3.4 水的作用
水对边坡岩体稳定性的影响不仅是多方面的，而且是非常活跃的。大量事实证明，大多数边坡岩体的破坏和滑动都与水的作用有关。在某些地区的冰霜解冻和降雨季节，滑坡事故较多，这足以说明水是影响边坡岩体稳定性的重要因素。岩体中的水大部分来自大气降水，因此，在低纬度湿热地带，因大气降水频繁，地下水补给丰富，水对边坡岩体稳定性的影响就比干旱地区更为严重。
处于水下的透水边坡岩体将承受水的浮托力，而不透水的边坡岩体坡面将承受静水压力，充水的张裂隙将承受裂隙水静水压力的作用；地下水的渗透流动将对边坡岩体产生动水压力。另外，水对边坡岩体将产生软化、浸蚀等物理化学作用。而水流的冲刷也直接对边坡产生破坏。
现就水对边坡稳定性影响的有关问题分述如下：
3.4.1 静水压力和浮托力
当地下水赋存于岩体裂隙中时，水对裂隙两壁产生静水压力，如图3.9所示。由于边坡岩体位移而产生张裂隙充水，沿裂隙壁产生的静水压力的压强为γwZw，总压力V为：
式中 γw——水的容重；
图3.9 张裂隙充水所产生的静水压力和浮托力
Zw——张裂隙充水深度。此静水压力作用的方向垂直于裂隙壁，作用点在距Zw下界的1/3处，因此它是一种促使边坡破坏的推动力。
当张裂隙中水沿破坏面继续向下流动，流至坡脚出坡面时，沿此裂隙面产生水的浮托力，其压力分布图为沿AB面呈三角形分布，其总浮托力U为：
式中 L——AB面的长度；
其他符号同前。
此浮托力和沿着AB面作用的正压力方向相反，抵消了一部分正压力，从而减少了沿该面抗滑的摩擦阻力，对边坡稳定不利。
当边坡岩体比较破碎时，地下水在岩体中均匀渗透，形成如图3.10所示的统一潜水面。水从坡脚流出，在该处静水压力为零，于是作用在滑面上的浮托力可用滑面下所绘的三角形压力分布近似表示。总浮托力可用下式近似计算：
图3.10 地下水在比较破碎的岩体中产生的浮托力
式中 hw——滑面中点压力水头；
γwhw——滑面中点的单位面积流体压力（水在滑面中点处的压强）。
如滑坡体为圆弧形滑面，用垂直分条法进行稳定性分析时，则需要在每个分条中考虑水的浮托力。
3.4.2 动水压力（或称渗透力）
当地下水在岩体中的裂隙流动时，施加于所流经的岩石颗粒上的压力称为动水压力或称渗透力（渗透压力）。这是由于地下水在土体或破碎岩体中流动时，受到土颗粒或岩石碎块的阻力，水要流动就得对土颗粒或岩石碎块施以作用力，以克服它们对水的阻力，于是形成了动水压力或渗透力。动水压力的方向与渗透方向一致，动水压力的大小与渗透水流所受到的土颗粒或岩石碎块的阻力数值相等。力的大小与流动的水体的体积和水力梯度有关。
由于土粒和岩块颗粒的分散性，不可能计算作用在每一（岩）土粒上的动水压力，只能计算作用在每个单位土、岩体积内所有土粒或岩块上的动水压力的总和，所以，动水压力是体积力。总动水压力可用下式进行估算，即：
式中 n——孔隙度；
γw——水的容重；
Vm——土体或岩体中渗流部分的体积；
V——流动水体的体积V＝nVm；
I——水力梯度，系指流体从机械能较大的区域向机械能较小的区域流动时，流经每单位长度的水头损失。
由于一般岩体中裂隙体积的总和与整个岩体相比是一个较小的量，因此，动力压力可以不计。但在计算土体边坡和散体结构边坡时，应考虑动水压力的作用，因为它是一种推动岩体向下滑动的力。在边坡稳定的实际计算中，由于渗流方向是不定的，故水力梯度不易精确确定。因此，一般都做一些简化假定，采用不同的滑坡容重将动水压力的影响计入。即在地下水位以下静水位以上有渗流活动的滑坡岩体，计算下滑力时，采用饱和容重；计算抗滑力时，采用浮容重。
