关于边坡开挖后初始水位的研究

2015-10-21李志利

建筑工程技术与设计 2015年8期

李志利

【摘要】边坡是工程建设常见现象，施工开挖完成后的水位则是边坡永久设计的重要条件，本文结合广州地铁某停车场的边坡情况，应用非饱和土渗流理论，计算边坡开挖完成后边坡自然排水后的水位，以及边坡排水后的稳定性。通过分析验算，采用该理论计算的自然排水后水位基本合理，可作为边坡永久设计的输入条件。

【关键词】自然边坡；初始水位；非饱和土渗流；边坡稳定性

1、工程概况

广州地铁某停车场呈西北-东南向布置，长约950m，占地面积约15.07公顷。停车场选址地块现状为林地、山地，地势起伏较大，西、北、南三面环山，选址现状标高为+36.4m～+80.0m，设计场坪标高为38.12m。停车场边坡高度为0～42m。

停车场揭露的主要地層为填土层、洪积可塑状粉质黏土层、可塑状花岗岩残积土、硬塑状花岗岩残积土、风化花岗岩地层。地下水按赋存方式分别为第四系松散岩类孔隙水和块状基岩裂隙水。本场地主要位于山间盆地，汇水条件、补给条件较优越，补给来源广，主要受大气降水及附近河涌入渗补给，另外还接受周边丘陵基岩裂隙水侧向补给。稳定水位埋深为0.30～26.50m。

2、边坡计算

2.1渗流计算理论

在边坡开挖排水过程中，土坡内出现饱和区域和不饱和区域，彼此相互作用和影响。在饱和区地下水渗流是多孔介质中流体流动，服从达西定律；而非饱和区中地下水渗流是一个非常复杂的问题，是一个多因素互相耦合的过程，主要影响因素有固、液、气三相的体积比，空气压力，土骨架体变，可溶盐含量，温度等。水在非饱和土中的渗流也服从达西定律，但与饱和土中渗流不同之处是非饱和土的渗流系数不是常量，而是土体饱和度的函数，因此必须要有能应用于饱和—不饱和区两种区域的分析方法。根据多孔介质模型和多孔介质流体动力学原理，建立饱和—非饱和土的稳态和非稳态流的二维数值模型[1]：

对于考虑各项异性的二维非饱和问题，当坐标取向与大、小渗透主方向一致时，以压力水头h为因变量的渗流控制方程可以写为：

（3-1）

其中：、 -分别为土体的水平向和垂向的渗透系数， -为水的密度， -为重力加速度， -为比水容重：体积含水率对基质吸力偏导数的负值，即：

（3-2）

非饱和渗流问题中总体上可以分为定水头边界，和定流量边界。

水头边界：

（3-3）

流量边界：

（3-4）

本工程研究的是开挖过程中渗水流量基本无法确定，在开挖完成瞬时状态，水头为定值，所以本模型采用流量边界条件，即第一类边界条件。

2.2边坡设计思路及计算

本文采用断面如图1所示：边坡总高度约为24m，属于一般边坡，边坡坡脚有一条规划河涌深约3m。边坡范围内主要地层为：洪积可塑状粉质黏土层、可塑状、硬塑状花岗岩残积土、风化花岗岩地层。