李晨，徐衛(wèi)衛(wèi)

0 引言

滑坡大多發(fā)生在暴雨期間或者之后不久，而中低降雨很少會導致邊坡破壞[1]。Morgenstern，Au SW C等[2-6]研究者一致認為，暴雨直接導致了邊坡失穩(wěn)的發(fā)生，但是暴雨如何導致邊坡下滑尚不完全清楚。一些研究人員指出，由于雨水的存在，非飽和邊坡內土壤吸力的減少是導致邊坡破壞的主要原因；但也有人認為雨水侵入邊坡是重要原因。然而，這些研究人員都沒有解決以下問題：

1）穩(wěn)定幾十年、幾百年或更長時間的邊坡，在大雨中突然坍塌的原因。

2）類型相似、坡度相似、覆蓋坡面的植被相似的殘積土或巖石組成的主要公路的天然邊坡，在類似的大暴雨下，邊坡破壞只發(fā)生在某一特定地點的原因。

3）許多破壞的邊坡是由堅硬的巖石組成的，在任何天氣和地下水位升高的情況下，這些巖石都應該是非常穩(wěn)定的，并且穩(wěn)定了許多年。暴雨過后突然破壞的原因（見圖1）。

圖1 穩(wěn)定多年的巖質邊坡突然破壞Fig.1 Sudden failure of rocky slope thathad been stable formany years

Morgenstern[2]提出了一個假設，土體和邊坡內部已經存在裂縫，而且裂縫是造成暴雨導致斜坡破壞的主要因素。

本文中，將就土體裂縫對邊坡穩(wěn)定性的影響進行討論，并分析了其對巖土工程計算方法產生的影響。

1 關于土壤和邊坡中裂縫的假設

通過大量的巖土工程勘察、鉆探和巖石取樣的結果表明，巖石樣本大多是不連續(xù)的，且?guī)r芯樣本多有裂縫和裂痕。因此，可認為大多數(shù)土壤也含有裂縫且不連續(xù)。同樣，由于母巖本身一開始就具有裂縫和不連續(xù)性，所以由殘積土形成的邊坡也應被認為是含有裂縫的。裂縫是在土壤內部形成的錯綜復雜、連續(xù)的孔洞，能使土體內部的滲水和排水變得更快更容易。

關于土體內裂隙的存在已經被Holford[7]和Hutagamissufardal[8]證實：

1）在大多數(shù)黏性土邊坡上修建觀測井，觀測發(fā)現(xiàn)即使所有邊坡表面都被不透水塑料薄膜覆蓋，大雨仍會使地下水位迅速上升。由于雨水不能直接進入邊坡，所以只有在邊坡的側向容易滲透的情況下，才有可能使地下水迅速上升。除非在邊坡內部已經存在裂縫，否則對于滲透系數(shù)極低的黏土來說，水在邊坡內流動是不可能的，只可能通過裂縫進行流動。

2）將集水井中水抽干后，不久集水井中的水又會恢復到原來水位，是因為進入集水井的滲水量已經大于或等于抽出去的水量?？紤]到地基土主要是淤泥或黏土，土壤滲透系數(shù)相對較低，這種情況意味著滲入集水井內的滲水量遠大于土壤滲透系數(shù)引起的滲水量。只有在土壤中已經存在一些裂縫的情況下，這種高滲漏量才會發(fā)生。

當土壤內已經形成裂縫時，Mochtar[9]提出裂縫與雨水之間的聯(lián)系如下：

1）從土壤形成開始時，土壤內的裂縫已經存在了相當長的一段時間。因此可以假定裂縫已經多次重復充滿水。

2）土壤是邊坡的一部分，可以假定多次降雨導致土壤內部的裂縫形成一個錯綜復雜的管道，雨水很容易通過邊坡下部某處的裂縫出口排出。

3）中、小強度的雨水會使邊坡內部的裂縫充滿水，但水也很容易通過邊坡的一些較低部分排出。因此，邊坡內部的裂縫只是部分被水填滿，如圖2所示。

圖2 在小雨到中雨時部分裂縫被雨水充滿Fig.2 The crack partially filled w ith rainwater during light tomedium rain

4）遇到非常罕見的大雨，會使裂縫被水填滿，因為進入裂縫的水量超過裂縫排水的能力。在這種情況下，裂縫必須承受與邊坡表面水平一樣高的水壓，這就是邊坡最危險的情況。在這種情況下降雨的強度比降雨的持續(xù)時間對邊坡穩(wěn)定性影響更大。

5）無論土體的原始條件如何，當裂縫成為主導因素時，土體剪切特性應表現(xiàn)出類似于砂土的剪切特性，即黏聚力C=0，內摩擦角漬屹0，邊坡會變得非常容易受到裂縫內地下水位上升的影響。即使邊坡主要由硬巖構成，裂縫和大雨的結合也會使邊坡變得與顆粒狀土粒一樣不穩(wěn)定。

6）假定邊坡內部的裂縫隨著時間的推移而擴展，如圖3所示，邊坡會隨著時間的推移變得越來越危險。

7）邊坡內部裂縫擴展的速率是不相同的，在土質條件、類型、坡度和植被情況幾乎相同的條件下，具有最深裂縫的邊坡在發(fā)生特大暴雨的時候會更容易破壞。

圖3 多次暴雨后裂縫的逐漸延伸擴展Fig.3 The cracksgradually propagate aftermultiple rainstorms

由于裂縫的寬度可能僅在毫米到厘米之間變化，地勘時鉆孔取土不能檢測到一般裂縫的存在，因此，采用標準室內試驗方法獲取土體參數(shù)后，在對邊坡進行安全判定時，實際情況可能會與判定結果有所不同。

