摘 要：工程領(lǐng)域有較多的二元結(jié)構(gòu)邊坡，因此也常面臨邊坡失穩(wěn)問(wèn)題，特別是臨河區(qū)域的二元結(jié)構(gòu)邊坡受水位升降影響，邊坡變形破壞特征較為復(fù)雜，水位變化會(huì)改變邊坡體內(nèi)的水文地質(zhì)條件，其中，水位驟降是導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)的主要因素。本文以某臨河二元結(jié)構(gòu)邊坡為研究項(xiàng)目，首先，對(duì)其破壞特征進(jìn)行分析，其次，針對(duì)水位驟降工況的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行定量計(jì)算，最后，對(duì)該邊坡進(jìn)行1個(gè)水文年的周期變形監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，水位驟降時(shí)對(duì)臨河邊坡影響最大，此時(shí)邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)最低，坡腳區(qū)域變形較大，分析邊坡破壞形式主要為坡腳區(qū)域失穩(wěn)后導(dǎo)致的牽引破壞模式。本研究結(jié)果可以為臨河邊坡穩(wěn)定性分析提供參考。

關(guān)鍵詞：臨河邊坡；水位驟降；穩(wěn)定性；牽引破壞

中圖分類號(hào)：TV 85 " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

二元結(jié)構(gòu)邊坡指上覆較松散土層而下伏巖層的邊坡，邊坡在降雨條件下，沿巖土界面易產(chǎn)生滑動(dòng)，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。工程領(lǐng)域存在較多的臨水二元結(jié)構(gòu)邊坡，例如濱河公路外側(cè)、河岸邊坡、水庫(kù)岸坡等，為揭露臨河二元結(jié)構(gòu)邊坡在水位升降工況下邊坡穩(wěn)定性及其破壞特征，較多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究。秦茂潔等[1-2]對(duì)水位變化對(duì)河道邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)進(jìn)行了一系列研究，張琳琳等[3]對(duì)落水條件下河道水庫(kù)岸坡穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，劉文月等[4]對(duì)庫(kù)水位變化對(duì)庫(kù)岸路基沉降的影響進(jìn)行了研究。

上述研究為臨河邊坡的穩(wěn)定性評(píng)估及影響提供了一定的指導(dǎo)意義，但臨河二元結(jié)構(gòu)邊坡具有復(fù)雜性，且地區(qū)間地質(zhì)條件存在較大差異性，因此，仍須對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步研究。綜上所述，本文以某臨河二元結(jié)構(gòu)邊坡為實(shí)例背景，先對(duì)其進(jìn)行防治措施設(shè)計(jì)，再通過(guò)定性分析、定量計(jì)算等方法對(duì)臨河二元結(jié)構(gòu)邊坡的破壞特征及穩(wěn)定性進(jìn)行研究，以期為類似項(xiàng)目積累經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

研究區(qū)邊坡為臨河二元結(jié)構(gòu)邊坡，邊坡頂部為城市規(guī)劃的工業(yè)園區(qū)建設(shè)區(qū)，場(chǎng)地原始地形屬于構(gòu)造剝蝕丘陵斜坡地貌，自然斜坡坡度為10°～35°，大多數(shù)地區(qū)較平緩，局部地區(qū)較陡，場(chǎng)地內(nèi)原始地形標(biāo)高為212.6m～235.0m。根據(jù)區(qū)域內(nèi)城市規(guī)劃，擬對(duì)該地區(qū)進(jìn)行工業(yè)園區(qū)建設(shè)，為對(duì)場(chǎng)地內(nèi)土地進(jìn)行整平，規(guī)劃的場(chǎng)地標(biāo)高為230.0m，研究區(qū)東側(cè)存在現(xiàn)狀河流，為區(qū)域內(nèi)地形最低點(diǎn)，該處經(jīng)場(chǎng)平后將形成最高約20m左右的填方邊坡。場(chǎng)地典型剖面如圖1所示。

根據(jù)邊坡范圍地質(zhì)資料，原始地表上覆土層為粉質(zhì)黏土，表層主要為旱地，地形波動(dòng)起伏不大，覆土厚度在0.5～2.5m，覆蓋層整體較薄。場(chǎng)地范圍內(nèi)下伏基巖主要為砂巖及泥巖互層，中風(fēng)化巖層完整性較好。對(duì)場(chǎng)地裸露基巖進(jìn)行測(cè)定，巖層產(chǎn)狀為263°∠45°，區(qū)域內(nèi)發(fā)育兩組構(gòu)造裂隙，裂隙特征如下。J1：285°∠49°；J2：145°∠63°。該段邊坡傾向?yàn)?0°，邊坡不受巖層層面及裂隙控制，邊坡不存在結(jié)構(gòu)面控制的穩(wěn)定問(wèn)題，研究區(qū)邊坡整體破壞模式為填方后邊坡易沿巖土界面產(chǎn)生滑移。

