■祖　勇（云南省電力設(shè)計院云南昆明650000）

水與裂隙對邊坡穩(wěn)定性的影響分析及工程應(yīng)用

■祖勇
（云南省電力設(shè)計院云南昆明650000）

在山區(qū)進行大規(guī)模土木工程時，地下水和地下巖石土壤結(jié)構(gòu)對工程的進度與質(zhì)量有著重大影響，地下巖石和土壤被地下水侵蝕，進行著氧化還原反應(yīng)，地下水可以改變巖石和土壤之中的礦物成分，也決定著水體間的化學(xué)成分和對巖石土壤的侵蝕作用，影響的著巖石土壤對外力的承受度。所以，在邊坡進行工程時，一定要注意地下水對巖石土壤的侵蝕程度。

地下水巖石土壤結(jié)構(gòu)坡面穩(wěn)定性

如果在山區(qū)進行大規(guī)模的巖土工程，工程首先要解決的問題是邊坡的穩(wěn)定問題。因為山區(qū)的地形不平坦，地下巖石土壤和地下水的結(jié)構(gòu)錯綜復(fù)雜，工程師為了工程結(jié)構(gòu)的平整和穩(wěn)定性，會在施工中對土壤進行深挖和填方。所以，工程師要在工程開始之前對工程結(jié)構(gòu)下的巖石和土壤結(jié)構(gòu)進行了解，并針對實際情況設(shè)計安全的施工路線和有效的預(yù)防措施。

1　水和裂縫的影響對工程的影響

在山體間進行工程時有兩種水體會對工程中邊坡的穩(wěn)定性發(fā)生影響，第一種水體是地表水，地表水會對邊坡上的巖石造成侵蝕，對邊坡的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，侵蝕嚴(yán)重時邊坡會失去對側(cè)向巖石的約束作用和對工程底部的支撐作用，還能使邊坡巖石軟化，加速風(fēng)化作用對邊坡巖石結(jié)構(gòu)的侵蝕，使巖石對工程結(jié)構(gòu)失去支撐作用；第二種水體是地下水，地下水會滲透進巖石的縫隙中，造成巖石軟化，地下水對巖石結(jié)構(gòu)有潤滑、分解和軟化等物理作用，也有溶解、氧化等化學(xué)作用，改變著巖石物理和化學(xué)的組成部分。

1.1水體對巖石和土壤的物理作用

1.1.1潤滑作用

巖石下方的地下水滲透進巖石的縫隙中，在巖石和巖石或巖石和土壤之間未連接的部分，如斷層面、未沉積成固態(tài)的沉積物或巖石間的風(fēng)化裂痕中產(chǎn)生潤滑作用，使巖體與巖體間的摩擦阻力減小，使巖石間發(fā)生滑動。

1.1.2軟化和分解作用

水體對巖石長時間地浸泡會對巖石結(jié)構(gòu)發(fā)生物理性的影響。巖石結(jié)構(gòu)和土壤經(jīng)過水體地浸泡后不僅會發(fā)生形狀上的改變，還會發(fā)生由固態(tài)到液態(tài)的分解作用，使斷層間細碎的巖石和土壤發(fā)生泥化現(xiàn)象，在工程中造成滑坡或泥石流等自然災(zāi)害。

1.2水體對巖石和土壤的化學(xué)作用

地下水會改變土壤和巖石結(jié)構(gòu)所含的礦物質(zhì)成分，從而影響當(dāng)?shù)氐耐恋刭|(zhì)量和生態(tài)環(huán)境。

1.2.1離子交換

地下水在對土壤和巖石進行物理侵蝕的時候，水體會因為化學(xué)力吸附和交換細碎土壤巖石中的離子和分子。一些部分粘土礦物，如氧化鐵、伊利石、高嶺石和各種有機物等，因為這些礦物質(zhì)的表面有可吸附和吸收的膠體物質(zhì)，使水體和巖石土壤在相互作用時發(fā)生物質(zhì)和成分上的改變，對地質(zhì)產(chǎn)生影響。

1.2.2氧化反應(yīng)

最常見的化學(xué)反應(yīng)，地下水和不同的巖石結(jié)構(gòu)之間會發(fā)生不一樣的化學(xué)反應(yīng)。比如，地下水在和硫化物發(fā)生氧化反應(yīng)時會產(chǎn)生四氧化三鐵和硫酸，地下水在溶解碳酸巖的時候會產(chǎn)生二氧化碳。地下水在對巖石進行氧化反應(yīng)的時候，會改變巖體中成分的構(gòu)成，對巖石的力學(xué)特征產(chǎn)生影響。

