武汉大学最新论文“孔隙水压力生成诱发降雨型滑坡:试验洞察与数值模拟”丨GDS动态反压直剪仪DYNBPS应用实例

https://doi.org/10.1007/s10064-026-04801-w

*论文版权归原作者和出版方所有，本文仅为学习交流。

以下是对这项成果的简要介绍：

具有深部富含黏土剪切带的滑坡对强降雨入渗极为敏感。此类水文扰动促使剪切带内产生孔隙水压力，降低有效应力，并可能触发突发性滑动。本研究通过室内试验和数值模拟，对三峡库区一起降雨诱发的灾难性滑坡进行了研究。在恒定剪切应力路径下开展了一系列直剪试验，通过施加递增反压来诱导孔隙水压力并触发失稳。

结果表明，剪切带土体在水文扰动下易于失稳，且其响应受已调动应力水平的显著影响。基于经试验数据标定的亚塑性模型开展的数值模拟进一步揭示，裂缝入渗加速了土体饱和，促进了连续基底滑动面的形成。

数值结果与现场证据的高度吻合证实了孔隙水压力积聚是降雨诱发滑坡启动的首要驱动因素，并凸显了裂缝入渗在加速破坏过程中的关键作用。

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图1. 2015 年 8 月杉树槽降雨诱发滑坡现场照片（失稳 1 年后）；附图：滑坡在三峡库区的位置

图2. 杉树槽滑坡降雨条件与地质剖面：(a) 2014 年 9 月 2 日灾难性失稳前的日降雨量和累积降雨量；(b) 失稳后地质剖面

图3. 试验材料：(a) 剪切带土体现场取样照片；(b) 颗粒级配曲线；(c) 扫描电镜（SEM）图像

图4.试验材料：(a) 剪切带土体现场取样照片；(b) 颗粒级配曲线；(c) 扫描电镜（SEM）图像

图5. 排水 / 不排水路径直剪试验剪切特性：(a) 排水路径剪应力 - 剪切位移曲线；(b) 排水路径应力路径与摩尔 - 库伦破坏包线；(c) 不排水路径剪应力 - 剪切位移曲线；(d) 不排水路径应力路径与摩尔 - 库伦破坏包线

图6. CSD2 试验时间序列结果（σₙ=100kPa）：(a) 施加剪应力（40kPa，0.85τₚ）与反压（增长速率 0.01kPa/min）；(b) 孔隙水压力与剪切位移；(c) 有效法向应力与竖向位移

图7. CSD4 试验时间序列结果（σₙ=200kPa）：(a) 施加剪应力（75kPa，0.85τₚ）与反压（增长速率 0.05kPa/min）；(b) 孔隙水压力与剪切位移；(c) 有效法向应力与竖向位移

图8. CSD5 试验时间序列结果（σₙ=200kPa）：(a) 施加剪应力（83kPa，0.90τₚ）与剪切位移；(b) 孔隙水压力变化；(c) 有效法向应力与竖向位移

图9. CSD1-5 试验破坏路径：恒定剪应力条件下孔隙水压力产生诱发的土体失稳（摩尔 - 库伦包线由 CD1-3 排水试验得出）

图10. 亚塑性模型模拟 CD1-3 试验的数值结果与试验数据对比：(a) 剪应力 - 剪切位移曲线；(b) 竖向位移 - 剪切位移曲线

图11. 降雨诱发局部破坏的数值结果：(a) 孔隙水压力分布；(b) 剪切应变分布；(c) 位移分布

图 12. 降雨诱发顺层破坏的数值结果：(a) 孔隙水压力分布；(b) 剪切应变分布；(c) 位移分布

图13. 现场观测与数值模拟结果对比：(a) 滑坡启动阶段；(b) 滑坡滑动阶段；(c) 滑坡失稳后阶段

1. 剪切带土体的渐进失稳机制

恒定剪应力路径下的直剪试验表明，当施加的剪应力低于峰值强度时，富黏土剪切带主要表现为蠕变变形；而在不排水环境中，孔隙水压力的持续积聚会削弱有效法向应力，进而引发剪切位移急剧增大及剪胀破坏。值得注意的是，土体的失稳进程与当前剪应力的动员程度密切相关，随着孔隙水压力不断升高，有效应力轨迹逐渐靠近并最终突破摩尔-库伦强度包线，呈现出典型的渐进式延迟破坏特征。

2. 亚塑性本构模型的适用性验证

研究采用融入结构张量的亚塑性本构框架描述剪切带土体的力学响应，经室内试验数据标定后，该模型能够准确再现土体的硬化特性、体积压密行为以及局部化剪切带的演化过程，从而为后续滑坡数值分析奠定了坚实的材料理论基础。

3. 入渗边界条件对破坏形态的控制作用

数值模拟表明，边坡的破坏形态高度依赖于降雨入渗的边界设定。在仅考虑坡面均匀入渗的情形下，坡体仅出现局部损伤；然而，一旦后缘张裂缝形成优势渗流通道，将显著加快孔隙水压力积聚与饱和区扩展，促使底部滑移面逐步贯通，最终导致坡体沿层面发生大规模整体滑移。

4. 孔隙水压力与裂缝入渗的核心驱动作用

研究明确指出，孔隙水压力的增长是驱动此类富黏土剪切带滑坡启动的首要机制，而坡表裂缝所构成的优势入渗路径则对失稳进程具有明显的加速效应。上述认识为降雨型滑坡的灾前识别、机理阐释及工程防治策略的制定提供了关键科学依据。

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