黃土斜坡巖土工程勘察中抗浮設(shè)防水位確定分析

王晶

（山西春暉工程勘察設(shè)計(jì)檢測(cè)研究院有限公司，山西太原 030001）

0 引言

黃土斜坡巖土工程勘察中，抗浮設(shè)防水位的確定是非常關(guān)鍵的一步。在施工過程中，如果未能合理確定抗浮設(shè)防水位，將會(huì)導(dǎo)致工程安全和穩(wěn)定性受到威脅。因此，在巖土工程勘察中，必須對(duì)黃土斜坡進(jìn)行細(xì)致的調(diào)查和分析，并結(jié)合實(shí)際情況來確定抗浮設(shè)防水位。在確定抗浮設(shè)防水位時(shí)，需要綜合考慮地下水位、巖土力學(xué)參數(shù)等因素。

1 黃土斜坡巖土工程勘察中確定抗浮設(shè)防水位的重要性

黃土作為一種常見的巖土工程地質(zhì)類型，由于其較強(qiáng)的吸水性和濕陷性，以及易受液體浸泡和土壤松動(dòng)等影響，黃土斜坡的安全性和穩(wěn)定性問題備受關(guān)注。其中，抗浮設(shè)防水位是黃土斜坡巖土工程勘察中的重要問題之一。

黃土斜坡的抗浮設(shè)防水位對(duì)于保證整個(gè)工程的穩(wěn)定性具有舉足輕重的作用。在黃土斜坡巖土工程中，如果沒有確定合理的抗浮設(shè)防水位，當(dāng)發(fā)生大雨或洪水等天氣災(zāi)害時(shí)，地下水位會(huì)上升并向上推壓土體，導(dǎo)致土體發(fā)生沉降變形或滑坡等不良后果。因此，針對(duì)黃土斜坡的抗浮設(shè)防水位進(jìn)行準(zhǔn)確的勘察與分析，對(duì)于確保該區(qū)域的安全穩(wěn)定至關(guān)重要[1]。

對(duì)于黃土斜坡巖土工程勘察中的抗浮設(shè)防水位問題，要求必須在工程設(shè)計(jì)和施工前進(jìn)行合理的勘察與分析。黃土斜坡地區(qū)的巖土體受到季節(jié)性降雨等因素的影響，其水分含量變化大、濕陷性強(qiáng)，在長(zhǎng)時(shí)間作用下容易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。因此，在工程施工前先對(duì)周邊地質(zhì)環(huán)境以及地下水位、土層結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行全面的調(diào)查和評(píng)估，進(jìn)而確定合適的抗浮設(shè)防水位。只有通過科學(xué)合理的勘察和分析，才能保證工程的安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。最后，黃土斜坡巖土工程勘察中的抗浮設(shè)防水位問題也涉及環(huán)境保護(hù)和生態(tài)文明建設(shè)。不正確的抗浮設(shè)防水位勘察與分析將會(huì)導(dǎo)致地下水源的泄漏和污染，進(jìn)而對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重?fù)p害，甚至威脅到人民的健康和安全。因此，在黃土斜坡巖土工程勘察中確定合理的抗浮設(shè)防水位，不僅能夠確保工程的安全可靠，還能為當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)和生態(tài)文明建設(shè)做出貢獻(xiàn)。

對(duì)于黃土斜坡巖土工程勘察中的抗浮設(shè)防水位問題，必須進(jìn)行合理的勘察與分析。通過科學(xué)的方法，確定合適的抗浮設(shè)防水位，可以最大程度地保障工程的安全穩(wěn)定、節(jié)約投資成本和維護(hù)環(huán)境生態(tài)[2]。

2 黃土斜坡巖土工程勘察中抗浮設(shè)防水位的確定策略

2.1 工程概況

為說明黃土斜坡巖土工程中抗浮設(shè)防水位的確定方法，本文依托于一地貌單元為黃土臺(tái)地的建設(shè)場(chǎng)地為例進(jìn)行說明。案例工程項(xiàng)目占地面積約100900m2，共包含15 棟住宅樓、商業(yè)樓、綜合樓、整場(chǎng)地地下車庫(kù)、幼兒園、小學(xué)等。案例工程擬建區(qū)域原本為荒地，僅有零星平房，局部地區(qū)存在生活垃圾、建筑垃圾。不同方向落差較大，整體為北高南低，東西高中部低，為臺(tái)階狀，場(chǎng)地經(jīng)整平挖方、填方后會(huì)形成多處黃土斜坡。

