定的条件或者需要较长的时间才能发生或产生明显的效果。然而土体中的水和空气就完全不一样了，它们的数量变化受环境的影响非常敏感，而其中水的数量变化起着更主导作用2。正因为如此，边坡稳定性受环境的影响也是非常敏感的。概括起来，内因又分为以下三个方面：斜坡外形：斜坡的存在，使滑动面能在斜坡前缘临空出露。这
7、是滑坡产生的先决条件。同时，斜坡不同的高度、坡度、形状等要素可使得斜坡内力状态变化，从而引起斜坡失稳。岩性：滑坡主要发生在易亲水软化的土层中和一些软岩中。例如粘质土、黄土、山坡堆积、风化岩以及遇水易膨胀和软化的土层。软岩有页岩、泥岩和泥灰岩、千枚岩以及风化凝灰岩等。结构构造：斜坡内的一些层面、节理、断层、片理等软弱面或者与斜坡坡面倾向近于一致，则此斜坡的岩体容易失稳成为滑坡。此等软弱结构面组合成为滑动面。1.2 外部因素外部因素即环境因素，外部影响因素是通过内部因素起作用的，它概括起来主要包括地下水(包括大气降水)、地应力(尤其是其中的构造应力)、地震、人类活动等几个方面3。地下水、大气降水1
8、）松散填土体下为不透水的基岩面时，由于大量地下水沿基岩面活动，降低了土的强度，这是堆积层滑坡分布广泛的重要原因。2）山坡岩土体中的地下水如果具有稳定的储水构造(如断层破碎带水)补给的话，易产生滑坡。3）堆积山坡下部，如果有汇集地下水的埋藏基岩古沟槽时，易产生大型堆积层滑坡。4）当地表水渗入顺坡岩土体时后，沿下部相对不透水的软弱岩土层流动时，易产生顺层滑坡。5）黄土层中的砂层和卵石层通常富含地下水，其上部的黄土体常沿此层滑动。6）河、湖、水库水位的大涨大落，由于动水压力的变化，易于形成岸边滑坡。7）坡体上部的地表水大量入渗，坡脚水流的冲刷，使坡体的应力状态发生变化，易引起滑坡。人为因素1）在坡体
9、的中上部堆置弃土或修建房屋，增加荷载，促进滑坡。2）在边坡下部切坡，使支撑减弱，易于形成滑坡。3）破坏山坡地表覆盖层及植被，加速岩土体风化，使大量的地表水下渗，可能引起滑坡。4）人工沟渠、城市污水排放、稻田渗漏及大量排泄生活用水，都可能产生滑坡。5）人为的大爆破、机械震动，可能引起滑坡。地震、地应力地震时由于地壳强烈运动，边坡体强度降低。同时，因有水平地震力的作用，边坡的稳定性会大大降低，从而导致边坡破坏。现今地壳上任一点的初始地应力，其主要包括重力和构造残余应力。任何情况下，重力是始终存在着的，有时较大，有时较小，有时可以忽略不计，地应力对一些大型边坡变形和稳定的影响愈来愈引人们的关注。2.
10、降雨对边坡的作用“十个滑坡九个水4”这句话充分反映水是产生边坡失稳的重要条件之一,崩塌、滑坡、泥石流等边坡失稳现象的发生和发展多受水等因素的控制。分析外部因素即环境因素中，降雨在边坡的变形破坏中有着举足轻重的作用。就以所掌握的资料而言，90%左右的边坡破坏(滑坡)均发生在雨季(这也就是人们常说的十滑九水)，尤其是连续暴雨或是地下水的参与，这充分说明了降雨是影响边坡变形破坏和稳定性的重要因素。而根据边坡类别的不同，又把降雨对边坡的影响与作用分为两类：降雨对土质边坡、岩质边坡的作用。2.1降雨对土质边坡的作用宏观上分析，降雨对土质边坡的影响主要以侵蚀为主,有面状侵蚀和沟状侵蚀4。面状侵蚀是坡面侵蚀
11、中的一种主要侵蚀形式。边坡中的土是由于岩石的风化、剥离、搬迁、沉积等地质作用而形成的,与土层的深度、土的紧密情况不同,越到表面土越松散。在雨水的作用下,水在坡表面流动的过程中比较均匀地冲刷整个坡面的松散物质,使坡面降低,边坡后移,这样就形成了面状侵蚀。沟状侵蚀是水在坡面流动过程中,由于边坡表面的不平整,存在一定的沟槽和低凹地,当水超过了低凹地或沟槽的蓄水能力后开始形成线状流。时分时合的线状流随着后续水量的汇集,逐渐聚集成股状水流,加大了侵蚀力度,并产生沟状侵蚀,在坡面形成一些细沟。微观上，降雨对土质边坡的影响主要是水的入渗导致边坡土体含水量增加、容重增大和土体的强度下降，它是引起边坡失稳的主要
