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谈谈降雨对边坡稳定的影响

2oo1年增刊广东公路交通GuangDongCongLuJiaoTong总第7l期

谈谈降雨对边坡稳定的影响

罗缵锦冯稀森

（1.韶关市交通局,广东韶关5120002.韶关市交通工程质量监督站,广东韶关512023）

摘要:

水是产生边坡失稳的主要因素之一,边坡的失稳大多与水文地质,大气降水有关.根据有关资料,首先论

述了边坡失稳与降雨历时,累积降雨量及降雨强度的关系,然后有针对性地分析了降雨对岩石边坡的不利影响,

主要是降低岩体强度,抬高地下水位和使边坡内孔隙压力加大.降雨对土质边坡的不利影响有降雨溅蚀,面状

侵蚀和沟状侵蚀等.

关键词:

降雨边坡失稳破坏

中图分类号:

U417.1文献标识码:

C

1概述

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降

水等因素的控制.根据查阅有关资料统计,我国

的边坡失稳大多与水有关.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1981年8月,陕西汉中

地区遭受特大暴雨袭击,共发生滑坡,泥石流灾害

1.3万处,其中较大规模的2600处,死183人,损

坏铁路,公路和大批房屋建筑物.1981年夏季四

川盆地西,北部遭特大暴雨袭击,发生滑坡,崩塌

6.8万处,毁坏房屋7.4万间,使6万人无家可归,

损失达3亿元.1982年7—9月,四川盆地遭到四

次特大暴雨的袭击,各地共发生滑坡,崩塌,泥石

流8万多处.1982年6月井岗山区的宁岗,莲花,

永新等县因暴雨引发崩塌,滑坡9764处.1985年

5月27日桂林地区特大暴雨使全州,兴安,灌阳3

县出现崩塌,滑坡5000多处.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,损失达亿元.1991年5月后的暴雨期,江

苏镇江市区发生滑坡68处,受灾面积5万多平方

米,上百间房屋被淹没.由此可见,边坡的失稳与

降雨,特别是暴雨有着密切的关系,暴雨是激发边

坡失稳的重要因素之一.

2边坡失稳与降雨的关系

2.1边坡失稳和降雨历时有关

2.1.1滑坡与降雨历时的关系

根据中科院成都山地灾害与环境研究所对

?

44?

1982年7月长江三峡工程库区暴雨触发的8o多个

典型滑坡和崩塌的调查研究发现,在暴雨开始之

后约10—12h就开始出现大量的滑坡,包括一些大

型和巨型的滑坡.在降雨开始之后48h内产生的

滑坡约占77%,在72h以内产生的滑坡约占其总

数的85%.同时还发现滑坡的密度和时间序列也

受雨型的影响,暴雨触发滑坡的密度大,时间序列

较为集中.久雨型（即阴雨或绵绵雨）滑坡发生的

密度低,时间上较为分散.

2.1.2崩塌,落石与降雨历时的关系

据西北某山区营运铁路167kin统计资料,l7

年来该区段共发生路堑边坡及山坡坡面崩塌,落

石1091次.从山坡崩塌,落石发生的时间来看,

绝大多数集中在雨季,特别是在雨天发生.且有

如下特点:

（1）阴雨连绵期间偶降短促的大雨时,

山坡崩塌,落石现象发生较普遍.

（2）降雨开始后

的O.5h内,山坡崩塌,落石现象较小;此后及降雨

停止后的数h内（当降雨量较大,降雨时间较长

时）,山坡崩塌,落石现象发生较多.

2.2边坡失稳和累积降雨量及降雨强度有关

2.2.1滑坡与累积降雨量及降雨强度的关系

一

般来说,在雨季期间,累积降雨量在5o

100ram,日降雨量在50ram以上时就有小型的浅层

滑坡发生.当降雨量在150ram以上,日降雨量大

于100ram时,随着降雨量的增加,滑坡的数量也增

多,中等规模的堆积层滑坡和破碎岩石滑坡开始

出现.如l984年8月3日甘肃西和县降暴雨

100ram,发生泥石流滑坡200多处.当一次暴雨过

程的累积降雨量在250300ram以上,日降雨量大

于105mln以上时,滑坡即开始大量发生,一些大型

和巨型滑坡也大量出现,同时也会产生基岩的首

2001年增刊广东公路交通总第71期

次性滑坡.如1987年8月26日济南降雨291mm,

津浦,胶济铁路干线有35处路基塌方滑坡.

