本科毕业论文（设计）
题目： 降雨对斜坡稳定性的影响
——以南平市斜坡为例
姓 名： 刘莹 学号： 2114481
院 （系）： 环境学院 专业： 地下水科学与工程 指导老师： 湖沉 职称： 讲师 评 阅 人： 赵锐 职称：
2014 年 06 月
本科生毕业论文（设计）原创性声明
本人以信誉声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得中国地质大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
毕业论文作者（签字）：
签字日期： 年 月 日
摘 要
斜坡失稳破坏是多山地区常见的一种自然灾害，而降雨是斜坡失稳破坏最重要的触发因素。降雨通过以下方式影响斜坡的稳定性：降雨时，雨水入渗使原本的非饱和土变成饱和土，孔隙水压力增大也即基质吸力减小，使斜坡的抗剪强度降低；其次，雨水入渗会增加土壤的重度，加大下滑力；同时，长时间的雨水入渗会抬高地下水位，当地下水位达到或超过潜在滑动面时，地下水会软化滑面从而降低斜坡的抗剪强度。在此文中，利用Geostudio2007软件主要分析降雨条件下，孔隙水压力的变化（也即基质吸力的变化）对斜坡稳定性的影响。
本文以福建省南平市西芹镇兴华街道后山比较有代表性的Ⅲ区房后斜坡为例，首先对其进行斜坡变形的宏观分析及敏感性因素的分析并计算得到天然条件下的斜坡稳定性系数。后取Ⅲ区房后斜坡28-28’号地质剖面，使用Geostudio2007软件建立了边坡饱和非饱和降雨入渗有限元计算模型，得到不同降雨条件下雨水入渗时孔隙水压力的变化情况，并计算得到不同降雨强度和不同降雨历时下的斜坡稳定性系数，进而分析降雨对斜坡稳定性的影响。经过分析得到如下结论：
（1）Ⅲ区房后斜坡受降雨或者其他不利因素影响时，中上部岩土体仍存在崩塌或滑坡的可能。计算结果表明，在天然情况下，此斜坡能基本保持稳定，稳定性系数为1. 294。
（2）在相同降雨时长的条件下，降雨强度越大，斜坡的稳定性系数减小得越快。但在降雨强度大于雨水渗透系数时，各种不同降雨强度对斜坡稳定性的影响趋于相近。
（3）在相同降雨强度的条件下，降雨历时越长，斜坡的稳定性系数减小得越快。
（4）通过模拟斜坡监测点中孔隙水压力的变化可知，随着降雨的持续，孔隙水压力会一直升高，而斜坡的稳定性系数下降。因此降雨引起的孔隙水压力增大是导致斜坡失稳的重要原因。
关键词：降雨入渗 斜坡稳定性 Geostudio2007 孔隙水压力
Abstract
Slope instability and failure is a common natural disaster in mountainous areas, and rainfall is the most important trigger factor. Rainfall affects the slope stability in the following ways. Firstly, rainwater infiltration will make the original unsaturated soil become saturated soil so that pore water pressure increases ( ie, matric suction decreases) which will then reduce the shear strength of the slope. Secondly, rainwater infiltration will increase the soil's density and the pore water pressure and hence increase decline in force. What's more, prolonged rainfall infiltration will raise the water table and when the water table reaches or exceeds the potential sliding surface, the groundwater will soften the slip surface which will reduce the shear strength. In this paper, Geostudio is used to analyze how the changes of pore water pressure affects the stability of slope.
This paper takes the example of a representative Ⅲ district slope in Fujian Province, Nanping, Xiqin town, Xinghua Street. The macro-deformation of the slope and sensitivity factors are analyzed and the slope stability coefficient under the natural condition is calculated. By using Geostudio, a saturated-unsaturated finite element model of rainfall infiltration is built in taking the 28-28' geological section of the Ⅲ district slope. I get the results of changes in pore water pressure and slope stability coefficient under different rainfall intensity and duration. Then I analyze the rainfall's impact on slope stability. Following are the conclusions.
1. Ⅲ district slope is possible to collapse or landslide in the upper and middle part of the slope after another rainfall or other unfavorable factors. The calculation results show that under natural condition, this slope can basically stay stable and the slope stability coefficient is 1.294.
2. Under the same rainfall duration, the higher the rainfall intensity, the faster that slope stability coefficient decreases. However, when the rainfall intensity is greater than rainwater permeability coefficient, the impact of various different rainfall intensity is the barely the same on the stability of the slope no matter what the rainfall intensity is.
3. under the same conditions of rainfall intensity, the longer that rainfall lasts, the faster stability of the slope coefficient decreases.
4. Through monitoring changes in simulated pore water pressure, we can know that with rainfall continues, pore water pressure increases and it leads to decrease of the slope stability coefficient. Therefore increase in pore water pressure caused by rainfall is an important factor that triggers the slope instability .
Keywords: rainfall infiltration; slope stability; Geostudio2007; pore water pressure
目 录
第一章 前言 . ............................................................................................................................. - 1 -
第一节 选题意义和依据 .................................................................................................. - 1 -
第二节 国内外研究现状 .................................................................................................. - 1 -
第三节 存在的问题和展望 .............................................................................................. - 2 -
第四节 研究内容及技术路线 .......................................................................................... - 3 -
第二章 自然地理及地质概况 . ................................................................................................. - 5 -
第一节 自然地理条件 ...................................................................................................... - 5 -
第二节 斜坡基本特征 ...................................................................................................... - 6 -
第三节 斜坡岩土体特征 .................................................................................................. - 7 -
第三章 斜坡稳定性分析 . ......................................................................................................... - 9 -
第一节 斜坡变形宏观分析 .............................................................................................. - 9 -
第二节 斜坡稳定性敏感因素分析 .................................................................................. - 9 -
第三节 天然条件下的斜坡稳定性 ................................................................................ - 10 -
第四章 降雨条件下的斜坡稳定性对比分析 . ....................................................................... - 13 -
第一节 基本原理 . ........................................................................................................... - 13 -
第二节 计算模型 . ........................................................................................................... - 15 -
第三节 数值模拟结果分析 ............................................................................................ - 26 -
第五章 结论和建议 . ............................................................................................................... - 30 -
第一节 结论 . ................................................................................................................... - 30 -
第二节 建议 . ................................................................................................................... - 30 - 致 谢 . ..................................................................................................................................... - 31 - 参考文献 . ................................................................................................................................. - 32 -