12、原因,即经过“降雨地表水水向边坡内渗透边坡土体容重增大、强度降低(破坏概率增大)边坡滑动破坏”这样一个过程5。从水土相互作用的机理分析，水土之间存在：水土化学作用、水土物理作用、水土力学作用。2.1.1 水土化学作用6-9在一定条件下，雨水与雨水补给形成的地下水对土坡的化学作用是非常复杂。一方面，雨水是一些气体，多种矿物(特别盐类矿物)和有机物的溶剂，也是一种电解溶液。水是由两个氢原子与一个氧原子结合而成的，结合角度大约为 105，由于氧原子结合氢原子这种不对称的排列产生了一种非平衡的电荷，最终致使水分子成为极性分子。纯水包含了处于离子状态和结合分子状态的氢和氧。另一方面，土是由地球外壳坚硬的
13、岩石，经过风化、剥蚀、搬运、沉积，形成一种由固体矿物、水和气体的集合体。土的这种物质组成和结构特点给雨水化学作用提供了一个重要的条件。总结起来，水土化学作用包括溶解与沉淀作用、交换与吸附作用、氧化还原作用、以及水解与络合作用等，水土相互作用通过水土间组分的转移对土的强度与变形特性起到强化或弱化作用。溶解与沉淀作用可以认为是水对物质的作用与反作用，一般认为溶解作用是沉淀作用的开始。溶解作用是指土中一部分矿物被水溶液溶解、溶滤或水化，使离子由结晶架转入水中的过程，其结果是岩土失去一部分可溶性物质，水溶液则增加了新的物质成分。沉淀作用也叫浓缩结晶作用，是指水溶液与土中部分矿物发生浓缩、脱碳酸或混合反
14、应，生成的难溶的沉淀物或结晶体，从而使某些离子或分子固结于土孔隙中或晶格体上，一般在地下水渗流的排泄区可以见到。溶解与沉淀作用都可以导致土的物理力学性质的变化。一般认为溶解作用能减弱土的胶结强度，从而导致土的透水能力和压缩系数提高，使土的弹塑性、压缩模量和剪切强度降低。而沉淀作用能增强土的胶结强度，从而导致土的透水能力和压缩系数降低，使土的弹塑性、压缩模量和剪切强度提高。交换与吸附作用土颗粒表面带有负电荷，能够吸附阳离子。一定条件下，颗粒将吸附水溶液中某些阳离子，而将其原来吸附的部分阳离子转为水溶液中的组分，可以看出离子交换吸附过程就是土体颗粒上的离子或分子与地下水交换的过程，这种阳离子或阴离
15、子吸附作用的趋势取决于水溶液环境的pH值、矿物成分、分散程度及溶液的化学成分、浓度、pH 值等众多因素的影响。离子交换的物质主要有次生矿物，次生中粘土矿物的微观结构是由两种原子层(晶片)构成:一种是由Si-O四面体构成的硅氧晶片，另一种是由Al-OH八面体构成的铝氢氧晶片，不同的晶片组合形成了不同性质的粘土矿物。如蒙脱石中两结构单元之间没有氢健，相互连接非常弱，水分子可以轻易进入两晶片之间，所以蒙脱石的亲水性最大，具有剧烈的胀缩性。伊利石中部分Si-O四面体中的Si和Al被Fe取代，损失的原子价一般由阳离子K补偿，所以晶片间具有结合力，亲水性比蒙脱石差。高岭石具有刚性晶格，晶胞间的距离不容易改
16、变，水分子不易进入，不可能进行层间离子交换，交换反应仅沿颗粒端部进行。从上面分析可以看出离子交换吸附作用影响了土颗粒表面双电层的发育状况、土颗粒的亲水性及颗粒间的湿吸力、可变结构吸力等，所以也能影响土体的物理力学性质。氧化还原作用在坡体地下水环境中发生的很多反应包含了气相的、固态的或被溶解的成分间的电子转换，形成了一种氧化还原反应。为了电子守恒，反应中一种物质的氧化作用必然伴随有另一种物质的还原作用，这些氧化还原反应结果是改变了土体原有成分组成，显然对土体的物理力学性质产生一定的影响。水解与络合作用水解反应是地下水溶液中的水合物或水合离子失去质子的过程，而络合反应是金属离子与配位体(电子给予体)以配位健方式结合的过程。它常常以一个中心金属离子(一般是多价离子)为核心，与一个或多个配位体相健合，配位体可以是离子或分子，一
