地下水與邊坡開挖對滑坡穩定性影響的問題探討

韓 文，白德貴

（1.上海勘察設計研究院（集團）有限公司重慶分公司，重慶 401120；2.重慶市勘測院，重慶 400020）

0 引言

我國建筑業隨著經濟以及社會的進步而不斷發展壯大，對土地資源的開發以及利用日益增多。我國的疆域比較遼闊，并且地質環境也比較復雜以及多樣，在對山區和丘陵地帶的開發時，尤其要注意其結果將會帶來的滑坡問題等。因此，研究人員對滑坡需要更加深入的研究，以便及時對危險情況做出預報或者采取有效的措施進行防護，避免發生滑坡危險，保護人們的生命財產安全不受損失。

1 邊坡穩定的影響因素

邊坡發生變形破壞不僅是因為一種動力地質現象導致的，變形的產生以及發展需要經歷非常復雜的過程，因此很多的因素都會影響邊坡的穩定性。這些影響因素包括內部和外部因素兩大類。地質構造、地層的巖性、巖體的結構等均為內部因素，其對邊坡的影響具有持久以及緩慢性，它是致使邊坡發生變形和破壞的內在因素，對邊坡的變形形式以及規模具有非常直接的影響，在邊坡穩定性的控制方面起到至關重要的作用。地震、水文、地質和氣候條件以及人類活動等這些外部因素對邊坡的變形影響比內部因素更加明顯，其特點是需要通過內因才能影響邊坡穩定，從而使邊坡的變形不斷發展，最終使邊坡出現失穩破壞的現象。經驗表明，在導致邊坡發生變形破壞的眾多因素當中，地下水是滑坡現象出現的一個非常重要的直接原因，同時其影響過程也是最復雜的，變化也是最頻繁的。同時邊坡開挖也是滑坡發生的一個關鍵因素。某滑坡剖面圖如圖1 所示。

2 地下水對滑坡穩定性的影響

在地質應力中，地下水占據非常重要的地位。據有關資料統計顯示：地下水及其滲流作用是導致滑坡最重要的因素，約占總因素的90%以上。地下水的直接補給通常來說是由地表水及大氣降雨完成的，它們間接轉化為地下水，其結果嚴重影響了坡體的穩定性。地下水作為土體的一部分，同時又影響土中的環境。地下水不僅能夠影響土體力學性能，同時又是土體中壓力的重要組成部分。巖土體的容重以及含水量會在水的重力和滲透作用下發生改變，將會不斷增加，同時還會產生一些物理以及化學作用，這就會導致巖土的結構面出現軟化的現象，最后使土體的性質產生變化。地下水對滑坡的影響如圖2 所示。

圖1 滑坡剖面

圖2 地下水對滑坡的影響

2.1 物理作用

物理作用主要包括泥化、軟化、潤滑以及結合水的強化作用等。潤滑作用會極大地降低巖土體的內摩擦角，從而使滑面的摩擦力得到明顯的增強，進而增加剪切效應，最后使滑體沿著滑面發生一定的剪切運動。比較典型的類型包括板巖、絹云母片巖等，存在于片理和層理中的地下水可以起到潤滑作用，例如砂質土，盡管親水性比較好，但是占據主要地位的是潤滑作用，因此可以明顯降低砂粒間的膠合力以及其表面摩擦力，進而使其強度也相應地降低。

2.1.1 泥化、軟化作用

該種物理作用能夠降低巖土體的強度，同時能夠導致巖體結構面內部的充填物發生物理性質的變化。對粗粒土而言，地下水對其性質所帶來的影響微乎其微，在此種類型的土中，地下水一般情況下是以自由水的形式而存在的，基本不會影響土粒之間的連結，因此也不會降低巖土體的強度。一般情況下，粗粒土的內部如果含有比較少量的黏性土，會發生粒間的支撐和連結力降低的情況，致使土體的強度降低。對黏性土而言，地下水對其的影響比較明顯，含水量的不同是出現這種現象的主要原因，從而使粒間連結力的大小和性質都存在差異。

