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秦巴山区南部任河流域分布大量降雨诱发浅层滑坡灾害，由于区域内斜坡含碎石粉质粘土堆积层与下部强风化带所具有的非均质结构，再加上多变的斜坡结构类型和复杂的气象环境条件，致使降雨作用下斜坡浅表层土体内非饱和-饱和水文响应过程较为复杂，极大程度上影响了浅层土体的变形强度特征与滑坡破坏模式。本文以任河流域内典型降雨诱发浅层滑坡为研究对象，建立了降雨滑坡水文响应与地表变形监测系统，通过研究多因素复杂环境条件下滑坡非饱和-饱和水文响应与斜坡位移规律，提出小流域典型浅层滑坡成因机制。本文利用现场滑坡调查、现场滑坡监测试验、室内非饱和水力学试验、理论分析与数值分析等研究方法，综合分析典型降雨诱发浅层滑坡形成机理，在此基础上考虑不同降雨特征、前期水文条件、斜坡结构与非饱和土-水耦合作用对滑坡形成机理的影响，提出了一种适用于秦巴山区小流域的基于物理-力学过程多尺度降雨诱发浅层滑坡预警的评价方法。取得的主要成果如下：
(1)通过遥感影像，地质条件与地质灾害调查，对任河流域的地形地貌、地质构造、地层岩性与斜坡结构类型等孕灾地质条件进行了归纳总结，统计了滑坡空间分布规律与不同地质条件的相关性。此外，总结了流域内三类浅层滑坡主要破坏模式，分析了不同破坏模式相应的降雨入渗或径流作用机制。
(2)提出一种现场测试非饱和土水特征曲线(SWCC)的简化测试方法，可获取多次减湿-增湿路径下的离散点试验数据，验证不同路径下土水特征曲线可能存在的滞回性特征，上覆应力越大滞回性越显著；通过应力相关压力板仪进行两组具有不同初始孔隙度的原状粉质粘土SWCC试验，获取了增-减湿路径下考虑试样体积变化(孔隙度变化)的SWCC。脱湿路径下试验结果显示，相同吸力时考虑体积变化试样的饱和度相比未考虑体积变化时测得结果更高也更为精确。此外，初始孔隙度的不同影响了曲线形态与特征参数：初始孔隙度越大则排水能力越强，即排水速率越大且进气值相对较低。随着吸力的不断增大，具有不同初始孔隙度的SWCC曲线逐渐趋于重合，此时孔隙比对SWCC影响逐渐降低。对比各模型特征及对试验点拟合对比，其中van-Genuchten模型最适合描述粉质粘土各个阶段特性，其相关性最高。
(3)在流域内选取典型浅层滑坡，建立滑坡非饱和-饱和水文响应与地表位移监测系统。分析了复杂气象环境条件下降雨量、温湿度与滑坡不同深度的含水量、基质吸力、地下水位(孔隙水压力)和斜坡地表位移数据等物理量之间的关系。其中近地表层水文参量响应时间最短且波动范围最大，随深度增加其响应时间逐渐增大且变化范围迅速减小。当斜坡浅表层饱和度维持较高水平时，连续强降雨使得斜坡浅表层弱渗透性土层界面极易形成非稳定(暂态)的局部压力水头，可导致土体有效应力和结构强度的降低，并造成滑坡失稳。分析了具有不同初始含水率分布的湿润锋的运动特征。总体上看，湿润锋运动速率与运动方向主要由前期含水率或基质吸力空间分布形式有关，且湿润锋垂直运动速率随入渗深度的增加而急剧降低，验证了降雨瞬时入渗影响范围主要为斜坡浅表层。最后提出采用分段计算的方法，利用考虑斜坡倾角的修正Green-Ampt模型对湿润锋运动过程进行分段描述，模拟结果与实际情况较为吻合。