第一章 前言
第一节 选题意义和依据
不稳定的斜坡在内、外力的作用下，易发生斜坡的变形破坏。斜坡的变形破坏给工程建筑等带来的危害非常广泛，甚至造成生命财产的巨大损失，全世界各种典型实例不胜枚举。
影响斜坡稳定性的因素复杂多样。其中内因主要包括斜坡岩土类型、岩土体结构、地质构造、水文地质条件。此外还有外因，例如风化作用、地表水和大气降水的作用、地震、人类工程活动等。其中降雨是影响斜坡稳定性和导致斜坡失稳的最主要和最普遍的环境因素。每年降雨导致的斜坡失稳破坏引起了数以千计的死亡和建筑物的严重破坏，因此在滑坡易发区建立模型并分析降雨对斜坡稳定性的影响是非常重要的。在许多案例中，陡峭土坡上的滑坡都是由于降暴雨时雨水入渗到地下所引起的。增加的含水量导致了毛细吸力的下降以及土壤重量的上升，这两个过程均导致了斜坡的失稳。以下为降雨引起的斜坡失稳实例。
2009年7月23日，云南凤庆发生山体滑坡，根据专家组的考察测定，此次滑坡是由于在不良地质条件下的连续降雨和库水位连续上升造成的，降雨降低了边坡稳定性，引起滑坡，造成灾害。2010年9月1日，云南保山市隆阳区发生山体滑坡，造成20户人家被掩埋。据了解，此次灾害的主要原因，首先是滑坡体本身的地形地质条件不良；其次是此地区之前大旱，后又出现降雨所致。2012年5月21日，一场强降雨造成重庆市多处发生山体滑坡事故，当地部分地区的交通因此而中断。2013年5月贺州市出现长时间的强降水过程，导致某段公路出现多处滑坡。2014年4月12日，东乡县董岭乡出现山体滑坡现象，致使几名施工人员被埋。经调查分析，该区地形本就险峻，近期连续的降雨触发了此次滑坡。
在我国，由于特殊的自然地理和地质条件所制约，斜坡地质灾害分布广泛，活动强烈，危害严重，是山区主要的工程动力地质作用。而降雨是引起滑坡的主要因素之一，因此有必要对降雨和斜坡稳定性的关系进行研究。
2010年6月12日至6月25日，福建省南平市出现长时间的持续性暴雨过程，过程降雨量达到252. 6mm ，西芹镇兴华街道后山山坡多处发生山体滑坡、崩塌等地质灾害，滑坡体导致兴华二路部分路段被埋，个别民房毁坏，严重威胁当地居民生命财产安全，影响交通要道的畅通。本文以南平市西芹镇兴华街道Ⅲ区房后斜坡为例，用Geostudio2007软件的SLOPE /W 模块和SEEP /W 模块耦合计算各种不同降雨条件下斜坡的稳定性系数，通过对比稳定性系数的大小以及孔隙水压力的变化情况来分析降雨对斜坡稳定性的影响。
第二节 国内外研究现状
广义滑坡，即各类滑坡、崩塌、泥石流，可因多种外界因素的刺激而发生，如地震、火山、河流冲刷、融雪、降雨及不良人类活动等，其中以降雨诱发的滑坡（通常称为降雨型滑坡）在世界上分布最广，发生频率最高，给人类造成的危害最大。由于斜坡的变形破坏常威胁到人们的生命安全并会对经济活动带来巨大损失，而降雨又是引起斜坡失稳破坏最重要的外界因素，因此关于降雨对斜坡稳定性影响的研究正日益受到重视，各国都有很多公开出版的相关研究文献。
1999年吴宏伟和陈守义等分析了七个不同的因素对由于雨水入渗引起的斜坡暂态渗流场的影响，他们用有限元法对一个非饱和斜坡进行数值模拟，得到的结论是降雨强度、历时以及雨型对斜坡稳定性有较为明显的影响；土体的渗透系数影响显著；斜坡中相对隔水层的存在等因素对其也有影响。
2003年张华、陈善雄通过对一维及二维非饱和土的降雨入渗分析及数值模拟，研究结果是Richards 模型能很好地模拟二维降雨入渗过程以及地下水在土体中的运动；降雨入渗首先会使土体中压力升高，然后湿润锋面并向下推进，到达地下水面时会使地下水位抬升；水在土体中运动分为入渗、水分重分布和排水三个过程。
2003年兰恒星、周成虎等人以香港某地区降雨引起的浅层滑坡为例，在GIS 的支持下，分析了瞬时降雨响应模型造成的瞬时孔隙水压力响应规律及滑坡危险性的时空分布特征，研究结果为短期集中降雨所引起的瞬时孔隙水压力变化是导致斜坡失稳的主要影响因素；降雨对浅层的低渗透性斜坡的稳定性影响很大，但对浅层的渗透性较好的斜坡稳定性影响较小。
2007年在降雨对斜坡失稳的影响作用探讨一文中，高晓斐、陈植华等人讨论了降雨作用引发斜坡失稳的机理，并以施家梁子滑坡东变形体为实例进行分析，得出水的作用会增加斜坡体的下滑力同时会降低斜坡体的基质吸力、有效粘聚力及有效内摩擦角, 从而降低斜坡体的抗剪强度。
2010年程彬等采用了Geostudio 软件中的边坡稳定性分析模块Slope /W 、渗流分析模块Seep /W 和应力应变分析模块Sigma /W 对陕西一边坡为进行了应力场与渗流场的耦合分析及安全系数的计算。结论为斜坡稳定性在进行了应力场与渗流场的耦合时更符合实际。
2013年程思、王运生在有限元法分析降雨条件下斜坡稳定性一文中采用工程地质条件分析和有限元分析法，进行了华蓥市马鞍坪滑坡的滑坡体在降雨条件下渗流与稳定性分析，结果表明降雨与斜坡稳定性的关系十分密切，降雨量是此区斜坡失稳下滑的主要触发因素，并且不同的降雨量对斜坡稳定性具有不同的影响。
2013年陈芳和田凯在降雨入渗作用下土质斜坡稳定性的数值分析一文中，运用有限元软件建立了一个数值模型，分析降雨入渗对斜坡稳定性影响。经过分析得到降雨入渗会使斜坡中的非饱和土变成饱和土，减小了土壤的基质吸力，降低其抗剪强度从而影响斜坡的稳定性。
第三节 存在的问题和展望
（1）虽然关于降雨对斜坡稳定性影响的研究成果很多，但是仍有些机理没有完全弄清
楚，很多文献都针对研究降雨入渗引起土壤基质吸力的变化导致的斜坡失稳，而各个不同研究方向的耦合分析是研究降雨型滑坡非常重要的一点，但是关于斜坡内具体的物质组成等一些岩土体的变化研究得不够深入。
（2）二维饱和非饱和渗流控制方程、含水量变化方程等一些分析地下水渗流方面的研究方程或者理论很多都是建立在许多假设条件下对实际情况进行的分析。
（3）Geostudio2007有限元分析软件能耦合分析降雨和斜坡稳定性关系，由于计算机的飞速发展，以后完善的数值模拟技术和坚实的理论基础的结合将能更好地解决许多实际问题。
第四节 研究内容及技术路线
1.4.1 研究内容
国内外许多学者对降雨与滑坡的关系进行了卓有成效的探索，他们在实验室中建模，使用数值模拟方法和在野外进行调查，研究说明了斜坡稳定性和降雨之间有一定的联系，并且针对不同的方面探讨了降雨对斜坡稳定性的影响。例如：许多非饱和土滑坡经常在降雨季节发生；降雨引起斜坡失稳破坏是由于雨水入渗到土壤中，改变了颗粒间的摩擦力和有效应力；降雨强度的不同、降雨持续时间的不同等对不同渗透性系数的斜坡会产生不同的影响。这些研究成果为后人进行更深入的研究奠定了坚实的基础，本文主要研究了以下内容：
(1) 通过对研究区前期资料的整理收集和成果汇总分析，掌握研究区地形地貌、水文、气象、构造、第四系土层结构等相关基础资料，分析外部环境和含水介质的特征。
(2) 对南平市西芹镇兴华街道后山滑坡Ⅲ区房后斜坡的资料进行相关分析，完成斜坡变形宏观分析及敏感性因素的分析，并使用简化Bishop 法计算得到天然条件下的斜坡稳定性系数。
(3) 根据资料设计不同工况，运用Geostudio2007软件建立降雨入渗模型，得到不同降雨条件下孔隙水压力随时间的变化，计算不同降雨条件下的斜坡稳定性系数，并对其进行对比分析，进而得出降雨会影响斜坡稳定性的结论。
1.4.2 技术路线
本人在前人研究的基础上，搜集了南平市西芹镇兴华街道后山滑坡的资料，进行了Ⅲ区房后斜坡变形的宏观分析和敏感性因素的分析，并选取某一典型斜坡地质剖面（本文为 28-28’ 剖面），利用简易Bishop 法计算了此剖面在天然条件下（降雨量为零时）的斜坡稳定性系数。之后通过使用Geostudio2007软件建立数值模型，耦合SEEP /W 非饱和土渗流模块和SLOPE /W 斜坡稳定性模块得到不同条件下雨水入渗时孔隙水压力的变化，并在SLOPE /W 模块中同样使用简易Bishop 法计算不同降雨强度和不同降雨持续时间下的斜坡稳定系系数，再通过对比不同条件下孔隙水压力随时间的变化来分析降雨是如何对斜坡稳定性产生影响，并给出几条今后的研究建议。
图 1-1 技术路线图
第二章 自然地理及地质概况
第一节 自然地理条件
2.1.1 地理位置
西芹镇隶属于福建省南平市延平区，位于延城中心区10公里，人口7. 1万。地理坐标为北纬26°51'-26°50' ，东经117°50'- 118°20' ，境内自然资源丰富，交通方便， 205、316国道和京福衢南高速公路及鹰厦铁路纵横交汇。经济持续稳步发展，2010年，全镇实现农业总产值4. 35亿元；工业总产值9. 48亿元。
图 2-1 西芹镇地理交通图
2.1.2 气象水文
该区域属中亚热带季风气候，全年温暖潮湿，四季分明。根据本地区多年资料，该区雨量充沛，属我省丰水区，年平均降雨量1656mm ，最大年降水量2255mm ，最小年降水量1131mm ，过程最大降雨量为252mm 。按降水量划分，2～3月为春雨季，4～6月为夏雨季（又称梅雨季），约占全年降雨量的52%，降雨量最多的是6月中旬，平均为141. 2毫米。7～9月为第二雨季，主要是台风雷雨，雨日30天左右，雨量340毫米左右，多年月平均降雨量134. 08毫米，占年雨量8. 3%。10月～次年1月为旱季。多年平均气温7月最高，达28. 4℃，最低位1月，为10. 2℃，年平均气温为19. 2℃。
第二节 斜坡基本特征
2.2.1 斜坡地形地貌
Ⅲ区房后斜坡位于路侧开挖斜坡往南约75m 4幢民房后方开挖坡体，斜坡总长约55m ，开挖成台阶状，最顶部标高108. 5m -110. 8m ，坡脚标高79. 10m ，高差约30m 。坡顶为兴华街道山体后山，山顶坡面平缓延长，坡度约为20°，坡面共分6级开挖而成，每级高2-7m 不等，坡度40°, 坡脚4幢民房距离开挖坡面2-5m ，3-5层，砖混结构，民房前方为兴华街道。
图 2-2 Ⅲ区房后斜坡
2.2.2 斜坡空间形态
Ⅲ区房后斜坡在2010年持续暴雨期间发生坡面崩塌，表层残坡积粘性土及坡面灌木一并下滑，崩塌体总宽度约60m ，上下高差达40m ，崩塌体厚1-5m ，估算下滑土方量约4000m 3。崩塌体直接危及到坡脚4幢民房内居民的安全。目前房后坡面分6级开挖成台阶状，每级高2-7m 不等，总体坡度40°。
2.2.3 斜坡物质组成及结构特征
根据野外对Ⅲ区房后斜坡现有槽探开挖情况看，Ⅲ区房后斜坡崩塌体主要由表层残坡积粘性土组成，厚1-5m 不等，坡面灌木随同崩塌体一并滑落。
2.2.4 斜坡水文地质
斜坡水文地质条件较简单，以主山脊为分水岭，以各山沟为主要通道，坡面降雨顺地
形汇集于各山沟中，由西向东径流，排泄于坡脚。
一、场地地下水类型
根据地层岩性及地下水在含水介质中的赋存特征判断，地下水类型以孔隙水和基岩裂隙水为主。孔隙水分布于表层残坡积粘性土中，主要接受大气降水补给，由坡顶向坡脚渗透，含水量受季节、降雨量影响较大。基岩裂隙水赋存于下伏黑云母二长花岗岩节理裂隙和风化裂隙中，主要补给来源为大气降水、上部土层垂直补给与临近基岩裂隙水的侧向补给，多为潜水类型。路侧滑坡西南侧坡脚见有泉眼出露，流量约0. 09L /s 。 1. 松散岩类孔隙含水岩组
场地松散岩类孔隙含水岩组主要为表层残坡积粘性土，地下水以孔隙水的形式赋存于孔隙中，富水性较差，主要接受大气降水补给，短途迳流，由坡顶往坡脚排泄，为弱透水层。
2. 基岩裂隙含水岩组
场地基岩裂隙水主要赋存于花岗岩的节理裂隙和风化裂隙中，富水性差，主要补给来源为大气降水、上部含水层补给及临近基岩裂隙水的补给，短途迳流，向地势低洼处排泄，为弱透水层。 二、地下水水位
勘查期间在部分勘探孔内测得地下水位稳定水位埋深为0. 50-31. 20m ，稳定水位标高为114. 81-125. 92m 。水位年变幅约5. 2m （没有Ⅲ区房后斜坡地下水水位埋深的数据）。
表 2-1 场地地下水水位埋深
第三节 斜坡岩土体特征
根据钻孔揭露情况，场地岩土体自上而下可分为：残坡积粘性土、全风化花岗岩、散体状强风化花岗岩、碎块状强风化花岗岩、中风化花岗岩。
第一层为残坡积粘性土，厚度大约在1. 40~18. 40m 左右，场地内均有分布。呈红褐色，成份主要为长石风化的粘粉粒，石英颗粒。粘性一般，韧性中等，干强度中等，无摇振反应，稍有光泽；
第二层为全风化花岗岩，厚度大约在2. 20~13. 40m 左右，场地内均有分布。呈黄褐色，矿物已基本风化为土状，有残余强度，属极软岩，极破碎岩体，岩石基本质量等级为Ⅵ类；
第三层为散体状强风化花岗岩，厚度大约在2. 0~36. 90m 左右，场地均有分布，民房后方及路侧滑坡坡脚局部有出露。整体呈 灰黄色，褐黄色，呈散体状，大部分矿物成份显著变化，花岗结构，具有泡水易软化，崩解，强度降低的特点，属极软岩，岩石基本质量等级为Ⅴ类；
第四层为碎块状强风化花岗岩，厚度大约在0. 4~11. 40m 左右，场地均有分布, 局部民房后方有出露。整体呈 灰白色，矿物成份友长石、石英、云母组成，岩芯呈碎块状，岩石坚硬程度为较软岩，岩石基本质量等级为Ⅴ类；
第五层为中风化花岗岩，场地均有分布。整体呈 灰白、浅灰色，由长石、云母、石英、角闪石组成，中粗粒花岗结构，节理、裂隙较发育，岩芯呈短柱状，岩石坚硬程度属较软岩，岩体基本质量等级为Ⅲ级。
第三章 斜坡稳定性分析
斜坡稳定性评价方法可分为两大类，即定性评价和定量评价。定性评价方法包括成因历史分析法、工程地质类比法、赤平投影作图法等；定量评价方法包括极限平衡计算法、有限元分析法、破坏概率计算法等。本章选取Ⅲ区房后斜坡进行斜坡变形宏观分析及敏感性因素的分析，并使用简易Bishop 法计算天然条件下斜坡的稳定性系数。
第一节 斜坡变形宏观分析
由于地质条件的复杂性和人们认识事物的局限性，工程地质定性评价在斜坡稳定性评价中仍然占有极其重要的地位。Ⅲ区房后斜坡现状：坡顶、坡脚未见变形迹象，但受雨水冲刷影响，坡面可见多条冲沟，且开挖坡体总高约30m ，坡面岩土体裸露，仅在坡体下部用简易干砌挡墙进行支挡，受降雨等不利因素影响，中上部岩土体仍存在崩塌或滑坡的可能。如图所示，Ⅲ区斜坡失稳破坏后的斜坡坡度仍然较大，并且坡面岩土体裸露，在降雨尤其是暴雨时，雨水入渗冲刷引起再次的滑坡崩塌可能性很大。
图3-1 Ⅲ区斜坡失稳破坏后
第二节 斜坡稳定性敏感因素分析
3.2.1 地形地貌
兴华街道后山山体属于侵蚀剥蚀丘陵地貌，地势西南高，东北低，高差起伏较大。尤其是原滑坡-泥石流处坡面，大都三面环山、一面出口，两侧及后缘坡度陡，中间坡度较缓，空间上呈向下倾斜的簸箕状、漏斗状，形成有利的汇水条件。降雨时，坡面雨水能迅速汇集到下部沟口，且沟口又直对民房。Ⅲ区房后斜坡开挖呈台阶状，总体高差约30m ，但上部台阶开挖坡度57°-65°，仍无法满足放坡稳定坡度要求。
3.2.2 岩土体特征
场地覆盖层表面主要由残坡积粘性土构成，土层厚度较厚，多在1. 40-18. 40m ，Ⅲ区最厚6. 20m ，呈可塑～硬塑状态。当遭遇降雨时，雨水渗入坡体，软化各岩土层，受雨水软化后，岩土层物理力学性质降低，尤其表现为C 值粘聚力的下降，不利于斜坡的稳定。