2 臨河邊坡破壞特征分析

臨河二元結(jié)構(gòu)邊坡受水的影響，破壞特征較為復(fù)雜。河道水位變化后會(huì)導(dǎo)致邊坡內(nèi)外形成水位差[5]，在土體內(nèi)部容易引起滲流場(chǎng)，如圖2所示。水位驟降一般指邊坡范圍內(nèi)水位下降速度緩于河道水位下降速度，導(dǎo)致邊坡范圍土體內(nèi)部的超靜孔隙水壓力難以消散，在其降落過(guò)程中，邊坡范圍內(nèi)沒(méi)有從坡面排出大量的水。此時(shí)邊坡滲流面上的AB段的土體顆粒會(huì)受到滲透力、重力等因素的影響，當(dāng)滲透力較大時(shí)，邊坡坡面的土顆粒易沿邊坡坡面產(chǎn)生滑移，甚至導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。由圖2可知，邊坡坡腳區(qū)和坡肩區(qū)土體易出現(xiàn)飽和，坡腳區(qū)滲流密集，當(dāng)河道水位下降時(shí)，坡腳區(qū)域產(chǎn)生變形破壞的可能性較大。

當(dāng)水位驟降時(shí)，較高流速的地下水容易沖刷填方體內(nèi)部的土顆粒，形成潛蝕作用，使填方體內(nèi)部形成較大的空隙，土體陷落，加劇邊坡變形。同時(shí)，水位下降還容易使水壓力增加，沿坡體滲流方向的下滑力變大，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。水位驟降時(shí)還容易降低邊坡內(nèi)部及巖土界面的力學(xué)強(qiáng)度，再次加劇邊坡體變形。在水位下降過(guò)程中，若邊坡范圍內(nèi)巖土層滲透系數(shù)較大，則地下水位隨河道水位下降速度較快，邊坡內(nèi)外水位差相差不大，對(duì)庫(kù)岸邊坡的穩(wěn)定性影響相對(duì)較小。當(dāng)河道水位驟降，巖土層的滲透系數(shù)較小時(shí)，由于臨河邊坡內(nèi)部的超靜孔隙水壓力不能及時(shí)消散，因此與河道水位下降相比，邊坡范圍內(nèi)地下水位下降過(guò)程呈現(xiàn)滯后現(xiàn)象，會(huì)形成超靜孔隙水壓力，不僅會(huì)使邊坡范圍內(nèi)巖土體產(chǎn)生滲透變形，還會(huì)使邊坡范圍內(nèi)的巖土在水-巖物理化學(xué)作用下，沿著水流沖蝕方向的裂紋、孔隙、顆粒間接觸面外滲，產(chǎn)生新的次生孔隙。因此，河道水位驟降對(duì)邊坡的影響是臨河二元結(jié)構(gòu)邊坡的最大的問(wèn)題。

3 邊坡治理設(shè)計(jì)

3.1 邊坡方案

根據(jù)研究區(qū)設(shè)計(jì)方案，為保證填方邊坡的整體穩(wěn)定，首先，要對(duì)原始地面線以下的粉質(zhì)黏土進(jìn)行清除，其次，對(duì)基巖面開(kāi)挖反向大臺(tái)階，反向坡度4%，大臺(tái)階界面采用飽和抗壓強(qiáng)度不低于25MPa的塊片石進(jìn)行分層填筑，可提高邊坡內(nèi)透水能力，最后，在上方采用合格填料分層壓實(shí)，邊坡范圍壓實(shí)度不小于93%，填方邊坡坡率為1∶2，每8m設(shè)分級(jí)平臺(tái)，平臺(tái)寬度為3m。坡面防護(hù)采用網(wǎng)格植草護(hù)坡，靠近河道一級(jí)邊坡采用六棱塊護(hù)坡，棱塊內(nèi)部植草。

