降雨期间易发生地质灾害的原因探究——以2020年发生的地质灾害为例进行分析

降雨期间易发生地质灾害的原因探究——以 2020年发生的地质灾害为例进行分析

张珺棱

（广东省有色金属地质局九三八队，广东 惠州 516023）

摘要：地质灾害的发生在降雨量相对集中的时间和空间内，当日降雨量达到暴雨或以上时，降雨量集中区极易诱发地质灾害，主要原因是土体在强降雨过后，表层土体很快达到饱和状态，会造成土体孔隙水压力增大、有效应力降低，土体的重度增大，土的粘聚力和内摩擦角降低，再加上渗流的影响，边坡的稳定安全系数大幅降低。

关键词：降雨；地质灾害；地灾；崩塌；滑坡；稳定安全系数

博罗县地处广东省东南部，惠州市中北部，是广东省地质灾害的多发区和易发区。其地势北东高南西低，自北东向南西倾斜，形成北部山地丘陵、间有山谷平原，中部丘陵台地。地质灾害的发生一方面取决于地形地貌、基础地质条件，另一方面又受到外界多种因素的诱发影响^[1]。在这些外界诱发因素中，降雨特别是强降雨是诱发地质灾害发生最重要的因素之一。以2020年博罗县发生的地质灾害数据为基础，探寻降雨对地质灾害发生的影响规律。

一、降雨易诱发地质灾害的原理

工程上通常用稳定安全系数来衡量土坡的稳定程度，稳定安全系数指滑动面或崩塌面上抗滑力与滑动力之比，或者是实有的抗剪强度与土坡中最危险滑动面或崩塌面上产生的剪应力之比^[2]。降雨诱发地质灾害的原理，主要是土体在强降雨过后，表层土体很快达到饱和状态，会造成土体孔隙水压力增大、有效应力降低，土的粘聚力和内摩擦角降低。我们以砂性土土坡和粘性土边坡丧失稳定性而滑动的现象为例进行探讨。

1 、砂性土土坡的稳定性

无 粘性土土坡天然状态下的稳定安全系数K可以用 表达式来描述（式中，φ为土的内摩擦角，β为土坡坡角）；当遭遇强降雨的影响，无粘性土土坡很快达到饱和状态，坡面有顺坡的渗流作用，此时无粘性土土坡的稳定安全系数K可以用 表达式来描述（式中， 为土的浮重度， 为土的饱和重度）。

当无粘性土土坡遭遇短时间爆发性强降雨影响时，土坡表层土体很快达到饱和状态，坡面会有顺坡渗流作用。我们知道一般土的浮重度为土的饱和重度的一半，（即 / 约为1/2），此时无粘性土土坡的稳定安全系数将近降低一半，即稳定安全系数降低50%。天然状态为稳定的无粘性土土坡，在强降雨条件下，可能会变成极不稳定状态。

2、粘性土边坡的稳定性

粘性土边坡失稳主要表现为沿着某一软弱滑动面而发生的整体滑动破坏，这一软弱滑动面的形式与地层岩性、坡角、土的抗剪强度指标等有关。鉴于粘性土边坡的复杂性，理论上我们一般用费伦纽斯条分法（不考虑条间力）来近似估算土坡的稳定安全系数^[2,3]。

式中，W_i为土条i的重力，β_i为土条i的底面与水平面的夹角，c_i、φ_i为土条i滑动面上的粘聚力和内摩擦角，l_i为土条i在滑动面处的弧长，可近似取直线长度。

二、降雨易诱发地质灾害实例分析

降雨对粘性土边坡的稳定性就以博罗县罗浮山黄龙古观滑坡地质灾害隐患点为实例进行探讨。该地灾隐患点地貌类型为丘陵，地形起伏大，三面环山，呈东、西、及北部高，中间低趋势，地形标高约160～335m，相对高差大，最低位于勘查区南侧的沟谷中，最高处位于勘查区北侧山顶；自然斜坡坡角一般为15～45°，局部较陡，沟谷呈“U”型切割，近南北走向；坡面植被很发育。坡面岩土体主要为残积砂质黏性土，硬塑状为主，局部硬可塑，黏结性一般，主要由黏粒、粉粒组成，含较多石英颗粒，湿水易软化。