3.2.3 降雨
降雨是影响斜坡稳定的重要外界因素，南平市延平区年平均降雨量约1664mm ，最大过程降雨量可超过150mm 。在2010年6月中旬遭遇百年一遇的短时性特大暴雨，13天内降雨量达684. 8mm 。其中典型特大暴雨有6月18日延平大横12点至13点的1小时降雨量达到61. 5mm 。降雨一方面渗入岩土体，增加了土体的重量，加大下滑力，另一方面受雨水浸泡，岩土体的力学强度降低，从而降低了斜坡的稳定性，也就是在这一轮强降雨后，斜坡发生了滑塌地质灾害。可以说强降雨是此次边坡产生滑塌地质灾害的主要外在诱因。
3.2.4 人类工程活动
在斜坡区域的勘查中发现对斜坡有产生影响的常见人类工程活动为居民日常耕作和对原始山体坡脚进行大面积的开挖。区域内山体坡面普遍被居民来当日常耕作用地，种植蔬菜、毛竹、灌木等浅层根茎农作物，一方面破坏了山坡的植被覆盖，另一方面日常劳作中需要对山坡表层土体进行松动，致使山坡表层土体孔隙增大，有利于雨水的渗入；对斜坡稳定影响最大的人类活动是对原始山体坡脚进行大面积的开挖，使得山体坡脚形成高陡临空面，破坏了原始山体的应力平衡，不利于边坡的稳定。
第三节 天然条件下的斜坡稳定性
本节通过简易Bishop 法来计算天然条件下（降雨量为零）斜坡的稳定性并对其进行简单分析。瑞典条分法忽略了土条侧面的作用力，算出的安全系数可能偏低10%~20%。这种假定方法不是很精确，它是将不平衡的问题按极限平衡的方法来考虑并且未能考虑有效应力下的强度问题。在同样的边坡条件下，简化Bishop 法的安全系数一般比瑞典条分法高6％~7％。在此先介绍简易Bishop 法的基本原理：
假定滑动面是以圆心为O ，半径为R 的圆弧，从中任取一土条i 为分离体，其分离体的周边作用力为：土条的重力W i ，切向力T i 和法向反力N i ；土条侧面作用法向力P i 、P i +1和切向力H i 、H i +1。根据静力平衡条件和极限平衡状态时各土条力对滑动圆心的力矩之和为零，整理得到Bishop 法的公式为：
F =
∑
1
[c i b i +(W i +∆H i ) tan ϕi ]θi （3-1）
∑W i sin θi
sin θi tan ϕi
其中：m θi =cos θi + （3-2）
F
图 3-2 毕肖普法条块作用力分析
简化Bishop 法中土坡稳定系数是指整个滑动面上土的抗剪强度τf 与实际产生的剪应力τ之比，考虑了各土条侧面间存在的作用力，但忽略了条间切向力。
即：∆H i
=H i +1-H i =0 （3-3）
将式3-3带入式3-1，于是, 式3-1进一步简化为式3-4：
∑F =
1
[c i b i +W i tan ϕi ]θi
（3-4）
∑W i sin θi
选取Ⅲ区房后斜坡28-28’剖面。此剖面实际长度为280m ，以5m 为单位剖分土条，每隔5m 搜索新圆心，以5m 为半径画圆弧滑面。场地岩土体物理力学指标值见下表，再以上述简易Bishop 公式来计算，得到此剖面的斜坡稳定性系数为F =1. 294，因此Ⅲ区房后斜坡在天然条件下（采用天然参数）处于基本稳定状态。
表 3-1 场地岩土体物理力学指标值
图 3-3 Ⅲ区房后斜坡28-28’地质剖面图
第四章 降雨条件下的斜坡稳定性对比分析
Geostudio2007软件是加拿大GEO -SLOPE 公司开发的一款应用于岩土、环境、交通等领域的仿真软件，其中使用得最多的是SLOPE /W 、SEEP /W 、SIGMA /W 模块。本章内容中，SEEP /W 模块用来模拟不同的降雨条件，并得到孔隙水压力随时间变化的曲线图；SLOPE /W 模块能够运用多种不同方法计算斜坡的稳定性，并具有引入SEEP /W 模块的功能。因此将SLOPE /W 模块与SEEP /W 模块耦合，计算得到不同降雨条件下斜坡的稳定性系数，并对其计算结果进行对比，同时根据孔隙水压力随时间变化的曲线图分析降雨对斜坡稳定性的影响，并分析是如何影响斜坡的稳定性的。
图 4-1 本章流程图
第一节 基本原理
4.1.1 SEEP/W的基本原理
SEEP /W 是一款分析地下水渗流的有限元软件。它不仅可以分析简单的饱和土渗流也可以分析与时间相关的饱和-非饱和土渗流问题，通过分析在时间变化下的孔隙水压力从而可以研究斜坡稳定性和时间的关系。
水在饱和土及非饱和土中的渗流均符合达西定律。与在饱和土中的渗流不同，水在非饱和土中渗流的渗透系数K 不再是一个常数，而是一个随着土壤含水率或者土壤基质吸力变化的函数。下式为二维饱和一非饱和渗流控制方程，由水流的连续性条件和达西定律相结合得出。
∂⎛∂H ⎫∂⎛∂H ⎫∂H
Kx (h ) +Kz (h ) +Q =C (h ) ⎪ ⎪
∂x ⎝∂x ⎭∂z ⎝∂z ⎭∂t
式中 H —水头；
x , z —相对水平距离和高程；
t —时间；
Q —流量边界条件；
(4-1)
K x (h ) 、K z (h ) —水平方向和垂直方向的渗透系数，在渗流计算中假设渗透系数各向 相等，即K x (h )=K z (h )=K (h ) ；
h 为用水头表示的基质吸力，当H
∂θ
(4-2) ∂h
式中：C (h ) 代表非饱和土的储水能力，θ为体积含水量。
4.1.2 SLOPE/W的基本原理
SLOPE /W 是一款计算斜坡稳定性系数，分析斜坡稳定性的软件。该软件能准确、快速地求解各种不同危险滑动面和最小安全系数，最符合的滑动面则再根据经验和实际情况选取。SLOPE /W 采用的是极限平衡法（条分法）。条分法的基本原理为将滑动土体竖直分成若干土条，把土条当成刚体，分别求作用于各土条上的力对圆心的滑动力矩和抗滑力矩，土坡的稳定安全系数Fs 为抗滑力矩除以滑动力矩。SLOPE /W 中常使用的方法有Ordinary 法，简易Bishop 法，Janbu 法，Morgenstem -Price 法，Spence 法和GLE 分析方法。各个方法的静力平衡条件和土条间力的性质如下表所示。本章使用SLOPE /W 计算斜坡稳定性的时候采用的是简易Bishop 法。
表4-1静力平衡条件
表4-2土条间力的性质和关系
第二节 计算模型
本节首先使用Geostudio2007软件的SEEP /W 模块，通过导入CAD 中的斜坡剖面图建立计算模型，对不同岩层进行分区并进行参数赋值（主要参数为饱和渗透系数、饱和体积含水量和残余含水量），并添加边界条件和初始条件。最重要的步骤是选取不同降雨条件的工况。通过考虑，选择了如下几种工况：降雨时长均为5天，降雨强度分别为50 mm /d 、100 mm /d 、200 mm /d ；降雨时长均为10天，降雨强度分别为50 mm /d 、100 mm /d 、200 mm /d 。之后再在SEEP /W 模块下建立SLOPE /W 模块，在SLOPE /W 模块中对不同的岩层进行参数赋值（主要参数为天然重度、粘聚力和内摩擦角），最后通过耦合两个模块计算出不同条件下的斜坡稳定性系数。
4.2.1 基本模型
选取Ⅲ区房后斜坡28-28’剖面图，基于下图所示水文地质概化模型采用二维渗流问题有限元分析程序进行暂态的饱和一非饱和渗流计算。图1为入渗模型的地质概化剖面斜坡，图2为渗流计算采用的有限元网格模型，此层状非均质斜坡计算模型从上到下一共分层残坡积粘性土层、全风化花岗岩层、散体状强风化花岗岩层、碎块状强风化花岗岩层、中风化花岗岩层。网格剖分时大小约为1m ，剖分得到有限元网格模型共有节点2218个，单元2178个。
图4-2 Ⅲ区房后斜坡模拟地质剖面图
图4-3 边坡饱和非饱和降雨入渗有限元计算模型
4.2.2 计算参数
一、饱和渗透系数、饱和体积含水量及残余含水量
坡残积粘土层中的渗透系数通过现场渗坑实验确定，由于只在Ⅰ区和Ⅱ区做过渗坑实验，Ⅲ区的渗透系数只能够根据Ⅰ区和Ⅱ区的数据来估算。而全风化花岗岩层、强风化花岗岩层及中风化花岗岩层的渗透系数没有确定，因此只能依靠经验值估算。
表4-3 场地渗透系数估算值
残坡积粘性土和全风化花岗岩层、强风化花岗岩层以及中风化层的饱和体积含水量及残余含水量由实验室的土工试验结果得到。
表4-4 场地饱和体积含水量及残余含水量
二、场地岩土体物理力学指标值
建立SLOPE /W 模块时需要给每层赋值，最重要的三个指标是天然重度、粘聚力和内摩擦角。各值见第三章第三节表3-1场地岩土体物理力学指标值。
三、各土层的土水特征曲线
土水特征曲线的研究非常重要，因此很多学者提出了大量有关土水特征曲线的数学模型，其中以Fredlund&Xing模型及V an Genuchten模型效果较好。 1、Fredlund&Xing模型原理
通过对土体孔径分布曲线的研究，用统计分析理论推导出非饱和土体积含水率与基质吸力之间的对数函数型式的土水特征曲线，其归一化表达式如下： θn =
θ-θr 1
=
θs -θr {ln[e +() n ]}m
a
（4-3）
式中：Φ为基质吸力；θ为与基质吸力Φ相对应的体积含水率，其取值范围为[θr , θs ]，θr 和θs 分别为残余含水率和饱和含水率；θn 为归一化的体积含水率(有效饱和度) ；a 、n 、m 为拟合参数（a 是与进气值有关的吸力值，对应于曲线的拐点；n 是与孔径分布有关的参数，对应于曲线的斜率；m 是与曲线拐点处的不对称性有关的参数) ；e 为自然对数的底。 2、Van Genuchten模型原理
通过对土水特征曲线的研究，得出非饱和土体积含水率与基质吸力之间的幂函数形式的土水特征曲线，其归一化表达式如下： θn =
θ-θr 1
=
θs -θr [1+() n ]m
a
（4-4）
通过阅读文献，Fredlund&Xing模型可较好地表征非饱和粘性土土壤含水量和基质吸力的相关关系, 文献中从拟合曲线可知Fredlund&Xing模型和V an Genuchten模型在大部分含水量范围内与试验数据吻合较好，但在接近于完全干燥状况时，Fredlund&Xing模型计算的含水量接近于0，更符合理论情况，而此时Van Genuchten模型的误差较大。因此本文
在使用Geostudio2007软件(有Fredlund&Xing模型和Van Genuchten模型这两种选项) 设置
参数计算时，选择的是Fredlund&Xing模型。以下为各个土层的含水率与基质吸力的关系图（也即土水特征曲线）。
图 4-4 第一层岩土层土水特征曲线 图 4-5 第二层岩土层土水特征曲线
图 4-6 第三层岩土层土水特征曲线 图 4-7 第四层岩土层土水特征曲线
图 4-8 第五层岩土层土水特征曲线
4.2.3 计算模型中的边界条件和初始条件
根据第二章的地下水水位埋深表大概画出相应的地下水水位线。模型的左侧边界为分水岭，将其设置为零流量边界；模型底部为不透水层边界，也设为零流量边界；模型的右侧设置潜在渗流面（potential seepage pace ）；斜坡表层设置降雨条件，见图4-3。降雨条件分别按如下几种工况设置：降雨时长均为5天，降雨强度分别为50 mm /d 、100 mm /d 、200 mm /d ；降雨时长均为10天，降雨强度分别为50 mm /d 、100mm /d 、200 mm /d 。
4.2.4 计算结果
将SEEP /W 和SLOPE /W 进行耦合，计算得到不同工况下的斜坡稳定性系数。最符合的滑面是根据滑坡的云图和实际情况进行的估计。
表4-6不同工况下第十天的斜坡稳定性系数
降雨强度为50 mm /days ，模拟时间从第一天至第十天，降雨从第三天开始持续到第七天。
图4-9 工况一地下水渗流 图4-10 工况一斜坡稳定性
图4-11 工况一斜坡稳定性系数随时间变化 图4-12 工况一斜坡孔隙水压力随时间变化
表4-7 工况一斜坡稳定性系数
降雨强度为100 mm /days ，模拟时间从第一天至第十天，降雨从第三天开始持续到第七天。
图4-13 工况二地下水渗流 图4-14 工况二斜坡稳定性
图4-15 工况二斜坡稳定性系数随时间变化 图4-16 工况二斜坡孔隙水压力随时间变化
表4-8 工况二斜坡稳定性系数
降雨强度为200 mm /days ，模拟时间从第一天至第十天，降雨从第三天开始持续到第七天。
图4-17 工况三地下水渗流 图4-18 工况三斜坡稳定性
图4-19 工况三斜坡稳定性系数随时间变化 图4-20 工况三斜坡孔隙水压力随时间变化
表4-9 工况三斜坡稳定性系数
降雨强度为50 mm /days ，模拟时间从第一天至第十天，降雨也从第一天持续至第十天。
图4-21 工况四地下水渗流 图4-22 工况四斜坡稳定性
图4-23 工况四斜坡稳定性系数随时间变化 图4-24 工况四斜坡孔隙水压力随时间变化
表4-10 工况四斜坡稳定性系数
降雨强度为100 mm /days ，模拟时间从第一天至第十天，降雨也从第一天持续至第十天。
图4-25 工况五地下水渗流 图4-26 工况五斜坡稳定性
图4-27 工况五斜坡稳定性系数随时间变化 图4-28 工况五斜坡孔隙水压力随时间变化
表4-11 工况五斜坡稳定性系数
降雨强度为200 mm /days ，模拟时间从第一天至第十天，降雨也从第一天持续至第十天。
图4-29 工况六地下水渗流 图4-30 工况六斜坡稳定性
图4-31 工况六斜坡稳定性系数随时间变化 图4-32 工况六斜坡孔隙水压力随时间变化
表4-12 工况六斜坡稳定性系数
第三节 数值模拟结果分析
Geostudio2007软件能够在斜坡中任意位置设置监测点来监测孔隙水压力随时间的变化。通过模拟可以看出孔隙水压力随时间增加，同时斜坡稳定性系数在减小。两者的变化趋势是相反的，由此可以分析，雨水入渗导致的孔隙水压力增大（也即基质吸力的减小）是使斜坡稳定性系数减小、影响斜坡稳定性的重要因素之一。
4.4.1 不同工况下斜坡稳定性系数的变化
一、工况一
降雨强度为50mm /d 时（从第三天开始降雨持续到第七天），渗透系数和降雨强度相等，雨水全部入渗。第一天至第二天没有降雨，但是斜坡的稳定性系数却变大，之后一天又开始减小。刚开始降雨时，斜坡的稳定性系数减小但减小的幅度不大，随着五天连续的降雨，稳定性系数减小的幅度开始逐渐变大，第六天到第七天是其值减小最快的时候。之后随着降雨的停止，稳定性系数减小的幅度又逐渐降低。因为斜坡稳定性系数一直大于1，所以斜坡整体处于稳定状态。
二、工况二
降雨强度为100mm /d 时（从第三天开始降雨持续到第七天），降雨强度大于渗透系数，此时坡面将产生积水或地表径流，这时的入渗率为饱和入渗率。第一天至第二天没有降雨，但是斜坡的稳定性系数却变大，之后一天又开始减小。随着降雨开始，斜坡的稳定性系数减小的幅度逐渐增大，第六天到第七天是其值减小最快的时候。之后随着降雨的停止，稳定性系数减小的幅度又逐渐降低。斜坡整体处于较稳定状态，但在最后三天时斜坡稳定性系数略大于1但是接近1，很可能会发生斜坡失稳现象。
三、工况三