為改善邊坡內(nèi)排水條件，按照分層壓實(shí)填筑邊坡內(nèi)填方體，同時(shí)在邊坡填方體內(nèi)部每隔3m豎向高度設(shè)置盲溝排水層，厚度為80cm。盲溝排水系統(tǒng)與邊坡截排水溝及平臺(tái)水溝一起形成邊坡的截排水系統(tǒng)，保證邊坡內(nèi)部排水通暢。

3.2 邊坡計(jì)算分析

根據(jù)研究區(qū)地質(zhì)成果資料，邊坡穩(wěn)定主要分為2個(gè)方面，分別為填方體沿巖土界面滑移穩(wěn)定性及填方體土體內(nèi)部圓弧滑移穩(wěn)定性。對(duì)研究區(qū)地質(zhì)成果資料進(jìn)行梳理，相關(guān)的巖土參數(shù)見(jiàn)表1。

邊坡的安全穩(wěn)定系數(shù)是指抗滑力與外部力及單位滑體的質(zhì)量導(dǎo)致的下滑力之間的比值。填方體內(nèi)巖土界面控制的邊坡安全穩(wěn)定性系數(shù)Fs的計(jì)算過(guò)程如公式（1）所示。

（1）

式中：W為滑體重度；c為巖土界面黏聚力；φ為巖土界面內(nèi)摩擦角；θ為巖層層面傾角；l為滑面長(zhǎng)度。

根據(jù)表1中的巖土參數(shù)，采用公式（1）計(jì)算該二元結(jié)構(gòu)邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)為1.62，大于1.35，根據(jù)安全穩(wěn)定系數(shù)對(duì)邊坡?tīng)顟B(tài)進(jìn)行分類，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，判定標(biāo)準(zhǔn)按照《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）執(zhí)行，場(chǎng)地經(jīng)填方后，巖土界面不易產(chǎn)生滑移。

當(dāng)邊坡沿填方體內(nèi)部產(chǎn)生圓弧滑移破壞時(shí)，要在土體內(nèi)部多次劃分單元，并采用圓弧法對(duì)土體內(nèi)部進(jìn)行迭代計(jì)算，其分析模式如圖3所示。

土體內(nèi)部圓弧滑動(dòng)邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)Fs的計(jì)算過(guò)程如公式（2）所示。

（2）

式中：ci為第i個(gè)計(jì)算條塊滑面黏聚力；li為第i個(gè)計(jì)算條塊滑面長(zhǎng)度；φi為第i個(gè)計(jì)算條塊滑面內(nèi)摩擦角；θi為第i個(gè)計(jì)算條塊滑面傾角；Gi為第i個(gè)計(jì)算條塊單位寬度質(zhì)量；Qi為第i個(gè)計(jì)算條塊單位寬度水平荷載，方向指向坡外時(shí)取正值；Gbi為第i個(gè)計(jì)算條塊單位寬度豎向附加荷載，方向向下取正；Ui為第i個(gè)計(jì)算條塊單位寬的總水壓力。

臨河邊坡按照1∶2的坡率法進(jìn)行分層碾壓回填后，采用autobank軟件分析最不利的邊坡范圍內(nèi)滲流線，計(jì)算在水位驟降后各個(gè)時(shí)間段落邊坡內(nèi)外的水位差分布情況，得到對(duì)應(yīng)的滲流線。再按照得到的滲流線對(duì)水位驟降后的各個(gè)水位差工況進(jìn)行驗(yàn)算，根據(jù)表1中的巖土參數(shù)，采用公式（2）計(jì)算邊坡范圍邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，隨著邊坡內(nèi)部水位下降，內(nèi)外水位差縮小，邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)逐漸增加，在水位驟降過(guò)程中，臨河邊坡的安全穩(wěn)定系數(shù)最小值為1.39，大于1.35，由此可見(jiàn)，邊坡不會(huì)沿土體內(nèi)部產(chǎn)生圓弧滑動(dòng)。同時(shí)根據(jù)計(jì)算的邊坡安全穩(wěn)定系數(shù)對(duì)邊坡?tīng)顟B(tài)進(jìn)行分類，判定標(biāo)準(zhǔn)按照《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）執(zhí)行。

4 邊坡監(jiān)測(cè)

