余永春

（江西省地質(zhì)局第十地質(zhì)大隊，江西 鷹潭 335000）

地下水是邊坡穩(wěn)定性最大的影響因素之一，尤其是由散體物質(zhì)組成的土質(zhì)邊坡和裂隙發(fā)育的巖質(zhì)邊坡，據(jù)不完全統(tǒng)計，百分之九十以上邊坡失穩(wěn)與地下水的活動密切相關(guān)。然而，目前許多小型邊坡勘察時，卻往往對水文地質(zhì)工作不夠重視，在水文地質(zhì)條件章節(jié)基本上都是簡單地劃分一下含水層和隔水層，簡要說明區(qū)域地下水補徑排條件，在分析邊坡穩(wěn)定不利影響因素時，籠統(tǒng)描述地下水的沖刷作用對邊坡穩(wěn)定不利，沒有根據(jù)地下水對邊坡破壞進行具體的實質(zhì)性分析。究其原因，一方面可能是我們經(jīng)常面對的邊坡規(guī)模很小，水文地質(zhì)條件簡單，而且一般勘察設(shè)計單位都是同一家，甚至是同一個人，在設(shè)計時按照常規(guī)把地下水的因素考慮進去，做好截排水工作，勘察時基本忽略；另一方面，也許是對邊坡變形破壞機理不夠清晰，忽視了地下水在邊坡變形破壞方面的重要性，對水文地質(zhì)資料收集不夠重視；再者，或許由于水文地質(zhì)資料收集過程比較復雜，耗時耗財，增加了工作成本。不管何種原因，這都是一個很不好的現(xiàn)象，在水文地質(zhì)條件復雜地區(qū)，勘察報告可能會發(fā)生嚴重的誤判，導致設(shè)計失誤，留下安全隱患，甚至發(fā)生災難性后果。本文就地下水在邊坡穩(wěn)定性影響方面，簡要闡述各項水文地質(zhì)因素對邊坡穩(wěn)定性影響機理，并簡要介紹水文地質(zhì)調(diào)查和勘查的工作方法[1-3]。

1 地下水對坡體破壞的機理分析

對邊坡的穩(wěn)定性取決定作用的是邊坡物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，如果將之稱之為“內(nèi)因”，那么，地下水作為邊坡破壞的主要地質(zhì)營力之一，就可稱之為“外因”。我們必須清楚地下水在邊坡破壞過程中如何發(fā)揮作用，才會明白如何防止邊坡發(fā)生破壞，或者說懂得怎樣進行邊坡治理設(shè)計。下面從區(qū)域水文地質(zhì)條件和場地水文地質(zhì)條件方面分別論述地下水對邊坡破壞的機理。

1.1 區(qū)域水文地質(zhì)條件的影響機理

邊坡巖土工程地質(zhì)勘察與房屋建筑巖土勘察有較大的區(qū)別，就是勘察區(qū)的范圍要遠遠大于邊坡坡區(qū)的范圍，勘察報告名稱也有所區(qū)別，習慣上把勘察的“察”字換成“查”字，也就是“勘查報告”，這里面包含的一個重要的意義，就是要進行較大范圍的調(diào)查，從工程地質(zhì)的角度出發(fā)，就是要查明邊坡周邊區(qū)域的地層巖性和構(gòu)造發(fā)育情況，從水文地質(zhì)的角度出發(fā)，就是要了解清楚周邊的區(qū)域水文地質(zhì)條件、邊坡所處的水文地質(zhì)單元（含水系統(tǒng)）以及在本單元中的補徑排位置，不同的含水系統(tǒng)邊坡破壞機理不同，比如：

