水位骤降时土质边坡的渗流特征演化研究

樊尊荣，李 坤，霍利兵

（1.江苏水利投资开发有限公司，江苏南京 210000；2.太仓市水利工程有限公司，江苏太仓215400）

1 工程概况

研究所依托的某湖泊岸坡工程，属临湖静态水文条件下的边坡，边坡设计削坡坡度60°，坡高31 m，坡底长15 m，水位在该边坡位置处的常见水位深度12 m，边坡实际横剖面尺寸见图1，属典型的土质岸坡工程。构成边坡坡体的土体主要物理力学参数和水力学参数见表1。

表1 岸坡土体的物理力学和水力学参数表

图1 岸坡边坡尺寸图

2 数值模型建立

此类岸坡工程问题可简化为平面应变问题，针对二维条件下的静水环境中的岸坡工程稳定性分析，Geostudio软件中SLOPE模块无疑可作为首选分析求解软件，其可在建立分析模型时采用设置水位线的方式指定蓄水水位，用于对静态水位条件下的边坡稳定性求解和分析。文中静态水位条件下的岸坡工程，在构建分析模型时，首先通过设定孔隙水压力的来源为水压线的方式以便后期将静水水位线设置成湖水水位，同时根据边坡方向设置滑入和滑出方向，此案例为自右至左，在设置分析区域的边界条件下，通过拖动鼠标的方式设置滑体边界，然后经过材料参数等步骤，按照表1中给出的土体水力和物理力学参数对边坡土体材料进行赋值，最后创建用于岸坡稳定性计算模型见图2。

图2 分析模型图

边界条件设置：由于滑入和滑出的方向在创建新的分析模型时已进行设置，对于滑入和滑出边界的设置仅需通过选择相应的区域即可，此外，需对分析模型的外边界条件进行设置，如图2中所示的分析模型，水位线设置位置按照蓄水深度为12 m进行绘制，左、右边界以及下边界设置为固定约束，设置模型网格边长尺寸为0.30 m，兼顾计算效率和求解效果。

3 计算结果分析

3.1 初始水位X水通量

为了研究该临湖岸坡工程削坡后的安全系数，通过求解计算和绘制得到按照边坡进行削坡后的岸坡最小安全系数滑面的位置及滑面以上滑体的土条划分方式。经对该滑面的计算求解，得到该假设滑面安全系数为1.79，滑面所计算的安全系数为最小安全系数滑面也即临界滑面，可见试算后得出的该岸坡土体的安全系数远大于1，说明该沉积土岸坡稳定。

3.2 初始水位XY水力坡度

为了研究该临湖岸坡工程削坡后的安全系数，通过求解计算和绘制得到边坡进行削坡后的岸坡2.003安全系数滑面的位置及该滑面以上滑体的土条划分方式。可知，经过对该滑面的计算求解，得到该假设滑面的安全系数为2.003，但该滑面所计算的安全系数是否为最大安全系数滑面还需进一步试算确定，可见对该滑面试算后得出的该岸坡土体的安全系数大于1，说明该沉积土岸坡稳定。

3.3 水位骤降6 m的X水通量

为了研究该临湖岸坡工程削坡后的安全系数，通过求解计算和绘制得到削坡后的岸坡最大安全系数滑面的位置及该滑面以上滑体的土条划分方式。经对该滑面计算求解，得到该假设滑面安全系数为2.32，经与其它滑面安全系数比较可得，该滑面安全系数最大，可见试算后得出的该岸坡土体的安全系数远大于1，说明该沉积土岸坡稳定。

3.4 水位骤降6 m的XY水力坡度

通过求解计算和绘制最小安全系数滑面上滑体各条块的重量滑移力，得到了最小安全系数滑体的各条块的重量滑移力随着x 值的变化曲线图见图3。由图可知，随滑体由下向上（x值由小到大），条块的重量滑移力呈现出先增大后减小的变化趋势，由x=12.50 m位置处开始增大，增大速率较缓，在x=24 m位置处达到最大值，约为50 kN，随后开始减小，减小速率相对较大，至x=30.50 m 位置处减小至约4 kN 位置处，说明滑体最不利受力位置处位于滑体上部位置处，但边坡安全系数显著大于1，说明静水环境下该沉积土岸坡能够保持稳定。

图3 水位骤降6 m的XY水力坡度云图

3.5 临界滑体总应力

通过求解计算和绘制最小安全系数滑面上滑体各条块对滑面产生的总正应力，得到了最小安全系数滑体对滑面产生的总正应力随着x值的变化曲线图见图4。

图4 临界滑体内总正应力变化图

由图所4可知，随滑体由下向上（x值由小到大），滑体对滑面产生的总正应力呈现出先缓慢增大后微量减小最后又迅速减小的变化趋势，由x=12.50 m 处开始缓慢增大，在x=16.50 m处达到极大值，约155 kPa，随后缓慢减小，至x=19 m处减小至极小值约145 kPa，自x=24 m处开始迅速减小，至x=30.50 m处减小至约-30.50 kPa，说明滑体最上部条块对滑面作用力表现为拉力，即最易发生开裂位置，应加强防排水处理。

3.6 临界滑体抗剪强度

为了研究该岸坡工程的稳定性特点，通过求解计算和绘制最小安全系数滑面上滑体的抗剪强度，得到了最小安全系数滑面上滑体的抗剪强度随着x值的变化情况。可知，随滑体由下向上（x值由小到大），滑体的抗剪强度呈现出先缓慢增大后又迅速减小的变化趋势，由x=12.50 m 位置处开始缓慢增大，在x=24 m位置处达到最大值，约为70 kPa，随后迅速减小，至x=30.50 m位置处减小至约10.50 kPa，说明滑体未发生滑动破坏。

4 结语

①该岸坡最小安全系数1.79，远大于1，说明静水环境下该沉积土岸坡在60°坡度时稳定。②滑体由下向上（x 值由小到大），抗剪强度呈现出先缓慢增大后又迅速减小的变化趋势，至x=30.50 m 处减小至最小值10.50 kPa，说明岸坡稳定。③滑体对滑面产生的总正应力至x=30.50 m处减小至约-30.50 kPa，说明滑体最上部条块对滑面作用力表现为拉力，即为最易开裂位置，应加强防排水。