(4)基于有限差分算法的非饱和渗流控制方程、简化非饱和抗剪强度理论与无限斜坡模型，对任河流域内2010年“7?18”强降雨事件中所触发的三处典型滑坡的非饱和-饱和渗流场演化特征与斜坡稳定性动态规律进行反演分析，考虑了不同降雨条件和典型斜坡结构类型对降雨诱发滑坡启动机理的影响。计算结果显示，凹型坡一般具有较厚的上覆堆积层，降雨入渗作用下主要以非饱和-饱和湿润锋向下部运移导致吸力降低，最终导致滑坡土体抗剪强度降低导致浅表层土体失稳；而对于斜坡松散堆积层较薄或由于临空面出现导致松散层厚度逐渐减小的外凸型斜坡，由于下部弱渗透性土层或基岩的存在且直接阻断湿润锋的下移，降雨入渗后极易在弱渗透性界面附近形成静水压力水头，而正孔隙水压力的增加则是该类滑坡形成的内在机理；另一方面，考虑非饱和条件下斜坡土体中孔隙水压力与土体应力-变形间存在的互馈作用机制，降雨诱发滑坡机制的数值研究中采用渗流-应力耦合方法对不同降雨强度与前期水文条件下滑坡孔隙水压力时空分布与滑移带的剪切变形特征进行研究。依据不同降雨量级别设定不同降雨强度，利用岩土有限元程序Geoslope中的SEEP/W模块与SIGMA/W模块分别计算不同降雨强度下的孔隙水压力时与变形位移时空分布规律，计算结果显示降雨强度越大则湿润锋入渗深度越大，非饱和带内基质吸力消散越快，对应坡脚附近滑坡体剪切带变形量越大。
(5)针对单体滑坡预警，提出了一种简化的考虑滑坡物理-力学过程的滑坡预警模型和判别指标的方法，基于一维非饱和-饱和渗流与非饱和无限斜坡模型计算确定了滑坡启动的降雨强度-持续时间(I-D)临界曲线，并分析了不同前期含水量分布条件对临界曲线的影响，降雨强度越大，达到滑坡临界失稳所需时间相对较短，反之亦然。而当前期平均含水率较低时，滑坡面附近形成临界孔隙水压力所需时间较长，反之当初始平均含水量较高时，由于土体渗透性较好，则形成临界孔隙水压力所需时间相对较短。此外，利用TRIGRS分布式滑坡分析模型，利用DEM数据、降雨时序、区域岩土参数分布与斜坡上覆土体厚度数据等，对小流域高滩镇斜坡在2010年7月18日所遭受的极端强降雨事件下的水文响应过程与稳定性动态变化进行了反演，将稳定性计算结果与实际滑坡区域进行了对比，结果显示该模型可较好的预测区域滑坡稳定性变化。
(1)通过遥感影像，地质条件与地质灾害调查，对任河流域的地形地貌、地质构造、地层岩性与斜坡结构类型等孕灾地质条件进行了归纳总结，统计了滑坡空间分布规律与不同地质条件的相关性。此外，总结了流域内三类浅层滑坡主要破坏模式，分析了不同破坏模式相应的降雨入渗或径流作用机制。
(2)提出一种现场测试非饱和土水特征曲线(SWCC)的简化测试方法，可获取多次减湿-增湿路径下的离散点试验数据，验证不同路径下土水特征曲线可能存在的滞回性特征，上覆应力越大滞回性越显著；通过应力相关压力板仪进行两组具有不同初始孔隙度的原状粉质粘土SWCC试验，获取了增-减湿路径下考虑试样体积变化(孔隙度变化)的SWCC。脱湿路径下试验结果显示，相同吸力时考虑体积变化试样的饱和度相比未考虑体积变化时测得结果更高也更为精确。此外，初始孔隙度的不同影响了曲线形态与特征参数：初始孔隙度越大则排水能力越强，即排水速率越大且进气值相对较低。随着吸力的不断增大，具有不同初始孔隙度的SWCC曲线逐渐趋于重合，此时孔隙比对SWCC影响逐渐降低。对比各模型特征及对试验点拟合对比，其中van-Genuchten模型最适合描述粉质粘土各个阶段特性，其相关性最高。
