地下水位对土质边坡的影响研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 第３４卷第３期　Ｖ０１．３４　Ｎｏ．３　・１２０・　２　０　０　８年１月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｊａｎ．２００８　・岩土工程・地基基础・　文章编号：１００９—６８２５（２００８）０３—０１２０—０２　地下水位对土质边坡的影响研究　姚尧盛建龙夏卜敬　摘要：针对滑坡给人类的生命和财产带来的巨大危害，分析了地下水对各种土质边坡的影响，并通过Ｇｅｏ－ｓｌｏｐｅ软件，　分析了地下水位变化和边坡最小安全系数的关系。治坡先治水，在工程实践中要注意治水的原则和要点。　关键词：土质边坡，地下水，（Ｘ￣ｏ－ｓｌｏｐｅ，最小安全系数　中图分类号：ＴＵ４１３．６２　文献标识码：Ａ　边坡的失稳一般是指土方边坡在一定范围内整体沿某一滑　坡内部，粘土颗粒间的孔隙水含量逐渐增大。孔隙水的增多减小　动面向下或向外移动而丧失其稳定性。天然存在的边坡一旦失　了土的粘聚力，当土坡中孔隙水多到一定程度时，土体由硬塑变　稳，将引起不良后果，其后果通常还是灾难性的。由于工程活动　为软塑、流塑状态，土体的抗剪强度迅速减小。由于水含量增加　出现的填土新边坡，发生事故的几率更高，其祸害更大。崩塌、塌　再加上土体自重，土坡的自重大于抗剪强度时，边坡发生滑动。　方、滑坡、泥石流，都是因为边坡失稳而造成的严重地质灾害，通常　１．３地下水对粉土边坡的影响　摧毁村镇和大批农田，堵塞水陆交通，历史上血的教训不胜枚举。　地下水对粉土边坡的影响是介于粘土和砂土之问的。粉质　边坡失稳的影响因素很多，大致可以分为内在原因和外在原　粘土具有一定的透水性，在水的作用下内摩擦角减小，但由于内　因两大方面。内在原因主要有：边坡地质构造、地形地貌、水文地　聚力的存在使它不会象砂土那样很快发生滑坡，随着孔隙水含量　质结构等汐　在原因主要有：气候条件、降雨冲刷、地下水位变化、　的增加土体抗剪强度降低，当某一个薄弱面所承受的应力大于土　风化作用、地震、人工扰动等。但是如果对大量边坡失稳的原因　层抗剪强度时，土体发生滑动破坏。　进行分析就会发现，地下水是其失稳的主要条件。因此，地下水　对边坡稳定性的影响研究有很大的现实意ｙ　Ｅ　。　２地下水位变化对土质边坡的影响研究　１　地下水对土质边坡的影响研究　地下水上升对边坡的稳定是不利的。若边坡坡面透水性较　差或者存在隔水层时，会产生静水压力，方向与坡面正交。当边　１．１　地下水对砂土边坡的影响　坡滑动面（软弱结构面）的倾角小于坡角时，坡面静水压力传到滑　当雨水降落在边坡表面时，由于砂土的孔隙大，渗透性强，水　动面上的切向分量为抗滑力，对边坡稳定有利。当滑动面倾角大　会沿着砂土中孔隙向下渗透。在水的作用下砂粒间的摩擦角　于坡角时，则切向分量为下滑力，不利于边坡的稳定　２。　将减小，内摩擦力也将减小。当边坡的排水通道不通畅或者存在　当地下水位下降时，由于渗流力的存在，加大了土坡的下滑　隔水层时，水将进一步充满土坡孔隙，从而产生较大的孔隙水压　力，同时地下水流速的加大，促使土的潜蚀作用，这些因素对边坡　力。孔隙水压力会对砂粒产生浮托力，一方面减轻了砂粒的重力　的破坏起促进作用。另外，由于水位下降，土颗粒的粘聚力增大，　作用；另一方面减弱了砂粒之间的相互作用，降低了砂土的有效　边坡的重度有所增大，所以抗滑力也有所增加，但是由于水对坡　应力，从而使整个土坡的抗剪强度下降。此外，还有土中含水量　面的压力撤消，使边坡的结合面放松，这样抗滑力的增加就有限。　的增加会加大边坡土的下滑力。两者的综合作用使得边坡的强　综合几方面，地下水位的下降还是会降低边坡稳定性的。　度和稳定性急剧下降，当下滑力超过土的抗剪强度时，边坡则发　生失稳破坏。　３　Ｇｅｏ－ｓｌｏｐｅ软件计算不同水位对边坡的影响　１．２地下水对粘土边坡的影响　Ｇｅｏ－ｓｌｏｐｅ是Ｇｅｏ－ｓｌｏｐｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｌｔｄ．出品的岩土商用软　在通常稳定情况下，粘土边坡呈硬塑、可塑状态，地表有裂隙　件，在世界范围内应用十分广泛。下面通过水位这单一因素的变　存在。粘土颗粒之间粘聚力较大，整个土体的抗剪强度较大，压　化时边坡的极限平衡分析，解析地下水位、滑动面位置以及安全　缩性较低，土坡稳定性好。在雨水的作用下，水顺着裂隙流入土　系数的大致关系。　Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ＷＡＮＧ　Ｌｉ－ｌＩｅｎｇ　Ａｌ￣ｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｌｉｖｉｎｇ　ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　ｓｙｓｔｅｍ，ｉｔ　ｓｕｍｓ　ｕｐ　ｔｈｅ　ｍｅｒｉｔｓ　ｏｆ　ｓｔｅｅｌ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ＣＯＩＴＩ—　ｐｏｓｉｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｒｕｅ，ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｎ　ａｎｄ　ｏｕｔ　ｏｆ　ａｂｒｏａｄ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｍｅｒｉｔｓ　ｏｆ　ｕｓｉｎｇ　ｍｏｒｅ　ａｐｐｌ￣ｎｇ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｔｒｕｃ—　ｔｕｒｅ　ｉｎ　ｎａｔｉｏｎａｌ　ｐｒｏｊｅｔｓ　ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ，ａｎａｌｙｓｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｒＩ￣ｓ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｉｎ　ｏｃｍｔｘ３ｓｉｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ　ｇｉｖｅｓ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｒｅ—　ｓｅａｒｃｈ　ｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｔｅｅｌ　ｐｉｐｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐｉｌｅ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｌａｔｅ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｂｅａｍ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　收稿日期：２００７—０９—１２　作者简介：姚尧（１９８３一），男，武汉科技大学资源与环境工程学院硕士研究生，湖ｊＥ武汉４３００８１　盛建龙（１９６４一），男，教授，武汉科技大学资源与环境工程学院，湖北武汉４３００８１　夏　敬（１９８３一），女，武汉科技大学资源与环境工程学院硕士研究生，湖ｊＥ武汉４３００８１　维普资讯 http://www.cqvip.com

２　０　０　８年１月　第３４卷第３期　姚尧等：地下水位对土质边坡的影响研究　眦／　量ｇ宙　８　６　４　２　０　８　６　４　２　０　８　６　４　２　０　８　６　４　２　０　山／　ｌＩ　ｇ团　・１２１・　８　６　４　２　０　８　６　４　２　０　通过观察图１～图４可发现，随着地下水位的上升，滑动面不　如图１所示边坡问题，边坡土质分为三层，上层粉质粘土２　ｍ　厚，密度为１８．８　ｋＮ／ｍ３，粘聚力１２　ｋＰａ，内摩擦角２１。；中层粉质　断向外移动，而且其最小安全系数也伴随减小（见表１），其下降幅　粘土３　ｍ厚，密度为１８．２　ｋＮ／ｍ３，粘聚力５．８　ｋＰａ，内摩擦角２３。；　度也越来越大。当地下水位已经超过坡脚时，滑动面会越过坡　下层粘土５　ｍ厚，密度为１９．２　ｋＮ／ｍ３，粘聚力８．５　ｋＰａ，内摩擦角　顶，形成坡面和坡脚失稳，发生局部的坡脚破坏（见图４）。　１８。，开挖深度１０　ｍ，基岩位于开挖面下４　ｍ处。　由于Ｇｅｏ－ｓｌｏｐｅ在每一次的计算中不能自由调节水位，所以将　水位作为边界条件加以变化，分别计算。将滑动面的范围规定在　上部距离坡肩４　ｍ处，下部为距离坡脚２　ｍ处。水位从１０　ｍ变　表１地下水位与边坡最小安全系数的关系　地下水位／ｍ　｛８　ｊ　９　ｊ　１０　Ｊ　１１　ｌ　１２　１３　最小安全系数／商ｓ｝ｌｏｐ　Ｊ　１　１１２｝１　１１２　ｌ　１　１１２　ｊ　１．０６２　ｊ　０．９４２　０．７４１　土质边坡失稳的原因在前面已经提到了一部分，此外还有一　化到１３　ｍ，随着坡头水位的增高，其浸润线也会随之增高。　些也值得工程建设者注意。例如水对土体的化学效应对滑坡也　在计算时主要采用的Ｂｉｓｈｏｐ条分法，水位变化时边坡所对应　起到了相当大的作用。孔隙水在边坡内部充分与土体中的矿物　的最小安全系数也直接反映在结果图片中，如图１～图４所示。　颗粒和晶体接触，发生化学反应，使其生成了一些新的矿物质，而　其中的某些物质具有很强的分散性，逐渐降低了土体的强度。　一在天然的状况下，土坡经历降雨一干燥一降雨这样的气候，　次次的水位变化将引起土体颗粒和晶体的膨胀内力变化，这种　应力是不均匀的，随着次数的加多，土体中的部分矿物颗粒将分　散破裂，内聚力明显下降。　通过Ｇｅｖ－ｓｌｏｐｅ的演示，边坡稳定性降低的过程很鲜明地呈现　４　８　１２　１６　２０　２４　２８　３２　Ｄｉｓ￣ｎｃｅ／ｍ　３６　４０　４４　在面前，对于理解其破坏过程有很好的促进作用。　图１　地下水位为１０ｍ时滑动面示意图　４边坡治水　在实际的工程实践中，边坡治理涉及到很多方面的内容，地　下水可以湿化坡体，降低土体强度，润化滑面，促使和加剧坡体滑　动，故有“十滑九水”之说，所以治坡先要治水，排水工程是整治滑　坡病害中一项极其重要的内容。排水工程包括地表排水和地下　排水。