地下水位变化对边坡稳定的影响

刘翠容

 

摘要:西部道路工程建设对环境的影响集中体现在对水环境的改变上,主要表现为人为地改变地下水位,而水环境严重影响着边坡的稳定。文章阐述了地下水位变化对边坡的危害, 用GEO-SLOPE International Ltd. 出品的土工商用软件GEO-SLOPE 进行了水位这一单因素变化时土质单面坡的极限平衡分析,得出了边坡稳定安全系数、滑动面位置与地下水位的大致关系。

关键词：地下水位　边坡稳定　极限平衡

0 　前言

产生边坡失稳的原因是多方面的:有边坡本身地质构造、地形地貌、水文地质结构、斜坡的地形与微地形等内在原因；也有气候条件、降雨、冲刷、地下水位的变化、风化作用、物理化学作用、地震、爆破、人类工程活动等外在原因。根据对大量边坡失稳原因的分析,表明了几乎所有的崩塌、滑坡都与水有关,特别是地下水的存在及变化往往是形成崩塌、滑坡等边坡失稳的主要条件。如瑞典、挪威和加拿大的天然滑坡,大都是由于覆盖层中地下水位的增加引起孔隙水压力增大而诱发的。因此,探讨地下水位变化对边坡的危害以及影响规律具有重要的现实意义,本文用SLOPE 软件分析了地下水位变化对边坡稳定性的影响。

1 　地下水位变化对边坡的危害

地下水位升降引起斜坡岩土体产生变形、滑移、崩塌失稳等不良地质现象。在河谷阶地、斜坡及岸边地带,地下潜水位上升时,岩土体浸湿范围增大,浸湿程度加剧,岩土被水饱和、软化,降低了抗剪强度;地下水位下降时,向坡外渗流,还可能产生潜蚀作用及流砂、管涌现象,破坏了岩土体的结构和强度;地下水的升降变化还可能增大动水压力。这些因素促使岩土体发生变形、崩塌、滑移等。因此,在河谷、流溪线、江河岸边、斜坡地带修建边坡工程时,应特别重视地下水位的升降变化对斜坡等稳定性的影响。

地下水位上升产生砂土液化、流砂、管涌。在粉细砂及粉土为主的斜坡,地下潜水位上升,地震时有可能产生砂土液化现象。

在边坡开挖工程中可能产生流砂、管涌、底鼓、侧壁变形、坍塌等不良现象。这些不仅降低了边坡的自稳能力,而且给施工带来很大的困难。

2 　地下水位对土质单面坡稳定的影响规律

在边坡工程中,常常因勘察设计不够仔细或施工方法不当,造成地下水位上升和地表水排泄不畅,针对这种情况,为了弄清地下水位对土质单面坡稳定的影响规律,本文运用GEO-SLOPE International Ltd. 出品的土工商用软件GEO-SLOPE 进行了水位这一单因素变化时土质单面坡的极限平衡分析,得出了边坡稳定安全系数、滑动面位置与地下水位的大致关系。

SLOPE/W 分析复杂孔隙水压力条件下的斜坡稳定性时,有多种途径来指定孔隙水压力线,可以简单的用压力线来定;也可以通过一系列的点来定义孔隙水压力,每一个分条的孔隙水压力可以由资料点样条插值得到;还可以用各单元节点的总水头值定义。本文采用渗流场单元节点总水头值定义孔隙水压力。其渗流场计算模型见图1。

 

　本模型第一、二层土密度1187 g/cm³ ,粘聚力1514kPa ,内摩擦角12°,第三层土密度1186 g/cm³ ,粘聚力1713 kPa ,内摩擦角18°。计算时,通过改变计算模型的边界条件来反映地下水位上升情况。初始状态时,边坡后部的H = 2 m ,边坡前端的H = 2 m ,然后边坡前端的水位不变, 边坡后部的水位每次抬高1 m 就用SLOPE 软件进行一次极限平衡分析,得到的边坡稳定安全系数、滑动面位置见表1 ,其中初始状态、边坡后部水位为7 m、8 m、9 m、10 m、11 m 时,边坡的滑动面具有代表性,分别示出如图2、图3、图4、图5、图6。

 

 

根据表1 中的数据给出边坡的最小安全系数与边坡后部地下水位的关系图(如图7) 。

分析边坡滑动面的示意图和最小稳定系数与边坡后部地下水位关系图可得到以下结论:

1) 从边坡后部地下水位变化对边坡稳定系数的影响图上,可以看出,当地下水浸润线位于坡脚以下时,稳定系数几乎不变,随着地下水位的抬升,稳定系数随地下水位高度增加而逐渐下降,而且下降的幅度越来越明显。这是因为随着地下水位的升高,浸润线也逐渐抬升,穿过软弱夹层使得其稳定系数逐渐变小。

 

 

 

 

　从表1 可看出,边坡后部地下水位的抬升对滑动面与坡顶的距离的影响不大。这说明分层边坡的滑动面的位置与地下水位改变没有直接的联系。

3 　结束语

西部道路工程建设对环境的影响集中体现在对水环境的改变上,存在一些人为的严重影响边坡稳定的水环境问题。比如不恰当的施工设计,排水不畅,施工生活用水随意排放、雨季施工土质高边坡等都可能导致地下水位上升。因此,在实际工程中应特别重视工程的水环境,控制地下水位的超标抬升。如做好地下水的排泄工作及在边坡开挖后及时防护等,以免地表水严重下渗影响边坡稳定性。高边坡修建完毕后,在坡顶设置排水天沟也是必须的工作。

参考文献

[1 ]罗缵锦. 浅谈地下水对公路边坡的影响[J ] . 广东公路交通,1999 , (增刊) :1432147.

[2 ]林峰. 地下水对土坡稳定性的影响分析[J ] . 地质灾害与环境保护,1999 , (4) :41245.

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