松散孔隙含水系統(tǒng)，透水性較好的邊坡，地下水對邊坡破壞方式以潛蝕為主，由于孔隙含水層顆粒大小混雜，地下水在長期的滲透過程中，將其中的細小顆粒帶走，慢慢將坡體掏空，出現(xiàn)緩慢的滲透變形，超過臨界狀態(tài)后坡體失穩(wěn)滑塌；透水性差的邊坡，地下水在坡體中難于滲出，產(chǎn)生超靜水壓力，降低土體的強度，同時也增加土體的飽和容重，相當于減小了抗滑力，增加了下滑力，從而使邊坡出現(xiàn)蠕滑變形，發(fā)展到一定階段后形成快速滑動，邊坡整體失穩(wěn)。

基巖裂隙含水系統(tǒng)，地下水對邊坡的破壞方式以靜水壓力為主。裂隙的發(fā)育和連通性在自然界千差萬別，對于裂隙發(fā)育和連通性不均勻的邊坡，降雨可能引起坡體后緣地下水位短時間內(nèi)快速抬高，靜水壓力瞬間增大，同時滑動面內(nèi)的膠結(jié)充填物質(zhì)在水的浸泡下可能發(fā)生軟化，減低滑面的摩擦力，從而引起邊坡失穩(wěn)。另外，在地下水豐富、滲透性好的區(qū)域，滲透力的作用也非常明顯，裂隙發(fā)育、連通性好、滲流速度快、地下水豐富的巖質(zhì)邊坡，在地下水長期滲流的沖刷作用下，裂隙充填物逐漸被沖刷干凈，巖塊失去支撐下沉，導致坡體變形破壞。

巖溶含水系統(tǒng)，地下水對邊坡的破壞方式以溶蝕和沖刷為主，經(jīng)過長期的溶蝕作用，將地下水徑流通道擴大，當位于邊坡附近的溶洞發(fā)育到一定程度時，可能導致地面塌陷，從而引起邊坡變形破壞，也可能在汛期由于大量的巖溶水往坡外滲透，對邊坡造成沖刷從而引起邊坡失穩(wěn)。

各種含水系統(tǒng)中邊坡不限于以上幾種破壞形式，在邊坡調(diào)查過程中應根據(jù)具體情況具體分析，這里只是舉例說明各種含水系統(tǒng)中邊坡破壞的主要方式之一，來說明區(qū)域水文地質(zhì)在邊坡勘查中分析邊坡變形破壞機理的重要性。另外，補給區(qū)和徑流區(qū)、排泄區(qū)地下水對邊坡穩(wěn)定性影響也不同，例如，迎水坡可以看成邊坡處于地下水的補給區(qū)，地下水從坡面向內(nèi)入滲，滲透力與邊坡下滑方向相反，相當于增大了阻滑力，對邊坡穩(wěn)定有利，而在徑流區(qū)和排泄區(qū)，地下水從坡體內(nèi)部往外形成滲流，滲透力與下滑方向相同，相當于增大了下滑力，對邊坡穩(wěn)定大多不利，自然界的滑坡大多數(shù)出現(xiàn)在地下水的排泄區(qū)，這從另一個方面說明了查明水文地質(zhì)條件的重要性。

根據(jù)上面的分析可以看出，不同的含水系統(tǒng)、在邊坡含水系統(tǒng)中不同位置，邊坡變形破壞機理各有不同，因此在邊坡勘查前，首先要充分收集邊坡所處位置的區(qū)域水文地質(zhì)工程地質(zhì)資料，根據(jù)所掌握的區(qū)域資料，分析邊坡可能的變形破壞機理，再布置野外調(diào)查和勘察工作。只有在認真分析和研究區(qū)域水文地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，才能使勘察工作有針對性地開展，野外工作的目的性也更強，第一手資料收集比較完整，使勘察報告更加詳實，而且系統(tǒng)[4]。

