水對邊坡穩(wěn)定性的影響及防護(hù)措施

1、水對邊坡穩(wěn)定性的影響及防治措施09 土木工程：陳凱指導(dǎo)教師：高雪冰（黃山學(xué)院建筑工程學(xué)院，安徽，黃山245041）摘要：試驗(yàn)研究了不同含水率邊坡土的抗剪強(qiáng)度大小及其變化規(guī)律，以此分析含水率對邊坡穩(wěn) 定性的影響。結(jié)果表明：邊坡土隨著含水率的增加其抗剪強(qiáng)度降低，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降。針 對實(shí)驗(yàn)結(jié)果和黃山邊坡土的特點(diǎn)，對邊坡土中的水進(jìn)行合理的排泄，以確保邊坡的穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：建筑工程含水率抗剪強(qiáng)度邊坡排水邊坡穩(wěn)定性1引言1.1影響土體抗剪強(qiáng)度的因素分析土是由固體顆粒、氣體、水三部分組成的，稱為土的三相組成。隨著三相物質(zhì)的體積和質(zhì)量 的比例不同，土的密度、土粒密度、土的含水率不同，而這些性質(zhì)又決定了土

2、的滲透性、壓縮性、 土的抗剪強(qiáng)度也不相同。影響土體的抗剪強(qiáng)度因素很多，主要有土的組成、土的密度、孔隙比、 土的含水率等1。土的組成包括有顆粒棱角、礦物類別、顆粒級(jí)配等。一般級(jí)配良好的土，由于粒間接觸多， 比均勻士的咬合作用強(qiáng)，并且每一接觸壓力都比均勻土小，因而顆粒破碎要少，其內(nèi)摩擦角比均 勻土的大。另外土粒越大，形狀越不規(guī)則，表面越粗糙，則抗剪強(qiáng)度越大。土的密度越大，土粒間的咬合作用力越大，受剪時(shí)首先須克服咬合作用，才能產(chǎn)生相對猾動(dòng)。 此外，土的密度大也意味著土粒間的孔隙小，接觸密實(shí)，原始內(nèi)聚力較大。所以土的原始密度越 高，其抗剪強(qiáng)度越大，土體的初始孔隙比越小，咬合摩擦力越大，受剪破壞時(shí)所需的

3、能量也越大， 土體就更加難以破壞。土的含水量對抗剪強(qiáng)度的影響尤為最甚。當(dāng)含水量增加時(shí)，水分在較大土粒表面形成潤滑 劑，使摩擦阻力減?。粚︻w粒細(xì)小的粘土粒，使其結(jié)合水分子膜變厚實(shí)，從而降低土的粘聚力， 減少土的抗剪強(qiáng)度。尤其對非飽和土來說，含水率的變化對土體的抗剪強(qiáng)度影響要遠(yuǎn)大于其它因素，所以土體 破壞大都是由水（地表水和地下水）引起的。當(dāng)土中含水率較高時(shí)，土中的孔隙水就會(huì)向外排出， 而一定的水力梯度形成的動(dòng)水壓力增加了空隙水滲流方向的滑動(dòng)力。雨水大量滲入邊坡土體，地 下水位上升，導(dǎo)致巖土強(qiáng)度下降，容重增加，并在坡體內(nèi)產(chǎn)生地下水滲流，從而使邊坡土下滑力 增加，抗滑力減少，抗剪強(qiáng)度降低2。1.2、

4、黃山地區(qū)的地勢情況從地質(zhì)上看，黃山在大地構(gòu)造上屬于皖南地向斜中太平復(fù)向斜之南翼，南與江南臺(tái)背斜相鄰， 北和下?lián)P子撤陷銜接，地處兩大單元過渡地帶。此性質(zhì)決定了黃山地區(qū)多山且邊坡分布也較多， 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類越來越多的工程活動(dòng)破壞了自然坡體，因而近年來邊坡失穩(wěn)發(fā)生越來越頻 繁，有愈演愈烈的趨勢，其中絕大部分都是由降雨引起的，并造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和大量的人 員傷亡，我們應(yīng)加以重視。本文通過研究土的含水率與土體的抗剪強(qiáng)度之間的關(guān)系，由此找出水對邊坡穩(wěn)定性的影響， 然后采取正確的排水措施，對土體中的水進(jìn)行合理的疏導(dǎo)。俗語說“治坡必先治水”，在邊坡比 較多的黃山地區(qū)，研究這一項(xiàng)目具有其一定的經(jīng)濟(jì)效益

