地下水作用下邊坡的穩(wěn)定性分析

鄒吉云，徐鳳麗

1.新疆昆侖工程監(jiān)理有限責(zé)任公司，新疆烏魯木齊 830017 2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052

地下水作用下邊坡的穩(wěn)定性分析

鄒吉云1，徐鳳麗2

1.新疆昆侖工程監(jiān)理有限責(zé)任公司，新疆烏魯木齊 830017 2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052

臨水邊坡穩(wěn)定性是水利工程和海岸工程中經(jīng)常遇到的工程問(wèn)題，本文主要對(duì)于地下水對(duì)庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定性的影響進(jìn)行探討，在此基礎(chǔ)上，還對(duì)于堤防岸坡滲透穩(wěn)定性分析進(jìn)行探討，有利于提高我國(guó)水利施工勘察水平。

臨水邊坡；水流作用；邊坡穩(wěn)定性；滲透作用

0 引言

邊坡穩(wěn)定是很多實(shí)際工程中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題，在公路工程、航道工程、堤岸工程、以及建筑在邊坡附近的工程中，都會(huì)面臨水邊坡失穩(wěn)的問(wèn)題。邊坡失穩(wěn)對(duì)工程帶來(lái)破壞性的災(zāi)害，一旦發(fā)生邊坡失穩(wěn)問(wèn)題，其造成的損失往往是很大的[1]。本文主要就地下水作用下邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，對(duì)于提高我國(guó)水利工程施工具有一定幫助。

1 地下水對(duì)庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定性的影響

地下水對(duì)土坡穩(wěn)定性的影響是多方面的。地下水的影響效應(yīng)至少包括兩個(gè)方面：其一，是水對(duì)強(qiáng)度參數(shù)的弱化效應(yīng)。土體的兩個(gè)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，它們的實(shí)際大小取決于土體的孔隙比、顆粒的摩擦特點(diǎn)、顆粒大小級(jí)配、超固結(jié)比和土中的含水量等這些物理性質(zhì)。其二，是直接的力學(xué)作用，水的作用降低了土顆粒之間的吸力，同時(shí)孔隙水壓力的存在影響了土體的受力行為[2]。

地下水對(duì)庫(kù)岸邊坡穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：

1）水庫(kù)蓄水后，一方面巖土體飽水軟化， 由于水的潤(rùn)滑作用，土體顆粒閫的摩阻系數(shù)及膠結(jié)能力降低，邊坡潛在滑動(dòng)面抗剪參數(shù)降低，進(jìn)而降低了坡體的抗滑力；另一方面，當(dāng)水庫(kù)運(yùn)行時(shí)，庫(kù)水位反復(fù)升降，使得坡體內(nèi)出現(xiàn)循環(huán)的滲流作用，地下水滲流對(duì)坡體產(chǎn)生溶濾作用，即細(xì)小顆粒在地下水的作用下發(fā)生運(yùn)移，坡體出現(xiàn)侵蝕現(xiàn)象，坡體潛在滑動(dòng)面出現(xiàn)細(xì)觀或宏觀上的孔穴，從而使得潛在滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度降低。地下水既是土體的賦存環(huán)境又是土體的組成部分，地下水既可以使土體力學(xué)性能發(fā)生增減變化，又可以作為土體中壓力的組成部分。地下水與邊坡穩(wěn)定的敏感性之間的關(guān)系是十分顯著的。目前，在邊坡工作中，對(duì)地下水的認(rèn)識(shí)程度還很有限，尚有不少問(wèn)題（特別是地下水壓力的確定問(wèn)題）有待深入研究，重視地下水的敏感度分析研究也是很有意義的。

2）浮托力

浸沒(méi)于庫(kù)水中的巖土體受到水的浮托力作用，浮托力的大小等于水下計(jì)算巖土體的體積和水重度的乘積。浮托力對(duì)邊坡穩(wěn)定性有兩方面的影響。臨水邊坡中，土體顆粒受浮托力作用，浮托力對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響是兩方面的。一方面，浮托力減小了滑體的有效重量，它降低了滑面的阻滑力，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性

帶來(lái)不利的影響；另一方面，滑體重量的減小使其下滑力減小，又有助于邊坡的穩(wěn)定。因而，不能簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)浮托力對(duì)邊坡穩(wěn)定性的利弊，而應(yīng)根據(jù)具體的工程地質(zhì)條件和巖土體的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)判。

3）滲透力

許多庫(kù)岸邊坡在庫(kù)水位陡降時(shí)發(fā)生失穩(wěn)破壞，除了因陡降部分巖土體由于浮托力消失而有效重度增加，導(dǎo)致坡體穩(wěn)定性發(fā)生變化外，水位陡降引起巖土體內(nèi)地下水滲流運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生滲透力是導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的一個(gè)重要因素。滲透力的大小與浸潤(rùn)線形狀、巖土體滲透系數(shù)、巖土體飽水面積大小及潛在滑動(dòng)面傾角等多種因素有關(guān)。目前，還沒(méi)有準(zhǔn)確的計(jì)算方法，其中坡體內(nèi)浸潤(rùn)線的確定比較復(fù)雜，其形狀與巖土體的滲透系數(shù)、給水度以及庫(kù)水位的降落速度有關(guān)。

