基于高灵敏土的河道整治边坡稳定影响因素探究

涂文强

(江西省南昌县赣东大堤河道堤防管理站，江西 南昌 330207)

1 高灵敏土与边坡稳定

土的灵敏度是原状土与其重塑后进行实验的无侧限抗压强度的比值，工程学上也常用灵敏度St来衡量黏性土度的影响。一般情况下，土的灵敏度越高，则土质的结构性越强，此时受到影响后的强度降低也更加明显。目前常使用现场原位测试中的十字板剪切试验为测量土的灵敏度的主要方法，可以快速准确的确定土的灵敏度。

而对于边坡稳定方面的研究，国内外相关的学者和专家进行过细致探讨。一般情况下可以将河道整治的边坡分为两类，即均质土体边坡与非均质土体边坡。随着技术的快速发展，可以利用岩土力学的相关知识来进行模拟，并经过有限元强度原酸的方式分析边坡稳定的影响因素。

2 河道整治工作中的边坡稳定问题

由于边坡成坡的过程中，临空面周围因应力重分布，周围发生明显偏转，无论是在重力场条件还是在水平应力为主的构造应力场条件下，总特征表现为越靠近临空面，最大主应力越接近平行于临空面。

目前河道整治工作中，涉及到边坡的主要问题在于护坡和坡面排水问题。由于河道河段形式多变，边坡处理工作也存在着一定的差异性。从河道现状来看，很多河流防洪标准达不到应有的要求，且行洪能力不足，河道淤积严重，一些河堤出现垮塌，对环境和水土保持工作都带来了不利影响。从治理措施来看，也应该基于河道边坡的影响程度进行判定。而具体的项目设计也需要从边坡稳定的影响因素来入手。

从具体的处理方法看，临水侧护坡的形式应该结合风浪大小、近堤水流与潮流情况决定，结合堤的高度、堤基土质，来分辨护坡设计可能产生的影响。对于背水侧护坡的形式也需要结合区域内的降水情况，结合土质情况来决定。例如水泥土、混凝土护坡与土体之间应该设置砂石、砾石垫层或土工织物，厚度需大于0.1 m，对于河流区域内或是湖堤琥珀垫层还应该增加厚度[1]。河堤邻水侧可以选择用斜坡式或复合式结构，根据技术参数的比较来确定具体施工方案，断面尺寸也应该根据强度计算的结果来确定。同理，墙与土体之间也应该设计过渡层，厚度为1.0 m左右，再确定平台高程。

3 边坡稳定性的分析方法

3.1 过程机制分析

过程机制分析是结合边坡的地址条件与变形破坏的基本规律决定，从边坡演变的全过程入手，来预测其发展趋势。特别是对于高灵敏土，容易受到环境因素的影响，此时应考虑边坡稳定性变化的趋势和变形破坏方式，并且对已经发生过滑坡的边坡进行判断，判断其是否能够产生转化。必要时可以通过类比法，将人工设计的边坡研究条件与参数应用到相似的边坡研究工作中，并利用一定的关系曲线来证明定量关系，分析软弱结构面的组合条件与滑动方向，判断边坡的稳定性。例如SMR方法就是综合考虑边坡工程中不断连续面产状与坡面间的组合关系，以及边坡的开挖方式等，如图1展示出的结构。

图1 边坡稳定性结构

边坡的稳定性通常由滑动面上的抗滑力(Fs)与滑动力(Fr)的比值决定。由于边坡可能具有的一切变形方式、下沉方式与地质结构、所处环境之间密切联系，尤其是对于一个具有固定外形与结构特征的斜坡，可以采用赤平投影方式来分析坡体中起控制作用的结构面空间组合状况，可以大致地确定斜坡类型，以及其可能出现的变化方式。例如通过现场勘察的手段，查明边坡存在的变形趋势与演变机制，参照各类地质依据标准，建立力学模型与数学模型，利用数值进行模拟，将模拟结果与实际勘察结果进行比对，就可以进行相对准确的预测。对于边坡稳定性的影响因素来看，普遍具有周期性规律与区域性规律。高灵敏土在发展过程中会有显著的周期性变化，所以边坡的演变也会具有一定的变化规律。特别是在一些地质条件与自然环境条件相似的地区，边坡的变化情况同样具有相似性。从地质构造活动来看，表现为边坡在一段时间内的应力方向与变化趋势相似，活动方式也有可以参考的地方[2]。

3.2 定量分析

定量分析法主要包含各种类型的数学模型分析，例如确定性极限平衡法与应力应变分析法。此外，人工智能算法、遗传算法与灰色系统理论分析法也可以成为定量分析的主要方式。定量分析涉及到边坡稳定系数问题。目前对于边坡稳定影响因素的分析可以通过以下公式实现。

(1)