3.4.3 水对边坡岩体的物理化学的破坏作用
1）水对边坡岩体的物理化学的破坏作用
在一定条件下，岩体矿物吸收或失去水分子而发生水化作用和脱水作用。在吸水或脱水过程中都能引起矿物体积的膨胀或收缩，从而导致岩体松散、破碎或改变其化学成分。特别是当水中含有CO2等气体时，水的化学溶解和潜蚀能力将大为加强。水的有关化学作用和气温的物理作用相配合，将促使风化作用向深部发展和扩散，使岩体的破坏更为严重。
2）水对边坡岩体的物理作用
水对边坡岩体的物理作用是使岩体碎裂。水在结冰时，其体积增大10%左右，渗入岩体裂隙中的水结冰后可能对岩体产生很大的膨胀力，使岩体沿着原有的裂隙迅速开裂。对于裂隙中的某些次生充填物、松散夹层或粘土质软岩，由于水的蒸发也会产生收缩性开裂而导致不同程度的破坏。
水本身赋存于滑体滑动面间而形成了润滑介质，使颗粒间和滑面间的摩擦系数在一定范围内随湿度的增大而急剧下降，使边坡岩体的稳定程度降低，特别是当有粘土质充填物时，更应注意水对边坡滑面的润滑破坏作用。另外，由于水的浸泡使（岩）土体的强度大为降低，形成岩体强度的软化。因此，水的软化作用对岩土质边坡稳定性危害较大。当边坡岩体或软夹层的亲水性强，有易溶于水的矿物，如含盐的粘土质页岩等，浸水后易发生质的变化，使岩石和岩体受到破坏而发生泥化现象，以致影响边坡稳定。对于土质边坡，浸水后的软化现象更加明显，特别是湿润的黄土边坡，遇水后将急剧变形而破坏，
此外，水流冲刷对河谷边坡会产生侵蚀下切，常常截断岩体底部滑面使岩体临空，极易导致滑动。水流冲刷往往是岸坡崩塌的原因。易风化岩层边坡常因地表水流冲刷而迅速变形。在松散砂土中流动的地下水，可将岩体中的细粒冲走，使土体出现管涌而引起边坡变形或破坏。
综上所述，水对边坡岩体物理化学的破坏作用是极为严重的。
3.4.4 地下水的存在和水位的高低对边坡稳定性的影响
图3.11 地下水位对边坡稳定性的影响
对软质边坡岩体，其内聚力C＝4.9 MPa，内摩擦角φ＝30°时进行理论计算表明，其极限边坡高度H和边坡角β随地下水位的变化而变化。如图3.11给出了3种地下水位的计算结果。60m高的边坡被水饱和后其极限边坡角为34°，如将地下水完全疏干，则极限边坡角可达53°；如将地下水疏干一半，那么极限边坡角可达42°，这说明地下水的存在和水位的高低对边坡稳定的影响。
3.4.5 地下水的流动与断层透水性的优劣对边坡稳定性的影响
当边坡岩体有断层存在并有地下水活动时，由于地下水的流动情况与断层透水性的好坏有极大关系，因此，对边坡稳定性的影响和破坏作用也不尽相同。一般有以下几种情况：
①断层透水性较差时，在边坡岩体中起隔墙作用，如图3.12（a）所示。由于断层透水性差，使断层后方水位升高，水压与水深的平方成正比，所以在断层后方会产生较大的静水压力，推促断层前方的边坡岩体向前移动，因而不利于边坡的稳定。
图3.12 断层透水性能对边坡稳定性的影响
②断层透水性良好时，水可能积蓄于坡脚，而降低岩体的粘聚力强度，不利于边坡稳定，如图3.12（b）所示。
③有时透水性良好的断层会起排水钻孔的作用，如图3.12（c）所示。它将水导至下部透水层中，降低坡脚处的水位，因而有利于边坡的稳定。
总之，有地下水活动的情况下，断层对边坡稳定性的影响是多方面的，应根据具体情况分析，然后再做出正确的判断。
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