粉质砂壤土河坡失稳原因分析和处理

2021-10-25闫冬梅王莉娟

治淮 2021年8期

闫冬梅王莉娟郭辉

一、概述

河道坡面的稳定与否，直接关系到河床的整体稳定性。河道坡面土质呈粉质砂壤土，一旦受到外侧渗透压力影响，极易在河床坡面产生坍塌破坏，造成整个河床失稳，处理不好会极大影响到河道安全和输水能力。聊城境内某大型输水项目，在对原河床衬砌施工过程中，老坡面砂化严重，汛期与冬季施工时，出现不同情况的坡面滑动破坏。河床外侧受到雨水及地表积水的影响，形成较高的承压水头，产生较强的渗透压力，出逸口河底（▽28m）以上2m 范围内破坏相当严重，混凝土衬砌和预制板拉裂并严重坍塌，产生断面整体衬砌位移和变形。现就坡面滑动为例，对河床失稳进行剖析，以促进完建期和运行期河床的稳定。

二、滑坡的形成

汛期雨水充沛，河床外坑洼易形成积水。河床外侧地面一般在▽34m 左右(洼地▽32m)，地表水汇流至洼地内，相对形成了较高的承压水头，达到6m。又因土体砂性严重，渗透力较强，出逸口在河底(▽28m)以上2m 左右，设计未布置冒水孔，排水不畅。在渗透压力作用下，出逸口处土体隆起，逐渐向上下两侧扩大，破坏了施工中的混凝土衬砌。而在冬季，农业生产性积水因施工中河床被封闭不能排出，渗透力逐步增强；又由于临近出逸口，原出逸点受冻堵塞，内部压力增大；预制块施工未布置排水设施，出逸点排水不畅。几方面原因造成较大渗透压力的形成，坡脚向上的土体隆起破坏，使混凝土预制块向河床整体坍塌，位移长度达到3m左右，使整个河床断面产生滑动，位移受损长度达400m 左右。

三、机理分析

1.理论分析

当土体处于极限平衡状态，河床边坡允许最大高度(h)按式（1）计算：

式中：θ—边坡坡度角（°）；

γ—土的重度（kN/m3）；

C—土粘聚力（kN/m2）；

Ψ—土的内擦角（°）

由式（1）可知有四种情况出现：

（1）当θ ＝Ψ 时，h=∞，即边坡的极高度不受限制，土坡处于平衡状态，此时土的粘聚力未被利用；整个工程河床坡比均在1∶2.5～1∶3 之间，比较合理。

（2）当θ ＞Ψ 时，为陡坡，此时C 值越大，允许的边坡h 可越高；一般这种情况出现在纯粘土的河床上，因粘聚力较大，相对坡比要小于1∶2.5，对河床的稳定也无大碍，粉砂壤土不会出现坡比小于1 ∶2.5 情况，否则会带来安全性问题。

（3）当θ ＞Ψ 时，若c=0，则h=0，此时河床任何高度都是不稳定的；这种情况与实例有类同点，虽然C 值不等于0，但数值比较小，再受渗透水的浸泡更会小于原理论值，理论上计算出来h 值比较大，实际h 值是小于计算值的。此情况一般还应对土坡安全系数K 进行核算，方可满足安全性要求。

（4）当θ ＜Ψ 时，为缓坡，此时θ 越小，允许坡高越大；所有河床断面资料未发现大于1 ∶4的坡比。

2.土坡抗滑安全系数K 值计算

根据产生河床失稳情况的实例，并对照相应的坡面土粒性质，发生滑动面出现在河床最底层，为粉质砂壤土，C ＝2.6kPa，Ψ ＝13.6º。此时土层土C 和Ψ 值较小，鉴于C 值更偏小，考虑到受渗压力的作用和浸泡，C 值趋向于0，河床h 值是满足要求的，但还应对土坡安全系数进行校核：

K ＝tanΨ/tanθ ＝tan13.6º/tan21.8º＜1.1，不安全。

此时抗剪力不能满足剪应力，从而出现了两处河床失稳。因此当河坡土质C 值较小时，更有必要对土坡稳定系数K 进行校核算，这对于河床安全性是必要的，以便对防范滑动起到一定的保证作用 (出现问题河床坡比为1 ∶2.5，则θ ＝21.8º) 。

3.外力的作用

两处河床失稳都是在外侧承压水头过高情况下发生的。由于对河坡作护砌及衬砌施工，河床处于干枯状态，而外侧形成地表汇水，排水通道被堵死，此时水头高度达到6m 以上，经过一段时间的浸泡，坡面土体力学性能降低，出逸囗的压力达到最大时，推动了坡面土体的隆起。出逸点一般在河底向上2m左右范围内，坡面沿浸润面向下坡面土粒较湿润，增加了坡面的滑动的可能性。

在渗流长时间作用下，受雨水和地表汇流影响，坡面在出逸口周边土粒沼泽化严重，呈淤泥状，其物理和力学性能降低，抗剪强度和粘聚力减小，从而引起局部渗透力破坏，导致滑坡。

浸润线越高，对堤坡破坏越严重。本例中由于出逸口处被衬砌与护砌所覆盖，堵塞了出逸口排水，加大了内侧渗透压力，形成土坡隆起破坏，产生较大的坡面滑动。