1.2 場地水文地質(zhì)條件的影響機理

場地水文地質(zhì)條件是包括場地內(nèi)及周邊附近地下水的分布、埋藏、補給、徑流、排泄、地下水的水量、水質(zhì)、水溫及地下水形成的地質(zhì)條件的總稱。地下水對邊坡穩(wěn)定性的破壞作用主要表現(xiàn)為：水位升高增加坡體容重和靜水壓力，增加了下滑力，降低邊坡穩(wěn)定系數(shù)；地下水浸泡坡體，使坡體物質(zhì)的凝聚力和內(nèi)摩擦角降低，阻滑力下降；地下水滲透對坡體形成沖刷，產(chǎn)生滲透力，相當于增加了下滑力；此外，地下水長期緩慢滲透還會發(fā)生潛蝕作用，破壞坡體結(jié)構(gòu)，使坡體的貯水能力和導水能增強，從而加速坡體的破壞；地下水的動態(tài)變化，也會打破坡體受力平衡，從而影響邊坡穩(wěn)定。

地下水位升高，增加了巖土體的含水量，使巖土體的天然（或飽和）容重增大，根據(jù)圓弧滑動和平面滑動兩種下模式進行分析，容重增大會增加下滑力矩（圓弧滑動）或下滑力（平面滑動），對邊坡穩(wěn)定性不利，同時，也會增加滑動面上的法向壓力，增大摩擦力，增加抗滑力矩和抗滑力。從力學角度計算算分析，摩擦系數(shù)小于1，滑動面的傾角一般小于45°，所以下滑力（矩）增大比例一般都大于抗滑力（矩），因此容重增大總體上對邊坡穩(wěn)定不利。地下水位升高還會直接導致坡體內(nèi)靜水壓力增大，面向坡外的靜水壓力對邊坡破壞極大，它一方面產(chǎn)生靜水壓力，使?jié)撛诓环€(wěn)定體增加下滑力，另一方面，由于水頭升高，坡體內(nèi)地下水的水力梯度增大，滲透速度也隨之增大，增大滲透力，增加了下滑力，同時也會加快地下水對坡體的潛蝕速度，對邊坡穩(wěn)定極為不利。

地下水浸泡邊坡坡體，由于孔隙中充滿了水，固體顆粒之間的連接被水阻隔，凝聚力降低；水浸泡過的土體會軟化，摩擦系數(shù)變小，也就是內(nèi)摩擦角變小。凝聚力和內(nèi)摩擦角直接反映土體自身的強度，在沒有軟弱結(jié)構(gòu)面等天然滑動面的情況下，邊坡土體依靠凝聚力和內(nèi)摩擦角在一定狀態(tài)下（包括坡高、坡度、土體重度、濕度等等）能夠保持自我穩(wěn)定，但如果土體被水浸泡軟化，強度降低，土體內(nèi)部會形成破裂面，導致邊坡失穩(wěn)。

滲透力是邊坡破壞的主要因素之一，它是地下水滲流過程中作用在巖土上的拖拽力，作用力方向與水流方向一致，大小與水力梯度成正比，在滲透系數(shù)不變的環(huán)境下，水力梯度越大，地下水流速越大，滲透力也越大。滲透力施加在邊坡巖土體上，沿滲流方向自內(nèi)向外對坡體產(chǎn)生直接的破壞，滲流速度越大，破壞力越強。

在地下水流速非常緩慢的情形下，滲透力微弱，但可以帶走土體中的細小顆粒，對坡體產(chǎn)生潛蝕作用，潛蝕一般會是一個漫長的過程，一開始這種作用很微弱，甚至不易發(fā)現(xiàn)。隨著時間的推移，細小顆粒被地下水帶走逐漸增多，使坡體中的孔隙度逐漸變大，結(jié)構(gòu)變得松散，同時滲透性增強，地下水流速也變大。所以潛蝕過后一方面會破壞坡體本身的結(jié)構(gòu)，另一方面又會加大地下水的滲透作用，對坡體產(chǎn)生綜合破壞。“千里之堤，毀于蟻穴”就是這個意思，“防微杜漸”用于這里也很合適。

地下水的水質(zhì)對邊坡破壞研究較少，水質(zhì)方面，個人認為要考慮一些有溶蝕性和腐蝕性的地下水在長期的滲透過程中對坡體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，也有一些含膠結(jié)物的地下水可能會對土體產(chǎn)生膠結(jié)作用，比如巖溶水，可能會形成一些鈣質(zhì)膠結(jié)。對坡體巖土膠結(jié)可能會發(fā)展成為邊坡治理的一個方向，值得探討。

