坡頂后方水體對(duì)岸坡抗滑穩(wěn)定影響研究

孫春艷

【摘 要】河流岸坡抗滑穩(wěn)定與地質(zhì)、水文、環(huán)境、附加荷載等密切相關(guān)，設(shè)計(jì)人員在岸坡抗滑穩(wěn)定分析時(shí)，通常會(huì)考慮這些因素，但在距離坡頂不遠(yuǎn)處設(shè)置疏浚泥漿池和坡頂后方有水體的情況往往容易被忽視，坡后泥漿池或水體的存在經(jīng)常會(huì)引起河流岸坡的滑移，給工程本身及周邊環(huán)境的安全造成較大的影響。文章從坡頂后方水體如何對(duì)岸坡抗滑穩(wěn)定產(chǎn)生影響的本質(zhì)出發(fā)進(jìn)行研究，為預(yù)防和控制此類滑移的發(fā)生提供科學(xué)依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】水體;岸坡;抗滑穩(wěn)定;影響;研究

【中圖分類號(hào)】U656.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2019）05-0107-03

影響河流岸坡穩(wěn)定性的因素較多，設(shè)計(jì)人員通常會(huì)考慮地質(zhì)條件、水文條件、河流岸坡頂?shù)讟?biāo)高、岸坡形態(tài)、附加荷載等因素，坡后存在水體或泥漿池所引起的危害在實(shí)際岸坡設(shè)計(jì)與施工過程中容易被忽略，此外坡腳設(shè)置的小木樁的作用及其作用機(jī)理也有待進(jìn)行探討。

多年來，人們一直非常重視河流岸坡抗滑穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)、施工及研究。王永東[1]對(duì)水岸邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究和分析;陳峰[2]對(duì)上海地區(qū)防汛墻加固工程關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究;李明等人[3]用有限元強(qiáng)度折減法求解壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù);李同春等人[4]研究了邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的有限元迭代解法;陸志祥等人[5]進(jìn)行了堤防傾覆性災(zāi)害預(yù)防設(shè)計(jì)控制探討;謝鵬[6]對(duì)深厚軟土地區(qū)樁基水平荷載作用下受力性狀進(jìn)行了試驗(yàn)研究;張芳枝等人[7]對(duì)河流沖刷作用下堤岸穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。

本文以上海市張翁廟機(jī)口河為背景，以岸坡產(chǎn)生滑移的基本理論為著力點(diǎn)，分析岸坡坡后水體的存在對(duì)河流岸坡抗滑穩(wěn)定影響的機(jī)理，并從分析小木樁及樁前土體受力作用特點(diǎn)出發(fā)，分析小木樁產(chǎn)生傾斜的實(shí)質(zhì)性特征，從而為此類岸坡滑移的預(yù)防與控制提供借鑒，也為類似岸坡的設(shè)計(jì)與控制提供參考依據(jù)。

1 工程情況

張翁廟機(jī)口河設(shè)計(jì)采用放坡的護(hù)岸形式，并在坡腳布置4 m長的小木樁作為景觀岸坡固腳，其坡頂高程為4.20 m，坡底（小木樁樁頂）高程為3.00 m，小木樁樁底高程為-1.00 m，河床底標(biāo)高為1.00 m，小木樁內(nèi)側(cè)河床頂部標(biāo)高為2.40 m，河床邊坡坡比為1∶2.0，岸坡坡面為生態(tài)植物，該護(hù)岸設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)剖面圖如圖1所示。

在河道整治疏浚過程中，施工單位在某一段岸坡后方距離岸坡底部邊緣6 m外設(shè)置了一個(gè)用于存放疏浚泥漿的泥漿池，泥漿池長度約96.0 m，寬度約17.5 m，深度約2.5 m，河道整治施工過程中泥漿池水流漫流在泥漿池所在岸段岸坡表面，施工完坡腳小木樁后，發(fā)現(xiàn)泥漿池所在岸段的小木樁發(fā)生了向河道內(nèi)的傾斜，而未設(shè)置泥漿池的岸段小木樁未發(fā)生傾斜，小木樁傾覆岸段岸坡頂部表面發(fā)現(xiàn)有較大的裂縫存在，滑移痕跡明顯。泥漿池的具體平面位置及岸坡滑移現(xiàn)狀如圖2所示。

2 抗滑移穩(wěn)定分析

2.1 地質(zhì)情況

依據(jù)勘察報(bào)告成果，該滑移岸段20 m以淺的地層為第①1層素填土、第②層褐黃～灰黃色粉質(zhì)黏土、第③1層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、第③2層灰色砂質(zhì)粉土、第③3層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、第④層灰色黏土、第⑤1-1層灰色黏土。

第①1層素填土在天然狀態(tài)和飽水狀態(tài)的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1。典型靜力觸探成果圖如圖3所示。

2.2 岸坡抗滑移穩(wěn)定性

未設(shè)置泥漿池前岸坡形態(tài)參數(shù)見表2。

式（3）、式（4）中，T為滑動(dòng)面單位寬度下滑力，單位為kN/m;G為滑體單位寬度重力，單位為kN/m;R為滑動(dòng)面單位寬度抗滑力，單位為kN/m;θ為滑動(dòng)面傾角，單位為°;U為滑動(dòng)面上單位寬度的總水壓力，單位為kN/m;l為滑動(dòng)面長度，單位為m。

泥漿池所在岸段岸坡單位寬度下滑力和抗滑力計(jì)算結(jié)果見表3。

根據(jù)表3計(jì)算結(jié)果，泥漿池所在岸段岸坡穩(wěn)定系數(shù)為0.76，岸坡不穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生下滑，其剩余下滑力為25.5 kN/m。