2 土體裂縫對土工試驗的影響

土體內部裂縫的存在對于巖土工程解決任何土體穩(wěn)定性問題都有許多影響，即：

1）由于實際場地裂縫的存在，實際土層的土壤滲透系數(shù)可能比實驗室滲透試驗得到的土壤滲透系數(shù)要高得多。因此，應在土壤滲透性試驗中推薦直接原位試驗。

2）三軸測試是在原狀土上進行的，在裂隙土上進行測試建議采用修正直剪試驗，沿剪切平面施加獨立的孔隙壓力，如圖4所示[8]。從這個試驗中可以得出：沿著裂縫，排水剪切強度占主導地位（其中漬屹0，C=0）；對原狀土，是正常不排水剪切強度占主導地位（C屹 0和漬屹0）。從Hutagamissufardal[8]和Mochtar[9]關于黏土和粉土的研究結果顯示內摩擦角漬在17毅~20毅，如圖5所示。這一結果與Mochtar和Edil 1988[9]高嶺石黏土中模型樁側抗剪強度的排水強度特性非常吻合，其中對于摩擦樁，剪切面位于土顆粒之間，其值漬抑18毅和 C=0。

這些研究成果表明，當土中存在裂縫時，應將排水強度條件應用到土體中，無論實際土體的類型，土都應被假定為砂土。

3）Morgenstern[2]也提到，反復滲水會對裂縫表面造成侵蝕。土中的細顆粒，如淤泥和黏土顆粒被滲流帶走，粗顆粒將留在裂縫內。因此，可假定裂縫表面由薄薄一層砂完全填滿，土體強度的表現(xiàn)類似于砂。

圖4 修正直剪試驗裝置Fig.4 M odified direct shear testapparatus

圖5 淤泥和黏土試樣的內摩擦角Fig.5 The internal friction angle of siltand clay sam ples

4）在評估暴雨條件下危險邊坡的穩(wěn)定性時，假定邊坡由完全排水的砂土組成，但內摩擦角漬值，應采用Hutagamissufardal[8]和Mochtar[9]給出的修正直剪試驗方法來測量。但當只有部分坡體內部存在裂縫時，建議將邊坡的裂縫部分作為砂土來評估，而無裂縫部分視為原狀土，采用不排水抗剪強度參數(shù)進行邊坡穩(wěn)定評估。

5）假定由于邊坡存在裂縫而采用與砂土相似性質的數(shù)據進行計算評估，得到的邊坡安全系數(shù)比使用從地質勘察報告中獲得的“實際”強度參數(shù)計算的邊坡安全系數(shù)低得多。

6）Play伽[10]等利用地質雷達技術研究，結果表明邊坡內部確實存在裂縫，而裂縫是暴雨過程中邊坡破壞的主要原因。

7）Mochtar[9]也指出，裂隙土的假設應用到公路路基穩(wěn)定性設計中，設計者應將公路路堤視為完全飽和，并應假定水面為路堤頂面。這是為了模擬路堤內部出現(xiàn)裂縫和發(fā)生大雨的情況，當為路堤設計適當?shù)妮o助排水系統(tǒng)時，如果忽略了路堤中的水的存在，水位被設計成天然地下水位，將會增加路堤坍塌的可能性。

3 處理邊坡穩(wěn)定問題的補救措施

由于任何存在裂縫的邊坡土體在大到暴雨下都可能表現(xiàn)出砂土一樣的性質，因此在進行邊坡治理時應把水的處理放在最優(yōu)先的位置。對于這類邊坡的治理措施，應減少邊坡內的水的作用力，或增加抗滑力矩。因此，建議采取下列措施：

1）在邊坡內設置排水系統(tǒng)，當雨水進入邊坡時，水可以立即通過排水溝排出，以使邊坡保持穩(wěn)定。

2）安裝可以使裂縫緊密閉合且具有抗拉作用地錨，能夠大大提高抗滑力與力矩。

3）使用其他土體加固材料，如土工布和土工網，并同時設置排水系統(tǒng)。

4 結語

1）研究發(fā)現(xiàn)，在大到暴雨的情況下，邊坡土體內部裂縫的存在是導致邊坡破壞的主要因素，邊坡內部的裂縫可能隨著時間的推移而擴展，而邊坡內的裂縫擴展速率因邊坡而異；邊坡最終狀態(tài)由內部裂縫的推進狀態(tài)決定；造成滑坡的主要原因是降雨強度，而不是降雨持續(xù)時間，由于裂縫易排水，故建議采用排水抗剪強度參數(shù)來分析邊坡的穩(wěn)定性。

2）邊坡在大雨作用下，構成邊坡的土體會呈現(xiàn)出砂土的“單獨顆?！睜顟B(tài)，所以三軸試驗不適用于邊坡穩(wěn)定土體參數(shù)的確定，土體強度參數(shù)應該由Hutagamissufardal和Mochtar所用的修正直接剪切試驗獲得。

3）建議在進行邊坡治理設計時，可以在邊坡的底部或者中部設置排水系統(tǒng)，使用地錨以及其他土體加固材料作為解決邊坡穩(wěn)定性問題的修復方案。

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