2.2.2崩塌,落石与累积降雨量强度的关系

经统计分析,山坡崩塌,落石次数与累积降雨

及降雨量强度有如下关系:

（1）山坡崩塌,落石次

数随降雨量,降雨强度及长时间连续降雨的变化

而变化;

（2）降雨量累积曲线和山坡崩塌,落石次

数累计曲线形状相吻合.

3降雨对岩石边坡的不利影响

对岩石边坡而言,降雨的不利作用主要表现

在降低岩体强度,抬高地下水位和边坡内孑L隙压

力加大等三个方面:

3.1降低岩体强度

对于岩石边坡稳定来说,起控制作用的是岩

体结构面的强度.岩体结构面分为硬质结构面与

软弱结构面.水的介入对于硬质结构面的强度并

无影响,而软弱结构面遇水后,特别是在原来充填

介质含水量很少,降雨后却显着加大时,充填的软

弱物进一步软化,其抗剪强度则显着降低.如长

江三峡流域龙羊峡虎山坡,底孑L泄流以前由于该

地区年降雨量甚少,山体处于干燥状态.在泄流

雨雾长期作用下,含水量大幅度增加,致使岩体强

度大幅度降低,从而导致边坡失稳.在强风化带

和软弱岩层区,灾害性滑坡常常发生.

3.2抬高地下水位

一

次降雨量使山体地下水位升高的幅度与水

文地质条件有密切关系.在某些条件下,地下水

位能大幅度升高,而在另一些条件下,水位升高可

能极为有限.一般来说,当岩体不是特别雄厚,山

坡较缓且地下水位在弱风化层以上时,由于岩体

孔隙率大,水位上升需要更多水份供给,同样的降

雨条件下水位上升幅度小.同时由于裂隙发育,

岩石破碎渗透系数大,水位升高后水很容易排走.

这就是众多山体中的洪枯水位变幅不大的原因之

'.一

0

3.3边坡内孔隙压力加大

根据渗流观点,岩体是由裂隙网络和孔隙介

质的岩块构成的双重介质.岩块的渗透系数与岩

石类别有关,致密岩石如微新花岗岩,其渗透系数

为10"l0cm/s量级.设裂隙宽0.Olmm,按缝隙水力

学,其过水系数（即渗透系数）约为10-4cm/s量级.

降雨人渗后,水在裂隙内运动速度远大于岩块孑L

隙内的运动速度.在微新岩体中,由于裂隙闭合,

裂隙的空隙非常小,只占岩体体积的0.O1%一

0.001%,而岩块孔隙的体积却大得多.

据Jumikis（1982年）研究,花岗岩的孔隙率变

化范围为1.02%2.87%,填满岩块孔隙而使其

饱和所需要的水量较大,而很少的人渗量即可使

裂隙饱和.从以上分析可知,雨水从地面渗入,在

重力作用下,首先以较快的速度沿裂隙向下流,然

后再缓慢地由裂隙渗入岩体孔隙.裂隙发育程度

（密度及隙宽）随深度而减弱,雨水从地表渗入裂

隙很容易,而从深层岩体排走则十分困难.因此

若一个降雨过程不是太短,就能在山体地下水位

以上非饱和区形成暂态饱和区,地下水位上升,使

边坡内孔隙压力加大.强度超过人渗率的降雨历

时愈长,孑L隙压力也愈大.虽然这一孔隙压力是

暂态的,降雨停止后能以较快的速度消散,但如量

值较大,则对边坡稳定的影响不能忽视.

4降雨对土质边坡的不利影响

降雨对土质边坡的侵蚀包括使部分泥砂颗粒

从边坡中分离及随后的坡面水流对其搬运而产生

的面状侵蚀和沟状侵蚀.

4.1降雨溅蚀

降雨溅蚀是垂直降落的雨滴击溅边坡土壤将

其搬离原位而产生的侵蚀.在边坡面上击溅起来

的土粒大部分向下坡方向.雨滴溅蚀力的大小与

雨滴到达地面时所具有的动能成正比.雨强越

大,雨滴直径越大,其动能越大,溅蚀力越强.当

雨滴离地面9m以上自由降落时,其到达地面时的

速度将达到均恒.在坡面上,薄层水流的存在对

溅蚀具有很大的影响.

