吳佩佩，王立鵬

（1.浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311200；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，江蘇 南京 210031）

黃河山東段河道比降呈上陡下緩趨勢(shì)，輸沙能力上大下小，泥沙沿程淤積，河床逐年淤高，形成地上懸河，河床普遍高于背河地面3～5m，而且還有逐年上升的趨勢(shì)。由于存在較大的水位差，必將導(dǎo)致大流量的側(cè)向滲流，對(duì)外圍基坑開挖工程施工影響較大，增加了工程施工難度；同時(shí)，由于距離黃河河道距離較近，地下水含量豐富，一般降水施工難度較大。因此，研究高水位條件下邊坡滲透變形控制技術(shù)，確保邊坡穩(wěn)定，具有十分重要的意義。

1 邊坡滲流的控制措施

滲流問題是巖土工程中一個(gè)重要的課題，影響土滲透系數(shù)的因素很多，主要包括有以下因素，有土的礦物成分、土的結(jié)構(gòu)、粒徑大小與級(jí)配及土的飽和度等，水的滲流引起土體內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的變化或土體、地基本身結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等狀態(tài)的變化，從而影響建筑物或地基的穩(wěn)定性或產(chǎn)生有害變形的問題。

邊坡滲流控制[1,2]的目的，主要包括控制滲流量、消減水力坡降，消除滲透破壞的威脅，確保邊坡工程的穩(wěn)定安全。滲流對(duì)邊坡穩(wěn)定性[3-6]的影響有兩方面：一是引起滑動(dòng)力，二是會(huì)影響抗滑力。地下水位升降會(huì)引起邊坡土體產(chǎn)生變形、滑移、崩塌等失穩(wěn)現(xiàn)象。隨著地下潛水位的不斷上升，土體的浸濕范圍逐漸增大，浸濕程度逐漸加劇，導(dǎo)致巖土被水飽和，逐步軟化，導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度的降低；當(dāng)?shù)叵滤幌陆档臅r(shí)候向坡外滲流，這樣就可能產(chǎn)生了潛蝕作用，從而導(dǎo)致流砂、管涌現(xiàn)象的發(fā)生，破壞了土體的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)；地下水的升降變化還可能導(dǎo)致動(dòng)水壓力的增大。因此，應(yīng)特別重視滲流場(chǎng)的變化對(duì)邊坡變形與穩(wěn)定的影響。

2 滲流控制措施的選擇

滲流控制的基本原理主要有三點(diǎn)，一是延長(zhǎng)滲徑或截?cái)酀B徑，消減水力坡降；二是排水減壓，減低水力坡降；三是提高土體的抗?jié)B性能?？傮w上，滲流控制應(yīng)堅(jiān)持防滲、排滲和保護(hù)滲流出口三結(jié)合的原則。防滲是最常用的方法：就是是在土體中利用弱透水材料筑防滲體以截?cái)酀B流，減少滲透流量，同時(shí)起到消減土中其它部分水頭的作用，以防止土體的滲透破壞。早期防止土工建筑物滲透破壞的方法，大多采用透水性小、粘粒含量高的土填筑防滲體，并加大厚度，以期減小水力比降。目前由于滲透計(jì)算理論與土的滲透變形理論的發(fā)展，認(rèn)識(shí)到土的滲透破壞可以由反濾層直接防止。于是防滲體的任務(wù)變?yōu)橐苑罎B為主，其本身的滲透穩(wěn)定借助反濾層的保護(hù)。

3 滲流計(jì)算模型

根據(jù)工程實(shí)際情況，參考地質(zhì)勘探資料，對(duì)土層進(jìn)行概化，建立計(jì)算模型如圖 1。不同土層滲透系數(shù)如表1。

圖1 計(jì)算模型

圖2 穩(wěn)定流計(jì)算浸潤(rùn)線和流網(wǎng)

表1 計(jì)算模型滲透系數(shù)表

4 模型滲流計(jì)算

根據(jù)黃河水位，兩側(cè)水位高差接近9m。根據(jù)穩(wěn)定滲流計(jì)算，此時(shí)浸潤(rùn)線及流網(wǎng)如圖 2所示，浸潤(rùn)線斜率增大，黃河向邊坡邊的滲流量為8.45×10-5m3/s。水力梯度見圖3，其中坡腳處接近0.3，接近土體的允許坡降，特殊情況下有可能會(huì)發(fā)生滲透破壞，而坡底的水力坡降均小于0.1，坡底不會(huì)發(fā)生滲透破壞。

圖3 邊坡水力梯度

圖4 設(shè)置截滲墻后等勢(shì)場(chǎng)

設(shè)置截滲墻后，等勢(shì)線如圖4所示，流場(chǎng)如圖5所示。

圖5 設(shè)置截滲墻后滲流場(chǎng)

圖6 邊坡水平向位移等值線圖

計(jì)算結(jié)果分析：設(shè)置截滲墻后，其中滲流量在黃河向邊坡側(cè)為6.62×10-6m3/s，最大滲流速度，可以看到為2.16×10-5m/s，。水力梯度在坡腳處未超過0.2，低于土體的允許坡降。

5 滲流場(chǎng)作用下截滲墻變形計(jì)算

采用極限平衡法進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定性分析。只考慮靜力平衡條件和土的Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則，計(jì)算結(jié)果見圖6。

圖7 邊坡水平向位移

圖8 截滲墻水平向位移

當(dāng)考慮滲流場(chǎng)作用進(jìn)行極限平衡分析時(shí)，渠坡中浸潤(rùn)面以下的土體按飽和土考慮，其上土體按非飽和土考慮。同時(shí)，對(duì)于浸潤(rùn)面以下的土體按浮容重計(jì)算土條重量，并計(jì)算作用于土條底部的孔隙水壓力。

6 結(jié)論

高水位條件下，邊坡滲流控制，選擇截滲墻后，由于水位提高，會(huì)影響邊坡前后穩(wěn)定性，也會(huì)使截滲墻產(chǎn)生變形，設(shè)計(jì)及施工過程中必須對(duì)截滲墻前后水位變化及截滲墻變形進(jìn)行計(jì)算和施工監(jiān)測(cè)，以保證邊坡施工安全。

[1]毛昶熙.滲流計(jì)算分析與控制[M].北京：中國(guó)水利電力出版社, 2003.

[2]毛昶熙, 段祥寶, 毛佩郁, 等.堤防滲流與防沖[M].北京：中國(guó)水利電力出版社, 2003.

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