地表排水主要有：地表截水沟、夯实、植被、锚喷、灌浆等方　法；地下排水主要有：盲沟、截水渗沟、地下隧洞、钻孔排水、集水　４　８　１２　１６　２０　２４　２８　３２　３６　４０　４４　井、立体排水等方法和工艺　３　Ｊ。　任何排水措施的施工及其方案的确定，必须搞清楚地下水补　给、径流和排泄条件，否则，不能收到预期效果。应使其尽量做到　排泄地表水和疏导地下水，以减少引起滑动块体的重量，增加组成　斜坡物质的强度。同时，还应该考虑排水系统的完整性和总体性。　Ｄｉ￣ａｎｃｅ／ｍ　图２地下水位为１１ｍ时滑动面示意图　５结语　地下水是边坡失稳的主要条件之一，地下水可以湿化坡体，　降低土体强度，润化滑面，促使和加剧坡体滑动。通过Ｇｅｏ－ｓｌｏｐｅ　的计算，地下水位的提高对于边坡的稳定有着极为不利的影响。　４　８　１２　１６　２０　２４　８　３２　２３６　４０　４４　Ｄｉｓ￣ｎｃｅ／ｍ　随着水位的增高，滑面会逐渐向外移动，当水位超过坡脚时，滑面　会越过坡顶，破坏坡面和坡脚。边坡的治理过程中，以防为主，水　的治理应首当其冲。　参考文献：　图３地下水位为１２ｍ时滑动面示意图　乓１２　［１］陈祖煜．土质边坡稳定分析——原理－方法・程序［Ｍ］．北京：　中国水利水电出版社，２００３．　［２］叶华成．水对边坡稳定的影响［Ｊ］．路基工程，２００５（４）：２９—３０．　；　４　８　１２　１６　２０　２４　Ｄｉ．，￣ｌｃｅ／ｍ　［３］廖育民．地质灾害预报预警与应急指挥及综合防治实务全书　ｌ　Ｍ｝．哈尔滨：哈尔滨地图出版社，２００３．　８　３２　３６　４２０　４４　［４］袁祥宁，单景义，张光辉．基于毕肖普模式的边坡稳定可靠度　分析［Ｊ］．山西建筑，２００７，３３（２７）：１１３—１１４．　图４　地下水位为１３　Ｉｎ．时滑动面示意图　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　ａｆｆｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｇｒｏｕｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｌｅｖｅｌ　ｔｏ　ｓｏｉｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｓｌｏｐｅ　ＹＡＯＹａｏ　ＳＨＥＮＧＪｉａｎ－ｌｏｎｇ　ＸＩＡ　Ｂｕ－ｊｉｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｍｉｎｇ　ｌａｎｄｓｌｉｄｅ　ｉｓ　ｔｒｅｍｅｎｄｏｌｌｓ　ｈａｒｍ　ｆｏｒ　ｈｕｍａｎ　ｂｅｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｉｖｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ．Ｉｔ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈａｔ　ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｎ　ａｌｌ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｓｏｉｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｓｌｏｐｅ，ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｏｆ　ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ　ｌｅｖｅｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｍｕｍ　ｓａｆｅ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｌｏｐｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｇｅｏ－ｓｌｏｐｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｓｌｏｐｅ　ｆｉｒｓｔ　ｆｌｏｏｄｉｎｇ　ｉｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｗｅ　ｓｈｏｕｌｄ　ｐａｙ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｔｉｃｋｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ　ｍａｉｎ　ｐｏｉｎｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｏｉｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｓｌｏｐｅ，ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ，Ｇｅｏ－ｓｌｏｐｅ，ｔｈｅ　ｍｉｎｉｍｕｍ　ｓａｆｅ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