(3)在流域内选取典型浅层滑坡，建立滑坡非饱和-饱和水文响应与地表位移监测系统。分析了复杂气象环境条件下降雨量、温湿度与滑坡不同深度的含水量、基质吸力、地下水位(孔隙水压力)和斜坡地表位移数据等物理量之间的关系。其中近地表层水文参量响应时间最短且波动范围最大，随深度增加其响应时间逐渐增大且变化范围迅速减小。当斜坡浅表层饱和度维持较高水平时，连续强降雨使得斜坡浅表层弱渗透性土层界面极易形成非稳定(暂态)的局部压力水头，可导致土体有效应力和结构强度的降低，并造成滑坡失稳。分析了具有不同初始含水率分布的湿润锋的运动特征。总体上看，湿润锋运动速率与运动方向主要由前期含水率或基质吸力空间分布形式有关，且湿润锋垂直运动速率随入渗深度的增加而急剧降低，验证了降雨瞬时入渗影响范围主要为斜坡浅表层。最后提出采用分段计算的方法，利用考虑斜坡倾角的修正Green-Ampt模型对湿润锋运动过程进行分段描述，模拟结果与实际情况较为吻合。
(4)基于有限差分算法的非饱和渗流控制方程、简化非饱和抗剪强度理论与无限斜坡模型，对任河流域内2010年“7?18”强降雨事件中所触发的三处典型滑坡的非饱和-饱和渗流场演化特征与斜坡稳定性动态规律进行反演分析，考虑了不同降雨条件和典型斜坡结构类型对降雨诱发滑坡启动机理的影响。计算结果显示，凹型坡一般具有较厚的上覆堆积层，降雨入渗作用下主要以非饱和-饱和湿润锋向下部运移导致吸力降低，最终导致滑坡土体抗剪强度降低导致浅表层土体失稳；而对于斜坡松散堆积层较薄或由于临空面出现导致松散层厚度逐渐减小的外凸型斜坡，由于下部弱渗透性土层或基岩的存在且直接阻断湿润锋的下移，降雨入渗后极易在弱渗透性界面附近形成静水压力水头，而正孔隙水压力的增加则是该类滑坡形成的内在机理；另一方面，考虑非饱和条件下斜坡土体中孔隙水压力与土体应力-变形间存在的互馈作用机制，降雨诱发滑坡机制的数值研究中采用渗流-应力耦合方法对不同降雨强度与前期水文条件下滑坡孔隙水压力时空分布与滑移带的剪切变形特征进行研究。依据不同降雨量级别设定不同降雨强度，利用岩土有限元程序Geoslope中的SEEP/W模块与SIGMA/W模块分别计算不同降雨强度下的孔隙水压力时与变形位移时空分布规律，计算结果显示降雨强度越大则湿润锋入渗深度越大，非饱和带内基质吸力消散越快，对应坡脚附近滑坡体剪切带变形量越大。
(5)针对单体滑坡预警，提出了一种简化的考虑滑坡物理-力学过程的滑坡预警模型和判别指标的方法，基于一维非饱和-饱和渗流与非饱和无限斜坡模型计算确定了滑坡启动的降雨强度-持续时间(I-D)临界曲线，并分析了不同前期含水量分布条件对临界曲线的影响，降雨强度越大，达到滑坡临界失稳所需时间相对较短，反之亦然。而当前期平均含水率较低时，滑坡面附近形成临界孔隙水压力所需时间较长，反之当初始平均含水量较高时，由于土体渗透性较好，则形成临界孔隙水压力所需时间相对较短。此外，利用TRIGRS分布式滑坡分析模型，利用DEM数据、降雨时序、区域岩土参数分布与斜坡上覆土体厚度数据等，对小流域高滩镇斜坡在2010年7月18日所遭受的极端强降雨事件下的水文响应过程与稳定性动态变化进行了反演，将稳定性计算结果与实际滑坡区域进行了对比，结果显示该模型可较好的预测区域滑坡稳定性变化。