据Palmer（1963年）等人的研究,当薄层水流的

厚度小于雨滴直径时,薄层水流的存在加强了溅

蚀作用,且这种作用随水层厚度的增大而增大.

当薄层水流的厚度与雨滴相等时,溅蚀作用达到

最强;当薄层水流的厚度超过雨滴直径时,溅蚀作

用基本消失.在降雨量一定时,坡面降雨溅蚀随

坡度的增大而有所不同.据Moss等人研究,当坡

度小于3%时,降雨是使泥砂侵蚀的主要因素,而

坡面漫流的作用仅表现为它的输送功能.当坡度

大于5%时,坡面流对泥砂的冲蚀成为主要的侵蚀

机理.当坡度非常陡时,降雨冲击对泥砂侵蚀的

影响实际上可以忽略不计.

4.2面状侵蚀

面状侵蚀是坡面发育中的主要侵蚀形式.它

?

45?

2001年增刊罗缵锦冯}韦森谈谈降雨对边坡稳定的影响总第71期

是指面流在流动过程中比较均匀地冲刷整个坡面

的松散物质,使坡面降低,斜坡后退.长期侵蚀的

结果,使边坡中部表土下移,中部凹陷而坡顶凸

出.由坡面上搬运的侵蚀物质大都堆积在坡脚,

久而久之,坡脚处形成深厚的堆积层.坡面剖面

为上凸,中凹,下直的形态.

影响面状侵蚀的主要因素有降雨,植被,坡面

岩土结构,坡面形态及人类活动等.

4.2.1降雨量和降雨强度

降雨量和降雨强度是坡面侵蚀,塑造坡面过

程的主要外营力.坡面侵蚀量的大小与降雨量,

降雨强度成正比.其中尤以降雨强度影响最为重

要,它不仅在短期内带来丰富的水量,而且还以强

劲的雨滴对地面进行高速（7～9m/s）的冲击,溅起

土粒,扰动土壤,使它向坡下蠕动.每次特大暴雨

后,面状侵蚀的结果使坡面凹凸不平,沟谷交错,

边坡变得支离破碎,难于形成整齐划一的坡面.

4.2.2植被

有效的植被覆盖是保证边坡稳定的必要条

件.植被对地面具有保护作用,如树冠,树干,凋

落物和草类等都可拦截雨水,避免雨滴对地面的

直接打击.其中树冠即可截留降雨量的15%～

80%.凋落物既能储存水份,又可阻滞面流的进

行,它分解后还改良了土壤性质,增加了土壤透水

性,减少了面流的发生.此外植物的根茎能固结

土层,拦阻面流.所以在植被覆盖的边坡上,面流

作用就较微弱.

4.2.3坡面岩土结构

组成坡面的岩土结构以及残积,堆积物的致

密程度,都会影响坡面的抗蚀能力.如在页岩,泥

岩分布区,黄土堆积区及花岗岩风化壳（残积）分

布区,由于岩性软弱或土质疏松而抗蚀力差,面蚀

作用都十分强烈.

4.2.4坡面形态

（1）坡度和坡长.边坡坡度和坡长分别影响

流速和流量.从理论上讲,坡度越大则流速越大,

侵蚀力也越强.但实际研究表明,坡度在40o～50o

时侵蚀量最大,超过此坡度时,侵蚀量反而减小.

原因是坡度越大,实际受雨面积减少,从而也减少

了流量.从坡顶到坡脚,随坡长的增加,流量逐渐

增大,侵蚀力逐渐加强,但在侵蚀力不足以克服抗

蚀力前,侵蚀不会发生.当坡长增加使水流的侵

蚀力超过抗蚀力时,侵蚀随坡长将逐渐增大.

?

46.'