2 堤防岸坡滲透穩(wěn)定性分析

2.1 堤防岸坡滲透穩(wěn)定性分析

滲流對(duì)土體產(chǎn)生兩種作用力，靜水壓力和動(dòng)水壓力。其中，靜水壓力對(duì)土體所產(chǎn)生的浮力不直接破壞土體，能使土體有效重度減輕，降低邊坡抵抗破壞的能力，是一個(gè)消極的破壞力；動(dòng)水壓力產(chǎn)生的滲透力和滲透沖刷力是一個(gè)直接的破壞力，這種力決定了滲透破壞的程度。

在滲流作用下，邊坡的破壞方式主要有4種：

1）延坡體或局部阻力較小的部位產(chǎn)生集中沖刷，土顆粒隨滲流流失，最后形成連通管道導(dǎo)致整體破壞。在邊坡的軟弱含水層中通常會(huì)發(fā)生這一類情況，這種情況的偶然性和局部性比較強(qiáng)，要注意防范；

2）在邊坡本身或地基的滲流出口發(fā)生管涌，土中的顆粒不斷被滲流水流攜帶走，直至坡面破壞或形成內(nèi)部連通管道；

3）背水坡角大面積發(fā)生小泉涌，使坡角軟化，坡角失去支撐力而發(fā)生滑坡；

4）邊坡臨水面在水位驟降時(shí)候，內(nèi)部孔隙水不能馬上消散而發(fā)生滑坡。

后面的3種情況都是由滲透力引起的流土和管涌變形問(wèn)題。工程實(shí)際中防洪堤穩(wěn)定性破壞主要有滑動(dòng)、液化及塑性流動(dòng)三種形式。事實(shí)上，滲流影響下，土體的穩(wěn)定性包括兩方面：局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性。前者是因集中滲流或出滲坡降大于臨界坡降等原因造成的，表現(xiàn)為堤基、堤身內(nèi)部或坡面發(fā)生管涌、流土等滲透變形；后者因滲流場(chǎng)中普遍存在的孔隙水壓力造成?？紫端畨毫μ貏e是超靜動(dòng)水壓力會(huì)引起土體的抗剪強(qiáng)度降低。堤防工程只有同時(shí)滿足這兩種穩(wěn)定性要求才可認(rèn)為是滲透穩(wěn)定的。

2.2 滲流的控制

滲流控制的目的是控制邊坡和地基不被滲流沖刷破壞。滲流控制可采用鎮(zhèn)壓坡角、護(hù)面、搶險(xiǎn)打樁等方法。改善滲流的水利條件也是一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效的方法，可以通過(guò)增加排水措施進(jìn)行滲流控制。滲流控制的主要任務(wù)為：1）控制下游剩余水頭，保證足夠的靜力穩(wěn)定性；2）控制滲流坡降和流速，以防止?jié)B透破壞的發(fā)生，保證壩體和地基的滲透穩(wěn)定性；3）控制滲流流量，使漏水量最小。

通常采用的滲流控制的措施有防滲和排滲。1）防滲：防滲方法是在壩體內(nèi)或地基上利用弱透水材料填筑防滲體以截?cái)酀B透水流，減小滲透水頭和滲透量，以防止壩基本身或地基的滲透破壞。2）排滲：排滲是一種疏導(dǎo)方法，將強(qiáng)透水材料設(shè)置在壩基內(nèi)部，在地基滲透坡降較大的部位作排水體，使?jié)B透壓力提前釋放，并通過(guò)排水體自由的排向下游。在滲流出口等部位設(shè)淺層保護(hù)。

3 結(jié)論

圍繞地下水對(duì)邊坡穩(wěn)定的影響和作用展開(kāi)。對(duì)地下水產(chǎn)生的孔隙水壓力和土體自身的滲透性作了簡(jiǎn)介。重點(diǎn)介紹了地下水滲流理論及其對(duì)邊坡的作用，在此基礎(chǔ)上，闡述了滲流作用下堤岸邊坡的穩(wěn)定性分析以及邊坡滲流控制的重點(diǎn)，對(duì)于提高地下水作用下邊坡的穩(wěn)定性具有一定幫助。

[1]曹建生，張萬(wàn)軍，劉昌明.裂隙巖體滲流補(bǔ)給特性及邊坡穩(wěn)定對(duì)策研究[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29(4).

[2]丁伯權(quán)，翟志勇，蔣敏.淺析地下水對(duì)基坑邊坡穩(wěn)定性的影響[J].常州工學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，21(Z1).

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