趙 薦，鄭文俊，江 浩，雷 怡，帥飛翔

（1.浙江省衢州市公路管理局，浙江衢州324000；2.浙江大學(xué)海洋學(xué)院，浙江舟山316000）

1 概述

降雨是引起邊坡環(huán)境條件變化的周期性因素，在各種邊坡變形破壞的影響因素中，降雨引起地下水滲流作用變化，往往是大量滑坡發(fā)生的直接原因，也是最復(fù)雜和變化最頻繁的影響因素。雨水下滲到坡體中可以造成兩方面效應(yīng)：滲透水進(jìn)入巖土體的孔隙和裂縫中，使巖土的抗剪強(qiáng)度降低；地下水位抬升，減小滑動(dòng)面的有效法向應(yīng)力，而且滲透壓力會(huì)增大坡體的下滑力。目前研究地下水對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響，常見的方式是根據(jù)水頭作用力分布，通過沿滑面施加于土體或土條滲透壓或傾覆力，計(jì)算滑坡的整體安全性[1-3]。研究發(fā)現(xiàn)，滑坡的滲透系數(shù)是影響地下水位的內(nèi)在因素[4]，低滲透率的土體會(huì)導(dǎo)致局部壓力水頭蓄積過高。地下水的高水頭、高滲透壓力是影響滑坡穩(wěn)定性的主要環(huán)境因素[5]。

邊坡穩(wěn)定性分析方法有極限平衡法、塑性極限分析法、強(qiáng)度折減法等[6-9]，到目前為止，極限平衡法仍是邊坡穩(wěn)定分析的最常用方法。本文采用GeoStudio內(nèi)置的極限平衡法對(duì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，研究了地下水位變化對(duì)邊坡安全系數(shù)的影響，為S315省道K92邊坡變形破壞機(jī)理分析與工程治理決策提供了依據(jù)。

2 邊坡工程概況與工程地質(zhì)條件

2.1 邊坡概況

S315的K92邊坡位于浙江省江山段與衢江段交界處附近，涉及邊坡樁號(hào)為K92+070～K92+290，長(zhǎng)度約為220m，邊坡最大開挖高度約32m。邊坡建設(shè)項(xiàng)目于2014年完工，因2015年3月遇強(qiáng)降水，邊坡發(fā)生多處滑塌。如圖1所示，現(xiàn)狀坡面設(shè)兩級(jí)邊坡，一級(jí)坡坡率1∶1.5，設(shè)4m寬平臺(tái)及水平排水溝，二級(jí)坡坡率1∶1.75。平臺(tái)水平排水溝沒有發(fā)生淤堵等不良情況。坡面采用香根草種植，平臺(tái)位置種植灌木叢。開挖邊坡以上自然斜坡的地形坡度一般為10°～20°，有較大的匯水面積和良好的入滲條件。

2.2 工程與水文地質(zhì)條件

開挖邊坡巖性為殘坡積土，黃褐色、褐紅色，結(jié)構(gòu)致密，巖性為粉質(zhì)粘土夾碎石，碎石含量約10%～20%，碎石粒徑一般小于5cm，個(gè)別碎石粒徑為10～20cm。邊坡巖土的力學(xué)強(qiáng)度較好，自然邊坡的穩(wěn)定性好，干旱季節(jié)開挖的直立邊坡高度大于2m仍然具有自穩(wěn)性。

由于邊坡后緣有廣闊的降雨入滲補(bǔ)給區(qū)域，且表層坡積土滲透性好，降雨入滲條件好，邊坡有良好的降雨入滲補(bǔ)給地下水的條件。殘坡積土層厚度大，但滲透性較差，邊坡地下水排泄梳干過程緩慢。因此，邊坡既具有良好的降雨入滲條件也具有良好的儲(chǔ)水條件及較差的排泄條件，雨季邊坡地下水豐富。

