Physical model experiment of rainfall‑induced instability of a two‑layer slope: implications for early warning
01摘要
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了解降雨诱发滑坡的坡面水文和破坏过程是滑坡预警的关键;土壤的非均质性(如不同层间的粒度分布)会显著影响降雨入渗和边坡破坏模式。然而，对不同土质层状非均质边坡的水文破坏过程研究较少。在本研究中，我们以一个典型的断裂带降雨诱发滑坡的陆地滑坡土壤组成为原型，通过水槽实验模拟了崩塌沉积和断层泥组合的非均质边坡在降雨条件下的水力逻辑演化、破坏过程和模式。我们的研究结果表明，降雨引起的斜坡沉降和浅层坍塌沉积物的快速饱和导致了层浅层流滑的发生。入渗的空间变异性导致较深层形成相对干湿界面，导致断层泥力学性质的差异性变化;这有利于形成陡峭的滑坡后壁，断层泥浅层水位处于高位，孔隙水压力迅速增加，引发深部滑动，破坏模式转为退向模式。边坡失稳前的位移速率与地震信号的阿里亚斯烈度(IA)呈较强的线性相关;IA的突变和快速增加可能表明边坡在破坏前进入了加速蠕变阶段。研究结果为相关数值模拟研究提供了物理基础，为基于地震信号的滑坡预警提供了参考。
02图表
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03结论
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本文重点研究了不同土层的空间变异性对给定边坡上滑坡水文演化侵蚀和破坏过程的影响，并采用物理水槽试验建立了两层土壤模型边坡。我们对降雨触发的模型边坡破坏过程和水文演化进行了监测，得到以下结论:我们观察到边坡的破坏模式从浅层饱和区逐层的层流动滑动转变为深度滑动开始后的倒退破坏模式。坡内水文响应过程中，基质吸力对降雨的响应最快，表现为急剧下降;含水率和孔隙水压力随降水事件的持续变化大体上一致，且增长相对缓慢;靠近坡脚的位置降雨入渗深度较深，坡内可能发生沿土界面向下的渗流。边坡失稳过程中的地形变化和水文过程是控制边坡失稳模式转变的重要因素。浅层土体饱和引起的边坡沉降和孔隙水压力的增大导致浅层流滑的发生。由于边坡深层水分分布的空间差异，导致边坡向方向的断层泥层内部存在相对干湿界面，该界面两侧材料强度特性的不同变化，为深部滑动创造了适宜的条件。边坡内部土壤渗透性和内部渗流的差异导致了内部悬空水位的形成，这是引发边坡下切滑动的主要因素。此外，两种不同破坏模式的发展可能是由两种完全不同的边坡地形(有或没有形成陡峭的滑坡后壁)在两种破坏形式的初始破坏之后促成的。边坡失稳形式会影响地震信号的峰值加速度。地震加速度IA的时间递变演化与滑坡位移率呈良好的线性相关关系，对加速蠕变尤为敏感。在边坡蠕变过程中，当地震信号的IA发生突变并迅速增大时，可能表明边坡已进入临界破坏前的加速阶段。但是，基于烟尘试验的边坡破坏前兆还需要通过自然案例进一步验证。
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