一種降雨型邊坡穩定性的防治方法

(青島理工大學、山東省地質環境與效應工程技術研究中心 山東 青島 266033)

一種降雨型邊坡穩定性的防治方法

牛肖賀可強王通信校陽

(青島理工大學、山東省地質環境與效應工程技術研究中心山東青島266033)

在我國發生的各類地質災害中，滑坡已成為僅次于地震的第二大地質災害。大量滑坡統計數據表明，降雨是觸發滑坡地質災害的主要誘因。隨著雨水的入滲，地下水位抬升，邊坡土體飽和度逐漸增加，孔隙水壓力明顯上升，對應的基質吸力不斷降低進而引起土體及潛在破裂面抗剪強度下降，當降雨強度和持時達到一定程度時，便會導致邊坡失穩。因此，針對降雨的滑坡的作用機制與規律，及時采取相應的災害防治措施并減小或根除降雨型滑坡災害的風險在減災防災領域具有十分重要的科學意義和工程應用價值。

降雨型邊坡；擋土墻；排水孔

一、引言

擋土墻是邊坡失穩防治中經常采用的有效防治工程措施之一，對于大型滑坡來說，擋土墻是滑坡排水、抗滑等綜合措施的一部分。但是在極端降雨條件下，擋土墻中地下水無法迅速向墻外排泄，使得地下水位驟然上升，其潛在滑動體飽水面積比會因此驟然增大，導致擋土墻的整體穩定性系數驟減，最終將導致擋土墻變形加大而產生滑移、鼓出等[1,2]。所以在墻身設置足夠排水孔是確保擋土墻穩定的關鍵所在。不管是對土質邊坡還是巖質邊坡，邊坡滲流與排水工程的優化設計是邊坡穩定性控制的關鍵，能否及時將坡體內地下水全面有效排出去是決定邊坡穩定性與排水工程設計成敗的關鍵[3]。

在邊坡治理工程中，擋墻上布設排水孔是經常采用的地下排水措施。然而在實際工程中，很少考慮遭遇強降雨尤其極端降雨時擋土墻的排水功能與排水設計等問題，排水孔布設與設計一般是照搬規范，或者根據經驗計算公式簡單布設，排水孔的布置設計方法存在一定的隨意性與局限性，如排水孔往往在邊坡下部簡單布置兩排、在邊坡中間代表性部位小范圍布置或者為保證排水效果而盲目加密等[4]。

二、邊坡滲流場的分析

(一)邊坡土體水位值的監測及水力梯度i的確定

在雨季強降雨過后，運用高密度電阻率法[5]選取待測定邊坡坡面起伏不大的地段布設測線，在測線上布置電極，用多芯電纜將測線上的電極連接到電極轉換裝置上，再用電極轉換裝置將這些電極組合成指定的電極裝置，進而用數據采集儀測定該剖面下方電阻率分布情況，并根據電阻率與含水率具有負相關關系的原理，找到電阻率突變的測點，將這些點連接，即為地下水位線(見圖1)。將地下水位線近似成折線，計算每段的水力梯度，即單位滲流路徑上的水頭損失，根據式(1)確定每段水力梯度im：

(1)

式中，ΔLm—每段水位線的水平距離；

Δhm—每段的水位差。

最后取各段水力梯度的平均值作為邊坡的水力梯度i：

(2)

圖1 邊坡溫納裝置排列方式及水位線示意圖

(二)邊坡坡體飽和滲透系數k的確定

飽和土體滲透系數的測定采用常水頭試驗法，常水頭試驗法即在整個試驗過程中保持水頭為一常數，從而水頭差也為常數。通過鉆孔取樣，并將試樣放入試驗儀器中，飽和試樣的截面積為A，長度為l1，試驗時的水位差保持為h，用量筒和秒表測得時段t內流經試樣的水量為V，則滲透系數根據式(3)確定：

(3)

(三)邊坡擋墻豎向截面水流速度v及流量Q的確定

1.根據上面求得的滲透系數k和水力梯度i可求出豎向截面水流速度：

v=ki

(4)

2.根據達西定律，擋墻豎向截面上的流量Q可根據式(5)確定：

Q=kAi

(5)

三、擋土墻上排水孔的布置

根據上面求出的擋墻豎向截面上的流量Q，在擋土墻上布設排水孔，采用梅花形布置，相鄰兩排的排水孔是錯位布置的，見圖2。

圖2 排水孔梅花形布置圖

排水孔的個數和直徑的設置依據擋墻豎向截面上的流量Q和邊坡尺寸自行設計，只要保證這些排水孔能把水排出去即可。

四、結論

本文針對當前降雨型邊坡穩定性確定方法的缺陷與不足，對邊坡擋土墻排水孔進行了優化設計。通過對極端降雨環境下邊坡飽和土體進行滲流場分析，進而在降雨入滲的基礎上對滲流場斷面上的流量進行預測，根據單位時間內降雨入滲量與擋土墻后邊坡斷面流量間關系確定出擋墻排水孔的布置形式，來排除極端降雨情況下滲入土體中的地下水，從而達到減輕擋土墻后水壓力，確保邊坡與擋土墻穩定性的目的。

[1]劉新喜.庫水位下降對滑坡穩定性的影響及工程應用研究[D]：[碩士學位論文].武漢,中國地質大學,2003.

[2]張平,李日運.降雨入滲補給地下水的影響因素[J].遼寧大學學報,1999,26(2):118-122.

[3]錨桿擋土墻在邊坡防護中力學機理的研究[D].周恒宇,西南交通大學,2010.

[4]重力式擋土墻可靠度研究[D].蔡陽,西南交通大學,2005.

[5]王宇璽,肖宏躍,雷宛,等.高密度電法探測未知目標體的技術及其效果[J].工程勘察,2009,(11):86-90.

牛肖(1993.08-)，女，研究生在讀，土木工程專業。