2.2 加強(qiáng)地質(zhì)水文勘察

在進(jìn)行黃土斜坡巖土工程勘察前，首先需要對(duì)該區(qū)域的地質(zhì)、水文條件有較為全面的了解。這包括地質(zhì)構(gòu)造、地貌特征、巖土物理力學(xué)特性、地下水來源、水文地質(zhì)特征等內(nèi)容。通過對(duì)這些基礎(chǔ)信息的分析，可以初步了解黃土斜坡區(qū)域的地質(zhì)與水文背景情況，并為后續(xù)的勘察提供依據(jù)。黃土斜坡區(qū)域的巖土結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此需要進(jìn)行深入的勘察和分析。在實(shí)際勘察中，需要采用淺層和深層地質(zhì)鉆探方法，獲取詳細(xì)的土層分布、巖石類型以及土壤物理力學(xué)參數(shù)等信息。這些數(shù)據(jù)不能僅僅憑經(jīng)驗(yàn)和推測(cè)得出，必須通過科學(xué)的勘察方法獲取，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。黃土斜坡巖土工程中，地下水位的高低與穩(wěn)定性對(duì)于抗浮設(shè)防水位非常關(guān)鍵。因此，在進(jìn)行勘察時(shí)，需要注重對(duì)地下水的調(diào)查、分析和監(jiān)測(cè)。在這個(gè)過程中，可以采用各種方法來獲取地下水?dāng)?shù)據(jù)，例如井位觀測(cè)、水位監(jiān)測(cè)、水質(zhì)分析等。通過這些數(shù)據(jù)的分析，可以初步了解黃土斜坡區(qū)域的水文特征以及地下水位變化的規(guī)律。在進(jìn)行地質(zhì)水文勘察時(shí)，實(shí)驗(yàn)室分析是非常重要的一環(huán)。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試可以更加深入地了解黃土斜坡巖土工程地質(zhì)特性、水文特性和物理力學(xué)參數(shù)。同時(shí)，還可以對(duì)取樣的樣品進(jìn)行細(xì)致的分析和研究，包括顆粒分布、含水量、強(qiáng)度特性等。通過實(shí)驗(yàn)室分析，可以得到更為準(zhǔn)確和可靠的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)于后續(xù)抗浮設(shè)防水位的確定非常重要。

2.3 增加鉆孔取樣次數(shù)

在進(jìn)行巖土工程勘察時(shí)，首先需要明確勘察的目的和范圍。根據(jù)勘察目的和勘察區(qū)域的大小，可以合理確定鉆孔取樣的密度。在黃土斜坡巖土工程勘察中，由于黃土層分布較廣、存在較大的不均勻性，因此需要在勘察前制訂詳細(xì)的勘察計(jì)劃，通過分析黃土斜坡的地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地下水源等特征，合理安排鉆孔取樣點(diǎn)的位置和密度，以保證勘察數(shù)據(jù)的全面性和代表性。黃土斜坡巖土勘察中，鉆孔取樣的質(zhì)量直接影響到后續(xù)分析和研究的準(zhǔn)確性。因此，在進(jìn)行鉆孔取樣時(shí)，需要采用合適的鉆探方法和工具。常用的鉆探方法包括旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)法、沖擊鉆進(jìn)法和螺旋鉆進(jìn)法等。在選擇鉆探方法時(shí)，需要根據(jù)勘察區(qū)域的地質(zhì)條件、孔深要求和鉆機(jī)設(shè)備的性能等方面進(jìn)行綜合考慮。在進(jìn)行巖土工程勘察時(shí)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理和監(jiān)督非常關(guān)鍵。在黃土斜坡巖土工程勘察中，需要對(duì)鉆孔取樣過程進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督和管理，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤操作或數(shù)據(jù)造假等情況，案例工程鉆孔取樣循環(huán)流程如圖1 所示。同時(shí)，在鉆孔取樣前，需要對(duì)鉆探設(shè)備和取樣工具進(jìn)行檢查和調(diào)試，以保證其正常運(yùn)行和正確使用[3]。