2.1.2 粒間的結合狀態

如果含水量比較低并且比塑限低時，粒間的結合狀態為強結合水，因此土體呈固態，強度高；如果含水量介于塑限與液限之間時，粒間的結合為弱結合水，土體將呈現塑態，強度比較低；如果含水量比較高并且比液限高時，粒間的結合狀態為自由水，土體將呈現流態，同時強度幾乎喪失。如果含水量產生一定的變化，結構面內的充填物也會發生變化，土體將會產生弱化效應，由固態轉變為塑態最后轉變為液態，降低滑帶的力學性質，從而減小摩擦以及內聚力。

2.2 化學作用

化學作用包括溶解、溶蝕、離子交換以及沉淀等。地下水的化學作用造成斜坡巖土體強度的衰減，并且降低導致有節理的巖體結構發生碎裂以及松散等現象，增加坡體的有效空隙度，進而使其貯水能力以及導水能力得到一定程度的提高。地下水的滲

透作用不斷加劇，從而對邊坡穩定性造成不利影響。

2.3 力學作用

邊坡中的地下水壓力也是影響邊坡穩定性最重要的因素之一。這是由于地下水壓力通常可以改變邊坡巖土體的應力形式和力學性質，并導致其迅速變化，從而使邊坡穩定性程度明顯降低，因此也是邊坡破壞的主要誘發因素。地下水壓力通常可以分為靜水壓力和動水壓力兩種。

2.3.1 靜水壓力

降低巖土體的有效應力，從而使其強度降低，通過減小變形體在滑動面上的潛在正應力，使抗滑力降低是靜水壓力的作用機理。在裂隙巖體中靜水壓力通過“水楔”作用，裂隙不斷擴張，從而致使邊坡不斷發生破壞。

2.3.2 動水壓力

動水壓力作用機理為地下水在滲流過程中部分損失的空隙水壓力通過轉化進而作用在水流方向上的力。動水壓力主要通過沿邊坡的臨空面產生推力從而使下滑力增加，進而使穩定系數降低。另外，如果動水壓力處于比較大的狀態下，巖土體的一些細粒物質在巖體破碎帶、邊坡土體和軟弱夾層等會產生移動，甚至被帶至巖土體外面，因此導致巖土體滲透性變強和強度降低，最終導致滲透破壞。

3 邊坡開挖對滑坡穩定性的影響

邊坡在開挖后，可能會導致邊坡出現滑坡的情況，分析其原因，主要是巖土體在開挖、爆破、地震、風化、水等各種外因的作用下，原有的結構和受力狀態發生改變，巖土體的抗剪強度降低、應力進行重新分布以及組合。

滑坡主要在以下幾種情況下發生：①設計地質勘察深度不夠，邊坡坡比設計不合理，設計邊坡在實際地質條件下本身就是不穩定的。按設計坡比開挖過程中，坡體內應力隨著開挖高度的不斷增加而激烈重組，巖土體內產生拉應力，抗剪強度削弱至不能維持平衡時，產生裂縫，最后導致滑坡；②邊坡巖土體中含有軟弱夾層，隨著邊坡不斷地開挖，土體內的應力不斷地重組，導致軟弱夾層的抗剪強度降低，某些巖土體出現滑動的現象，最終出現滑坡現象；③軟巖在各種內外因素的作用下，緩慢蠕動變形，往往形成大中型滑坡；④在各種內部因素以及外部因素的共同作用下，古滑坡形成新滑坡；⑤在持續降雨作用下，地下水位逐漸上升，大大降低了巖體強度，導致滑坡的出現。

4 結語

綜上所述，地下水位的高低對滑坡穩定性具有非常重要的影響。地下水位與滑坡穩定性之間呈負相關關系，但是受到多種因素的影響，其關系不是線性變化的。此外，邊坡開挖也會進一步降低滑坡穩定性，導致出現滑坡現象。在降水以及坡腳開挖的作用下，滑坡的推力會大幅增加，導致滑坡穩定性降低。因此，在進行滑坡的治理設計時，需要做好排水工程，從而降低地下水位，同時要盡量減少對坡腳的破壞。