坡顶后方水体对岸坡抗滑稳定影响研究

孙春艳

【摘 要】河流岸坡抗滑稳定与地质、水文、环境、附加荷载等密切相关，设计人员在岸坡抗滑稳定分析时，通常会考虑这些因素，但在距离坡顶不远处设置疏浚泥浆池和坡顶后方有水体的情况往往容易被忽视，坡后泥浆池或水体的存在经常会引起河流岸坡的滑移，给工程本身及周边环境的安全造成较大的影响。文章从坡顶后方水体如何对岸坡抗滑稳定产生影响的本质出发进行研究，为预防和控制此类滑移的发生提供科学依据。

【关键词】水体;岸坡;抗滑稳定;影响;研究

【中图分类号】U656.3 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）05-0107-03

影响河流岸坡稳定性的因素较多，设计人员通常会考虑地质条件、水文条件、河流岸坡顶底标高、岸坡形态、附加荷载等因素，坡后存在水体或泥浆池所引起的危害在实际岸坡设计与施工过程中容易被忽略，此外坡脚设置的小木桩的作用及其作用机理也有待进行探讨。

多年来，人们一直非常重视河流岸坡抗滑稳定性的设计、施工及研究。王永东[1]对水岸边坡的稳定性进行了研究和分析;陈峰[2]对上海地区防汛墙加固工程关键问题进行了研究;李明等人[3]用有限元强度折减法求解坝坡抗滑稳定安全系数;李同春等人[4]研究了边坡抗滑稳定安全系数的有限元迭代解法;陆志祥等人[5]进行了堤防倾覆性灾害预防设计控制探讨;谢鹏[6]对深厚软土地区桩基水平荷载作用下受力性状进行了试验研究;张芳枝等人[7]对河流冲刷作用下堤岸稳定性进行了研究。

本文以上海市张翁庙机口河为背景，以岸坡产生滑移的基本理论为着力点，分析岸坡坡后水体的存在对河流岸坡抗滑稳定影响的机理，并从分析小木桩及桩前土体受力作用特点出发，分析小木桩产生倾斜的实质性特征，从而为此类岸坡滑移的预防与控制提供借鉴，也为类似岸坡的设计与控制提供参考依据。

1 工程情况

张翁庙机口河设计采用放坡的护岸形式，并在坡脚布置4 m长的小木桩作为景观岸坡固脚，其坡顶高程为4.20 m，坡底（小木桩桩顶）高程为3.00 m，小木桩桩底高程为-1.00 m，河床底标高为1.00 m，小木桩内侧河床顶部标高为2.40 m，河床边坡坡比为1∶2.0，岸坡坡面为生态植物，该护岸设计结构剖面图如图1所示。

在河道整治疏浚过程中，施工单位在某一段岸坡后方距离岸坡底部边缘6 m外设置了一个用于存放疏浚泥浆的泥浆池，泥浆池长度约96.0 m，宽度约17.5 m，深度约2.5 m，河道整治施工过程中泥浆池水流漫流在泥浆池所在岸段岸坡表面，施工完坡脚小木桩后，发现泥浆池所在岸段的小木桩发生了向河道内的倾斜，而未设置泥浆池的岸段小木桩未发生倾斜，小木桩倾覆岸段岸坡顶部表面发现有较大的裂缝存在，滑移痕迹明显。泥浆池的具体平面位置及岸坡滑移现状如图2所示。

2 抗滑移稳定分析

2.1 地质情况

依据勘察报告成果，该滑移岸段20 m以浅的地层为第①1层素填土、第②层褐黄～灰黄色粉质黏土、第③1层灰色淤泥质粉质黏土、第③2层灰色砂质粉土、第③3层灰色淤泥质粉质黏土、第④层灰色黏土、第⑤1-1层灰色黏土。

第①1层素填土在天然状态和饱水状态的主要物理力学性质指标见表1。典型静力触探成果图如图3所示。

2.2 岸坡抗滑移稳定性

未设置泥浆池前岸坡形态参数见表2。

式（3）、式（4）中，T为滑动面单位宽度下滑力，单位为kN/m;G为滑体单位宽度重力，单位为kN/m;R为滑动面单位宽度抗滑力，单位为kN/m;θ为滑动面倾角，单位为°;U为滑动面上单位宽度的总水压力，单位为kN/m;l为滑动面长度，单位为m。