5、和社會(huì)效益。2直剪試驗(yàn)2.1試驗(yàn)原理直接剪切試驗(yàn)就是直接對試樣進(jìn)行剪切的試驗(yàn)，是測定土的抗剪強(qiáng)度的一種常用的方法，通 常采用多個(gè)試樣，分別在不同的垂直壓力p作用下，施加水平剪切力，測的試樣破壞時(shí)的剪切應(yīng) 力T，然后根據(jù)庫侖定律Tf = c + b tan甲，確定土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)摩擦角中和粘聚力c。2.2試驗(yàn)步驟用環(huán)刀切取試件，將試樣表面削平放入直剪儀內(nèi)，施加垂直壓力（100kpa ）后拔去固定銷。 開動(dòng)秒表，同時(shí)以每分鐘4-12轉(zhuǎn)得均勻速度轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，待到量力環(huán)中的測微表指針不在前進(jìn)或 有后退，既說明試樣以破壞，讀取測微表的讀數(shù)并記錄于表。2.3儀器設(shè)備應(yīng)變控制式直接剪切儀百分表：量程1-10

6、mm，最小分度為0.01mm其它：切土刀、環(huán)刀、秒表、濾紙、鋼絲鋸等。2.4、數(shù)據(jù)處理t = CRT 土的抗剪強(qiáng)度C量力環(huán)系數(shù)R量力環(huán)最大變形表1邊坡土樣不同含水率下抗剪強(qiáng)度含水率3 (%)21.57 21.72 21.9522.42 22.52 24.94 26.58 26.61 27.06 30.09 33.38 量力環(huán)最大變抗剪強(qiáng)度T (KPa)形 R 69.00 59.50 52.80 53.00 53.90 55.00 54.00 51.00 50.90 48.00 45.00 (kpa/0.01m)116.1 100.1 88.80 89.15 90.66 92.51 90.83

7、87.29 84.10 80.74 75.69量力環(huán)系數(shù) C=1.628(Kpa/0.01mm)圖1含水率與抗剪強(qiáng)度的關(guān)系3邊坡穩(wěn)定性分析3.1由表1可以發(fā)現(xiàn)如下規(guī)律：隨著含水率的增大，土的抗剪強(qiáng)度T先減小，后增加再減 小，其總體趨勢是隨著含水率的增大土的抗剪強(qiáng)度T減小。3.2圖1曲線變化形態(tài)更直觀的展現(xiàn)了土的含水率與的抗剪強(qiáng)度t關(guān)系。由上述試驗(yàn)數(shù)據(jù) 可知土的含水率越高其抗剪強(qiáng)度越低，由此可推出邊坡的含水率越高其安全系數(shù)越低。3.3水對邊坡的影響主要是水的滲入導(dǎo)致邊坡土的含水量增加，使土中的抗剪能力部分消失 或全部消失，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)總體趨勢先減小后增大再減小，其結(jié)果可能誘發(fā)邊坡失穩(wěn)?；谒?

8、對邊坡穩(wěn)定影響較大，所以對邊坡進(jìn)行治理必須先進(jìn)行邊坡排水3。4邊坡排水方法在邊坡治理中，治坡必先治水，邊坡排水包括坡面排水和坡體排水，在對邊坡做排水處理時(shí) 一般采取這六種措施。4.1截水排水溝為了減少地表徑流匯入邊坡，在距離穩(wěn)定性欠佳的邊坡或老滑坡后緣最遠(yuǎn)處裂縫5m以外的 穩(wěn)定斜坡面上置外圍截水排水溝。斷面尺寸以該地區(qū)最大降雨強(qiáng)度時(shí)水流不漫溝為標(biāo)準(zhǔn)。溝底高 程和溝底比降以順利排除攔截地表水為原則。平面上依地形而定，多呈“人”字形展布，如圖2。圖2截水排水溝圖3噴射混凝土護(hù)面4.2噴射混凝土護(hù)面地下水位較低或者不受地下水位影響的邊坡，為了減少雨水滲入邊坡，在截水排水溝以內(nèi)的 天然地表及開挖坡面可

