地下水作用下边坡的稳定性分析

邹吉云，徐凤丽

1.新疆昆仑工程监理有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830017 2.新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆乌鲁木齐 830052

地下水作用下边坡的稳定性分析

邹吉云1，徐凤丽2

1.新疆昆仑工程监理有限责任公司，新疆乌鲁木齐 830017 2.新疆农业大学水利与土木工程学院，新疆乌鲁木齐 830052

临水边坡稳定性是水利工程和海岸工程中经常遇到的工程问题，本文主要对于地下水对库岸边坡稳定性的影响进行探讨，在此基础上，还对于堤防岸坡渗透稳定性分析进行探讨，有利于提高我国水利施工勘察水平。

临水边坡；水流作用；边坡稳定性；渗透作用

0 引言

边坡稳定是很多实际工程中经常会遇到的问题，在公路工程、航道工程、堤岸工程、以及建筑在边坡附近的工程中，都会面临水边坡失稳的问题。边坡失稳对工程带来破坏性的灾害，一旦发生边坡失稳问题，其造成的损失往往是很大的[1]。本文主要就地下水作用下边坡的稳定性进行分析，对于提高我国水利工程施工具有一定帮助。

1 地下水对库岸边坡稳定性的影响

地下水对土坡稳定性的影响是多方面的。地下水的影响效应至少包括两个方面：其一，是水对强度参数的弱化效应。土体的两个抗剪强度指标，它们的实际大小取决于土体的孔隙比、颗粒的摩擦特点、颗粒大小级配、超固结比和土中的含水量等这些物理性质。其二，是直接的力学作用，水的作用降低了土颗粒之间的吸力，同时孔隙水压力的存在影响了土体的受力行为[2]。

地下水对库岸边坡稳定性的影响主要表现在以下3个方面：

1）水库蓄水后，一方面岩土体饱水软化， 由于水的润滑作用，土体颗粒阃的摩阻系数及胶结能力降低，边坡潜在滑动面抗剪参数降低，进而降低了坡体的抗滑力；另一方面，当水库运行时，库水位反复升降，使得坡体内出现循环的渗流作用，地下水渗流对坡体产生溶滤作用，即细小颗粒在地下水的作用下发生运移，坡体出现侵蚀现象，坡体潜在滑动面出现细观或宏观上的孔穴，从而使得潜在滑动面的抗剪强度降低。地下水既是土体的赋存环境又是土体的组成部分，地下水既可以使土体力学性能发生增减变化，又可以作为土体中压力的组成部分。地下水与边坡稳定的敏感性之间的关系是十分显著的。目前，在边坡工作中，对地下水的认识程度还很有限，尚有不少问题（特别是地下水压力的确定问题）有待深入研究，重视地下水的敏感度分析研究也是很有意义的。

2）浮托力

浸没于库水中的岩土体受到水的浮托力作用，浮托力的大小等于水下计算岩土体的体积和水重度的乘积。浮托力对边坡稳定性有两方面的影响。临水边坡中，土体颗粒受浮托力作用，浮托力对边坡稳定性的影响是两方面的。一方面，浮托力减小了滑体的有效重量，它降低了滑面的阻滑力，对边坡的稳定性

带来不利的影响；另一方面，滑体重量的减小使其下滑力减小，又有助于边坡的稳定。因而，不能简单的评价浮托力对边坡稳定性的利弊，而应根据具体的工程地质条件和岩土体的力学参数进行综合评判。

3）渗透力

许多库岸边坡在库水位陡降时发生失稳破坏，除了因陡降部分岩土体由于浮托力消失而有效重度增加，导致坡体稳定性发生变化外，水位陡降引起岩土体内地下水渗流运动，产生渗透力是导致边坡失稳的一个重要因素。渗透力的大小与浸润线形状、岩土体渗透系数、岩土体饱水面积大小及潜在滑动面倾角等多种因素有关。目前，还没有准确的计算方法，其中坡体内浸润线的确定比较复杂，其形状与岩土体的渗透系数、给水度以及库水位的降落速度有关。

2 堤防岸坡渗透稳定性分析

2.1 堤防岸坡渗透稳定性分析

渗流对土体产生两种作用力，静水压力和动水压力。其中，静水压力对土体所产生的浮力不直接破坏土体，能使土体有效重度减轻，降低边坡抵抗破坏的能力，是一个消极的破坏力；动水压力产生的渗透力和渗透冲刷力是一个直接的破坏力，这种力决定了渗透破坏的程度。

在渗流作用下，边坡的破坏方式主要有4种：

1）延坡体或局部阻力较小的部位产生集中冲刷，土颗粒随渗流流失，最后形成连通管道导致整体破坏。在边坡的软弱含水层中通常会发生这一类情况，这种情况的偶然性和局部性比较强，要注意防范；

2）在边坡本身或地基的渗流出口发生管涌，土中的颗粒不断被渗流水流携带走，直至坡面破坏或形成内部连通管道；

3）背水坡角大面积发生小泉涌，使坡角软化，坡角失去支撑力而发生滑坡；

4）边坡临水面在水位骤降时候，内部孔隙水不能马上消散而发生滑坡。

后面的3种情况都是由渗透力引起的流土和管涌变形问题。工程实际中防洪堤稳定性破坏主要有滑动、液化及塑性流动三种形式。事实上，渗流影响下，土体的稳定性包括两方面：局部稳定性和整体稳定性。前者是因集中渗流或出渗坡降大于临界坡降等原因造成的，表现为堤基、堤身内部或坡面发生管涌、流土等渗透变形；后者因渗流场中普遍存在的孔隙水压力造成。孔隙水压力特别是超静动水压力会引起土体的抗剪强度降低。堤防工程只有同时满足这两种稳定性要求才可认为是渗透稳定的。

2.2 渗流的控制

渗流控制的目的是控制边坡和地基不被渗流冲刷破坏。渗流控制可采用镇压坡角、护面、抢险打桩等方法。改善渗流的水利条件也是一个经济有效的方法，可以通过增加排水措施进行渗流控制。渗流控制的主要任务为：1）控制下游剩余水头，保证足够的静力稳定性；2）控制渗流坡降和流速，以防止渗透破坏的发生，保证坝体和地基的渗透稳定性；3）控制渗流流量，使漏水量最小。

通常采用的渗流控制的措施有防渗和排渗。1）防渗：防渗方法是在坝体内或地基上利用弱透水材料填筑防渗体以截断渗透水流，减小渗透水头和渗透量，以防止坝基本身或地基的渗透破坏。2）排渗：排渗是一种疏导方法，将强透水材料设置在坝基内部，在地基渗透坡降较大的部位作排水体，使渗透压力提前释放，并通过排水体自由的排向下游。在渗流出口等部位设浅层保护。

3 结论

围绕地下水对边坡稳定的影响和作用展开。对地下水产生的孔隙水压力和土体自身的渗透性作了简介。重点介绍了地下水渗流理论及其对边坡的作用，在此基础上，阐述了渗流作用下堤岸边坡的稳定性分析以及边坡渗流控制的重点，对于提高地下水作用下边坡的稳定性具有一定帮助。

[1]曹建生，张万军，刘昌明.裂隙岩体渗流补给特性及边坡稳定对策研究[J].北京林业大学学报，2007，29(4).

[2]丁伯权，翟志勇，蒋敏.浅析地下水对基坑边坡稳定性的影响[J].常州工学院学报，2008，21(Z1).

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1674-6708（2010）32-0022-02