郭宏瑞 張 超

(云南坦盛巖土工程有限公司，云南 昆明 650228)

1 殘積土邊坡穩(wěn)定性的特性

殘積土邊坡穩(wěn)定性的原則與一般沉積土邊坡基本一致，但它又有自己的特性[1]，如下：

1)穩(wěn)定狀態(tài)的殘積土邊坡通常能比一般沉積土邊坡更陡峭，坡角45°或者更陡的邊坡并不少見；

2)殘積土邊坡失穩(wěn)時，一般不會發(fā)生深層破壞，滑面一般都相對較淺，經(jīng)常稍微彎曲或呈平面，但滑坡體依然可能會很大；

3)在高于地下水水位的殘積土邊坡中，負孔隙水壓力對抗剪強度的提高，起著重要作用；

4)殘積土邊坡中存在的不連續(xù)面及滲流條件對邊坡穩(wěn)定性有著重要影響；

5)通常殘積土邊坡的失穩(wěn)是由暴雨及暫時的孔隙水壓力增加而導(dǎo)致的；

6)實際上，許多殘積土滑坡是由于人類活動導(dǎo)致的，比如對自然坡體的亂挖亂堆，坡體表面森林的亂砍亂伐及對大自然排水和滲流的擾動。

2 非解析方法分析邊坡穩(wěn)定性

非解析法也是自然邊坡穩(wěn)定性分析的必要手段。這些方法看起來雖然原始，但是還是非常有效的[2]。

1)野外踏勘；2)邊坡及周邊地區(qū)地質(zhì)評價；3)航拍照片調(diào)查；4)查看土質(zhì)相同的相似邊坡。

對邊坡進行詳細踏勘，并輔以專業(yè)地質(zhì)知識，可以很好的指導(dǎo)邊坡的穩(wěn)定性評價，如圖1所示，坡線相對平緩的邊坡一般都是風化侵蝕形成的，沒有滑動過。相反，坡線不規(guī)則的邊坡基本都是滑動過的。

3 解析法的局限性

解析法主要受限于殘積土邊坡的滲流條件和土體抗剪強度的不確定，但恰是這兩個因素對邊坡穩(wěn)定性的分析至關(guān)重要。根據(jù)邊坡均勻性特征，邊坡可被劃分為三種類型，如下：

1)均勻且各向同性的邊坡；2)含有明顯連續(xù)的軟弱結(jié)構(gòu)面的邊坡；3)不均勻且沒有明顯軟弱結(jié)構(gòu)面的邊坡。

3.1 勻質(zhì)邊坡

這種邊坡利用傳統(tǒng)的圓弧滑動法可以計算得出合理的安全系數(shù)。但是某些參數(shù)的不確定是不可以被簡單的忽略的：土體剪切強度；坡體滲流條件和孔隙水壓力狀態(tài)。

關(guān)于剪切強度，需注意如下幾點：

1)內(nèi)摩擦角φ可通過常規(guī)試驗測得，如三軸試驗；

2)內(nèi)聚力c同樣重要，但測得的可靠性，相比φ值要低一些,需要在精密的低圍壓三軸試驗下，方能測得相對準確的c值[3]；

3)殘余強度很可能接近峰值強度，特別是在含有高嶺石和水鋁英石的黏土中。

3.2 具有明顯連續(xù)軟弱結(jié)構(gòu)面的邊坡

許多殘積土邊坡穩(wěn)定性是由其中隨機且不連續(xù)存在的軟弱結(jié)構(gòu)面所決定的。這些結(jié)構(gòu)面多由于巖土體在地質(zhì)構(gòu)造和剪切作用下形成，使得邊坡失穩(wěn)模式，土體剪切指標難以確定，因此降低了計算分析邊坡穩(wěn)定性的可靠性。坡體內(nèi)存在的不連續(xù)面形式如圖2所示。

3.3 土質(zhì)不均勻且沒有明顯軟弱結(jié)構(gòu)面的邊坡

火成巖(如花崗巖)風化不會形成明顯的軟弱結(jié)構(gòu)面，土體中包含了部分風化不完全的原巖和風化殘積土，通過傳統(tǒng)試驗方法確定強度參數(shù)是相當困難的。