4.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

監(jiān)測(cè)不僅是邊坡設(shè)計(jì)、施工中的重要一環(huán)，也是邊坡動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)的延續(xù)。為深入研究該臨河二元結(jié)構(gòu)邊坡的變形規(guī)律，在本項(xiàng)目施工過(guò)程中，按照分級(jí)填筑的要求，從坡腳至坡頂區(qū)域，坡腳、將分級(jí)平臺(tái)、坡頂布置的監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布命名為a、b……，在該斷面邊坡沿豎向填筑方向布置4組監(jiān)測(cè)點(diǎn)，為研究水位對(duì)邊坡變形的影響，需要對(duì)該邊坡前期施工完成后的位移進(jìn)行清零。考慮水位驟降對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響較大，因此本次主要記錄填方體邊坡形成后第一個(gè)水文年雨季開(kāi)始的1個(gè)月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，同時(shí)對(duì)場(chǎng)地內(nèi)部區(qū)域的變形進(jìn)行觀測(cè)，在場(chǎng)地內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)較為明顯的開(kāi)裂，由此可見(jiàn)，場(chǎng)地整體趨于穩(wěn)定狀態(tài)，僅邊坡坡腳區(qū)域的變形稍大。結(jié)合《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013），研究區(qū)臨河邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，需要對(duì)變形稍大的區(qū)域采取結(jié)構(gòu)措施加強(qiáng)處理，例如采用護(hù)腳擋墻加漿砌片石護(hù)坡，也可采取格賓石籠擋墻等加強(qiáng)措施。

4.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

由該臨河邊坡的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，邊坡坡腳區(qū)域產(chǎn)生的水平變形較大，在雨季來(lái)臨后，邊坡坡腳產(chǎn)生的水平位移相對(duì)較大（13.6mm）。在水位驟降后，來(lái)不及排除邊坡內(nèi)的地下水，因此坡體內(nèi)外會(huì)有較大的水位差，邊坡坡面形成暫態(tài)的滲流場(chǎng)。坡面土顆粒在滲流力的作用下，易產(chǎn)生沿坡面向下的位移。邊坡范圍分級(jí)平臺(tái)及坡頂區(qū)域產(chǎn)生的水平位移相當(dāng)，因此初步判定邊坡在坡腳發(fā)生較大水平變形的前提下，會(huì)使邊坡上部坡面呈現(xiàn)牽引式的變形趨勢(shì)，坡頂及分級(jí)平臺(tái)產(chǎn)生的位移大致相當(dāng)。

原始地面線上坡體巖層的傾角以及新填方體的滲透系數(shù)對(duì)暫態(tài)滲流場(chǎng)的影響較大[6-7]，為使因水位驟降坡體內(nèi)外的水位差變小，填方體填筑時(shí)建議采用滲透性較強(qiáng)的材料。同時(shí)，坡腳區(qū)作為臨河二元結(jié)構(gòu)邊坡的薄弱點(diǎn)，應(yīng)遵循固腳強(qiáng)腰的原則，保證下部邊坡的穩(wěn)定，同時(shí)對(duì)填方體內(nèi)部進(jìn)行分層壓實(shí)，在分層碾壓過(guò)程中修筑分層排水盲溝，及時(shí)排除邊坡范圍內(nèi)地下水，保證臨河二元結(jié)構(gòu)邊坡的整體穩(wěn)定。

5 結(jié)論

本文通過(guò)研究某臨河二元結(jié)構(gòu)的邊坡變形破壞特征及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，得到以下結(jié)論。1）水位驟降對(duì)臨河邊坡影響最大，在這種工況下，邊坡坡腳區(qū)受到的應(yīng)力較大，產(chǎn)生變形較大，臨河的二元結(jié)構(gòu)邊坡易因坡腳失穩(wěn)導(dǎo)致?tīng)恳茐?，因此?yīng)加強(qiáng)對(duì)坡腳的防護(hù)設(shè)計(jì)。2） 通過(guò)臨河二元結(jié)構(gòu)邊坡破壞特征分析得知，邊坡穩(wěn)定性與坡體內(nèi)滲流浸潤(rùn)線的線形有關(guān)，在臨河二元結(jié)構(gòu)邊坡的填筑過(guò)程中應(yīng)采用透水性較強(qiáng)的材料，建立邊坡內(nèi)外系統(tǒng)相連通的排水通道，減少滲流對(duì)臨河邊坡的影響。3）坡腳作為填方邊坡的薄弱點(diǎn)，在邊坡設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)措施設(shè)計(jì)、精細(xì)化施工，并對(duì)填方邊坡體設(shè)計(jì)進(jìn)行固腳強(qiáng)腰，保證臨河二元結(jié)構(gòu)邊坡整體穩(wěn)定。

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