浙江工业大学建设工程监理公司 涂征 倪彤元 方诚 李爱华 2004年03月26日 ^Cn_
ODjo
摘要：在滑坡现象中，水构成一种作用物质，它能够对滑体形成机械的推动作用，从而促使滑体滑坡。水对滑体产生的机械作用可定量计算。 hN_,Vyf
关键词：水 滑坡 作用 D"n
3If%
The Mechanical Action of the Moving Water on the Landslide body yGPi9j{QXq
Tuzheng nitongayan fangcheng Liaihua ;%PdSG=U
Abstract: in the phenomenon of Landslide, the moving water is one of those acting forces. The moving water has a driving action and impels the sliding body to Landslide. The mechanical action of the water can be quantitatively computed. 1;9 %L@
Key words: water landslide action ] I0(_e|z}
水总是被看成是一个对滑坡现象的发生与发展构成影响的无法定量研究的一种外在的作用因素，而不被看作是作用物资，这是滑坡预测与防治较为困难的一个重要的原因。滑坡是指边坡物资沿着斜坡曲面下滑的现象，这种现象常常构成一种灾难。笔者认为其原因之一为人们一直没有将水这类物资看着是作用物资，没有给水对坡移物形成的作用确立应有的量的地位。 CYC6:g|)
1、传统认识及其不足 G$
Ii
水对滑坡现象的控制作用人们早已有深刻的认识，只是传统理论还没有发现水产生的作用与滑坡位移量之间的定量关系规律。 Pl[WCh
人们发现：滑坡常与地下水有关，认为地下水的作用是渗入斜坡岩、土体孔隙之中，增加了单位体积重量，加大剪应力而促成下滑；地下水的侵蚀等，使滑动面上含水量增加，土质迁移，易溶矿物被淋滤而降低了土质颗粒之间的粘结力，削弱了土层的抗剪力，对滑体起托浮作用，因而降低滑力，因此，在水位变动时极易引起滑坡的形成。人们发现：在雨量充沛的季节，滑坡区有“大雨大滑，小雨小滑，无雨不滑”的现象，在严寒地带，融冻季节也常常形成滑坡。尽管人们对水直接控制滑坡的现象有了如此多的发现与认识，但直至如今还没有认识滑坡与水的作用之间的定量关系。 U=UnE"h
2、控制滑体运移的水的机械作用 zyFbu=d|O:
水控制滑体运移的机械作用可有两种方式：直接驱动滑体运移和为滑体开拓运移空间。 Xu\2 2/Co
2.1 直接驱动滑体运移 eC-nV)]I9
通过滑体所在空间运行的水将其动量传递给滑体从而增大滑体运移动量使滑体下滑的现象称直接驱动滑体运移的作用。当滑体处于静止时，滑体受的驱动作用力F与阻力R之向量和等于零，即 EB>rY
'p(I!]"uo
通常，滑体受的驱动力只有重力，即 ( 为滑体质量， 为重力加速度)，而阻力 则有滑面的支承力、摩擦力和滑体一基岩间的粘滞力等合成，在滑坡现象发生前 与 总是大小相等、方向相反。当大气降水或大气降水生成的坡流水或渗流水通过滑坡体所在空间运行时，滑坡体所受的作用力不再等于重力，而是等于重力 与水对滑坡体形成的力 之向量和，即 ^i~'aq
/J'dG%
根据牛顿第二定律，力等于受作用质量在单位时间内获得的动量的增量，再根据动量受恒定律，力又等于作用物资在单位时间内损失悼的动量。所以，水对滑坡体产生的作用力 等于经过滑坡体所在空间运行，对滑坡体构成作用的水在单位时间内损失悼的动量。设经过滑体所在空间断面的水的质量 在t=0时刻从上游断面（水平断面）流入或渗入滑体所在空间，在t=T时刻又从下游断面流出或渗出，当 流入滑体时的初速度为 ，当 流出滑体的末速度为 在T时间内对滑体产生的作用量为为 1H, hw
B9 h >
式中 为重力加速度； 对滑体产生的作用力 P
C
而水流对滑体产生的作用力由单位时间内经过滑体所在空间运行的水的质量 产生，所以，水流对滑体产生的作用为 S?m4
P s{}SZn
即， 在单位时间内对 形成作用的量等于 .如果将滑体视为质点，那么，T就是单位时间，滑体受的合力为 ： .:jfNp~jt
