井-孔联合排水库岸堆积体滑坡防治效果试验研究

符 琼

(营口海河水利监理有限公司，辽宁 营口 115000)

1 工程背景

英那河水库位于辽宁省庄河市英那河干流上，坝址以上集雨面积692 km2，多年平均径流量3.34亿m3。水库建成于20世纪70年代，正常蓄水位为59.00 m，坝型为砌石重力坝，设计库容6053万m3[1]。为了提高区域水资源优化配置和使用水平，提高水库向大连市的供水能力，英那河水库进行了扩建。扩建后水库的正常蓄水位为79.10 m，兴利库容为20 896万m3，属于大(2)型水库。由于水库上游为冲积平原，且面积较大，在水库扩建完成之后，最高洪水位将抬升15.36 m，淹没区面积会大幅扩大[2]。许多原来距离库区较远的不稳定边坡将位于库岸附近，一些临近库区或临近新建库区公路的滑坡体亟待进行工程治理，提升其安全性和稳定性。其中库区上游下山头2#滑坡体以堆积层滑坡为主，其成分主要为岩性相对较弱、抗风化能力不足的半成岩状泥岩，在降雨作用下极易产生变形破坏。为了保证该滑坡体在降雨条件下的安全稳定，以免对下游库区防汛公路的安全造成影响，需要对其进行排水工程设计。基于此，此次研究借鉴马华等[3]研究提出的井-孔联合排水技术，利用室内模型试验的方式探讨其对滑坡体变形的防治效果，以便为工程设计和施工提供理论支持。

2 试验设计

2.1 相似材料配置

由于室内试验条件的限制，在模型试验过程中一般很难使用背景工程的原状土进行填充，而需要采用相似性材料替代[4]。研究中根据相似原理确定相似常数。由于背景工程的依托工点的纵向长度为150.0 m，而模型箱的长度为3.0 m，因此，此次模型试验的几何比尺为50。

前期的地质勘测资料显示，下山头2#滑坡体的浅层滑体以黏土为主，并夹杂有少量的人工填土。结合相关研究成果，试验中采用砂土混合物作为滑体的相似性材料[5]。另一方面，对降雨型滑坡而言，滑带对滑坡体的稳定性起着十分关键的作用，因此试验中必须要合理选择滑带材料，以保证试验成功。试验中结合相关研究成果和试验场地情况，选择砂、黏土、滑石粉和水按照一定比例混合组成滑带材料[6]。

试验中排水管的替代材料为直径1.5 cm的PVC管，利用直径2.5 cm弹簧作为支撑骨架。排水管制作过程中，首先利用外力将弹簧拉开套在PVC管上，然后在PVC管外侧均匀钻上直径2 mm的孔，最后在外侧包裹上一层土工布并用针线缝合，制作成完整的排水管。

试验中集水井利用直径5.0 cm的PVC管以及土工布制作。将PVC管的一端作为井底，然后用聚乙烯薄膜进行密封，集水井井底长度为10.0 cm，在距离井底5.0 cm的位置打直径为1.5 cm的孔。在集水井的中上部钻直径为2 mm的集水孔并用土工布包裹。集水井用PVC管串联，连接部位利用硅胶密封。

2.2 模型填筑

试验用模型箱的尺寸为3.0 m×0.6 m×1.0 m。根据坡体的实际情况，将其纵向等分为1#、2#、3#、4#等四个断面，其中3#、4#断面的变形最为明显，因此将集水井和排水孔布设在上述两个断面。其中，排水管设置2排，每排3个，用直径2.0 cm的PVC管将水导出坡体外。

按照水泥∶砂∶土∶水为36∶18∶21∶8的比例配置基岩材料，搅拌均匀后按照实际轮廓线填筑。滑带按照砂∶黏土∶滑石粉∶水为35∶55∶32∶11的比例配置，过筛后铺设到指定位置。模型的滑体为混合砂材料，利用分层填筑的方式进行填筑，对每层土样轻微夯实，并在设计位置埋设好传感器[7]。模型填筑完成后在上部覆盖塑料薄膜，静置12 h，土体达到自稳状态后开始试验。

