二級放坡對降雨滲流作用的響應研究

聶高志 李 博

（河南大學土木建筑學院， 河南 開封 475004）

0 前言

由于城市化進程的加快，大量的人口涌入城市導致人口密度的增加，土地成本越來越昂貴。現代城市建設的發展趨勢開始轉變為向“上”和向“下”發展；基坑工程也變得更深、更大，并且由于地下空間利用，使得基坑支護變得更加復雜。基坑工程有以下幾個特點：1 基坑工程為臨時性工程，風險性較高，近年來基坑事故頻發。2 復雜的地質情況造成基坑具有很強的地域性。3 基坑支護理論不完善，在基坑支護工作中需要豐富的經驗輔助。4 需要考慮天氣的變化對基坑穩定的影響。

在基坑支護中，降雨是影響邊坡穩定性重要因素之一。非飽和土的抗剪強度與土體含水量有直接關系。在降雨過程中，雨水的入滲造成土體重量增加，并且部分土體會暫時達到飽和狀態，也可以說，在降雨時土體中的水是動態變化的。土體的各項參數，降雨的時長 ，降雨量，邊坡特征對滲流分析都有一定的影響。因此考慮二級放坡對降雨滲流作用的響應研究是非常必要的。

1 工程概況

本文以河南省宇通大廈為例，宇通節能與新能源客車生產基地配套項目研發中心、行政辦公樓、職工食堂和地下車庫工程，位于中牟縣境內的鄭州經濟技術開發區，前程路與紅日路交叉口的西南角。

本工程按 7度抗震設防，建筑場地類別屬于Ⅲ類。研發辦公樓和食堂室內地坪±0.000標高為95.00m，室內外高差為0.45m，行政辦公樓室內地坪±0.000標高為95.90m，室內外高差為1.35m。

本工程共分為研發辦公樓、行政辦公樓、職工食堂、地下車庫，總建筑面積約 109438.86 m2。其中研發辦公樓地下 2層，地上主樓 12層，建筑面積約23308.92m2，建筑高度54.95m；行政辦公樓地下2層，地上裙房2層，主樓12層建筑面積約27157.88 m2平方米，建筑高度67.65m，職工食堂地下2層，地上2層，建筑面積約 4642.22m2，建筑高度 10.45m；地下室為地下 2層，建筑面積約54329.84m2，地下二層地面相對標高為-9.75m。

2 有限元數值模擬

根據工程實例，構建有限元模型，基本參數為：1 土體開挖深度為 7.38m,數值方向取20m,以坡腳為界，坑內取開挖深度的1倍，即取10m,坑外取15m,整個模型尺寸為20*25m

模型采用摩爾-庫倫模型，根據地質勘探報告，整個土體分為三部分，上層土C=1KPa,φ=25°，中層土c=2KPa,φ=28°，下層土C=23KPa ,φ=17°。整個模型采用CPE4單元進行計算。上級和下級邊坡角度均為60°。

3 對比分析

本文總結了一些其他工程中的案例，并且考慮到實際的基坑用地紅線范圍，選取了以0.5米為間隔，分別設置了1.0m 、1.5m、2.0m、三種基坑模型，對基坑變形在自然工況下和降雨工況下的變形位移做出對比分析，進而總結退臺寬度大小對基坑穩定性的影響。

在自然工況下，通過強度折減法來得出邊坡的穩定系數，其實本質就是材料的C和φ逐漸降低，導致某單元的應力無法和強度配套，或超出了屈服面，其不能承受應力將逐漸轉移到周圍土體單中去，當出現連續滑動面之后，土體將失穩，在Abaqus中，材料的參數是可以隨場變量變化的。通過強度折減法可以得到退臺寬度為1.0m時的邊坡，穩定系數為0.5；退臺寬度為1.5m時的邊坡，穩定系數為0.7；退臺寬度為2.0m時的邊坡，穩定系數為0.9。通過數據對比可得，當退臺寬度線性增長時，邊坡的穩定系數會逐步增長，但在實際工程中，需要考慮實際情況，不可能一味的增加退臺寬度，所以結合支護情況綜合考慮。

在以上模型的基礎上，對整體的邊坡整體施加降雨的條件，在降雨條件下土體的飽和度增大，孔隙水壓力增大，土體淺層的基質吸力則減小或消失。退臺寬度為1.0m時，邊坡的穩定系數變為0.4.退臺寬度為1.5m時，穩定系數為0.65。退臺寬度為2.0m時，穩定系數為0.85。

通過對比可知，滑面為圓弧狀與實際情況相符，降雨后由于基質吸力，土體含水量等因素下級邊坡也開始出現塑性變形，變形都是從下級坡腳開始。通過對比變形情況可知，由于退臺的寬度的增大，將邊坡一分為二，使上下級邊坡之間的相互影響力降低，從而造成上下級邊坡同時失穩。

通過對比，可以得出，雖然增大退臺寬度，增大整體邊坡的穩定性，但也同時增大了雨水的入滲量，造成了下級邊坡塑性變形增大。

4 結論

在自然的工況下，在上下級的邊坡角度不變的情況下，二級邊坡的整體的安全性會隨著退臺寬度的增大而增大，但是當退臺寬度超過一定界限時，上下級邊坡的粘結力將會降低，會將邊坡一分為二，從而導致下級邊坡發生失穩。由于降雨時，雨水會發生滲流，二級邊坡潛在的滑動面會發生顯著的變化從上文中可以看出，最為明顯的是位置和形狀的變化，滑動面的位置更接近于邊坡表面、滑動面的形狀更圓滑。由于滲流的的影響，上下級坡體之間的粘結作用弱化變得更加明顯，二級邊坡更加容易發生局部穩定性破壞。