某区不同降雨强度下滑坡渗流场演化特征研究

李新卫

（1、贵州省地矿局一○三地质大队贵州铜仁554300；2、中国地质大学（武汉）工程学院湖北武汉430074）

摘要：通过收集铜仁地区水文气象资料，分析典型滑坡工程地质条件，研究不同降雨强度对滑坡渗流场演化特征影响。

关键词：降雨强度；渗流场；地表径流

1引言

降雨入渗与径流主要是研究降雨通过坡面的饱和-非饱和入渗机理和超过饱和渗透系数的坡面径流问题。罗先启[1]通过对黄蜡石滑坡的研究，给出了降雨过程入渗曲线。吴梦喜[2]改进了一般的非饱和渗流有限元算法，提出的新算法能有效消除数值弥散性现象。在坡面径流数值分析中，常用的为有限元、有限差分等，在研究有效的算法对坡面径流和降雨非饱和渗流之间的耦合计算仍然是一个难题。李兆平[3]基于非饱和土壤水分运动基本理论，建立了降雨入渗计算模型并编制了相关程序，对降雨强度、降雨历时、土壤含水量和渗透性系数等因素对边坡的稳定性进行了讨论。刘汗[4]分析了不同坡位土壤入渗率、累积入渗量等随降雨历时的变化过程，并提出由实测入渗率求渗水入渗量的解析计算方法。本文基于饱和-非饱和渗流理论，采用GeoStudio2004中的SEEP/W模块研究不同降雨强度（50mm/d、100mm/d、200mm/d）下石灰溪滑坡渗流场演化特征及其规律

2暴雨滑坡概况

石灰溪滑坡位于贵州省铜仁地区印江自治县，滑坡区整体地势为南低北高。

2.1水文气象

滑坡所处的区域属中亚热带季风性湿润气候区，雨量丰富、降雨集中，根据多年的降雨统计资料，降水量大于100mm出现的频率为26.47%，20年一遇的降雨能到达180mm，历史上特大暴雨的次数并不少见。

2.2滑坡物质组成

滑体由第四系残坡积物组成，为渗透性相对较好的含碎块石粘土，有利于地下水的排泄。

滑带主要受残坡积物的物质成分及其结构控制。由于残坡积物的物质成分主要为含碎块石粘土，其结构自上而下呈现松散向稍密过渡转变。

滑床由志留系中上统韩家店群（S2-3hn）中风化的灰色、灰白色砂质页岩、钙质粉砂岩组成，透水性差，阻隔了地下水的下渗。在勘查钻孔中发现粘土含量高的滑带土基本处于饱和状态。

3不同降雨强度下滑坡渗流场演化特征

3.1滑坡数值模型

以石灰溪滑坡作为铜仁地区降雨型滑坡的代表进行计算研究。将滑体分为上下两种材料进行计算研究，即共有三种材料（滑体上部材料、滑体下部材料、滑床材料）。采用GeoStudio2004中的SEEP/W模块建立几何模型，并进行网格剖分，得出铜仁地区石灰溪滑坡的数值模型（图1），其共包含2213个节点，4218个单元。

图1石灰溪滑坡数值模型

采用SEEP/W模块模拟降雨对于边坡渗流场的影响主要在于边界条件的处理，不同的降雨强度采用不同的坡面边界条件。对于降雨强度为50mm/d、100mm/d、200mm/d，降雨历时均为一天。为了计算精确，采用了加大计算步骤的方式，即SEEP/W模块中时间统一采用秒为单位，长度统一采用米为单位。并采用给定边界条件通过计算自动生成初始水位线的方式来得出初始条件。

3.2不同降雨强度下渗流场演化特征

根据以上的设置，对不同降雨强度作用下的滑坡渗流场结果进行分析。图2～图4分别列出了降雨第一天过程中的滑坡渗流场变化情况。

从以上三图可知，在不同的降雨强度作用过程中，三种工况分别在边坡表面形成了暂态饱和区域或孔隙水压力增高区域，且随着降雨强度的增大，边坡表面的暂态饱和区域面积随着增多。对比图2和图3可以看出，100mm/d的降雨强度产生的坡面饱和区域比50mm/d的明显增大，这主要是边坡表面岩土体压密性较差，入渗率较高，在更为强烈的降雨强度作用下产生的暂态饱和区域明显增多。对比图3和图4可知，200mm/d降雨强度产生的饱和区域比前两者都大，但是增幅较小，这主要在于过大的降雨强度超过了坡面岩土体的饱和入渗率从而产生坡面径流，不能下渗补给地下水。

图5降雨过程坡面渗流动态图

从图5可知，在降雨过程中，容易在地形凸出的地方形成上层滞水，并迅速形成局部高孔隙水压力区域，而且四周的水流入渗方向有向中间凸出地方汇合的趋势；而在地形低洼地区不易形成高孔隙水压力区域，水流向四周分散开来，这也说明地形凹洼的地方受降雨影响地下水位变化明显，而且水较高。

4结论

（1）强降雨容易使边坡岩土体迅速饱和，并由于降雨强度往往大于边坡表层土体的饱和入渗率而导致边坡表面的径流，甚至形成积水洼地；而低强度降雨使边坡饱和-非饱和状态缓慢变化，而且一般不会形成地表径流，降雨几乎完全入渗坡面岩土体。

（2）滑坡地形影响降雨入渗，凸出部位易形成上层滞水，并迅速形成局部高孔隙水压力区域，而且四周的水流入渗方向有向中间凸出地方汇合的趋势；而在地形低洼地区不易形成高孔隙水压力区域，水流向四周分散开来。

5参考文献

[1]罗先启,李海岭,葛修润.降雨条件下滑坡灾害及滑坡排水效果研究[J].岩土力学,2000,21(3):231-234.

[2]吴梦喜,高莲士.饱和-非饱和土体非稳定渗流数值分析[J].水利学报,1999,12:38-42.

[3]李兆平,张弥.降雨入渗对基坑工程安全性影响的研究[J].中国安全科学报,2000,10(3):16-22.

[4]刘汗,雷廷武,潘英华等.产流积水法测量坡地降雨入渗动态过程及其精度估计[J].农业工程学报,2006,22(9):6-10.