地下水作用下邊坡的穩定性分析

鄒吉云，徐鳳麗

1.新疆昆侖工程監理有限責任公司，新疆烏魯木齊 830017 2.新疆農業大學水利與土木工程學院，新疆烏魯木齊 830052

地下水作用下邊坡的穩定性分析

鄒吉云1，徐鳳麗2

1.新疆昆侖工程監理有限責任公司，新疆烏魯木齊 830017 2.新疆農業大學水利與土木工程學院，新疆烏魯木齊 830052

臨水邊坡穩定性是水利工程和海岸工程中經常遇到的工程問題，本文主要對于地下水對庫岸邊坡穩定性的影響進行探討，在此基礎上，還對于堤防岸坡滲透穩定性分析進行探討，有利于提高我國水利施工勘察水平。

臨水邊坡；水流作用；邊坡穩定性；滲透作用

0 引言

邊坡穩定是很多實際工程中經常會遇到的問題，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，都會面臨水邊坡失穩的問題。邊坡失穩對工程帶來破壞性的災害，一旦發生邊坡失穩問題，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定性進行分析，對于提高我國水利工程施工具有一定幫助。

1 地下水對庫岸邊坡穩定性的影響

地下水對土坡穩定性的影響是多方面的。地下水的影響效應至少包括兩個方面：其一，是水對強度參數的弱化效應。土體的兩個抗剪強度指標，它們的實際大小取決于土體的孔隙比、顆粒的摩擦特點、顆粒大小級配、超固結比和土中的含水量等這些物理性質。其二，是直接的力學作用，水的作用降低了土顆粒之間的吸力，同時孔隙水壓力的存在影響了土體的受力行為[2]。

地下水對庫岸邊坡穩定性的影響主要表現在以下3個方面：

1）水庫蓄水后，一方面巖土體飽水軟化， 由于水的潤滑作用，土體顆粒閫的摩阻系數及膠結能力降低，邊坡潛在滑動面抗剪參數降低，進而降低了坡體的抗滑力；另一方面，當水庫運行時，庫水位反復升降，使得坡體內出現循環的滲流作用，地下水滲流對坡體產生溶濾作用，即細小顆粒在地下水的作用下發生運移，坡體出現侵蝕現象，坡體潛在滑動面出現細觀或宏觀上的孔穴，從而使得潛在滑動面的抗剪強度降低。地下水既是土體的賦存環境又是土體的組成部分，地下水既可以使土體力學性能發生增減變化，又可以作為土體中壓力的組成部分。地下水與邊坡穩定的敏感性之間的關系是十分顯著的。目前，在邊坡工作中，對地下水的認識程度還很有限，尚有不少問題（特別是地下水壓力的確定問題）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

浸沒于庫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算巖土體的體積和水重度的乘積。浮托力對邊坡穩定性有兩方面的影響。臨水邊坡中，土體顆粒受浮托力作用，浮托力對邊坡穩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，對邊坡的穩定性

帶來不利的影響；另一方面，滑體重量的減小使其下滑力減小，又有助于邊坡的穩定。因而，不能簡單的評價浮托力對邊坡穩定性的利弊，而應根據具體的工程地質條件和巖土體的力學參數進行綜合評判。

3）滲透力

許多庫岸邊坡在庫水位陡降時發生失穩破壞，除了因陡降部分巖土體由于浮托力消失而有效重度增加，導致坡體穩定性發生變化外，水位陡降引起巖土體內地下水滲流運動，產生滲透力是導致邊坡失穩的一個重要因素。滲透力的大小與浸潤線形狀、巖土體滲透系數、巖土體飽水面積大小及潛在滑動面傾角等多種因素有關。目前，還沒有準確的計算方法，其中坡體內浸潤線的確定比較復雜，其形狀與巖土體的滲透系數、給水度以及庫水位的降落速度有關。

2 堤防岸坡滲透穩定性分析

2.1 堤防岸坡滲透穩定性分析

滲流對土體產生兩種作用力，靜水壓力和動水壓力。其中，靜水壓力對土體所產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，是一個消極的破壞力；動水壓力產生的滲透力和滲透沖刷力是一個直接的破壞力，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生集中沖刷，土顆粒隨滲流流失，最后形成連通管道導致整體破壞。在邊坡的軟弱含水層中通常會發生這一類情況，這種情況的偶然性和局部性比較強，要注意防范；

2）在邊坡本身或地基的滲流出口發生管涌，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部連通管道；

3）背水坡角大面積發生小泉涌，使坡角軟化，坡角失去支撐力而發生滑坡；

4）邊坡臨水面在水位驟降時候，內部孔隙水不能馬上消散而發生滑坡。

后面的3種情況都是由滲透力引起的流土和管涌變形問題。工程實際中防洪堤穩定性破壞主要有滑動、液化及塑性流動三種形式。事實上，滲流影響下，土體的穩定性包括兩方面：局部穩定性和整體穩定性。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，表現為堤基、堤身內部或坡面發生管涌、流土等滲透變形；后者因滲流場中普遍存在的孔隙水壓力造成。孔隙水壓力特別是超靜動水壓力會引起土體的抗剪強度降低。堤防工程只有同時滿足這兩種穩定性要求才可認為是滲透穩定的。

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。滲流控制可采用鎮壓坡角、護面、搶險打樁等方法。改善滲流的水利條件也是一個經濟有效的方法，可以通過增加排水措施進行滲流控制。滲流控制的主要任務為：1）控制下游剩余水頭，保證足夠的靜力穩定性；2）控制滲流坡降和流速，以防止滲透破壞的發生，保證壩體和地基的滲透穩定性；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或地基上利用弱透水材料填筑防滲體以截斷滲透水流，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：排滲是一種疏導方法，將強透水材料設置在壩基內部，在地基滲透坡降較大的部位作排水體，使滲透壓力提前釋放，并通過排水體自由的排向下游。在滲流出口等部位設淺層保護。

3 結論

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

[1]曹建生，張萬軍，劉昌明.裂隙巖體滲流補給特性及邊坡穩定對策研究[J].北京林業大學學報，2007，29(4).

[2]丁伯權，翟志勇，蔣敏.淺析地下水對基坑邊坡穩定性的影響[J].常州工學院學報，2008，21(Z1).

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1674-6708（2010）32-0022-02