圖1 鉆孔取樣循環(huán)流程

在黃土斜坡巖土工程勘察中，增加鉆孔取樣點(diǎn)的數(shù)量是提高勘察數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性的關(guān)鍵。通過增加取樣點(diǎn)數(shù)量，可以獲取更多地質(zhì)資料和土的物理力學(xué)參數(shù)等信息，從而對(duì)巖土工程的穩(wěn)定性進(jìn)行更為準(zhǔn)確的分析和評(píng)估。同時(shí)，在具體勘察過程中，還需要選擇不同深度、不同位置的鉆孔取樣點(diǎn)，以獲取全面、代表性的數(shù)據(jù)。

2.4 采用數(shù)值模擬分析

采用數(shù)值模擬分析方法可以有效地預(yù)測(cè)黃土斜坡在不同水位下的變形以及因水位變化引起的抗浮力，從而更為準(zhǔn)確地確定抗浮設(shè)防水位。常見的數(shù)值模擬分析軟件有FLAC、ABAQUS 等。以FLAC 軟件為例，F(xiàn)LAC 軟件是一個(gè)基于離散元素法的數(shù)值計(jì)算軟件，可以模擬真實(shí)的巖土體力學(xué)性能，預(yù)測(cè)斜坡的變形和穩(wěn)定性。使用FLAC 軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析時(shí)，需要獲取黃土斜坡的地質(zhì)、水文等相關(guān)資料，包括斜坡結(jié)構(gòu)圖、土層分布圖、孔隙水壓力分布圖等。根據(jù)這些資料，選擇合適的建模方式，例如三維建模方式，利用三維CAD軟件（AutoCAD）繪制出黃土斜坡的三維結(jié)構(gòu)，然后將其導(dǎo)入FLAC 軟件中。建立模型時(shí)需要注意以下3 點(diǎn)：①確定模型的大小和比例尺度。②合理選擇網(wǎng)格剖分密度和剖分方式。③對(duì)地形起伏和邊界條件進(jìn)行精細(xì)處理，如圖2 所示。

圖2 邊界條件精細(xì)處理

在設(shè)置邊界條件時(shí)，需要輸入斜坡的自重、地震荷載、地下水壓力等參數(shù)。設(shè)置邊界條件步驟如下：①在FLAC 軟件中打開已經(jīng)導(dǎo)入的模型文件。②選擇“邊界條件”選項(xiàng)卡，輸入各種邊界條件參數(shù)。③點(diǎn)擊“應(yīng)用”按鈕，將邊界條件應(yīng)用到模型中。需要注意的是，在設(shè)置邊界條件時(shí)需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行參數(shù)選擇和設(shè)定。

在設(shè)置好邊界條件后，可以利用FLAC 軟件進(jìn)行模擬分析。在FLAC 軟件中打開已經(jīng)建立好的模型文件；選擇“計(jì)算控制”選項(xiàng)卡，設(shè)置模擬時(shí)間、時(shí)間步長(zhǎng)等參數(shù)；點(diǎn)擊“開始計(jì)算”按鈕，進(jìn)行模擬分析。在模擬分析過程中，F(xiàn)LAC 軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算斜坡的變形和穩(wěn)定性，并生成相應(yīng)的結(jié)果文件。在模擬分析完成后，需要對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。FLAC 軟件提供了多種分析結(jié)果展示方式，如變形云圖、應(yīng)力云圖（圖3）、剪切破壞面等。