降雨强度为200mm /d 时（从第三天开始降雨持续到第七天），降雨强度大于渗透系数，此时坡面将产生积水或地表径流，这时的入渗率为饱和入渗率。第一天至第二天没有降雨，但是斜坡的稳定性系数却变大，之后一天又开始减小。随着降雨开始，斜坡的稳定性系数减小的幅度逐渐增大，第六天到第七天是其值减小最快的时候。之后随着降雨的停止，稳定性系数减小的幅度又逐渐降低。斜坡整体处于较稳定状态，但在最后三天时斜坡稳定性系数略大于1但是接近1，很可能会发生斜坡失稳现象。工况三的斜坡稳定性系数的变化和工况二十分相似。
四、工况四
降雨强度为50mm /d 时（从第一天开始降雨持续到第十天），渗透系数和降雨强度相等，雨水全部入渗。第一天至第二天有降雨，但是斜坡的稳定性系数却变大。从第二天开始，斜坡的稳定性系数才开始减小，斜坡的稳定性系数减小的幅度逐渐增大，第七天到第八天 是其值减小最快的时候。之后，稳定性系数减小的幅度又逐渐降低。斜坡整体处于较稳定
状态，但在最后四天时斜坡稳定性系数略大于1但是接近1，很可能会发生斜坡失稳现象。
五、工况五
降雨强度为100mm /d 时（从第一天开始降雨持续到第十天），降雨强度大于渗透系数，此时坡面将产生积水或地表径流，这时的入渗率为饱和入渗率。第一天至第二天有降雨，但是斜坡的稳定性系数却变大。从第二天开始，斜坡的稳定性系数才开始减小，斜坡的稳定性系数减小的幅度逐渐增大，第五天到第六天是其值减小最快的时候。之后，稳定性系数减小的幅度又逐渐降低。在后五天斜坡稳定性系数略大于1但是接近1，很可能会发生斜坡失稳现象。
六、工况六
降雨强度为200mm /d 时（从第一天开始降雨持续到第十天），降雨强度大于渗透系数，此时坡面将产生积水或地表径流，这时的入渗率为饱和入渗率。第一天至第二天有降雨，但是斜坡的稳定性系数却变大。从第二天开始，斜坡的稳定性系数才开始减小，斜坡的稳定性系数减小的幅度逐渐增大，第五天到第六天是其值减小最快的时候。之后，稳定性系数减小的幅度又逐渐降低。在后五天斜坡稳定性系数略大于1但是接近1，很可能会发生斜坡失稳现象。工况六的斜坡稳定性系数的变化和工况五十分相似。
七、整体分析
通过对比在降雨历时均长达5天时，降雨强度分别为50 mm /d 、100 mm /d 、200 mm /d 的工况，分析知降雨强度越大对斜坡稳定越不利，稳定性系数下降越快；但是当降雨强度大于渗透系数并达到某一数值时，降雨强度的增大对斜坡稳定性的影响变化不大。通过对比在同样降雨强度下，降雨历时分别为5天和10天的工况，分析知降雨历时越长对斜坡稳定越不利，且降雨历时越长，斜坡稳定性系数的减幅越大。
六种工况均在第一天到第二天时出现稳定性系数增加的情况，到第二天才开始逐渐减小。降雨只持续五天的三种工况（工况一、工况二、工况三）在三种不同降雨条件下，三者第一天和第二天的稳定性系数均相同。当降雨强度为50mm /day 时，斜坡稳定性系数持续降低，但降低的幅度比较小。降雨强度为100mm /day 和200mm /day 时，斜坡稳定性系数降低的幅度较大，这两种工况的变化趋势相似，且稳定性系数也相差不大；在降雨持续十天的工况中（工况四、工况五、工况六），当降雨强度为50mm /day 时，斜坡稳定性系数随着时间持续降低，但降低的速率比较慢。降雨强度为100mm /day 和200mm /day 时，斜坡稳定性系数降低的速率较快，这两种工况的变化趋势相似，且稳定性系数也相差不大。这种情况可能是由于降雨强度已经超过了斜坡的渗透系数，故雨水入渗率相差不大，降雨强度大于渗透系数的部分均在坡面产生积水或产生地表径流。所以，在降雨强度大于斜坡渗透系数时，降雨强度再增加对斜坡稳定性也不会产生太大改变。
4.2.2 孔隙水压力变化分析
一、非饱和土
一般认为土壤由固相（土壤颗粒）、液相（土壤水）和气相（土壤所含气体）三相构成，饱和土是液相完全填充了土壤颗粒的空隙，也即液相占土壤空隙比例的百分之百。反之，当水和空气共同填充土壤孔隙时，土壤为非饱和土。
二、基质吸力
孔隙水压力的增大（减小）也即基质吸力的减小（增大）。非饱和土中，由于气相及毛细管吸力的存在，使水气分界面呈弯液面，造成孔隙气压力与孔隙水压力不相等。研究表明，负的孔隙水压力在土体中会产生基质吸力，基质吸力与外力无关，但与土体的含水量密切相关，基质吸力随土体含水量的增加而减小；当土体的含水量达到或接近饱和时，基质吸力趋于零。基质吸力在土体中会形成一种吸附强度，吸附强度亦随土体含水量的增加而减小，直至趋于零。降雨入渗引起含水率的变化和吸力的变化最终会引起土体自身抗剪强度的变化。
三、降雨入渗过程
降雨入渗的本质是雨水在土壤中的运动过程。一般降雨前斜坡表层是非饱和土，降雨时雨水入渗到斜坡表层，将非饱和土变为饱和土，形成暂态饱和区。当斜坡土体为非饱和土时，土壤的基质吸力较大，能够使斜坡处于稳定状态。但是由于雨水的入渗，土体由非饱和土变为饱和土时，土壤间的基质吸力会降低，导致土壤的抗剪强度减小。同时，雨水入渗会增加土体的自重，加大下滑力。当降雨持续时，地下水水位线可能到达滑动面处，此时地下水会浸软滑动面。综上，降雨入渗会导致斜坡的抗剪强度减小、下滑力增加，两者共同作用会引起斜坡的失稳破坏。
四、孔隙水压力变化
工况一中孔隙水压力一开始增加较为缓慢，后随着降雨开始一直升高，在第四天至第八天增加的幅度最大，在降雨停止后持续几天仍然在升高，但增加的幅度减小；工况二中孔隙水压力一开始增加较为缓慢，后随着降雨开始一直升高，在第三天至第七天增加的幅度最大。在降雨停止后，从第八天开始，孔隙水压力开始持续下降；工况三中孔隙水压力一开始增加较为缓慢，后随着降雨开始一直升高，在第三天至第七天增加的幅度最大。从第七天开始，孔隙水压力开始持续下降；工况四中孔隙水压力随着降雨开始就一直增加，但一开始增加的幅度较小，在第三天到第九天增加的幅度较大，斜率基本不变；工况五和工况六孔隙水压力变化相似，其值一直持续增加，但增加的速率越来越小，最后接近于零。
此斜坡模型在初始阶段，由于边坡表层比较干燥，基质吸力比较大；随着边坡的降雨入渗，边坡表层逐渐湿润，基质吸力随之降低，边坡表层的孔隙水压力在不断增加并且形成一个暂态饱和区，初始孔隙水压力为负值，之后逐渐升高接近或超过零（也即基质吸力减小为零）。
五、分析
六种工况的地下水渗流图中，渗流矢量线集中在残坡积粘土层和全风化花岗岩的接触
处（滑面处），同时降雨持续十天时的渗流矢量线比降雨只持续五天的要密集很多，证明了此时雨水入渗量大并且入渗速度快，所以降雨时间越长对斜坡稳定越不利。
由以上含水量与基质吸力的关系图可知含水量越大，基质吸力减小得越快。这六种工况下随着降雨的持续，土壤中的含水量会越来越大。由孔隙水压力随时间变化的曲线图知，孔隙水压力基本呈持续增加的趋势，并且在工况四、工况五和工况六的情况下，孔隙水压力已经增加到接近于零甚至超过零。当孔隙水压力增大，也即基质吸力减小；当负孔隙水压力增加到零，基质吸力会减小为零。因此边坡潜在危险滑动面的抗剪强度在不断减小，不仅如此，含水量的增加能够导致斜坡土体下滑力的增加，这两方面综合作用使斜坡稳定性系数降低。
4.2.3 结论
综上所述，在降雨过程中，雨水入渗使非饱和土逐渐变成饱和土，斜坡表层土体含水量增加，导致孔隙水压力也增加，基质吸力减小；含水量升高会增加斜坡土体的下滑力，基质吸力的减小会降低滑面的抗剪强度。这两种变化综合作用减小了斜坡稳定性系数，影响了斜坡的稳定，易导致斜坡的失稳破坏。同时，降雨时间越长，对斜坡的稳定越不利。
第五章 结论和建议
第一节 结论
（1）Ⅲ区房后斜坡现状：坡顶、坡脚未见变形迹象，但受雨水冲刷影响，坡面可见多条冲沟，且开挖坡体总高约30m ，坡面岩土体裸露，仅在坡体下部用简易干砌挡墙进行支挡，受降雨等不利因素影响，中上部岩土体仍存在崩塌或滑坡的可能。计算结果表明，在不降雨的天然情况下，此斜坡能基本保持稳定，稳定性系数为1. 294。
（2）在相同降雨时长的条件下，降雨强度越大，斜坡的稳定性系数减小得越快，减小的幅度越大，对斜坡的稳定性越不利。但在降雨强度大于雨水渗透系数时，各种不同降雨强度对斜坡稳定性的影响趋于相近。
（3）在相同降雨强度的条件下，降雨历时越长，斜坡的稳定性系数减小得越快，减小的幅度越大，对斜坡的稳定性越不利。
（4）通过模拟斜坡监测点中孔隙水压力的变化可知，随着降雨的持续，孔隙水压力会持续升高（即基质吸力不断减小），从而使斜坡的稳定性系数下降。因此降雨导致的孔隙水压力的增大是引起斜坡失稳的重要原因之一。
第二节 建议
本文选取的研究区的渗透系数和饱和含水量等参数大多数来自于结合实际情况的估算，故模拟并不是十分准确。建议建立监测站，在Ⅲ区房后斜坡按相关规范要求作好长期监测工作。本文的研究工作比较浅显，所以提出一些今后的研究建议，比如：（1）建立雨量观测站。同时，野外勘察时应在Ⅲ区取更多样本，因为本文的工况是自己选取的，参数也是根据经验估算的，得到的结论也是通过软件模拟出来，没有实际情况的对照；（2）可以使用不同软件计算不同工况下的斜坡稳定性系数来，再对不同结果进行对比；（3）本文只模拟分析了不同降雨强度或者是不同降雨时长对斜坡稳定性的影响，而没有考虑雨型等的不同对斜坡稳定性的影响；（4）没有详细分析降雨影响斜坡稳定性的机制，例如没有分析含水量的变化、没有分析土壤C 值和φ值的变化等。在分析孔隙水压力的变化对斜坡稳定性的影响时，也只能通过软件得到的孔隙水压力随时间的变化图，没有具体的数据来分析如何影响。
致 谢
感谢我的导师湖沉老师悉心指导我的毕业论文，论文从选题到完成都饱含着湖沉老师的心血。每当遇到问题向老师请教时，老师都会给我很多辅导和建议并进行逐字逐句地审阅和批改，使得论文可以顺利的完成。湖沉老师对待工作一丝不苟的态度、对待学生的耐心和负责让我受益良多。感谢老师近一年以来不仅在学习上给予了我极大的帮助，更因为他严谨认真的工作态度将激励我在今后的学习、工作中勤奋进取！在此谨向胡成老师表示最真诚的敬意和谢意！
感谢环境学院的学姐和学长！在福州实习期间以及之后写论文时期，各位学长学姐给予了我很大的帮助，在论文完成过程中提出了许多宝贵的建议。同时也感谢工程学院的师兄教会我使用软件，每当我使用软件分析出现问题时，师兄都会很详细地予以解答。在此，对他们的诚挚帮助表示衷心的感谢！
感谢环境学院的各位老师和同学对我生活学习上的帮助与关心，让我四年的大学生活如此的快乐、有意义！
同时，我还要感谢我的父母、爷爷奶奶及其他亲人。在二十多年的求学生涯中，他们一直坚定地支持我完成学业，没有他们的支持和鼓励也就没有今天的我。你们是我不断进取的动力。祝你们永远健康，幸福快乐！
最后向在百忙之中抽出时间审阅论文和参加答辩的各位老师表示由衷的感谢！
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本科毕业论文（设计）
题目： 降雨对斜坡稳定性的影响
——以南平市斜坡为例
姓 名： 刘莹 学号： 2114481
院 （系）： 环境学院 专业： 地下水科学与工程 指导老师： 湖沉 职称： 讲师 评 阅 人： 赵锐 职称：
2014 年 06 月
本科生毕业论文（设计）原创性声明
本人以信誉声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得中国地质大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
毕业论文作者（签字）：
签字日期： 年 月 日
摘 要
斜坡失稳破坏是多山地区常见的一种自然灾害，而降雨是斜坡失稳破坏最重要的触发因素。降雨通过以下方式影响斜坡的稳定性：降雨时，雨水入渗使原本的非饱和土变成饱和土，孔隙水压力增大也即基质吸力减小，使斜坡的抗剪强度降低；其次，雨水入渗会增加土壤的重度，加大下滑力；同时，长时间的雨水入渗会抬高地下水位，当地下水位达到或超过潜在滑动面时，地下水会软化滑面从而降低斜坡的抗剪强度。在此文中，利用Geostudio2007软件主要分析降雨条件下，孔隙水压力的变化（也即基质吸力的变化）对斜坡稳定性的影响。
本文以福建省南平市西芹镇兴华街道后山比较有代表性的Ⅲ区房后斜坡为例，首先对其进行斜坡变形的宏观分析及敏感性因素的分析并计算得到天然条件下的斜坡稳定性系数。后取Ⅲ区房后斜坡28-28’号地质剖面，使用Geostudio2007软件建立了边坡饱和非饱和降雨入渗有限元计算模型，得到不同降雨条件下雨水入渗时孔隙水压力的变化情况，并计算得到不同降雨强度和不同降雨历时下的斜坡稳定性系数，进而分析降雨对斜坡稳定性的影响。经过分析得到如下结论：
（1）Ⅲ区房后斜坡受降雨或者其他不利因素影响时，中上部岩土体仍存在崩塌或滑坡的可能。计算结果表明，在天然情况下，此斜坡能基本保持稳定，稳定性系数为1. 294。
（2）在相同降雨时长的条件下，降雨强度越大，斜坡的稳定性系数减小得越快。但在降雨强度大于雨水渗透系数时，各种不同降雨强度对斜坡稳定性的影响趋于相近。
（3）在相同降雨强度的条件下，降雨历时越长，斜坡的稳定性系数减小得越快。
（4）通过模拟斜坡监测点中孔隙水压力的变化可知，随着降雨的持续，孔隙水压力会一直升高，而斜坡的稳定性系数下降。因此降雨引起的孔隙水压力增大是导致斜坡失稳的重要原因。
关键词：降雨入渗 斜坡稳定性 Geostudio2007 孔隙水压力
Abstract
Slope instability and failure is a common natural disaster in mountainous areas, and rainfall is the most important trigger factor. Rainfall affects the slope stability in the following ways. Firstly, rainwater infiltration will make the original unsaturated soil become saturated soil so that pore water pressure increases ( ie, matric suction decreases) which will then reduce the shear strength of the slope. Secondly, rainwater infiltration will increase the soil's density and the pore water pressure and hence increase decline in force. What's more, prolonged rainfall infiltration will raise the water table and when the water table reaches or exceeds the potential sliding surface, the groundwater will soften the slip surface which will reduce the shear strength. In this paper, Geostudio is used to analyze how the changes of pore water pressure affects the stability of slope.