（2）坡向.不同坡向的坡面接受阳光的多少

和风力作用下坡面接受的雨量和受雨滴打击的强

弱不同.一般而言,阳坡（东南坡）由于接受较多

的阳光照射,土壤水份蒸发较快.早期土壤水份

低下,不利于植物生长.因此不论在黄土高原,还

是在南方地区,阴坡植被多比阳坡好.在炎热的

夏季,我国南方某些地区光裸的阳坡由于受太阳

暴晒时间较长,地表温度可高达70℃,夜晚又降到

20oC左右,巨大的昼夜温差是地表物质风化的主要

原因.有人曾对广东省花岗岩地区重力侵蚀崩岗

的分布进行统计,发现90%以上的崩岗分布在阳

坡.风力作用使雨滴下落方向与坡面的夹角在迎

风坡增大,在背风坡缩小.雨滴下落方向与坡面

夹角在迎风坡的增大作用实际上增加了迎风坡的

雨滴打击力,也就是增加了迎风坡的坡面侵蚀.

我国东南沿海地区由于受台风影响,大暴雨常伴

随大风,因之,暴风雨对迎风坡的破坏作用远远大

于背风坡.迎风坡多为东南坡,太阳辐射和强风

的共同作用,使迎风的东南坡坡面侵蚀远较背风

的西北坡强烈.

（3）坡形与坡面微形态.直形坡,愈向下坡水

流汇集愈多,流速愈快,侵蚀随之加强.凸形坡,

坡面上缓下陡,上部侵蚀冲刷较弱,而下部比较强

烈.凹形坡,坡形上陡下缓,坡面上部坡长较短,

径流汇集较少,坡度较大但侵蚀冲刷不强烈.坡

面中部坡度居中,侵蚀较强.坡面下部由于坡度

减缓,流速降低,坡面水流的挟砂能力减弱.由上

部搬运下来的泥砂易在下部沉积.复合坡形,坡

形对坡地土壤侵蚀的影响较复杂.坡形愈多变的

复合坡,坡面流路愈长,流速愈慢,水流的侵蚀力

愈小.

坡面微形态主要影响坡面水流的流态和水流

流速.凹凸不平的坡面水流向低凹处汇集,易形

成股状水流而发展成细沟.但雨滴的击溅和水流

的搬运,会将凸出部分的土壤填到低凹处,逐渐将

表面自然夷平,这种现象在刚开挖的边坡和填方

边坡较容易出现.

4.3沟状侵蚀

水流汇集于低凹处或浅状延伸的沟槽,在超

过了低凹处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流的汇集.逐

渐聚集成股状水流,并产生细沟侵蚀,形成细沟.

沟状侵蚀按侵蚀的方向,可分为以下两种:

（1）垂

2001年增刊广东公路交通总第7l期

直侵蚀（下切,下蚀）:

它是水流垂直地面向下的侵

蚀,将土中软弱土层冲走,其结果是加深沟槽,使

得坡面沟槽林立,满目疮痍.

（2）溯源侵蚀:

侵蚀

方向是不断向源头（即坡顶）进行.其结果是使沟

槽长度增加,深度加深.溯源侵蚀有两种方式:

一

是坡面上跌水的形成即可导致细沟的发生.当坡

面上水流的侵蚀力大于某一部位的抗蚀力时,产

生细沟.土壤中流出口处的土粒在被流水带走

后,坑穴顶部发生坍塌形成小跌坎的溯源不断向

上发展形成细沟.细沟形成后,细沟间的袭夺,兼

并或扩大,逐渐发展成浅沟,切沟等.坡面一旦产

生细沟,侵蚀即由面状侵蚀变成沟状侵蚀.水流

的形态,侵蚀力等都发生变化.侵蚀沟是坡面最

显着的特征之一,在侵蚀严重的边坡上,密布的侵

蚀沟将坡面切割得支离破碎.

沟状水流所具有的侵蚀和搬运力远远大于雨

滴溅蚀和坡面水流的侵蚀和搬运力,因而是新开

挖边坡破坏直至失稳的重要外力.

5结语

边坡的失稳与许多因素有关,地质构造,岩土

性质,地形地貌,气候条件,地表水作用,地下水活

动,地震,人类工程活动等都可以引起滑坡等边坡

失稳现象.在这些因素中,水是产生边坡失稳的

重要因素之一.地表水的冲刷,地下水的活动与

其水压力以及暴雨激发等往往是诱发边坡失稳的

主要因素.许多在旱季稳定的边坡,会在降雨时

期失稳.因此,研究降雨对边坡稳定的影响很有

必要.

参考文献

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北京大学出版

社.1998

（收稿日期:

2001—09—23）

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