滑坡现象是否发生关键取决于 值，当 时，滑体不运动；当 时，滑体现象发生； 值越大，滑坡运动越强烈。根据研究得知， 值也取决于驱动力 和 值，即 N+NS \Y5
Q"H1(kG|
式中 。其中： 为障碍物质的质量，又称瞬间阻碍作用质量； 为滑坡曲面的倾角； 表示阻力 是垂直阻力 %i`YJ
当滑面为光滑曲面且不变形时， ， 此时阻力 出现了极小值，滑坡位移X值与水的驱动力 、重力 和阻力 间的关系式为： |p+ x M
J""N:X!1
式中 为滑体的滑移初速度； 为滑体受水和重力及阻力作用的时间； 为滑体的质量； 为经过滑体运行的水流断面S上的瞬时过水质量；g为重力加速度；T为 在滑体所在空间过中花费的时间。 W$Zc;KRz$0
2.2 为滑体开拓运移空间 q,eXH 8 x
通过剥蚀滑坡体的坡基，增大滑坡的临空区域，减少阻止滑坡运行的阻力，进而促进滑坡现象发生的作用就是滑体开拓运移空间的作用。水流在经过坡基运动时产生的剥蚀作用为 . e 2 K\o
(?zZvW8
式中 为单位时间经过水流断面S的水的质量，又称流量； 为 冲击坡基时的初速度；g为重力加速度； 为 从坡基所在区域流出时的运动速度； 为 在坡基所在区域运行的时间 ;?:X_C
设坡基物质对水流产生的阻力为 ，那么，坡基物质受的合力为 Q_n9}LanP
被剥蚀悼的坡基质量为 ?ik6kWI
其中： 为被剥蚀搬运坡基物质的平均运动加速度。当坡基物质 被剥蚀搬运悼后，滑坡体 受的驱动作用力 值不变，只是 受的阻力值减小，从而使二者向量和增大，从而促使滑坡现象发生，即 R P6R1iN3
这种被排障的滑体 将产生的滑坡位移为 v eGRwir
式中 为初始滑坡速度 yO0 9NQ 5u
总之，直接驱动滑体滑坡和通过剥蚀坡基而导致滑体滑坡两种作用现象都是水导致滑坡现象发生的机械作用，这两种机械作用都可以通过定量方法来加以研究。 ]i pltR 7k
3、实验 s)|l -I
为了证明水对滑坡产生的驱动作用，这里将一质量为 ，体积为 的物体放在一倾角为 的斜面上，处于静止，然后，用水冲击 ，进而使 沿斜面向下滑动。与斜面间的接触面积为 ，在单位时间经过单位截面的水流量为 ， 冲击时的初速度为 ，在T段时间后， 从 占有的空间中流出，其流出速度为 ，用水冲击 的实验时间为 ，斜面对 产生的斜向阻力为 。实验测到： 在 时刻开始斜向滑移， 的滑移斜距为 ，根据前面关于运动水的作用与滑体滑移距离间的关系式，求得 沿斜面下滑移斜距值 ，即 "G!V? ~ ;
Gex%~';+q
由于计算值 与实测值 相等，所以，实验已证明前文关于水及其他作用与滑坡现象间的关系规律的认识和定量式是正确的。 zgHF-KEV
坡基剥蚀导致滑坡也可用实验来证明。如在倾角 为的斜面上的滑体因前方受到一障碍物的阻碍作用而处于平衡状态，当人为搬悼障碍物时，滑体立即下滑，这就证明基蚀对滑坡现象也产生直接影响。 ,h$j%->U
4、应用举例 UkBr4{+aE
如图所示，在雨季，质量为 的滑体在一场雨淋条件下滑坡。这场雨在单位时间降下的经滑体所在空间运动的雨量为 （ 为滑体在水平面上的投影的面积或最大水平截面积； 为单位时间过单位水平面的降水量）。 与滑体作用时的初速度为 。 与滑体后（从 所在空间流出时）的运动速度为 ， 对滑体作用的平均时间为 ，雨对滑体作用的时间为11 ，滑体的滑移速度从0变为 ，滑面倾角为 ，试求滑面对滑体产生的阻力和滑体位移。 3mM.#2=@>
解：根据滑坡位移 与滑移加速度间的关系规律，得 ;hp?wb
根据 与滑体受力间的关系式： Yim` 3>#t
7ip(-0
和 eVy\) dCsU
得 ?28aEX_w
由以上可知，滑体 的滑动位移为19800 ，滑体在滑移方向上受的阻力为： ?HaUT(\j
从而可得，在滑坡现象中，水构成一种作用物质，它能够对滑体构成机械的推动作用，从而促使滑体滑坡。水对滑体产生的机械作用可以定量计算。 4S#q06=Xe
Z= P=o ldH
5、处理方法 !P b39[f
由以上事实说明水对于边坡的稳定起着非常关键的作用，为了确保边坡稳定，应该首先考虑防止地表水的渗漏和降低地下水位， lr@H4 EJ {
参考文献 W,)qE^+
[1]贺可强等 堆积层滑坡预测预报及其防治。地震出版社，1996 [+v}V ,jb
[2]程守珠等 普通物理学 上海教育出版社，1981 5VPP 2 ;J
}[I|oV5*+&
说明：原文无图表、公式。