2.3 监测设备安装

试验用土压力传感器为JTM-Y2000型箔式微型压力盒，规格为0.5，土压力数据利用DH3816N 静态应变测试系统进行采集。试验用应变传感器为光纤光栅定点式应变计，其采集仪器为FT210-16便携式光纤传感分析仪。试验中的含水率测定使用的是CYY-SF土壤水分传感器。孔隙水压力测量采用CYY2-3型孔隙水压力传感器。含水率和孔隙水压力数据的采集使用的是CYY7660型数据采集卡以及RXN-303D型电源转化和数据采集电脑。

试验中设置箔式微型压力盒、土壤水分传感器、孔隙水压力传感器各10个，光纤光栅定点式应变计5条。所有的传感器均布设在滑体和滑带部位。为了研究上述测量信息之间的联系，将上述传感器布设到同一位置。

2.4 降雨工况

工程的地质勘测报告显示，暴雨是诱发滑坡的主要因素[8]。因此，此次试验研究模拟当地的极端暴雨工况，结合当地的降雨资料，选择降雨量为166.5 mm作为降雨工况的主要设计依据。试验用降雨系统为自主研发，主要由角钢支架、钢管、水管以及喷头组成，其结构示意图如图1所示。试验过程中的累计降雨量利用手机APP实时观测，在雨量达到设计标准之后停止降雨。

图1 模拟降雨器结构

3 试验结果与分析

3.1 孔隙水压力

试验中对布设和没有布设排水设施工况下的各个测点的孔隙水压力数据进行测量和记录，其中，位于3#和4#断面的S1测点和S2测点的孔隙水压力数据如表1所示。由计算结果可以看出，没有布设排水设施的情况下，孔隙水压力增加较快，最终的孔隙水压力明显偏大。由此可见，布设排水设施有利于滑坡体滑带土体孔隙水压力的消散，有效降低孔隙水压力的增速。

表1 孔隙水压力试验结果

3.2 土压力

试验中对布设和没有布设排水设施工况下的各个测点的土压力数据进行测量和记录，其中，位于3#和4#断面的S1测点和S2测点的土压力数据如表2所示。由计算结果可以看出，研究岸坡滑坡体在持续强降雨的作用下，各测点的土压力均呈现出不断减小的最终趋于稳定的变化趋势。从不同试验方案的结果对比来看，在设有排水装置的情况下，各测点的土压力值明显偏小且较早达到稳定状态。由于在试验之前需要对所有的传感器采集到的数据进行归零处理，加之土压力盒没有固定，因此当坡体下滑时土体之间的密实度开始减小，使得压力盒固定面的受压面两侧的土体出现松动现象，从而使测得的土压力产生负值现象，且负值越大说明安置土压力盒的土体之间的密实度越小，坡体有了较大的变形。由此可见，布设排水设施可以实现对坡体变形的良好控制。

表2 土压力试验结果

3.3 位移变形量

试验中对布设和没有布设排水设施工况下的各个测点的位移量数据进行测量和记录，其中，位于3#和4#断面的S1测点和S2测点的位移量数据如表3所示。由计算结果可以看出，研究岸坡在持续强降雨的条件下，各测点的位移量呈现出不断增大的变化特征，布设排水设施和没有布设排水设施方案的变化特征略有不同。其中，布设排水设施方案各测点的位移量呈现出不断增大并最终趋于稳定的变化特点，试验结束时的位移量相对较小。没有布设排水设施方案各测点的位移量则不断增大，在试验结束时仍没有显示出明显的收敛特征，且位移量明显偏大，说明存在失稳的可能性。由此可见，设置排水设施对控制边坡位移作用较为显著。

表3 位移量试验结果

4 结 论

此次试验研究以具体工程为背景，利用室内模型试验的方式探讨了井-孔联合排水对防治库岸堆积体滑坡的防治效果。试验结果显示，布设井-孔联合排水设施有利于滑坡内部滑带土体孔隙水压力的消散，减小负土压力，对坡体变形具有良好的控制效果，建议在工程设计中使用。当然，在实际工程应用过程中，如果坡体内部的黄土和黏土含量较高时，排水管和排水孔容易发生淤堵现象，因此需要做好防淤堵工程措施，保证排水设施工程效果的有效发挥。