圖1 邊坡設(shè)計(jì)開挖坡面

邊坡區(qū)域?yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，溫暖濕潤(rùn)，雨量充沛。年內(nèi)降雨分布不均勻，有明顯的旱季和雨季。降雨最多季節(jié)常在3～6月份的梅雨期和7～9月份的臺(tái)風(fēng)期，年均降雨量1648mm，水面年均蒸發(fā)量約1000mm。而邊坡巖土粘粒含量高，滲透性低，邊坡地下水位變化幅度大。高地下水位時(shí)，坡面地下水滲出點(diǎn)的最大高度處于二級(jí)邊坡坡腳附近；而低地下水位時(shí)，坡面沒有地下水滲出。從坡面地下水滲出情況看，邊坡巖土體處于季節(jié)性干濕變化過程。

3 滑坡特征與穩(wěn)定性分析

3.1 滑坡特征與穩(wěn)定性計(jì)算

因2015年3月左右雨季強(qiáng)降水，在長(zhǎng)度約為220m的邊坡上發(fā)生了方量大于100m3的滑坡2處，小于100m3的滑坡5處。典型滑坡如圖2所示，滑坡的基本特征表現(xiàn)為：滑動(dòng)面呈圓弧形，屬于均質(zhì)土坡的典型滑動(dòng)形態(tài)；滑坡的前緣剪出口多位于坡腳擋墻的頂部；滑坡體厚度較小，一般厚度不超過5m，局部最大厚度不超過8m；滑坡僅限于1級(jí)邊坡，滑坡后緣沒有跨過一級(jí)邊坡和二級(jí)邊坡間的平臺(tái)。

滑坡形成的滑坡后壁多有大量地下水滲出，流出的地下水在滑坡體表面形成徑流，沖刷坡面形成泥漿水。從滑坡后壁的地下水滲出位置看，滑坡發(fā)生的后緣一般與地下水滲出的最大高度接近，表明地下水滲流作用對(duì)滑坡的形成具有直接作用。

圖2 滑坡特征

針對(duì)滑坡特征，根據(jù)圖1所示的滑坡剖面建立計(jì)算模型如圖3所示，通過改變邊坡后緣的水位，計(jì)算地下水位變化對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，并根據(jù)地下水位變化分析邊坡穩(wěn)定性變化特征。根據(jù)開挖坡面巖土分布特征調(diào)查分析和土工試驗(yàn)，確定計(jì)算分析模型的物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

圖3 邊坡滲流場(chǎng)和穩(wěn)定性計(jì)算剖面

3.2 邊坡滲流場(chǎng)

表1 土體材料參數(shù)

采用有限元軟件對(duì)邊坡進(jìn)行滲流和穩(wěn)定性分析，對(duì)計(jì)算模型約束底部的水平和豎直位移，約束兩側(cè)的水平位移，斜坡表面設(shè)定為排水邊界。在進(jìn)行滲流計(jì)算時(shí)，坡體的地下水滲流服從達(dá)西定律：

（5）加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督信息化管理。監(jiān)管方式要與時(shí)俱進(jìn)，對(duì)工程項(xiàng)目采取信息化手段開展監(jiān)控式管理，實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)督。逐步推動(dòng)流域內(nèi)水利工程建設(shè)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感遙測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)[5]、水利工程質(zhì)量監(jiān)督信息系統(tǒng)等信息化工程建設(shè)，實(shí)現(xiàn)與水利部、各省水利工程質(zhì)量信息平臺(tái)的互聯(lián)互通和信息共享，按政務(wù)公開相關(guān)規(guī)定發(fā)布質(zhì)量信息。同時(shí)與已建成的“全國(guó)水利建設(shè)市場(chǎng)信用信息平臺(tái)”聯(lián)網(wǎng)，將檢查出的質(zhì)量問題納入各生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位信用信息系統(tǒng)，由質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)參與信用體系評(píng)價(jià)和管理，為長(zhǎng)江流域質(zhì)量監(jiān)督提供信息化科技保障。

