渠道滑坡變形分析

劉延明，毛文友，李麗波

（黑龍江省引嫩工程管理處，黑龍江安達 151400）

1 渠道滑坡種類

北方輸水渠道多為土方開挖明渠，經過多年運行大部分渠道出現邊坡坍塌、滑坡現象，嚴重處岸線退至壩腳，部分地段裂縫長達數公里。滑坡是土方明渠變形的一個重要原因。渠道滑坡主要有板狀滑坡、圓弧滑坡、復合式渠岸滑坡和地表沖刷引起的滑坡等幾種類型。

2 渠道滑坡及穩定性簡要分析

當渠岸承受作用力（或因渠岸以上土壤重量，或因滲透流力而引起的剪應力）超過岸坡土壤的最大抗剪強度時，渠岸就將發生坍塌。以土壤抗剪強度與土壤承受的剪應力之比定義為安全系數。

當Fs=1.0時，坍塌即將發生;若增大Fs值，穩定性將隨之逐漸增大。

給出了土壤抗剪強度的計算公式，針對不同土壤和條件，有以下幾種情況。

1）當黏聚性的黏土因應力快速變化而發生剪切破壞時，剪切過程隨即發生。但總體積并無變化，因為沒有足夠時間供土壤排水。在此情況下，黏土的特性就如其抗剪角度為零，其抗剪強度由下式給定。

式中：CU為未排水黏土強度。

2）若剪切過程發展緩慢，足以供土壤排水（從而體積發生變化），則抗剪強度可按有效應力關系給出下公式。

式中：'表示有效應力參數，而σ'=σ-u，其中u為該種土壤的單元孔隙水壓力。

荷載變化緩慢的天然岸坡屬于這種類型，對些進行穩定性分析時，需考慮滲透性和地下水位等因素。

3）對于非黏聚性的土壤（如粗砂和礫石），由于c'為零，抗剪強度按下式計算：

4）平面滑動分析是研究單個板狀或楔形的土體的穩定性問題，需考慮的主要作用力是楔體或板塊的重力，作用在潛在坍塌面上的法向力，以及作用在該抗滑面上的的剪切力（如圖1所示）。在分析中首先假定潛在的坍塌面，并估算出安全系數。爾后，分析研究其它可能的坍塌面。抗滑動坍塌的安全系數一般表達式為：

式中：α為渠岸坡度;β為潛在坍塌面的角度;H為坡高。

5）與上述的平面滑坡分析同理，圓弧滑坡必須分析一系列潛在滑動面，以確定安全系數最小的滑動面。通過分析，即可找出將發生滑坡的潛在滑動面。分析圓弧滑坡的簡單方法是設定一個圓弧滑動面（如圖2所示）。分析的過程首先是建立土條重量相對于圓心的擾動力矩和沿滑動面作用的切向抗力所引起的阻抗力矩的方程式。

目前比較通用的方法是將扇形土體分成一系列土條，然后估算作用在土條上的力（圖3所示）為簡便起見，假定土條之間的力抵消了。并且在各土條內，只有重力和沿滑動面的剪切力保持均衡。這種方法應用較為方便。而且可包容土壤參數中的各種變量及各條之間的孔隙水壓力。此外，拉裂縫（干的和充水的裂縫）存在的影響也可包括在分析之中。對所有土條，按每一條的作用力求和，給出安全系數表達式如下：

式中：W為土條重量;L為其沿滑動面量測的長度。

6）復合式渠岸的坍塌取決于各土層的特性及厚度，以及其相對位置。一般來說，在岸坡下面的砂/礫石層受到更快速的表面沖刷，造成上部黏性渠岸的潛淘。若復合渠岸比較高，上部黏性渠岸相當厚，且其上還覆蓋有一層軟弱層，則可能在兩土層之間的接觸面發生運動而引起圓弧滑坡。當渠岸土層足夠厚時，則可能發生板狀坍塌。對于較低矮的復合渠岸，潛淘可能形成較大“懸崖”。這種懸空的土體將發生受拉崩塌埂式崩塌。

圖1 平面滑動分析示意圖

圖2 圓弧滑動面示意圖

圖3 土條作用力示意圖

[1]錢德玲.土力學[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.