水对边坡稳定性的影响及防护措施(1)

 09土木工程：陈凯  指导教师：高雪冰

（黄山学院建筑工程学院, 安徽, 黄山 245041）

摘要：试验研究了不同含水率边坡土的抗剪强度大小及其变化规律，以此分析含水率对边坡稳定性的影响。结果表明：边坡土随着含水率的增加其抗剪强度降低，边坡的稳定性系数下降。针对实验结果和黄山边坡土的特点，对边坡土中的水进行合理的排泄，以确保边坡的稳定性。

关键词：建筑工程  含水率  抗剪强度  边坡排水  边坡稳定性 

1 引言

1.1 影响土体抗剪强度的因素分析

土是由固体颗粒、气体、水三部分组成的，称为土的三相组成。随着三相物质的体积和质量的比例不同，土的密度、土粒密度、土的含水率不同，而这些性质又决定了土的渗透性、压缩性、土的抗剪强度也不相同。影响土体的抗剪强度因素很多，主要有土的组成、土的密度、孔隙比、土的含水率等[1]。

土的组成包括有颗粒棱角、矿物类别、颗粒级配等。一般级配良好的土，由于粒间接触多，比均匀士的咬合作用强，并且每一接触压力都比均匀土小，因而颗粒破碎要少，其内摩擦角比均匀土的大。另外土粒越大，形状越不规则，表面越粗糙，则抗剪强度越大。

土的密度越大，土粒间的咬合作用力越大，受剪时首先须克服咬合作用，才能产生相对猾动。此外，土的密度大也意味着土粒间的孔隙小，接触密实，原始内聚力较大。所以土的原始密度越高，其抗剪强度越大，土体的初始孔隙比越小，咬合摩擦力越大，受剪破坏时所需的能量也越大，土体就更加难以破坏。

土的含水量对抗剪强度的影响尤为最甚。当含水量增加时，水分在较大土粒表面形成润滑剂，使摩擦阻力减小；对颗粒细小的粘土粒，使其结合水分子膜变厚实，从而降低土的粘聚力，减少土的抗剪强度。

尤其对非饱和土来说 ，含水率的变化对土体的抗剪强度影响要远大于其它因素，所以土体破坏大都是由水（地表水和地下水）引起的。当土中含水率较高时，土中的孔隙水就会向外排出，而一定的水力梯度形成的动水压力增加了空隙水渗流方向的滑动力。雨水大量渗入边坡土体,地下水位上升,导致岩土强度下降，容重增加，并在坡体内产生地下水渗流，从而使边坡土下滑力增加，抗滑力减少，抗剪强度降低[2]。

    1.2、黄山地区的地势情况

从地质上看，黄山在大地构造上属于皖南地向斜中太平复向斜之南翼，南与江南台背斜相邻，北和下扬子撤陷衔接，地处两大单元过渡地带。此性质决定了黄山地区多山且边坡分布也较多，随着经济的发展，人类越来越多的工程活动破坏了自然坡体，因而近年来边坡失稳发生越来越频繁，有愈演愈烈的趋势，其中绝大部分都是由降雨引起的，并造成了严重的经济损失和大量的人员伤亡，我们应加以重视。

本文通过研究土的含水率与土体的抗剪强度之间的关系，由此找出水对边坡稳定性的影响，然后采取正确的排水措施，对土体中的水进行合理的疏导。俗语说“治坡必先治水”，在边坡比较多的黄山地区，研究这一项目具有其一定的经济效益和社会效益。 

2 直剪试验

2.1试验原理

直接剪切试验就是直接对试样进行剪切的试验，是测定土的抗剪强度的一种常用的方法，通常采用多个试样，分别在不同的垂直压力p作用下，施加水平剪切力，测的试样破坏时的剪切应力，然后根据库仑定律，确定土的抗剪强度参数内摩擦角和粘聚力c。

2.2试验步骤

用环刀切取试件，将试样表面削平放入直剪仪内，施加垂直压力（100kpa)后拔去固定销。开动秒表，同时以每分钟4—12转得均匀速度转动手轮，待到量力环中的测微表指针不在前进或有后退，既说明试样以破坏，读取测微表的读数并记录于表。

     2.3仪器设备

    应变控制式直接剪切仪

    百分表：量程1-10mm，最小分度为0.01mm

    其它：切土刀、环刀、秒表、滤纸、钢丝锯等。

2.4、数据处理     

    ——土的抗剪强度

C——量力环系数

R—— 量力环最大变形

                          表1 边坡土样不同含水率下抗剪强度

图1 含水率与抗剪强度的关系

3 边坡稳定性分析

3.1由表1可以发现如下规律：随着含水率的增大，土的抗剪强度先减小，后增加再减小，其总体趋势是随着含水率的增大土的抗剪强度减小。

3.2图1曲线变化形态更直观的展现了土的含水率与的抗剪强度关系。由上述试验数据可知土的含水率越高其抗剪强度越低，由此可推出边坡的含水率越高其安全系数越低。

3.3水对边坡的影响主要是水的渗入导致边坡土的含水量增加，使土中的抗剪能力部分消失或全部消失，边坡稳定性系数总体趋势先减小后增大再减小，其结果可能诱发边坡失稳。基于水对边坡稳定影响较大，所以对边坡进行治理必须先进行边坡排水[3]。