式中：x、y——單元的滲透主方向；

vx、vy——滲流沿x、y方向上的滲流速度；

Kx、Ky——土體的x、y方向上的滲流系數(shù)；

H——滲透水頭。

通過改變邊坡后緣的地下水位進(jìn)行穩(wěn)態(tài)滲流計(jì)算，結(jié)果如圖4所示。隨著邊坡后緣坡體地下水位上升，地下水會(huì)在開挖邊坡坡面出露，這與雨季邊坡地下水在坡面滲出的實(shí)際情況相一致。

3.3 穩(wěn)定性分析

圖4 邊坡滲流場(chǎng)隨坡體后緣水位的變化

根據(jù)邊坡滲流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，考慮不同降雨入滲條件引起的滲流場(chǎng)條件，采用滑坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式（2），計(jì)算分析地下水滲流場(chǎng)變化條件對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響特征。

αi——第i條塊滑面傾角，（°）；

φi——第i條塊內(nèi)摩擦角，（°）；

Ci——第i條塊內(nèi)聚力，kPa；

Li——第i條塊滑面長(zhǎng)度，m；

ψj——第i-1塊段的剩余下滑力傳遞至第i塊段時(shí)的傳遞系數(shù)，即ψj=cos（αi-1-αi）-sin（αi-1-αi）·tanφi；Rn=Wncosαntanφi+CnLn；Tn=Wnsinαn。

依據(jù)不同后緣地下水位引起的邊坡滲流場(chǎng)變化，計(jì)算邊坡安全系數(shù)與邊坡后緣水位的關(guān)系如圖5所示。由圖5可知，隨著邊坡后緣地下水位的抬升，邊坡穩(wěn)定系數(shù)逐漸減小。當(dāng)邊坡后緣水位上升到30m高程時(shí)，1級(jí)邊坡安全系數(shù)小于1.0。因此，地下水位的上升引起滲流力的增加是導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)破壞的主要原因。

圖5 邊坡后緣水位與安全系數(shù)關(guān)系圖

4 結(jié)語

315省道K92邊坡巖性為殘坡積土，巖土的力學(xué)強(qiáng)度較好，干旱季節(jié)邊坡的穩(wěn)定性好。但由于邊坡后緣有廣闊的降雨入滲補(bǔ)給區(qū)，其表層坡積土滲透性強(qiáng)，降雨入滲條件好，前緣開挖邊坡殘坡積土層厚度大，滲透性較差，造成邊坡地下水排泄梳干過程緩慢。因此，邊坡具有良好的降雨入滲條件和良好的儲(chǔ)水條件及較差的排泄條件，雨季邊坡地下水豐富?；碌幕咎卣鞅憩F(xiàn)為：滑動(dòng)面呈圓弧形，屬于均質(zhì)土坡的典型滑動(dòng)形態(tài)；滑坡的前緣剪出口多位于坡腳擋墻的頂部；滑坡體厚度較小，一般厚度不超過5m，局部最大厚度不超過8m；滑坡形成的滑坡后壁多有大量地下水滲出，流出的地下水在滑坡體表面形成徑流。說明滑坡的成因受地下水位變化影響顯著，通過改變邊坡后緣的水位，計(jì)算地下水位變化對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，并根據(jù)地下水位變化分析邊坡穩(wěn)定性變化特征，表明隨著邊坡后緣地下水位的抬升，邊坡穩(wěn)定系數(shù)逐漸減小。當(dāng)邊坡后緣水位上升到30m高程時(shí)，1級(jí)邊坡安全系數(shù)小于1.0。由此可見，地下水位的上升引起滲透力增加是導(dǎo)致315省道K92邊坡失穩(wěn)破壞的主要原因，進(jìn)行邊坡深部排水，有效降低坡面附近地下水位，可作為該邊坡災(zāi)害治理的主要手段。