泥浆池所在岸段岸坡单位宽度下滑力和抗滑力计算结果见表3。

根据表3计算结果，泥浆池所在岸段岸坡稳定系数为0.76，岸坡不稳定，会产生下滑，其剩余下滑力为25.5 kN/m。

为了清楚地对比分析开挖泥浆池前后岸坡抗滑稳定性的变化，现以图4所示的岸坡滑动面为滑动面对开挖泥浆池前的岸坡下滑力及抗滑力进行分析，在泥浆池开挖前该岸段岸坡单位宽度下滑力和抗滑力计算结果见表4。

根据表4计算结果，在开挖泥浆池前该段岸坡稳定系数为1.40，岸坡稳定，不会产生下滑，无剩余下滑力存在。

以上计算分析表明，该岸段坡后泥浆池的开挖及储蓄泥浆，不仅破坏了该岸段坡后土体的抗剪强度，减少了土体的抗滑力，还大大增加了坡体的推力，从而导致该岸段岸坡产生剩余下滑力。

2.3 木桩稳定性

木桩之间无连接，因此木桩的抗倾覆计算不能按照挡土墙抗倾覆计算形式进行。在无下滑力或外力作用下，木桩受力处于平衡状态。当木桩受到其上方坡体下滑力或其他外力作用时，木桩是否发生倾斜或倾覆，取决于木桩内侧土体抗剪强度和木桩后侧受力大小。本岸段采用的木桩顶端直径为200 mm，梢端直径不小于150 mm，1 m长岸段内布置木桩5根，则每根木桩承受的剩余下滑力为5.1 kN。

河内侧木桩上部位于第②层褐黄～灰黄色粉质黏土中，其天然重度γ0为18.8 kN/m3，黏聚力为21 kPa，内摩擦角为18.0°;木桩梢端位于第③3层灰色淤泥质粉质黏土中，木桩外侧上部受力时，其内侧与第②层褐黄～灰黄色粉质黏土的接触面有限，木桩内侧所受到的抗力等于土体抗剪强度乘以木桩与土体的接触受力面积，土体抗剪强度依据式（6）进行计算。

式（6）中，τ为受剪土体抗剪强度，单位为kPa;c0为受剪土体黏聚力，单位为kPa;σ为受剪面上承受的上覆压力，单位为kPa;φ0为受剪土体的内摩擦角。

木桩内侧接触面高度范围内第②层褐黄～灰黄色粉质黏土土体的抗剪强度计算结果见表5。土体抗剪强度在木桩内侧所产生的抗力计算结果见表6。

表6计算结果表明，木桩内侧土体抗剪强度对木桩产生的抗力小于木桩外侧坡体剩余下滑力，因此木桩会产生向河内侧的倾斜或倾覆。

3 结语

（1）河流岸坡坡顶后方水体的存在，对岸坡稳定有一定的影响，尤其是坡后水体在岸坡上产生漫流时，通常会造成岸坡滑移。

（2）位于软土地区的景观岸坡设计，在岸坡坡脚采用小木樁作为固脚时，应确保小木桩外侧不受下滑力作用，小木桩只起防止坡脚土体受水流冲刷掏蚀的作用。

（3）小木桩的抗倾覆计算，应按照受力是否平衡的原则进行，其中木桩所受的抗力应依据木桩内侧与土体受力接触面的土体抗剪强度确定。

（4）对于类似的岸坡设计及施工，应按最不利情况考虑，确保河道岸坡及周边环境的安全。

（5）岸坡施工应严格按照设计要求进行，严禁在坡顶后方一定距离内开挖泥浆池或进行堆载。

参 考 文 献

[1] 王永东.岩土工程问题实例解析[M].北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2018.

[2] 陈峰.上海地区防汛墙加固工程关键问题[J].水利水电科技进展，2014，34（6）：49-55，106.

[3] 李明，梁力，王伟，等.用有限元强度折减法求解坝坡抗滑稳定安全系数[J].中国安全生产科学技术，2012，8（2）：83-87.

[4] 李同春，卢智灵，姚纬明，等.边坡抗滑稳定安全系数的有限元迭代解法[J].岩石力学与工程学报，2003，22（3）：446-450.

[5]陆志祥，张逸信，王永东.堤防倾覆性灾害预防设计控制探讨[J].内蒙古科技与经济，2018（22）：79-82.

[6]谢鹏.深厚软土地区桩基水平荷载作用下受力性状试验研究[J].建筑监督检测与造价，2017，10（4）：7-10.

[7]张芳枝，陈晓平.河流冲刷作用下堤岸稳定性研究进展[J].水利水电科技进展，2009，29（4）：84-88.

[责任编辑：陈泽琦]