另外，地下水是不斷運動變化的，而且會直接接受大氣降水和其他地表水他、地下含水層的補給，水位、水量、滲透流速、水質(zhì)、水溫等參數(shù)都是不斷變化的，也就是說地下水動態(tài)變化比較大，而這種動態(tài)變化也會對邊坡產(chǎn)生不利影響。比如前面已經(jīng)闡述了水位升高的、水流加速等方面的影響。所以邊坡勘察時必須調(diào)查當?shù)氐叵滤畡討B(tài)變化規(guī)律，特別是邊坡破壞區(qū)域地下水動態(tài)變化情況以及邊坡破壞時動態(tài)指標臨界值，可用于指導地災應急處理工作，也可根據(jù)臨界值在邊坡治理設(shè)計時采取措施降低或消除地下水作用帶來的風。

2 邊坡水文地質(zhì)調(diào)查和勘查的工作方法

邊坡勘查要在收集和分析研究邊坡所處位置的水文地質(zhì)及工程地質(zhì)區(qū)域資料，結(jié)合邊坡變形破壞范圍和破壞特征，在現(xiàn)場踏勘的基礎(chǔ)上，編制詳細的勘察大綱。大綱的主要內(nèi)容包括目的意義、工作范圍和任務、工作方法和進度安排、質(zhì)量控制措施、需要收集的資料等等，本文簡單介紹勘察時各項水文地質(zhì)資料收集以及現(xiàn)場勘察資料收集的工作方法。

現(xiàn)場勘察前，首先要收集區(qū)域水文地質(zhì)和工程地質(zhì)資料和氣象資料，勘察過程中，要查明場區(qū)含、隔水層的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、分布和埋藏特征、連通性、富水性，以及地下水的流向、流速、滲透系數(shù)、水力梯度、水質(zhì)、水溫和地下水的動態(tài)變化情況。

區(qū)域資料必須依靠收集和分析研究，現(xiàn)有的區(qū)域水文地質(zhì)工程地質(zhì)資料覆蓋面最大的是1：20萬區(qū)域水文地質(zhì)工程地質(zhì)調(diào)查報告，有些縣市還有1：10萬的區(qū)域水文地質(zhì)資料，省地質(zhì)檔案館保存最全，部分地質(zhì)勘察單位檔案館一般也有。要認真分析研究邊坡在區(qū)域水文地質(zhì)單元中所處位置，預測勘查區(qū)的地層、構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件等，在此基礎(chǔ)上編制勘察大綱。

氣象因素是誘發(fā)邊坡變形破壞的一個重要因素，一方面，大氣降水形成的地面流會對邊坡造成直接的沖刷，另一方面，大氣降水會補給地下水，以地下水的方式對邊坡造成影響，所以邊坡勘察時必須收集氣象資料。氣象資料需要到當?shù)貧庀缶质占?，以近十年的資料為主，十年以遠的氣象資料可作為校核工況參考使用。氣象資料收集時要特別注意一些極值，比如：最大日降雨量、最大小時降雨量、極端最低氣溫等，因為滑坡變形往往是在極端天氣條件下發(fā)生的。地表水與地下水往往較為密切的水力聯(lián)系，而且存在補排關(guān)系，所以研究地下水離不開地表水。

勘查區(qū)內(nèi)含、隔水層的巖性、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、分布和埋藏特征可以先依據(jù)區(qū)域資料預判，然后根據(jù)勘察鉆孔采取的巖心來驗證，在勘察現(xiàn)場做好鉆孔水文地質(zhì)工程地質(zhì)編錄，編錄的內(nèi)容包括分層描述地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖心狀態(tài)特征、孔隙及裂隙的發(fā)育連通情況、鉆孔初見水位、終孔穩(wěn)定水位等，并根據(jù)巖性和構(gòu)造發(fā)育、孔隙和裂隙發(fā)育連通情況來劃分含水層和隔水層。