圖3 應(yīng)力云圖

2.5 結(jié)合實(shí)際確定抗浮設(shè)防水位

抗浮設(shè)防水位的高低直接影響到工程的安全和可靠性，因此必須進(jìn)行科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目辈欤⒔Y(jié)合實(shí)際情況來確定抗浮設(shè)防水位。①結(jié)合地下水位調(diào)查確定抗浮設(shè)防水位。地下水位是影響抗浮設(shè)防水位的一個(gè)重要因素。因此，在進(jìn)行地下水位調(diào)查時(shí)，需綜合考慮地下水位的變化規(guī)律、潛水埋深等因素，并通過分析得到的數(shù)據(jù)來確定抗浮設(shè)防水位。如果發(fā)現(xiàn)地下水位較高，就需要適當(dāng)提高抗浮設(shè)防水位，以確保工程的穩(wěn)定性和安全性。②結(jié)合巖土力學(xué)參數(shù)分析確定抗浮設(shè)防水位。根據(jù)獲取一系列巖土力學(xué)參數(shù)，如強(qiáng)度特性、變形特性、孔隙比等。這些參數(shù)可以用于對(duì)巖土體的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估，并結(jié)合實(shí)際情況來確定抗浮設(shè)防水位。例如，可以利用穩(wěn)定性分析方法，通過計(jì)算和分析巖土體的抗浮能力，以確定相應(yīng)的抗浮設(shè)防水位。③結(jié)合實(shí)際工程情況確定抗浮設(shè)防水位。具體來說，需要考慮工程的結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計(jì)荷載、地質(zhì)條件等因素，并根據(jù)這些因素來確定抗浮設(shè)防水位。同時(shí)，在確定抗浮設(shè)防水位時(shí)，還需要充分考慮可行性和經(jīng)濟(jì)性，避免過高或過低的抗浮設(shè)防水位導(dǎo)致工程難以建造或者存在安全隱患。

案例工程在本次探測(cè)范圍內(nèi)，地下穩(wěn)定水源深處現(xiàn)地表下部31.5～52.8m，該水位的高程介乎829.77～833.29m。水源的流動(dòng)方向是從東北向西南，其水質(zhì)屬性為地下暗流。探查過程中正值靜水期，一年內(nèi)季節(jié)性的水位變動(dòng)范圍為±1.0m。該地下水主要受到側(cè)面徑流的補(bǔ)充。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)特征，人工填充可能引發(fā)穩(wěn)定地下水位升高，對(duì)地基土強(qiáng)度的降低有潛在威脅。因此，建議在項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)設(shè)置地下水位監(jiān)測(cè)設(shè)施，隨工作進(jìn)展進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并觀察人工填充對(duì)地下水位變化的影響，以便采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧┓乐沟叵滤贿^高帶來的威脅。建議預(yù)備開發(fā)區(qū)域在施工期間應(yīng)正確地處理截流和排水設(shè)施，以避免挖填操作產(chǎn)生的影響，及防止在暴雨天氣中由于地表水無法及時(shí)排放而對(duì)施工造成損害。此外，深層土體長(zhǎng)期在原本上層土質(zhì)的自重壓力下，發(fā)展出自重固結(jié)形變，這使得孔隙比減小，壓縮性質(zhì)低，相比上層土層，土質(zhì)更緊密，組織性強(qiáng)[4]。所以，對(duì)于額外加增或減少的載荷，其反應(yīng)較少，也就是說，深層土質(zhì)對(duì)載荷增長(zhǎng)的感受性較低。然而，在天然條件下，上層土質(zhì)承受的自重壓力較低，沉積時(shí)間偏短，自重固結(jié)程度較淺，故而孔隙較大，結(jié)構(gòu)較松散，導(dǎo)致濕陷變形，對(duì)于外界增加的載荷，其靈敏度較大。結(jié)合上述實(shí)際情況，根據(jù)《建筑工程抗浮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 476—2019）中的第五章，對(duì)于施工場(chǎng)地內(nèi)無法監(jiān)測(cè)的水位，主要根據(jù)鉆孔試驗(yàn)獲得的穩(wěn)定地下水位，以年變化幅度3m 左右進(jìn)行確定，即穩(wěn)定水位增加2～3m。結(jié)合案例工程實(shí)際，土層濕陷變形概率較大，且結(jié)構(gòu)松散，所以建議工程所有施工區(qū)域考慮設(shè)置抗浮樁或錨桿，并在全區(qū)域范圍內(nèi)注意降雨滲入量，防止地下水位短時(shí)間內(nèi)大幅度增加[5]。

3 結(jié)語

綜上所述，黃土斜坡巖土工程的抗浮設(shè)防水位確定分析是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性和實(shí)際意義的課題。本文依托于案例工程，對(duì)于黃土斜坡的防滲、抗浮及穩(wěn)定性問題有了更深入的認(rèn)識(shí)，并為其安全可靠的設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)。發(fā)現(xiàn)抗浮設(shè)防水位的確定應(yīng)在地質(zhì)勘察、鉆孔試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定，并結(jié)合工程實(shí)際，適當(dāng)采取抗浮措施。未來，將進(jìn)一步探索黃土斜坡的相關(guān)問題，為其持續(xù)穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。