為了清楚地對(duì)比分析開挖泥漿池前后岸坡抗滑穩(wěn)定性的變化，現(xiàn)以圖4所示的岸坡滑動(dòng)面為滑動(dòng)面對(duì)開挖泥漿池前的岸坡下滑力及抗滑力進(jìn)行分析，在泥漿池開挖前該岸段岸坡單位寬度下滑力和抗滑力計(jì)算結(jié)果見表4。

根據(jù)表4計(jì)算結(jié)果，在開挖泥漿池前該段岸坡穩(wěn)定系數(shù)為1.40，岸坡穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生下滑，無剩余下滑力存在。

以上計(jì)算分析表明，該岸段坡后泥漿池的開挖及儲(chǔ)蓄泥漿，不僅破壞了該岸段坡后土體的抗剪強(qiáng)度，減少了土體的抗滑力，還大大增加了坡體的推力，從而導(dǎo)致該岸段岸坡產(chǎn)生剩余下滑力。

2.3 木樁穩(wěn)定性

木樁之間無連接，因此木樁的抗傾覆計(jì)算不能按照擋土墻抗傾覆計(jì)算形式進(jìn)行。在無下滑力或外力作用下，木樁受力處于平衡狀態(tài)。當(dāng)木樁受到其上方坡體下滑力或其他外力作用時(shí)，木樁是否發(fā)生傾斜或傾覆，取決于木樁內(nèi)側(cè)土體抗剪強(qiáng)度和木樁后側(cè)受力大小。本岸段采用的木樁頂端直徑為200 mm，梢端直徑不小于150 mm，1 m長岸段內(nèi)布置木樁5根，則每根木樁承受的剩余下滑力為5.1 kN。

河內(nèi)側(cè)木樁上部位于第②層褐黃～灰黃色粉質(zhì)黏土中，其天然重度γ0為18.8 kN/m3，黏聚力為21 kPa，內(nèi)摩擦角為18.0°;木樁梢端位于第③3層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土中，木樁外側(cè)上部受力時(shí)，其內(nèi)側(cè)與第②層褐黃～灰黃色粉質(zhì)黏土的接觸面有限，木樁內(nèi)側(cè)所受到的抗力等于土體抗剪強(qiáng)度乘以木樁與土體的接觸受力面積，土體抗剪強(qiáng)度依據(jù)式（6）進(jìn)行計(jì)算。

式（6）中，τ為受剪土體抗剪強(qiáng)度，單位為kPa;c0為受剪土體黏聚力，單位為kPa;σ為受剪面上承受的上覆壓力，單位為kPa;φ0為受剪土體的內(nèi)摩擦角。

木樁內(nèi)側(cè)接觸面高度范圍內(nèi)第②層褐黃～灰黃色粉質(zhì)黏土土體的抗剪強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果見表5。土體抗剪強(qiáng)度在木樁內(nèi)側(cè)所產(chǎn)生的抗力計(jì)算結(jié)果見表6。

表6計(jì)算結(jié)果表明，木樁內(nèi)側(cè)土體抗剪強(qiáng)度對(duì)木樁產(chǎn)生的抗力小于木樁外側(cè)坡體剩余下滑力，因此木樁會(huì)產(chǎn)生向河內(nèi)側(cè)的傾斜或傾覆。

3 結(jié)語

（1）河流岸坡坡頂后方水體的存在，對(duì)岸坡穩(wěn)定有一定的影響，尤其是坡后水體在岸坡上產(chǎn)生漫流時(shí)，通常會(huì)造成岸坡滑移。

（2）位于軟土地區(qū)的景觀岸坡設(shè)計(jì)，在岸坡坡腳采用小木樁作為固腳時(shí)，應(yīng)確保小木樁外側(cè)不受下滑力作用，小木樁只起防止坡腳土體受水流沖刷掏蝕的作用。

（3）小木樁的抗傾覆計(jì)算，應(yīng)按照受力是否平衡的原則進(jìn)行，其中木樁所受的抗力應(yīng)依據(jù)木樁內(nèi)側(cè)與土體受力接觸面的土體抗剪強(qiáng)度確定。

（4）對(duì)于類似的岸坡設(shè)計(jì)及施工，應(yīng)按最不利情況考慮，確保河道岸坡及周邊環(huán)境的安全。

（5）岸坡施工應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，嚴(yán)禁在坡頂后方一定距離內(nèi)開挖泥漿池或進(jìn)行堆載。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 王永東.巖土工程問題實(shí)例解析[M].北京：清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社，2018.

[2] 陳峰.上海地區(qū)防汛墻加固工程關(guān)鍵問題[J].水利水電科技進(jìn)展，2014，34（6）：49-55，106.

[3] 李明，梁力，王偉，等.用有限元強(qiáng)度折減法求解壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2012，8（2）：83-87.

[4] 李同春，盧智靈，姚緯明，等.邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的有限元迭代解法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2003，22（3）：446-450.

[5]陸志祥，張逸信，王永東.堤防傾覆性災(zāi)害預(yù)防設(shè)計(jì)控制探討[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2018（22）：79-82.

[6]謝鵬.深厚軟土地區(qū)樁基水平荷載作用下受力性狀試驗(yàn)研究[J].建筑監(jiān)督檢測(cè)與造價(jià)，2017，10（4）：7-10.

[7]張芳枝，陳曉平.河流沖刷作用下堤岸穩(wěn)定性研究進(jìn)展[J].水利水電科技進(jìn)展，2009，29（4）：84-88.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]