一種降雨型邊坡穩(wěn)定性的防治方法

(青島理工大學(xué)、山東省地質(zhì)環(huán)境與效應(yīng)工程技術(shù)研究中心 山東 青島 266033)

一種降雨型邊坡穩(wěn)定性的防治方法

牛肖賀可強(qiáng)王通信校陽(yáng)

(青島理工大學(xué)、山東省地質(zhì)環(huán)境與效應(yīng)工程技術(shù)研究中心山東青島266033)

在我國(guó)發(fā)生的各類地質(zhì)災(zāi)害中，滑坡已成為僅次于地震的第二大地質(zhì)災(zāi)害。大量滑坡統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，降雨是觸發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)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(duì)應(yīng)的基質(zhì)吸力不斷降低進(jìn)而引起土體及潛在破裂面抗剪強(qiáng)度下降，當(dāng)降雨強(qiáng)度和持時(shí)達(dá)到一定程度時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。因此，針對(duì)降雨的滑坡的作用機(jī)制與規(guī)律，及時(shí)采取相應(yīng)的災(zāi)害防治措施并減小或根除降雨型滑坡災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)在減災(zāi)防災(zāi)領(lǐng)域具有十分重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

降雨型邊坡；擋土墻；排水孔

一、引言

擋土墻是邊坡失穩(wěn)防治中經(jīng)常采用的有效防治工程措施之一，對(duì)于大型滑坡來(lái)說(shuō)，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(wú)法迅速向墻外排泄，使得地下水位驟然上升，其潛在滑動(dòng)體飽水面積比會(huì)因此驟然增大，導(dǎo)致?lián)跬翂Φ恼w穩(wěn)定性系數(shù)驟減，最終將導(dǎo)致?lián)跬翂ψ冃渭哟蠖a(chǎn)生滑移、鼓出等[1,2]。所以在墻身設(shè)置足夠排水孔是確保擋土墻穩(wěn)定的關(guān)鍵所在。不管是對(duì)土質(zhì)邊坡還是巖質(zhì)邊坡，邊坡滲流與排水工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)是邊坡穩(wěn)定性控制的關(guān)鍵，能否及時(shí)將坡體內(nèi)地下水全面有效排出去是決定邊坡穩(wěn)定性與排水工程設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵[3]。

在邊坡治理工程中，擋墻上布設(shè)排水孔是經(jīng)常采用的地下排水措施。然而在實(shí)際工程中，很少考慮遭遇強(qiáng)降雨尤其極端降雨時(shí)擋土墻的排水功能與排水設(shè)計(jì)等問(wèn)題，排水孔布設(shè)與設(shè)計(jì)一般是照搬規(guī)范，或者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式簡(jiǎn)單布設(shè)，排水孔的布置設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(chǎng)的分析

(一)邊坡土體水位值的監(jiān)測(cè)及水力梯度i的確定

在雨季強(qiáng)降雨過(guò)后，運(yùn)用高密度電阻率法[5]選取待測(cè)定邊坡坡面起伏不大的地段布設(shè)測(cè)線，在測(cè)線上布置電極，用多芯電纜將測(cè)線上的電極連接到電極轉(zhuǎn)換裝置上，再用電極轉(zhuǎn)換裝置將這些電極組合成指定的電極裝置，進(jìn)而用數(shù)據(jù)采集儀測(cè)定該剖面下方電阻率分布情況，并根據(jù)電阻率與含水率具有負(fù)相關(guān)關(guān)系的原理，找到電阻率突變的測(cè)點(diǎn)，將這些點(diǎn)連接，即為地下水位線(見(jiàn)圖1)。將地下水位線近似成折線，計(jì)算每段的水力梯度，即單位滲流路徑上的水頭損失，根據(jù)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(shù)k的確定

飽和土體滲透系數(shù)的測(cè)定采用常水頭試驗(yàn)法，常水頭試驗(yàn)法即在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中保持水頭為一常數(shù)，從而水頭差也為常數(shù)。通過(guò)鉆孔取樣，并將試樣放入試驗(yàn)儀器中，飽和試樣的截面積為A，長(zhǎng)度為l1，試驗(yàn)時(shí)的水位差保持為h，用量筒和秒表測(cè)得時(shí)段t內(nèi)流經(jīng)試樣的水量為V，則滲透系數(shù)根據(jù)式(3)確定：

(3)

(三)邊坡?lián)鯄ωQ向截面水流速度v及流量Q的確定

1.根據(jù)上面求得的滲透系數(shù)k和水力梯度i可求出豎向截面水流速度：

v=ki

(4)

2.根據(jù)達(dá)西定律，擋墻豎向截面上的流量Q可根據(jù)式(5)確定：

Q=kAi

(5)

三、擋土墻上排水孔的布置

根據(jù)上面求出的擋墻豎向截面上的流量Q，在擋土墻上布設(shè)排水孔，采用梅花形布置，相鄰兩排的排水孔是錯(cuò)位布置的，見(jiàn)圖2。

圖2 排水孔梅花形布置圖

排水孔的個(gè)數(shù)和直徑的設(shè)置依據(jù)擋墻豎向截面上的流量Q和邊坡尺寸自行設(shè)計(jì)，只要保證這些排水孔能把水排出去即可。

四、結(jié)論

本文針對(duì)當(dāng)前降雨型邊坡穩(wěn)定性確定方法的缺陷與不足，對(duì)邊坡?lián)跬翂ε潘走M(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)極端降雨環(huán)境下邊坡飽和土體進(jìn)行滲流場(chǎng)分析，進(jìn)而在降雨入滲的基礎(chǔ)上對(duì)滲流場(chǎng)斷面上的流量進(jìn)行預(yù)測(cè)，根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)降雨入滲量與擋土墻后邊坡斷面流量間關(guān)系確定出擋墻排水孔的布置形式，來(lái)排除極端降雨情況下滲入土體中的地下水，從而達(dá)到減輕擋土墻后水壓力，確保邊坡與擋土墻穩(wěn)定性的目的。

[1]劉新喜.庫(kù)水位下降對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響及工程應(yīng)用研究[D]：[碩士學(xué)位論文].武漢,中國(guó)地質(zhì)大學(xué),2003.

[2]張平,李日運(yùn).降雨入滲補(bǔ)給地下水的影響因素[J].遼寧大學(xué)學(xué)報(bào),1999,26(2):118-122.

[3]錨桿擋土墻在邊坡防護(hù)中力學(xué)機(jī)理的研究[D].周恒宇,西南交通大學(xué),2010.

[4]重力式擋土墻可靠度研究[D].蔡陽(yáng),西南交通大學(xué),2005.

[5]王宇璽,肖宏躍,雷宛,等.高密度電法探測(cè)未知目標(biāo)體的技術(shù)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(yè)。