This paper takes the example of a representative Ⅲ district slope in Fujian Province, Nanping, Xiqin town, Xinghua Street. The macro-deformation of the slope and sensitivity factors are analyzed and the slope stability coefficient under the natural condition is calculated. By using Geostudio, a saturated-unsaturated finite element model of rainfall infiltration is built in taking the 28-28' geological section of the Ⅲ district slope. I get the results of changes in pore water pressure and slope stability coefficient under different rainfall intensity and duration. Then I analyze the rainfall's impact on slope stability. Following are the conclusions.
1. Ⅲ district slope is possible to collapse or landslide in the upper and middle part of the slope after another rainfall or other unfavorable factors. The calculation results show that under natural condition, this slope can basically stay stable and the slope stability coefficient is 1.294.
2. Under the same rainfall duration, the higher the rainfall intensity, the faster that slope stability coefficient decreases. However, when the rainfall intensity is greater than rainwater permeability coefficient, the impact of various different rainfall intensity is the barely the same on the stability of the slope no matter what the rainfall intensity is.
3. under the same conditions of rainfall intensity, the longer that rainfall lasts, the faster stability of the slope coefficient decreases.
4. Through monitoring changes in simulated pore water pressure, we can know that with rainfall continues, pore water pressure increases and it leads to decrease of the slope stability coefficient. Therefore increase in pore water pressure caused by rainfall is an important factor that triggers the slope instability .
Keywords: rainfall infiltration; slope stability; Geostudio2007; pore water pressure
目 录
第一章 前言 . ............................................................................................................................. - 1 -
第一节 选题意义和依据 .................................................................................................. - 1 -
第二节 国内外研究现状 .................................................................................................. - 1 -
第三节 存在的问题和展望 .............................................................................................. - 2 -
第四节 研究内容及技术路线 .......................................................................................... - 3 -
第二章 自然地理及地质概况 . ................................................................................................. - 5 -
第一节 自然地理条件 ...................................................................................................... - 5 -
第二节 斜坡基本特征 ...................................................................................................... - 6 -
第三节 斜坡岩土体特征 .................................................................................................. - 7 -
第三章 斜坡稳定性分析 . ......................................................................................................... - 9 -
第一节 斜坡变形宏观分析 .............................................................................................. - 9 -
第二节 斜坡稳定性敏感因素分析 .................................................................................. - 9 -
第三节 天然条件下的斜坡稳定性 ................................................................................ - 10 -
第四章 降雨条件下的斜坡稳定性对比分析 . ....................................................................... - 13 -
第一节 基本原理 . ........................................................................................................... - 13 -
第二节 计算模型 . ........................................................................................................... - 15 -
第三节 数值模拟结果分析 ............................................................................................ - 26 -
第五章 结论和建议 . ............................................................................................................... - 30 -
第一节 结论 . ................................................................................................................... - 30 -
第二节 建议 . ................................................................................................................... - 30 - 致 谢 . ..................................................................................................................................... - 31 - 参考文献 . ................................................................................................................................. - 32 -
第一章 前言
第一节 选题意义和依据
不稳定的斜坡在内、外力的作用下，易发生斜坡的变形破坏。斜坡的变形破坏给工程建筑等带来的危害非常广泛，甚至造成生命财产的巨大损失，全世界各种典型实例不胜枚举。
影响斜坡稳定性的因素复杂多样。其中内因主要包括斜坡岩土类型、岩土体结构、地质构造、水文地质条件。此外还有外因，例如风化作用、地表水和大气降水的作用、地震、人类工程活动等。其中降雨是影响斜坡稳定性和导致斜坡失稳的最主要和最普遍的环境因素。每年降雨导致的斜坡失稳破坏引起了数以千计的死亡和建筑物的严重破坏，因此在滑坡易发区建立模型并分析降雨对斜坡稳定性的影响是非常重要的。在许多案例中，陡峭土坡上的滑坡都是由于降暴雨时雨水入渗到地下所引起的。增加的含水量导致了毛细吸力的下降以及土壤重量的上升，这两个过程均导致了斜坡的失稳。以下为降雨引起的斜坡失稳实例。
2009年7月23日，云南凤庆发生山体滑坡，根据专家组的考察测定，此次滑坡是由于在不良地质条件下的连续降雨和库水位连续上升造成的，降雨降低了边坡稳定性，引起滑坡，造成灾害。2010年9月1日，云南保山市隆阳区发生山体滑坡，造成20户人家被掩埋。据了解，此次灾害的主要原因，首先是滑坡体本身的地形地质条件不良；其次是此地区之前大旱，后又出现降雨所致。2012年5月21日，一场强降雨造成重庆市多处发生山体滑坡事故，当地部分地区的交通因此而中断。2013年5月贺州市出现长时间的强降水过程，导致某段公路出现多处滑坡。2014年4月12日，东乡县董岭乡出现山体滑坡现象，致使几名施工人员被埋。经调查分析，该区地形本就险峻，近期连续的降雨触发了此次滑坡。
在我国，由于特殊的自然地理和地质条件所制约，斜坡地质灾害分布广泛，活动强烈，危害严重，是山区主要的工程动力地质作用。而降雨是引起滑坡的主要因素之一，因此有必要对降雨和斜坡稳定性的关系进行研究。