式中：k为边坡稳定系数；R为坡体岩土提供的抗滑力；S为坡体岩土自身的滑动力。

4 河道整治边坡处理方案

在边坡形成的过程中，应力状态的变化在一定条件下会破坏边坡稳定性，根据边坡破坏的基本类型来看，包括崩落、倾倒、侧向扩离、流动等。

4.1 结构面加固处理

由于边坡不稳定情况多发生于雨季，此时地表水渗入，地下水活动频繁，是影响边坡稳定性的主要因素。因为水本身会产生净水压力，再加上水流动出现的水压力影响到边坡结构，甚至出现侵蚀作用，让结构内部的摩擦力下降。此外，地下水富集程度的提升还会影响结构面的抗剪强度，而地下水渗流对岩土体会产生动水力，水位的升高将产生浮托力、地表水对岸坡的侵蚀使其失去侧向或底部支撑等，这些都对边坡的稳定不利。

实际上，当出现边坡滑坡时，滑体的滑动面与边缘轮廓是受到结构面控制的，换言之，即结构面的强度决定了边坡强度。我们从大量的边坡事故中也可以看出，不稳定的岩土体通常是沿着结构面或多个不同结构面的组合边界出现剪切滑移或错动变形，导致岩土体的稳定性下降。加固处理方案考虑采用拆除变位挡墙后放坡。根据《堤防工程设计规范》(GB 50286—2013)的要求，堤防的抗滑稳定性分析会采用瑞典圆弧法。平台以上堤坡坡比1∶2，平台以下河坡坡比1∶3。考虑到施工期间内的水位下降问题，边坡的抗滑稳定性需要纳入考虑范围之内，因此对河道边坡需要进行加固处理。处理方式受到土源、征地等因素的影响，结合类似的河道工程设计方案，可以采用木桩或是水泥土搅拌桩。

季节变化导致的强降雨、降雪、冰冻等会引起边坡不稳定，而地震或设备产生的振动力同样会导致周围的土体松动，孔隙水压力增加，让处于临界状态的边坡有瞬间崩塌的风险。另外，风化作用也需要考虑在内，风化作用影响边坡的形状与坡度，增加土体的透水性，也会改变地下水的动态。特别是当边坡沿着裂隙风化时，岩土体脱落、堆积的情况时有产生[3]。

4.2 水泥桩搅拌

通常情况下，土体的孔隙越大，则强度越低。在河流整治工作中，很多滑坡都是因为剪切破坏导致。而一些矿物稳定、抗风化性能好的岩土所构成的边坡，稳定性较为出色。因而水泥桩搅拌的作用更加重要。可以在河坡区域设置3排水泥搅拌桩，在迎水面青坎以上设置1排，青坎以下布置2排，排距控制在2 m左右。而水泥搅拌桩沿着堤防方向间距为1 m，呈相互交错梅花布置。在水泥材料的选用上，选择强度等级较高的硅酸盐水泥，保障搅拌桩桩身的抗压强度。抗剪强度指标根据土工原理和相关的规范计算，需满足GB 50286—2013的要求，抗剪指标采用原土层强度指标。

4.3 工程案例分析

某区域地处丘陵中部，总地势东北低、西南高，剥蚀丘陵与谷地、洼地。一般海拔高程在1000～1100 m之间，相对高差100 m，最高峰海拔1700 m左右。中部明显层状地貌、多级台地及溶丘洼地地貌。区域内地貌总体为山地与丘陵地区为主的丘原盆地地貌。区域内地质条件单一，形成简单的地貌特征，沿河低端由河漫滩发育形成冲洪积地形。

当地地区属于亚热带季风湿润气候。工程主要建设内容为区域内河段的智力工程。根据国家《防洪标准》与《城市防洪工程设计规范》的要求，结合现场实地勘察的结果，河道整治采用护坡形式进行河床清淤，并考虑使用浆砌石护坡与草皮护坡相结合形式。

可以看到实例中的边坡防护考虑到了对可能出现的影响因素进行针对性处理。首先针对当地的地形进行了分析，以此为基础进行综合治理，此外，采用预防为主、防治结合的方式，对于一些主要的隐患和风险因素，如软弱基地或是有害的地下水源进行优先处理。对于某些附属措施，如坡面防护或路基用地范围以外的防护与加固措施，按其轻重缓急，分期实施，逐步完善。在实际的管理工作中应该根据当地的气候、水文等情况来选择工程防护与植物防护模式相结合的措施，并且在地下水较为发育路段应注意路基边坡防护与地下排水措施的综合设计。

5 结 语

影响边坡稳定性的因素众多，影响方式也有所差异，这也要求相关的技术部门需要根据边坡的不同特征采取不同的应对方案。在稳定性分析方法上，本文所提出的两种方式具有不同的适用范围与优势，未来的工作中也需要根据地质条件选取合理的分析方法。本文着重研究高灵敏土区域内河流整治工作的开展模式，减少对边坡的不良影响，让水利工程建设项目和管理工作的质量稳定提升。