图5 航拍照片（黄龙古观东侧上空，镜向270°）

取 滑坡1左侧某段建立剖面模型，边坡局部高H取6m，坡底和坡顶水平，坡角β取最高45°。坡面岩土体主要由残积砂质黏性土组成，土的天然重度γ为18.1kN/m³，土的粘聚力c取17.5kPa，土的内摩擦角φ取18.1°。

1）天然状态

土在天然状态自重的条件下，依据费伦纽斯条分法（不考虑条间力）进过变换来近似估算土坡的稳定安全系数，依据做图可知滑动圆弧半径R近似取8.35m；滑动面圆弧长度l =（π·θ·R）/180，可计算取为9.91m。将滑动土体分成7份土条，对土条进行编号（编号为：1、2、3、4、5、6、7），相应的残积砂质黏性土物理力学参数见表2，计算数据列表表示（见表3）。

表2 残积砂质黏性土层物理力学性质统计值表

表3 费伦纽斯条分法计算天然状态边坡土条数值表

= 1.38

粘性土边坡在天然状态自重条件下，依据费伦纽斯条分法（不考虑条间力），经初步计算得到边坡的稳定安全系数为1.38，按规范要求滑坡稳定性系数F_s> 1.15^[4]属于稳定状态。

2）暴雨状态

2020年6月5日，在广东龙舟水强降雨期间日降雨量达到了50-60mm，一段时间后粘性土边坡的表层土体达到了饱和状态，因土体含水量的急剧增加，土的饱和重度γˈ为19.91kN/m³，土的粘聚力cˈ取14.0kPa，土的内摩擦角φˈ取14.48°。粘性土边坡在暴雨饱和状态的条件下，地层岩性、粘性土边坡形态及坡角等都一样，依据费伦纽斯条分法（不考虑条间力）来近似估算土坡的稳定安全系数，相应的残积砂质黏性土饱和状态的物理力学参数见表2，计算数据列表表示（见表4）。

表4 费伦纽斯条分法计算饱和状态边坡土条数值表

= 0.97

粘性土边坡在暴雨饱和状态的条件下，依据费伦纽斯条分法（不考虑条间力），经初步计算得到边坡的稳定安全系数为0.97，按规范要求滑坡稳定性系数F_s< 1.00^[4]属于不稳定状态。边坡的的稳定性约降低了30%。

三、总结

在博罗县境内，地质灾害的发生在降雨量相对集中的时间和空间内，当日降雨量达到暴雨或以上时，降雨量集中区极易诱发地质灾害。

总体上降雨诱发地质灾害，主要是土体在强降雨过后，表层土体很快达到饱和状态，会造成土体孔隙水压力增大、有效应力降低，土体的重度增大，土的粘聚力和内摩擦角均大幅降低。砂性土土坡的稳定性受爆发性强降雨影响并且坡面有顺坡渗流作用时，稳定安全系数将近降低50%；粘性土边坡的稳定性所受因素较多，也较复杂，通过实例简单模拟可以看出，在暴雨饱和状态的条件下，伴随渗流破坏土体骨架，粘性土边坡的稳定安全系数整体上降低了约30%。这也就解释了，有些土质边坡晴天会很稳定，但遇到短时间集中强降雨或暴雨时，局部地段的边坡就会很容易发生崩塌或滑坡等地质灾害现象。

鉴于降雨和地质灾害的发生具有很大的相关性，2003年我国启动了国家级的地质灾害气象预警预报工作，是非常有必要的^[5]。这一地质灾害气象预警预报系统的应用，大大提高了全社会的防灾减灾意识，在有效减轻地质灾害造成损失方面做出了积极的贡献。

参考文献

[1] 刘艳辉、唐灿、李铁锋、温铭生等.地质灾害与降雨雨型的关系研究[J].工程地质学报.2009，17（5）.

[2] 东南大学、浙江大学、湖南大学、苏州大学合编.土力学[S]. 北京：中国建筑工业出版社.2016.

[3] 李广信、张丙印、于玉贞合著.土力学[S].北京：清华大学出版社，2014.

[4] 中华人民共和国国家质量监督检验疫总局、中国国家标准化管理委员会. 滑坡防治工程勘查规范[S].北京：中国标准出版社.2016.

[5] 钟萌乾.滑坡与降雨关系及其预报 [J].中国地质灾害与防治学报.1998，9（4）.

作者简介：张珺棱，男，1988.9—，贵州六盘水，大学本科，水工环地质工程师，目前主要从事水文地质、工程地质、环境地质方面的工作。