2010年6月12日至6月25日，福建省南平市出现长时间的持续性暴雨过程，过程降雨量达到252. 6mm ，西芹镇兴华街道后山山坡多处发生山体滑坡、崩塌等地质灾害，滑坡体导致兴华二路部分路段被埋，个别民房毁坏，严重威胁当地居民生命财产安全，影响交通要道的畅通。本文以南平市西芹镇兴华街道Ⅲ区房后斜坡为例，用Geostudio2007软件的SLOPE /W 模块和SEEP /W 模块耦合计算各种不同降雨条件下斜坡的稳定性系数，通过对比稳定性系数的大小以及孔隙水压力的变化情况来分析降雨对斜坡稳定性的影响。
第二节 国内外研究现状
广义滑坡，即各类滑坡、崩塌、泥石流，可因多种外界因素的刺激而发生，如地震、火山、河流冲刷、融雪、降雨及不良人类活动等，其中以降雨诱发的滑坡（通常称为降雨型滑坡）在世界上分布最广，发生频率最高，给人类造成的危害最大。由于斜坡的变形破坏常威胁到人们的生命安全并会对经济活动带来巨大损失，而降雨又是引起斜坡失稳破坏最重要的外界因素，因此关于降雨对斜坡稳定性影响的研究正日益受到重视，各国都有很多公开出版的相关研究文献。
1999年吴宏伟和陈守义等分析了七个不同的因素对由于雨水入渗引起的斜坡暂态渗流场的影响，他们用有限元法对一个非饱和斜坡进行数值模拟，得到的结论是降雨强度、历时以及雨型对斜坡稳定性有较为明显的影响；土体的渗透系数影响显著；斜坡中相对隔水层的存在等因素对其也有影响。
2003年张华、陈善雄通过对一维及二维非饱和土的降雨入渗分析及数值模拟，研究结果是Richards 模型能很好地模拟二维降雨入渗过程以及地下水在土体中的运动；降雨入渗首先会使土体中压力升高，然后湿润锋面并向下推进，到达地下水面时会使地下水位抬升；水在土体中运动分为入渗、水分重分布和排水三个过程。
2003年兰恒星、周成虎等人以香港某地区降雨引起的浅层滑坡为例，在GIS 的支持下，分析了瞬时降雨响应模型造成的瞬时孔隙水压力响应规律及滑坡危险性的时空分布特征，研究结果为短期集中降雨所引起的瞬时孔隙水压力变化是导致斜坡失稳的主要影响因素；降雨对浅层的低渗透性斜坡的稳定性影响很大，但对浅层的渗透性较好的斜坡稳定性影响较小。
2007年在降雨对斜坡失稳的影响作用探讨一文中，高晓斐、陈植华等人讨论了降雨作用引发斜坡失稳的机理，并以施家梁子滑坡东变形体为实例进行分析，得出水的作用会增加斜坡体的下滑力同时会降低斜坡体的基质吸力、有效粘聚力及有效内摩擦角, 从而降低斜坡体的抗剪强度。
2010年程彬等采用了Geostudio 软件中的边坡稳定性分析模块Slope /W 、渗流分析模块Seep /W 和应力应变分析模块Sigma /W 对陕西一边坡为进行了应力场与渗流场的耦合分析及安全系数的计算。结论为斜坡稳定性在进行了应力场与渗流场的耦合时更符合实际。
2013年程思、王运生在有限元法分析降雨条件下斜坡稳定性一文中采用工程地质条件分析和有限元分析法，进行了华蓥市马鞍坪滑坡的滑坡体在降雨条件下渗流与稳定性分析，结果表明降雨与斜坡稳定性的关系十分密切，降雨量是此区斜坡失稳下滑的主要触发因素，并且不同的降雨量对斜坡稳定性具有不同的影响。
2013年陈芳和田凯在降雨入渗作用下土质斜坡稳定性的数值分析一文中，运用有限元软件建立了一个数值模型，分析降雨入渗对斜坡稳定性影响。经过分析得到降雨入渗会使斜坡中的非饱和土变成饱和土，减小了土壤的基质吸力，降低其抗剪强度从而影响斜坡的稳定性。
第三节 存在的问题和展望
（1）虽然关于降雨对斜坡稳定性影响的研究成果很多，但是仍有些机理没有完全弄清
楚，很多文献都针对研究降雨入渗引起土壤基质吸力的变化导致的斜坡失稳，而各个不同研究方向的耦合分析是研究降雨型滑坡非常重要的一点，但是关于斜坡内具体的物质组成等一些岩土体的变化研究得不够深入。
（2）二维饱和非饱和渗流控制方程、含水量变化方程等一些分析地下水渗流方面的研究方程或者理论很多都是建立在许多假设条件下对实际情况进行的分析。
（3）Geostudio2007有限元分析软件能耦合分析降雨和斜坡稳定性关系，由于计算机的飞速发展，以后完善的数值模拟技术和坚实的理论基础的结合将能更好地解决许多实际问题。
第四节 研究内容及技术路线
1.4.1 研究内容
国内外许多学者对降雨与滑坡的关系进行了卓有成效的探索，他们在实验室中建模，使用数值模拟方法和在野外进行调查，研究说明了斜坡稳定性和降雨之间有一定的联系，并且针对不同的方面探讨了降雨对斜坡稳定性的影响。例如：许多非饱和土滑坡经常在降雨季节发生；降雨引起斜坡失稳破坏是由于雨水入渗到土壤中，改变了颗粒间的摩擦力和有效应力；降雨强度的不同、降雨持续时间的不同等对不同渗透性系数的斜坡会产生不同的影响。这些研究成果为后人进行更深入的研究奠定了坚实的基础，本文主要研究了以下内容：
(1) 通过对研究区前期资料的整理收集和成果汇总分析，掌握研究区地形地貌、水文、气象、构造、第四系土层结构等相关基础资料，分析外部环境和含水介质的特征。
(2) 对南平市西芹镇兴华街道后山滑坡Ⅲ区房后斜坡的资料进行相关分析，完成斜坡变形宏观分析及敏感性因素的分析，并使用简化Bishop 法计算得到天然条件下的斜坡稳定性系数。
(3) 根据资料设计不同工况，运用Geostudio2007软件建立降雨入渗模型，得到不同降雨条件下孔隙水压力随时间的变化，计算不同降雨条件下的斜坡稳定性系数，并对其进行对比分析，进而得出降雨会影响斜坡稳定性的结论。
1.4.2 技术路线
本人在前人研究的基础上，搜集了南平市西芹镇兴华街道后山滑坡的资料，进行了Ⅲ区房后斜坡变形的宏观分析和敏感性因素的分析，并选取某一典型斜坡地质剖面（本文为 28-28’ 剖面），利用简易Bishop 法计算了此剖面在天然条件下（降雨量为零时）的斜坡稳定性系数。之后通过使用Geostudio2007软件建立数值模型，耦合SEEP /W 非饱和土渗流模块和SLOPE /W 斜坡稳定性模块得到不同条件下雨水入渗时孔隙水压力的变化，并在SLOPE /W 模块中同样使用简易Bishop 法计算不同降雨强度和不同降雨持续时间下的斜坡稳定系系数，再通过对比不同条件下孔隙水压力随时间的变化来分析降雨是如何对斜坡稳定性产生影响，并给出几条今后的研究建议。
图 1-1 技术路线图
第二章 自然地理及地质概况
第一节 自然地理条件
2.1.1 地理位置
西芹镇隶属于福建省南平市延平区，位于延城中心区10公里，人口7. 1万。地理坐标为北纬26°51'-26°50' ，东经117°50'- 118°20' ，境内自然资源丰富，交通方便， 205、316国道和京福衢南高速公路及鹰厦铁路纵横交汇。经济持续稳步发展，2010年，全镇实现农业总产值4. 35亿元；工业总产值9. 48亿元。
图 2-1 西芹镇地理交通图
2.1.2 气象水文
该区域属中亚热带季风气候，全年温暖潮湿，四季分明。根据本地区多年资料，该区雨量充沛，属我省丰水区，年平均降雨量1656mm ，最大年降水量2255mm ，最小年降水量1131mm ，过程最大降雨量为252mm 。按降水量划分，2～3月为春雨季，4～6月为夏雨季（又称梅雨季），约占全年降雨量的52%，降雨量最多的是6月中旬，平均为141. 2毫米。7～9月为第二雨季，主要是台风雷雨，雨日30天左右，雨量340毫米左右，多年月平均降雨量134. 08毫米，占年雨量8. 3%。10月～次年1月为旱季。多年平均气温7月最高，达28. 4℃，最低位1月，为10. 2℃，年平均气温为19. 2℃。
第二节 斜坡基本特征
2.2.1 斜坡地形地貌
Ⅲ区房后斜坡位于路侧开挖斜坡往南约75m 4幢民房后方开挖坡体，斜坡总长约55m ，开挖成台阶状，最顶部标高108. 5m -110. 8m ，坡脚标高79. 10m ，高差约30m 。坡顶为兴华街道山体后山，山顶坡面平缓延长，坡度约为20°，坡面共分6级开挖而成，每级高2-7m 不等，坡度40°, 坡脚4幢民房距离开挖坡面2-5m ，3-5层，砖混结构，民房前方为兴华街道。
图 2-2 Ⅲ区房后斜坡
2.2.2 斜坡空间形态
Ⅲ区房后斜坡在2010年持续暴雨期间发生坡面崩塌，表层残坡积粘性土及坡面灌木一并下滑，崩塌体总宽度约60m ，上下高差达40m ，崩塌体厚1-5m ，估算下滑土方量约4000m 3。崩塌体直接危及到坡脚4幢民房内居民的安全。目前房后坡面分6级开挖成台阶状，每级高2-7m 不等，总体坡度40°。
2.2.3 斜坡物质组成及结构特征
根据野外对Ⅲ区房后斜坡现有槽探开挖情况看，Ⅲ区房后斜坡崩塌体主要由表层残坡积粘性土组成，厚1-5m 不等，坡面灌木随同崩塌体一并滑落。
2.2.4 斜坡水文地质
斜坡水文地质条件较简单，以主山脊为分水岭，以各山沟为主要通道，坡面降雨顺地
形汇集于各山沟中，由西向东径流，排泄于坡脚。
一、场地地下水类型
根据地层岩性及地下水在含水介质中的赋存特征判断，地下水类型以孔隙水和基岩裂隙水为主。孔隙水分布于表层残坡积粘性土中，主要接受大气降水补给，由坡顶向坡脚渗透，含水量受季节、降雨量影响较大。基岩裂隙水赋存于下伏黑云母二长花岗岩节理裂隙和风化裂隙中，主要补给来源为大气降水、上部土层垂直补给与临近基岩裂隙水的侧向补给，多为潜水类型。路侧滑坡西南侧坡脚见有泉眼出露，流量约0. 09L /s 。 1. 松散岩类孔隙含水岩组
场地松散岩类孔隙含水岩组主要为表层残坡积粘性土，地下水以孔隙水的形式赋存于孔隙中，富水性较差，主要接受大气降水补给，短途迳流，由坡顶往坡脚排泄，为弱透水层。
2. 基岩裂隙含水岩组
场地基岩裂隙水主要赋存于花岗岩的节理裂隙和风化裂隙中，富水性差，主要补给来源为大气降水、上部含水层补给及临近基岩裂隙水的补给，短途迳流，向地势低洼处排泄，为弱透水层。 二、地下水水位
勘查期间在部分勘探孔内测得地下水位稳定水位埋深为0. 50-31. 20m ，稳定水位标高为114. 81-125. 92m 。水位年变幅约5. 2m （没有Ⅲ区房后斜坡地下水水位埋深的数据）。
表 2-1 场地地下水水位埋深
第三节 斜坡岩土体特征
根据钻孔揭露情况，场地岩土体自上而下可分为：残坡积粘性土、全风化花岗岩、散体状强风化花岗岩、碎块状强风化花岗岩、中风化花岗岩。
第一层为残坡积粘性土，厚度大约在1. 40~18. 40m 左右，场地内均有分布。呈红褐色，成份主要为长石风化的粘粉粒，石英颗粒。粘性一般，韧性中等，干强度中等，无摇振反应，稍有光泽；
第二层为全风化花岗岩，厚度大约在2. 20~13. 40m 左右，场地内均有分布。呈黄褐色，矿物已基本风化为土状，有残余强度，属极软岩，极破碎岩体，岩石基本质量等级为Ⅵ类；
第三层为散体状强风化花岗岩，厚度大约在2. 0~36. 90m 左右，场地均有分布，民房后方及路侧滑坡坡脚局部有出露。整体呈 灰黄色，褐黄色，呈散体状，大部分矿物成份显著变化，花岗结构，具有泡水易软化，崩解，强度降低的特点，属极软岩，岩石基本质量等级为Ⅴ类；
第四层为碎块状强风化花岗岩，厚度大约在0. 4~11. 40m 左右，场地均有分布, 局部民房后方有出露。整体呈 灰白色，矿物成份友长石、石英、云母组成，岩芯呈碎块状，岩石坚硬程度为较软岩，岩石基本质量等级为Ⅴ类；
第五层为中风化花岗岩，场地均有分布。整体呈 灰白、浅灰色，由长石、云母、石英、角闪石组成，中粗粒花岗结构，节理、裂隙较发育，岩芯呈短柱状，岩石坚硬程度属较软岩，岩体基本质量等级为Ⅲ级。
第三章 斜坡稳定性分析
斜坡稳定性评价方法可分为两大类，即定性评价和定量评价。定性评价方法包括成因历史分析法、工程地质类比法、赤平投影作图法等；定量评价方法包括极限平衡计算法、有限元分析法、破坏概率计算法等。本章选取Ⅲ区房后斜坡进行斜坡变形宏观分析及敏感性因素的分析，并使用简易Bishop 法计算天然条件下斜坡的稳定性系数。
第一节 斜坡变形宏观分析
由于地质条件的复杂性和人们认识事物的局限性，工程地质定性评价在斜坡稳定性评价中仍然占有极其重要的地位。Ⅲ区房后斜坡现状：坡顶、坡脚未见变形迹象，但受雨水冲刷影响，坡面可见多条冲沟，且开挖坡体总高约30m ，坡面岩土体裸露，仅在坡体下部用简易干砌挡墙进行支挡，受降雨等不利因素影响，中上部岩土体仍存在崩塌或滑坡的可能。如图所示，Ⅲ区斜坡失稳破坏后的斜坡坡度仍然较大，并且坡面岩土体裸露，在降雨尤其是暴雨时，雨水入渗冲刷引起再次的滑坡崩塌可能性很大。
图3-1 Ⅲ区斜坡失稳破坏后
第二节 斜坡稳定性敏感因素分析
3.2.1 地形地貌
兴华街道后山山体属于侵蚀剥蚀丘陵地貌，地势西南高，东北低，高差起伏较大。尤其是原滑坡-泥石流处坡面，大都三面环山、一面出口，两侧及后缘坡度陡，中间坡度较缓，空间上呈向下倾斜的簸箕状、漏斗状，形成有利的汇水条件。降雨时，坡面雨水能迅速汇集到下部沟口，且沟口又直对民房。Ⅲ区房后斜坡开挖呈台阶状，总体高差约30m ，但上部台阶开挖坡度57°-65°，仍无法满足放坡稳定坡度要求。
3.2.2 岩土体特征
场地覆盖层表面主要由残坡积粘性土构成，土层厚度较厚，多在1. 40-18. 40m ，Ⅲ区最厚6. 20m ，呈可塑～硬塑状态。当遭遇降雨时，雨水渗入坡体，软化各岩土层，受雨水软化后，岩土层物理力学性质降低，尤其表现为C 值粘聚力的下降，不利于斜坡的稳定。