含水層的富水性需要根據(jù)勘察鉆孔抽水試驗成果計算得出，鉆探施工過程中簡易水文觀測通過沖洗液消耗量也能大致判斷含水層和隔水層，根據(jù)孔內(nèi)漏水程度可以大致判斷含水層的富水性，工作經(jīng)驗越豐富，判斷越準確[6]。

地下水的流向一般根據(jù)地下水水頭高低來判斷，水往低處流，地下水也是由高水頭區(qū)流向低水頭區(qū)，規(guī)模小的簡單邊坡，地下水流向單一，結(jié)合地形和水頭很容易判斷；大型邊坡地下水埋藏分布條件比較復雜，邊坡內(nèi)地下水的流向也很復雜，需要根據(jù)鉆孔終孔穩(wěn)定水位畫地下水等水位線圖，才能較為準確判斷邊坡區(qū)內(nèi)的地下水流向。

滲透系數(shù)在含水層可通過鉆孔抽水試驗或注水試驗成果計算得出，基巖裂隙含水層還可通過鉆孔壓水試驗成果計算得出；透水不含水的地層，可通過鉆孔注水試驗成果計算得出，也可通過試坑滲水試驗成果計算得出；弱透水的第四系含水層可通過變水頭鉆孔注水試驗成果計算得出。

水力梯度代表單位滲透距離的水頭變化，根據(jù)地下水等水位線圖，可以很方便計算得出。地下水的流速等于水力梯度和滲透系數(shù)的乘積。有了水力梯度、流速等數(shù)據(jù)，就可以計算滲透力，滲透力等于水力梯度、地下水容重和坡體體積三者之積。水質(zhì)要通過采取地下水樣分析得出，需要提醒一下的是，采取侵蝕性分析水樣時，需要添加適量的碳酸鈣粉，另外，取樣量也要按照規(guī)范規(guī)定取足。

地下水動態(tài)資料，對于勘察期很短的情況，需要通過調(diào)查訪問大致得出，對于勘察期長的大型邊坡，須選擇部分勘察孔作為長期觀測鉆孔，通過定期和不定期觀測得出，這里說的不定期觀測，主要是指根據(jù)大氣降雨或其他對地下水動態(tài)有顯著影響因素發(fā)生變化的情況下，視情況加密觀測。如果條件允許，可以考慮保留部分長觀孔，到治理工程結(jié)束后繼續(xù)觀測，許多邊坡變形破環(huán)都是在地下水環(huán)境發(fā)射急劇變化的條件下發(fā)生的，通過對這些長觀孔地下水位等參數(shù)的觀測，可以起到監(jiān)測預警的效果，根據(jù)觀測結(jié)果和現(xiàn)實發(fā)生的情況分析對比，在今后的地災防治工作還有重要的現(xiàn)實指導意義。

以上闡述只是邊坡勘察過程中常用的水文地質(zhì)勘察方法，目的是取到拋磚引玉的效果，工作中遇到的是各種不同地質(zhì)環(huán)境條件邊坡，需要根據(jù)實際情況來確定有針對性的勘察措施，具體問題具體分析，切不可生搬硬套，以免貽誤大家。

3 結(jié)語

巖土力學研究的三大問題包括巖土的強度、變形和滲透，而這三者均與地下水密切相關(guān)，所以在巖土工程勘察、特別是邊坡巖土工程勘察中，需要非常重視水文地質(zhì)勘察工作。本文是在翻閱了許多的勘察成果資料的基礎(chǔ)上，自認為以往大多數(shù)巖土勘察成果中水文地質(zhì)方面重視程度不足，想給大家提個醒，所以就寫了這篇不夠成熟的文字，供大家參考。

限于本人知識的局限性和時間關(guān)系，文中內(nèi)容顯得零散，沒有全面系統(tǒng)地闡述，望大家見諒。