1.3裂縫對工程的影響

如果工程師要對裂縫對工程的影響進行預(yù)估，必須先知道當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況。但裂縫的開裂程度與當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件、巖石的受力狀態(tài)和風(fēng)化程度有關(guān)，所以想要精確地預(yù)估裂縫的開裂程度比較困難。但是，工程的穩(wěn)定系數(shù)和垂直的裂縫深度的關(guān)系不大，如果沒有水體侵蝕，巖石和土壤結(jié)構(gòu)就會保持穩(wěn)定。

2　工程中的應(yīng)用

2.1巖石土壤的模擬實驗

一般來說，巖石在外力的作用下的劣化過程比較緩慢，所以，用實體巖石材料來進行巖石的劣化實驗，要花費很長的時間，歷史上有的專家經(jīng)過了20年的連續(xù)實驗，才獲得了外力對巖石的侵蝕度與時間的關(guān)系。

地震也是改變地質(zhì)特征的重要外力因素，不過因為地震具有不可預(yù)知性和較強的破壞性，所以通過地震來研究巖石的劣化是不可行的。

在實際的工程中，工程師可以通過研究細碎巖石和土壤成分的方式來研究當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)特征和巖石質(zhì)量，并根據(jù)實際情況來預(yù)估周圍水體和巖石裂縫對工程的影響。

2.2邊坡穩(wěn)定性計算

2.2.1用擬靜力分析地震對邊坡平衡性的影響

擬靜力分析法是將地震中產(chǎn)生的慣性力施加在邊坡內(nèi)不穩(wěn)定物質(zhì)上，然后根據(jù)極限平衡理論求出邊坡的穩(wěn)定程度。這是一個遵循極限平衡的思路，因為這種方法把地震中的動態(tài)力等同于長期作用在巖石上的靜態(tài)力，所以這種方法的本質(zhì)屬于邊坡靜態(tài)穩(wěn)定的分析。

2.2.2確頂邊坡裂縫的深度

如果工程師要確認裂縫對該邊坡穩(wěn)定性的影響，必須先知道裂縫在坡內(nèi)的開裂深度，因為開裂程度與當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件、巖石的受力狀態(tài)和風(fēng)化程度有關(guān)，所以要準(zhǔn)確地計算裂縫的開裂深度比較困難。學(xué)者Fredlund在其著作《非飽和土力學(xué)》中曾經(jīng)提到，邊坡裂縫的深度占頂坡到地下水位距離總距離的10%~20%,因為裂縫的深度和邊坡的穩(wěn)定程度關(guān)系不大，所以，在計算邊坡裂縫深度的時候一般取邊坡穩(wěn)定系數(shù)最小值的對應(yīng)值。因為這種算法在工程中引起的誤差較小，所以在一般的工程設(shè)計中來計算邊坡裂縫的深度.

2.2.3分析水對巖石產(chǎn)生的力

巖石主要受兩種水的壓力，一種是靜態(tài)水產(chǎn)生的壓力，另一種是動態(tài)水產(chǎn)生的壓力。巖石經(jīng)過靜態(tài)水長期地浸泡，強度降低，水進入巖石的縫隙內(nèi)產(chǎn)生的靜態(tài)壓力使巖石變形。動態(tài)水產(chǎn)生的壓力可以使細碎的巖石土壤產(chǎn)生移動，通過動態(tài)侵蝕對巖石進行破壞。

從物理學(xué)角度來說，靜態(tài)水對巖石產(chǎn)生的是垂直壓力，會使巖石裂縫產(chǎn)生垂直變形。而不斷運動的動態(tài)水對巖石產(chǎn)生的是水平力，巖石經(jīng)過動態(tài)水不斷沖刷后產(chǎn)生的是切向變形。對于工程師來說更應(yīng)該警惕的是動態(tài)水對巖石產(chǎn)生的壓力，因為動態(tài)水產(chǎn)生的力破壞性更強。

3　結(jié)束語

本文通過分析水對巖石產(chǎn)生的影響來分析邊坡的穩(wěn)定性，通過上述論證，單一的裂縫對邊坡的穩(wěn)定性和對工程的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響不大，但如果有動態(tài)水進入裂縫，對邊坡的結(jié)構(gòu)影響是巨大的，工程師應(yīng)該妥善處理工程和附近水源之間的關(guān)系，對土地進行勘測之后，根據(jù)實際情況進行施工。

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P621[文獻碼]B

1000-405X（2016）-1-337-1