3.2.3 降雨
降雨是影响斜坡稳定的重要外界因素，南平市延平区年平均降雨量约1664mm ，最大过程降雨量可超过150mm 。在2010年6月中旬遭遇百年一遇的短时性特大暴雨，13天内降雨量达684. 8mm 。其中典型特大暴雨有6月18日延平大横12点至13点的1小时降雨量达到61. 5mm 。降雨一方面渗入岩土体，增加了土体的重量，加大下滑力，另一方面受雨水浸泡，岩土体的力学强度降低，从而降低了斜坡的稳定性，也就是在这一轮强降雨后，斜坡发生了滑塌地质灾害。可以说强降雨是此次边坡产生滑塌地质灾害的主要外在诱因。
3.2.4 人类工程活动
在斜坡区域的勘查中发现对斜坡有产生影响的常见人类工程活动为居民日常耕作和对原始山体坡脚进行大面积的开挖。区域内山体坡面普遍被居民来当日常耕作用地，种植蔬菜、毛竹、灌木等浅层根茎农作物，一方面破坏了山坡的植被覆盖，另一方面日常劳作中需要对山坡表层土体进行松动，致使山坡表层土体孔隙增大，有利于雨水的渗入；对斜坡稳定影响最大的人类活动是对原始山体坡脚进行大面积的开挖，使得山体坡脚形成高陡临空面，破坏了原始山体的应力平衡，不利于边坡的稳定。
第三节 天然条件下的斜坡稳定性
本节通过简易Bishop 法来计算天然条件下（降雨量为零）斜坡的稳定性并对其进行简单分析。瑞典条分法忽略了土条侧面的作用力，算出的安全系数可能偏低10%~20%。这种假定方法不是很精确，它是将不平衡的问题按极限平衡的方法来考虑并且未能考虑有效应力下的强度问题。在同样的边坡条件下，简化Bishop 法的安全系数一般比瑞典条分法高6％~7％。在此先介绍简易Bishop 法的基本原理：
假定滑动面是以圆心为O ，半径为R 的圆弧，从中任取一土条i 为分离体，其分离体的周边作用力为：土条的重力W i ，切向力T i 和法向反力N i ；土条侧面作用法向力P i 、P i +1和切向力H i 、H i +1。根据静力平衡条件和极限平衡状态时各土条力对滑动圆心的力矩之和为零，整理得到Bishop 法的公式为：
F =
∑
1
[c i b i +(W i +∆H i ) tan ϕi ]θi （3-1）
∑W i sin θi
sin θi tan ϕi
其中：m θi =cos θi + （3-2）
F
图 3-2 毕肖普法条块作用力分析
简化Bishop 法中土坡稳定系数是指整个滑动面上土的抗剪强度τf 与实际产生的剪应力τ之比，考虑了各土条侧面间存在的作用力，但忽略了条间切向力。
即：∆H i
=H i +1-H i =0 （3-3）
将式3-3带入式3-1，于是, 式3-1进一步简化为式3-4：
∑F =
1
[c i b i +W i tan ϕi ]θi
（3-4）
∑W i sin θi
选取Ⅲ区房后斜坡28-28’剖面。此剖面实际长度为280m ，以5m 为单位剖分土条，每隔5m 搜索新圆心，以5m 为半径画圆弧滑面。场地岩土体物理力学指标值见下表，再以上述简易Bishop 公式来计算，得到此剖面的斜坡稳定性系数为F =1. 294，因此Ⅲ区房后斜坡在天然条件下（采用天然参数）处于基本稳定状态。
表 3-1 场地岩土体物理力学指标值
图 3-3 Ⅲ区房后斜坡28-28’地质剖面图
第四章 降雨条件下的斜坡稳定性对比分析
Geostudio2007软件是加拿大GEO -SLOPE 公司开发的一款应用于岩土、环境、交通等领域的仿真软件，其中使用得最多的是SLOPE /W 、SEEP /W 、SIGMA /W 模块。本章内容中，SEEP /W 模块用来模拟不同的降雨条件，并得到孔隙水压力随时间变化的曲线图；SLOPE /W 模块能够运用多种不同方法计算斜坡的稳定性，并具有引入SEEP /W 模块的功能。因此将SLOPE /W 模块与SEEP /W 模块耦合，计算得到不同降雨条件下斜坡的稳定性系数，并对其计算结果进行对比，同时根据孔隙水压力随时间变化的曲线图分析降雨对斜坡稳定性的影响，并分析是如何影响斜坡的稳定性的。
图 4-1 本章流程图
第一节 基本原理
4.1.1 SEEP/W的基本原理
SEEP /W 是一款分析地下水渗流的有限元软件。它不仅可以分析简单的饱和土渗流也可以分析与时间相关的饱和-非饱和土渗流问题，通过分析在时间变化下的孔隙水压力从而可以研究斜坡稳定性和时间的关系。
水在饱和土及非饱和土中的渗流均符合达西定律。与在饱和土中的渗流不同，水在非饱和土中渗流的渗透系数K 不再是一个常数，而是一个随着土壤含水率或者土壤基质吸力变化的函数。下式为二维饱和一非饱和渗流控制方程，由水流的连续性条件和达西定律相结合得出。
∂⎛∂H ⎫∂⎛∂H ⎫∂H
Kx (h ) +Kz (h ) +Q =C (h ) ⎪ ⎪
∂x ⎝∂x ⎭∂z ⎝∂z ⎭∂t
式中 H —水头；
x , z —相对水平距离和高程；
t —时间；
Q —流量边界条件；
(4-1)
K x (h ) 、K z (h ) —水平方向和垂直方向的渗透系数，在渗流计算中假设渗透系数各向 相等，即K x (h )=K z (h )=K (h ) ；
h 为用水头表示的基质吸力，当H
∂θ
(4-2) ∂h
式中：C (h ) 代表非饱和土的储水能力，θ为体积含水量。
4.1.2 SLOPE/W的基本原理
SLOPE /W 是一款计算斜坡稳定性系数，分析斜坡稳定性的软件。该软件能准确、快速地求解各种不同危险滑动面和最小安全系数，最符合的滑动面则再根据经验和实际情况选取。SLOPE /W 采用的是极限平衡法（条分法）。条分法的基本原理为将滑动土体竖直分成若干土条，把土条当成刚体，分别求作用于各土条上的力对圆心的滑动力矩和抗滑力矩，土坡的稳定安全系数Fs 为抗滑力矩除以滑动力矩。SLOPE /W 中常使用的方法有Ordinary 法，简易Bishop 法，Janbu 法，Morgenstem -Price 法，Spence 法和GLE 分析方法。各个方法的静力平衡条件和土条间力的性质如下表所示。本章使用SLOPE /W 计算斜坡稳定性的时候采用的是简易Bishop 法。
表4-1静力平衡条件
表4-2土条间力的性质和关系
第二节 计算模型
本节首先使用Geostudio2007软件的SEEP /W 模块，通过导入CAD 中的斜坡剖面图建立计算模型，对不同岩层进行分区并进行参数赋值（主要参数为饱和渗透系数、饱和体积含水量和残余含水量），并添加边界条件和初始条件。最重要的步骤是选取不同降雨条件的工况。通过考虑，选择了如下几种工况：降雨时长均为5天，降雨强度分别为50 mm /d 、100 mm /d 、200 mm /d ；降雨时长均为10天，降雨强度分别为50 mm /d 、100 mm /d 、200 mm /d 。之后再在SEEP /W 模块下建立SLOPE /W 模块，在SLOPE /W 模块中对不同的岩层进行参数赋值（主要参数为天然重度、粘聚力和内摩擦角），最后通过耦合两个模块计算出不同条件下的斜坡稳定性系数。
4.2.1 基本模型
选取Ⅲ区房后斜坡28-28’剖面图，基于下图所示水文地质概化模型采用二维渗流问题有限元分析程序进行暂态的饱和一非饱和渗流计算。图1为入渗模型的地质概化剖面斜坡，图2为渗流计算采用的有限元网格模型，此层状非均质斜坡计算模型从上到下一共分层残坡积粘性土层、全风化花岗岩层、散体状强风化花岗岩层、碎块状强风化花岗岩层、中风化花岗岩层。网格剖分时大小约为1m ，剖分得到有限元网格模型共有节点2218个，单元2178个。
图4-2 Ⅲ区房后斜坡模拟地质剖面图
图4-3 边坡饱和非饱和降雨入渗有限元计算模型
4.2.2 计算参数
一、饱和渗透系数、饱和体积含水量及残余含水量
坡残积粘土层中的渗透系数通过现场渗坑实验确定，由于只在Ⅰ区和Ⅱ区做过渗坑实验，Ⅲ区的渗透系数只能够根据Ⅰ区和Ⅱ区的数据来估算。而全风化花岗岩层、强风化花岗岩层及中风化花岗岩层的渗透系数没有确定，因此只能依靠经验值估算。
表4-3 场地渗透系数估算值
残坡积粘性土和全风化花岗岩层、强风化花岗岩层以及中风化层的饱和体积含水量及残余含水量由实验室的土工试验结果得到。
表4-4 场地饱和体积含水量及残余含水量
二、场地岩土体物理力学指标值
建立SLOPE /W 模块时需要给每层赋值，最重要的三个指标是天然重度、粘聚力和内摩擦角。各值见第三章第三节表3-1场地岩土体物理力学指标值。
三、各土层的土水特征曲线
土水特征曲线的研究非常重要，因此很多学者提出了大量有关土水特征曲线的数学模型，其中以Fredlund&Xing模型及V an Genuchten模型效果较好。 1、Fredlund&Xing模型原理
通过对土体孔径分布曲线的研究，用统计分析理论推导出非饱和土体积含水率与基质吸力之间的对数函数型式的土水特征曲线，其归一化表达式如下： θn =
θ-θr 1
=
θs -θr {ln[e +() n ]}m
a
（4-3）
式中：Φ为基质吸力；θ为与基质吸力Φ相对应的体积含水率，其取值范围为[θr , θs ]，θr 和θs 分别为残余含水率和饱和含水率；θn 为归一化的体积含水率(有效饱和度) ；a 、n 、m 为拟合参数（a 是与进气值有关的吸力值，对应于曲线的拐点；n 是与孔径分布有关的参数，对应于曲线的斜率；m 是与曲线拐点处的不对称性有关的参数) ；e 为自然对数的底。 2、Van Genuchten模型原理
通过对土水特征曲线的研究，得出非饱和土体积含水率与基质吸力之间的幂函数形式的土水特征曲线，其归一化表达式如下： θn =
θ-θr 1
=
θs -θr [1+() n ]m
a
（4-4）
通过阅读文献，Fredlund&Xing模型可较好地表征非饱和粘性土土壤含水量和基质吸力的相关关系, 文献中从拟合曲线可知Fredlund&Xing模型和V an Genuchten模型在大部分含水量范围内与试验数据吻合较好，但在接近于完全干燥状况时，Fredlund&Xing模型计算的含水量接近于0，更符合理论情况，而此时Van Genuchten模型的误差较大。因此本文
在使用Geostudio2007软件(有Fredlund&Xing模型和Van Genuchten模型这两种选项) 设置
参数计算时，选择的是Fredlund&Xing模型。以下为各个土层的含水率与基质吸力的关系图（也即土水特征曲线）。
图 4-4 第一层岩土层土水特征曲线 图 4-5 第二层岩土层土水特征曲线
图 4-6 第三层岩土层土水特征曲线 图 4-7 第四层岩土层土水特征曲线
图 4-8 第五层岩土层土水特征曲线
4.2.3 计算模型中的边界条件和初始条件
根据第二章的地下水水位埋深表大概画出相应的地下水水位线。模型的左侧边界为分水岭，将其设置为零流量边界；模型底部为不透水层边界，也设为零流量边界；模型的右侧设置潜在渗流面（potential seepage pace ）；斜坡表层设置降雨条件，见图4-3。降雨条件分别按如下几种工况设置：降雨时长均为5天，降雨强度分别为50 mm /d 、100 mm /d 、200 mm /d ；降雨时长均为10天，降雨强度分别为50 mm /d 、100mm /d 、200 mm /d 。
4.2.4 计算结果
将SEEP /W 和SLOPE /W 进行耦合，计算得到不同工况下的斜坡稳定性系数。最符合的滑面是根据滑坡的云图和实际情况进行的估计。
表4-6不同工况下第十天的斜坡稳定性系数
降雨强度为50 mm /days ，模拟时间从第一天至第十天，降雨从第三天开始持续到第七天。
图4-9 工况一地下水渗流 图4-10 工况一斜坡稳定性
图4-11 工况一斜坡稳定性系数随时间变化 图4-12 工况一斜坡孔隙水压力随时间变化
表4-7 工况一斜坡稳定性系数
降雨强度为100 mm /days ，模拟时间从第一天至第十天，降雨从第三天开始持续到第七天。
图4-13 工况二地下水渗流 图4-14 工况二斜坡稳定性
图4-15 工况二斜坡稳定性系数随时间变化 图4-16 工况二斜坡孔隙水压力随时间变化
表4-8 工况二斜坡稳定性系数
降雨强度为200 mm /days ，模拟时间从第一天至第十天，降雨从第三天开始持续到第七天。
图4-17 工况三地下水渗流 图4-18 工况三斜坡稳定性
图4-19 工况三斜坡稳定性系数随时间变化 图4-20 工况三斜坡孔隙水压力随时间变化
表4-9 工况三斜坡稳定性系数
降雨强度为50 mm /days ，模拟时间从第一天至第十天，降雨也从第一天持续至第十天。
图4-21 工况四地下水渗流 图4-22 工况四斜坡稳定性
图4-23 工况四斜坡稳定性系数随时间变化 图4-24 工况四斜坡孔隙水压力随时间变化
表4-10 工况四斜坡稳定性系数
降雨强度为100 mm /days ，模拟时间从第一天至第十天，降雨也从第一天持续至第十天。