9、以采用噴射混凝土防護(hù)的方法，其厚度一般8-15cm。風(fēng)化較為嚴(yán)重的部位 可以采取掛網(wǎng)噴射混凝土的防護(hù)方法。在噴射混凝土防護(hù)區(qū)域，每隔2-5m設(shè)置一個(gè)排水孔，孔 深50-200cm，直徑50mm-100mm。排水孔排出的水匯集到坡面縱橫向排水溝排走，如圖3。4.3空心磚植草護(hù)面在邊坡治理中，大量工程實(shí)踐證明：大面積封閉式防護(hù)措施，往往不僅因排水不暢造成開裂 破壞，而且與周圍環(huán)境不協(xié)調(diào)，不符合人們?nèi)找嬖鲩L的對生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求。當(dāng)邊坡的山體較 為平緩，地下水位在弱風(fēng)化層以上，且地下水的補(bǔ)給源又無法切斷時(shí)，此時(shí)如果坡面防護(hù)采取噴 射混凝土防護(hù)，就顯然是對地下水的排泄起圍堵作用，地下水不能排泄出去，地

10、下水位就會(huì)升高， 水壓力就會(huì)增大，對邊坡的穩(wěn)定就會(huì)造成很大的影響。因此噴射混凝土防護(hù)措施是不可取的。很顯然，空心磚植草護(hù)面是一個(gè)明智的選擇。因?yàn)榭招拇u植草護(hù)面既能對坡面起防護(hù)作用，又不 影響地下水的排泄，而且保護(hù)整個(gè)邊坡的生態(tài)環(huán)境。為了保證地下水排泄順暢，可以在適當(dāng)?shù)牟?位鉆排水孔，其位置和深度視地下水的位置和埋深情況而定，如圖4。圖4空心磚植草護(hù)面圖5坡面排水孔體系4.4坡面排水孔體系坡面的排水孔體系在上面已經(jīng)提到。在噴射混凝土和空心磚植草護(hù)面兩種工程措施中，一般 都要配以排水孔，其深度的和直徑根據(jù)坡面排水狀況而定，如圖5。4.5排水洞為攔截滑坡體后山和滑坡體后部深層地下水及降低滑坡體內(nèi)地下

11、水位，橫向攔截排水隧洞修 于滑坡體后緣滑動(dòng)面以下，與地下水流向基本垂直；縱向排水疏干隧洞可建在滑坡體內(nèi)，兩側(cè)設(shè) 置與地下水流向基本垂直的分支截排水隧洞仰斜排水孔，如圖6。4.6排水盲溝盲溝又叫暗溝，是一種地下排水渠道，用以排除地下水，降低地下水位。當(dāng)滑坡體內(nèi)有積 水濕地和泉水露頭時(shí)，可將排水溝上端做成滲水盲溝，伸進(jìn)濕地內(nèi)，達(dá)到疏十濕地內(nèi)上層滯水的 目的。滲水盲溝用不含泥的塊石、碎石填實(shí)，兩側(cè)和頂部做反濾層，用于在一些要求排水良好的 活動(dòng)場地，如體育館地下水位高影響植物生長可以用盲溝，如圖7。圖6排水洞圖7排水盲溝5黃山地區(qū)邊坡常用的排水措施由于特殊的地理?xiàng)l件和城市發(fā)展需要，黃山市在邊坡排水大都

12、采用截面排水溝和空心磚植草 護(hù)面。采用截面排水溝的方法進(jìn)行邊坡排水，其造價(jià)便宜且排水效果顯著，但缺點(diǎn)是不美觀。黃 山市是國際旅游城市，保持城市的美觀與整潔性是非常有必要的。所以近幾年空心磚植草護(hù)面的 方法應(yīng)用發(fā)展比較快，空心磚植草護(hù)面既能對坡面起防護(hù)作用，又不影響地下水的排泄，最主要 的是美化了整個(gè)邊坡的生態(tài)環(huán)境。6總結(jié)6.1 了解含水率對邊坡土性質(zhì)的影響是研究含水率對邊坡穩(wěn)定性影響的基礎(chǔ)，基于以上考慮， 進(jìn)行不同含水率土的抗剪試驗(yàn)。其結(jié)果：水的滲入導(dǎo)致邊坡土的含水率增加，使土體的抗剪強(qiáng)度 和穩(wěn)定性系數(shù)降低。6.2邊坡排水應(yīng)該采用坡面排水和坡體排水這兩種措施，來確保邊坡的穩(wěn)定性。6.3總之，對邊坡的排水措施，目前有很多排水方法，但不同的排水方法有其不同的適用性, 應(yīng)針對不同邊坡的特性，在保證邊坡穩(wěn)定性安全的前提下兼顧經(jīng)濟(jì)效益作出最恰當(dāng)?shù)倪x擇。參考文獻(xiàn)：李鏡培，梁發(fā)云,趙春風(fēng).土力學(xué)M.高等教育出版社,200