4 边坡排水方法

在边坡治理中，治坡必先治水，边坡排水包括坡面排水和坡体排水，在对边坡做排水处理时一般采取这六种措施。

4.1截水排水沟

为了减少地表径流汇入边坡，在距离稳定性欠佳的边坡或老滑坡后缘最远处裂缝5m以外的稳定斜坡面上置外围截水排水沟。断面尺寸以该地区最大降雨强度时水流不漫沟为标准。沟底高程和沟底比降以顺利排除拦截地表水为原则。平面上依地形而定，多呈“人”字形展布，如图2。

             图2 截水排水沟                          图3 喷射混凝土护面

 4.2喷射混凝土护面

地下水位较低或者不受地下水位影响的边坡，为了减少雨水渗入边坡，在截水排水沟以内的天然地表及开挖坡面可以采用喷射混凝土防护的方法，其厚度一般8-15cm。风化较为严重的部位可以采取挂网喷射混凝土的防护方法。在喷射混凝土防护区域，每隔2-5m设置一个排水孔，孔深50-200cm，直径50mm-100mm。排水孔排出的水汇集到坡面纵横向排水沟排走,如图3。

    4.3空心砖植草护面

　  在边坡治理中，大量工程实践证明：大面积封闭式防护措施，往往不仅因排水不畅造成开裂破坏，而且与周围环境不协调，不符合人们日益增长的对生态环境保护的要求。当边坡的山体较为平缓，地下水位在弱风化层以上，且地下水的补给源又无法切断时，此时如果坡面防护采取喷射混凝土防护，就显然是对地下水的排泄起围堵作用，地下水不能排泄出去，地下水位就会升高，水压力就会增大，对边坡的稳定就会造成很大的影响[4]。因此喷射混凝土防护措施是不可取的。很显然，空心砖植草护面是一个明智的选择。因为空心砖植草护面既能对坡面起防护作用，又不影响地下水的排泄，而且保护整个边坡的生态环境。为了保证地下水排泄顺畅，可以在适当的部位钻排水孔，其位置和深度视地下水的位置和埋深情况而定，如图4。

      图4 空心砖植草护面                                图5 坡面排水孔体系　

 4.4坡面排水孔体系　　

坡面的排水孔体系在上面已经提到。在喷射混凝土和空心砖植草护面两种工程措施中，一般都要配以排水孔，其深度的和直径根据坡面排水状况而定，如图5。

    4.5排水洞     

    为拦截滑坡体后山和滑坡体后部深层地下水及降低滑坡体内地下水位，横向拦截排水隧洞修于滑坡体后缘滑动面以下，与地下水流向基本垂直；纵向排水疏干隧洞可建在滑坡体内，两侧设置与地下水流向基本垂直的分支截排水隧洞仰斜排水孔，如图6。

    4.6排水盲沟

      盲沟又叫暗沟，是一种地下排水渠道，用以排除地下水，降低地下水位。 当滑坡体内有积水湿地和泉水露头时，可将排水沟上端做成渗水盲沟，伸进湿地内，达到疏干湿地内上层滞水的目的。渗水盲沟用不含泥的块石、碎石填实，两侧和顶部做反滤层[5],用于在一些要求排水良好的活动场地，如体育馆地下水位高影响植物生长可以用盲沟,如图7。

    图6 排水洞                                          图7 排水盲沟

5 黄山地区边坡常用的排水措施

由于特殊的地理条件和城市发展需要，黄山市在边坡排水大都采用截面排水沟和空心砖植草护面。采用截面排水沟的方法进行边坡排水，其造价便宜且排水效果显著，但缺点是不美观。黄山市是国际旅游城市，保持城市的美观与整洁性是非常有必要的。所以近几年空心砖植草护面的方法应用发展比较快，空心砖植草护面既能对坡面起防护作用，又不影响地下水的排泄，最主要的是美化了整个边坡的生态环境。

6 总结

   6.1了解含水率对边坡土性质的影响是研究含水率对边坡稳定性影响的基础，基于以上考虑,进行不同含水率土的抗剪试验。其结果：水的渗入导致边坡土的含水率增加，使土体的抗剪强度和稳定性系数降低。

6.2边坡排水应该采用坡面排水和坡体排水这两种措施，来确保边坡的稳定性。

    6.3 总之, 对边坡的排水措施, 目前有很多排水方法, 但不同的排水方法有其不同的适用性, 应针对不同边坡的特性, 在保证边坡稳定性安全的前提下兼顾经济效益作出最恰当的选择。

参考文献：

[1]   李镜培,梁发云,赵春风.土力学[M].高等教育出版社,2009:2-3.

[2]   叶华成.水对边坡稳定性影响的研究[J].路基工程,2010.(05):60-78.

[3]   刘纪峰，卢明师.含水率对边坡土稳定性的影响[J].三明学院学报,2011.(09):12-17.

[4]   靳付成.边坡稳定性分析方法的研究现状与展望[J].西部探矿工程,2007.(04):5-9.

[5]   重庆市建设委员会.GB 50330-2002.建筑边坡工程技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2009:25-26.