图4-25 工况五地下水渗流 图4-26 工况五斜坡稳定性
图4-27 工况五斜坡稳定性系数随时间变化 图4-28 工况五斜坡孔隙水压力随时间变化
表4-11 工况五斜坡稳定性系数
降雨强度为200 mm /days ，模拟时间从第一天至第十天，降雨也从第一天持续至第十天。
图4-29 工况六地下水渗流 图4-30 工况六斜坡稳定性
图4-31 工况六斜坡稳定性系数随时间变化 图4-32 工况六斜坡孔隙水压力随时间变化
表4-12 工况六斜坡稳定性系数
第三节 数值模拟结果分析
Geostudio2007软件能够在斜坡中任意位置设置监测点来监测孔隙水压力随时间的变化。通过模拟可以看出孔隙水压力随时间增加，同时斜坡稳定性系数在减小。两者的变化趋势是相反的，由此可以分析，雨水入渗导致的孔隙水压力增大（也即基质吸力的减小）是使斜坡稳定性系数减小、影响斜坡稳定性的重要因素之一。
4.4.1 不同工况下斜坡稳定性系数的变化
一、工况一
降雨强度为50mm /d 时（从第三天开始降雨持续到第七天），渗透系数和降雨强度相等，雨水全部入渗。第一天至第二天没有降雨，但是斜坡的稳定性系数却变大，之后一天又开始减小。刚开始降雨时，斜坡的稳定性系数减小但减小的幅度不大，随着五天连续的降雨，稳定性系数减小的幅度开始逐渐变大，第六天到第七天是其值减小最快的时候。之后随着降雨的停止，稳定性系数减小的幅度又逐渐降低。因为斜坡稳定性系数一直大于1，所以斜坡整体处于稳定状态。
二、工况二
降雨强度为100mm /d 时（从第三天开始降雨持续到第七天），降雨强度大于渗透系数，此时坡面将产生积水或地表径流，这时的入渗率为饱和入渗率。第一天至第二天没有降雨，但是斜坡的稳定性系数却变大，之后一天又开始减小。随着降雨开始，斜坡的稳定性系数减小的幅度逐渐增大，第六天到第七天是其值减小最快的时候。之后随着降雨的停止，稳定性系数减小的幅度又逐渐降低。斜坡整体处于较稳定状态，但在最后三天时斜坡稳定性系数略大于1但是接近1，很可能会发生斜坡失稳现象。
三、工况三
降雨强度为200mm /d 时（从第三天开始降雨持续到第七天），降雨强度大于渗透系数，此时坡面将产生积水或地表径流，这时的入渗率为饱和入渗率。第一天至第二天没有降雨，但是斜坡的稳定性系数却变大，之后一天又开始减小。随着降雨开始，斜坡的稳定性系数减小的幅度逐渐增大，第六天到第七天是其值减小最快的时候。之后随着降雨的停止，稳定性系数减小的幅度又逐渐降低。斜坡整体处于较稳定状态，但在最后三天时斜坡稳定性系数略大于1但是接近1，很可能会发生斜坡失稳现象。工况三的斜坡稳定性系数的变化和工况二十分相似。
四、工况四
降雨强度为50mm /d 时（从第一天开始降雨持续到第十天），渗透系数和降雨强度相等，雨水全部入渗。第一天至第二天有降雨，但是斜坡的稳定性系数却变大。从第二天开始，斜坡的稳定性系数才开始减小，斜坡的稳定性系数减小的幅度逐渐增大，第七天到第八天 是其值减小最快的时候。之后，稳定性系数减小的幅度又逐渐降低。斜坡整体处于较稳定
状态，但在最后四天时斜坡稳定性系数略大于1但是接近1，很可能会发生斜坡失稳现象。
五、工况五
降雨强度为100mm /d 时（从第一天开始降雨持续到第十天），降雨强度大于渗透系数，此时坡面将产生积水或地表径流，这时的入渗率为饱和入渗率。第一天至第二天有降雨，但是斜坡的稳定性系数却变大。从第二天开始，斜坡的稳定性系数才开始减小，斜坡的稳定性系数减小的幅度逐渐增大，第五天到第六天是其值减小最快的时候。之后，稳定性系数减小的幅度又逐渐降低。在后五天斜坡稳定性系数略大于1但是接近1，很可能会发生斜坡失稳现象。
六、工况六
降雨强度为200mm /d 时（从第一天开始降雨持续到第十天），降雨强度大于渗透系数，此时坡面将产生积水或地表径流，这时的入渗率为饱和入渗率。第一天至第二天有降雨，但是斜坡的稳定性系数却变大。从第二天开始，斜坡的稳定性系数才开始减小，斜坡的稳定性系数减小的幅度逐渐增大，第五天到第六天是其值减小最快的时候。之后，稳定性系数减小的幅度又逐渐降低。在后五天斜坡稳定性系数略大于1但是接近1，很可能会发生斜坡失稳现象。工况六的斜坡稳定性系数的变化和工况五十分相似。
七、整体分析
通过对比在降雨历时均长达5天时，降雨强度分别为50 mm /d 、100 mm /d 、200 mm /d 的工况，分析知降雨强度越大对斜坡稳定越不利，稳定性系数下降越快；但是当降雨强度大于渗透系数并达到某一数值时，降雨强度的增大对斜坡稳定性的影响变化不大。通过对比在同样降雨强度下，降雨历时分别为5天和10天的工况，分析知降雨历时越长对斜坡稳定越不利，且降雨历时越长，斜坡稳定性系数的减幅越大。
六种工况均在第一天到第二天时出现稳定性系数增加的情况，到第二天才开始逐渐减小。降雨只持续五天的三种工况（工况一、工况二、工况三）在三种不同降雨条件下，三者第一天和第二天的稳定性系数均相同。当降雨强度为50mm /day 时，斜坡稳定性系数持续降低，但降低的幅度比较小。降雨强度为100mm /day 和200mm /day 时，斜坡稳定性系数降低的幅度较大，这两种工况的变化趋势相似，且稳定性系数也相差不大；在降雨持续十天的工况中（工况四、工况五、工况六），当降雨强度为50mm /day 时，斜坡稳定性系数随着时间持续降低，但降低的速率比较慢。降雨强度为100mm /day 和200mm /day 时，斜坡稳定性系数降低的速率较快，这两种工况的变化趋势相似，且稳定性系数也相差不大。这种情况可能是由于降雨强度已经超过了斜坡的渗透系数，故雨水入渗率相差不大，降雨强度大于渗透系数的部分均在坡面产生积水或产生地表径流。所以，在降雨强度大于斜坡渗透系数时，降雨强度再增加对斜坡稳定性也不会产生太大改变。
4.2.2 孔隙水压力变化分析
一、非饱和土
一般认为土壤由固相（土壤颗粒）、液相（土壤水）和气相（土壤所含气体）三相构成，饱和土是液相完全填充了土壤颗粒的空隙，也即液相占土壤空隙比例的百分之百。反之，当水和空气共同填充土壤孔隙时，土壤为非饱和土。
二、基质吸力
孔隙水压力的增大（减小）也即基质吸力的减小（增大）。非饱和土中，由于气相及毛细管吸力的存在，使水气分界面呈弯液面，造成孔隙气压力与孔隙水压力不相等。研究表明，负的孔隙水压力在土体中会产生基质吸力，基质吸力与外力无关，但与土体的含水量密切相关，基质吸力随土体含水量的增加而减小；当土体的含水量达到或接近饱和时，基质吸力趋于零。基质吸力在土体中会形成一种吸附强度，吸附强度亦随土体含水量的增加而减小，直至趋于零。降雨入渗引起含水率的变化和吸力的变化最终会引起土体自身抗剪强度的变化。
三、降雨入渗过程
降雨入渗的本质是雨水在土壤中的运动过程。一般降雨前斜坡表层是非饱和土，降雨时雨水入渗到斜坡表层，将非饱和土变为饱和土，形成暂态饱和区。当斜坡土体为非饱和土时，土壤的基质吸力较大，能够使斜坡处于稳定状态。但是由于雨水的入渗，土体由非饱和土变为饱和土时，土壤间的基质吸力会降低，导致土壤的抗剪强度减小。同时，雨水入渗会增加土体的自重，加大下滑力。当降雨持续时，地下水水位线可能到达滑动面处，此时地下水会浸软滑动面。综上，降雨入渗会导致斜坡的抗剪强度减小、下滑力增加，两者共同作用会引起斜坡的失稳破坏。
四、孔隙水压力变化
工况一中孔隙水压力一开始增加较为缓慢，后随着降雨开始一直升高，在第四天至第八天增加的幅度最大，在降雨停止后持续几天仍然在升高，但增加的幅度减小；工况二中孔隙水压力一开始增加较为缓慢，后随着降雨开始一直升高，在第三天至第七天增加的幅度最大。在降雨停止后，从第八天开始，孔隙水压力开始持续下降；工况三中孔隙水压力一开始增加较为缓慢，后随着降雨开始一直升高，在第三天至第七天增加的幅度最大。从第七天开始，孔隙水压力开始持续下降；工况四中孔隙水压力随着降雨开始就一直增加，但一开始增加的幅度较小，在第三天到第九天增加的幅度较大，斜率基本不变；工况五和工况六孔隙水压力变化相似，其值一直持续增加，但增加的速率越来越小，最后接近于零。
此斜坡模型在初始阶段，由于边坡表层比较干燥，基质吸力比较大；随着边坡的降雨入渗，边坡表层逐渐湿润，基质吸力随之降低，边坡表层的孔隙水压力在不断增加并且形成一个暂态饱和区，初始孔隙水压力为负值，之后逐渐升高接近或超过零（也即基质吸力减小为零）。
五、分析
六种工况的地下水渗流图中，渗流矢量线集中在残坡积粘土层和全风化花岗岩的接触
处（滑面处），同时降雨持续十天时的渗流矢量线比降雨只持续五天的要密集很多，证明了此时雨水入渗量大并且入渗速度快，所以降雨时间越长对斜坡稳定越不利。
由以上含水量与基质吸力的关系图可知含水量越大，基质吸力减小得越快。这六种工况下随着降雨的持续，土壤中的含水量会越来越大。由孔隙水压力随时间变化的曲线图知，孔隙水压力基本呈持续增加的趋势，并且在工况四、工况五和工况六的情况下，孔隙水压力已经增加到接近于零甚至超过零。当孔隙水压力增大，也即基质吸力减小；当负孔隙水压力增加到零，基质吸力会减小为零。因此边坡潜在危险滑动面的抗剪强度在不断减小，不仅如此，含水量的增加能够导致斜坡土体下滑力的增加，这两方面综合作用使斜坡稳定性系数降低。
4.2.3 结论
综上所述，在降雨过程中，雨水入渗使非饱和土逐渐变成饱和土，斜坡表层土体含水量增加，导致孔隙水压力也增加，基质吸力减小；含水量升高会增加斜坡土体的下滑力，基质吸力的减小会降低滑面的抗剪强度。这两种变化综合作用减小了斜坡稳定性系数，影响了斜坡的稳定，易导致斜坡的失稳破坏。同时，降雨时间越长，对斜坡的稳定越不利。
第五章 结论和建议
第一节 结论
（1）Ⅲ区房后斜坡现状：坡顶、坡脚未见变形迹象，但受雨水冲刷影响，坡面可见多条冲沟，且开挖坡体总高约30m ，坡面岩土体裸露，仅在坡体下部用简易干砌挡墙进行支挡，受降雨等不利因素影响，中上部岩土体仍存在崩塌或滑坡的可能。计算结果表明，在不降雨的天然情况下，此斜坡能基本保持稳定，稳定性系数为1. 294。
（2）在相同降雨时长的条件下，降雨强度越大，斜坡的稳定性系数减小得越快，减小的幅度越大，对斜坡的稳定性越不利。但在降雨强度大于雨水渗透系数时，各种不同降雨强度对斜坡稳定性的影响趋于相近。
（3）在相同降雨强度的条件下，降雨历时越长，斜坡的稳定性系数减小得越快，减小的幅度越大，对斜坡的稳定性越不利。
（4）通过模拟斜坡监测点中孔隙水压力的变化可知，随着降雨的持续，孔隙水压力会持续升高（即基质吸力不断减小），从而使斜坡的稳定性系数下降。因此降雨导致的孔隙水压力的增大是引起斜坡失稳的重要原因之一。
第二节 建议
本文选取的研究区的渗透系数和饱和含水量等参数大多数来自于结合实际情况的估算，故模拟并不是十分准确。建议建立监测站，在Ⅲ区房后斜坡按相关规范要求作好长期监测工作。本文的研究工作比较浅显，所以提出一些今后的研究建议，比如：（1）建立雨量观测站。同时，野外勘察时应在Ⅲ区取更多样本，因为本文的工况是自己选取的，参数也是根据经验估算的，得到的结论也是通过软件模拟出来，没有实际情况的对照；（2）可以使用不同软件计算不同工况下的斜坡稳定性系数来，再对不同结果进行对比；（3）本文只模拟分析了不同降雨强度或者是不同降雨时长对斜坡稳定性的影响，而没有考虑雨型等的不同对斜坡稳定性的影响；（4）没有详细分析降雨影响斜坡稳定性的机制，例如没有分析含水量的变化、没有分析土壤C 值和φ值的变化等。在分析孔隙水压力的变化对斜坡稳定性的影响时，也只能通过软件得到的孔隙水压力随时间的变化图，没有具体的数据来分析如何影响。
致 谢
感谢我的导师湖沉老师悉心指导我的毕业论文，论文从选题到完成都饱含着湖沉老师的心血。每当遇到问题向老师请教时，老师都会给我很多辅导和建议并进行逐字逐句地审阅和批改，使得论文可以顺利的完成。湖沉老师对待工作一丝不苟的态度、对待学生的耐心和负责让我受益良多。感谢老师近一年以来不仅在学习上给予了我极大的帮助，更因为他严谨认真的工作态度将激励我在今后的学习、工作中勤奋进取！在此谨向胡成老师表示最真诚的敬意和谢意！
感谢环境学院的学姐和学长！在福州实习期间以及之后写论文时期，各位学长学姐给予了我很大的帮助，在论文完成过程中提出了许多宝贵的建议。同时也感谢工程学院的师兄教会我使用软件，每当我使用软件分析出现问题时，师兄都会很详细地予以解答。在此，对他们的诚挚帮助表示衷心的感谢！
感谢环境学院的各位老师和同学对我生活学习上的帮助与关心，让我四年的大学生活如此的快乐、有意义！
同时，我还要感谢我的父母、爷爷奶奶及其他亲人。在二十多年的求学生涯中，他们一直坚定地支持我完成学业，没有他们的支持和鼓励也就没有今天的我。你们是我不断进取的动力。祝你们永远健康，幸福快乐！
最后向在百忙之中抽出时间审阅论文和参加答辩的各位老师表示由衷的感谢！
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