4 降雨影響

殘積土邊坡可以在陡峭的狀態(tài)下保持穩(wěn)定，一個主要的原因就是其地下水位埋藏較深，水位以上的土體中常形成負孔隙水壓力，這樣就加大了滑動面上的有效應(yīng)力，從而提高了邊坡穩(wěn)定性。強降雨可以使土體中的負孔隙水壓力逐漸升為0，若水位繼續(xù)上升的話，則孔隙水壓力會變?yōu)檎?，因此恰是負孔隙水壓力的減少會導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。

以云南某地殘積黏性土邊坡為例，通過研究降雨引起土體中孔隙水壓力變化，確定其對邊坡穩(wěn)定性造成影響。該邊坡地下水埋深較深，土質(zhì)基本各向同性，局部小范圍內(nèi)可能存在不均勻，但從工程研究角度，可視為勻質(zhì)邊坡，見圖3。

采用軟件Seep/W(2007)進行地下水滲流模擬分析。在均質(zhì)各向同性介質(zhì)中，地下水滲流微分方程可表達為[4]：

(1)

(2)

其中,θ為體積含水率；u為孔隙水壓力。

對于完全飽和土中，mw=mv(mv為土體積壓縮系數(shù))，Q=0。

上述表達式可簡化為：

(3)

轉(zhuǎn)換可得：

(4)

觀察可知，上式形式上與太沙基固結(jié)方程極為相似[5]，只不過是二維表達式。因此太沙基方程是滲流方程的一種特殊情況。

計算模擬過程中所采取土體各物理力學指標如表1所示。

表1 土體各物理力學指標

圖4顯示圖3中選取的截面a—b的孔隙水壓力隨時間變化的曲線。然而最終平衡狀態(tài)不是靜水平衡而是滲流平衡狀態(tài)，因此孔隙水壓力低于靜水壓力值。

這些等勢線形狀說明了水位變化的過程。它不是勻速上升，相反，先緩慢上升，然后在最后階段迅速上升。同時水位到達地表僅用2.7 d，而孔隙水壓力達到平衡狀態(tài)則用時20 d。

圖5還顯示了安全系數(shù)隨時間的變化，詳見表2?？紤]負孔隙壓力，初始安全系數(shù)值為2.14。大約3 d后，它開始勻速下降，持續(xù)20 d下降達到0.81穩(wěn)定。如果使用傳統(tǒng)的理論分析計算該邊坡的平衡，安全系數(shù)值僅為0.11。

表2 不同階段的安全系數(shù)

5 結(jié)語

1)通過研究表明，3 d的連續(xù)強降雨可使殘積土邊坡安全系數(shù)下降到勻速，直至滑坡；2)地下水位達到地表時，采用傳統(tǒng)理論計算分析，可得出安全系數(shù)僅為0.11的結(jié)果。事實上，該河岸(即本文研究邊坡)幾十年來都一直保持穩(wěn)定狀態(tài)。故傳統(tǒng)計算結(jié)果并不合理；3)因此在以后的殘積土邊坡分析過程中，應(yīng)充分考慮邊坡中孔隙水壓力及滲流對邊坡穩(wěn)定性的影響，以計算出合理的安全系數(shù)；4)本文僅對勻質(zhì)邊坡進行了模擬分析，其他兩種類型的邊坡穩(wěn)定性分析有待其他學者進一步進行分析研究。

參考文獻：

[1] 林 威.花崗巖殘積土結(jié)構(gòu)性與邊坡穩(wěn)定分析[D].福建：福州大學，2014：12-26.

[2] 《工程地質(zhì)手冊》編委會.工程地質(zhì)手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012：141-162.

[3] SL 237—1999，土工試驗規(guī)程[S].

[4] 薛禹群.地下水動力學[M].北京：地質(zhì)出版社，1997：28-43.

[5] 李廣信，張丙印，干玉貞.土力學[M].第2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005：104-107.