滑坡稳定性受地下水与边坡开挖影响的分析

李 俊，钟天宇

（重庆市地质矿产勘查开发局107 地质队，重庆 400000）

0 引言

随着经济社会的发展，我国的建筑业不断发展，土地资源的使用量越来越大。中国幅员辽阔，地质环境复杂多样，在山区和山区的开发中，要特别重视由此产生的滑坡问题。因此，研究人员需要对滑坡进行更多的研究，以预测危险情况或采取有效及时的防护措施，规避滑坡风险，保护人员和财产免遭损失。山体滑坡是为山体或平台提供稳定性而形成的人工或天然斜坡。在建筑工程中，边坡不仅是最常见的地质结构，也是常见的工程项目。滑坡是一种后果严重的自然灾害。它不仅严重影响我国经济的快速发展，而且危及居民的生命、健康和财产。边坡失稳主要表现为土体沿软带滑移，导致滑坡，给国家和人民带来巨大损失。因此，分析滑坡的成因、分析其稳定性、判断其滑坡并采取有效的治理方案，是建设工程中急需解决的关键问题[1]。

1 边坡稳定的影响因素

边坡的变形和破碎不仅是一种动态地质现象，而且是一个非常复杂的过程。因此，影响边坡稳定性的因素很多。这些因素包括内部因素和外部因素。地质结构、地层岩性和岩体结构是对边坡产生持久缓慢影响的内在因素。这是引起边坡变形破坏的内在因素，直接影响边坡变形的形状和规模，对控制边坡的稳定性起着重要作用。地震、水文、地质、气候条件和人类活动等外部因素对边坡变形的影响较内部因素更为明显。其特点是需要内部因素来影响边坡的稳定性，因此边坡的变形不断发展，最终会导致边坡失稳和破坏。经验表明，地下水是引发滑坡最重要的原因之一[2]，其影响过程也是最为复杂和频繁的。同时，边坡的开挖也是滑坡的关键因素。图1 为地下水影响的滑坡剖面。

图1 地下水影响的滑坡剖面

2 地下水对滑坡稳定性的影响

地下水在地质约束中起着非常重要的作用。据有关统计，地下水及其渗流是造成滑坡的最主要因素，占总量的90%以上。直接地下水补给通常由地表水和大气降水提供。二者间接转化为地下水，严重影响边坡的稳定性。地下水是土壤的一部分，也会影响土壤环境。地下水不仅会影响土壤的力学性质，还会影响土壤的压力。在重力和透水性的作用下，岩体和土壤的整体密度和含水量会发生变化和增加。同时会发生一定的理化作用，使土壤结构面软化，最终改变土壤的性质。图2为地下水对滑坡稳定性的影响。

图2 地下水对滑坡稳定性的影响

2.1 物理作用

物理作用主要包括污泥、软化、润滑和强化结合水。润滑会大大减少岩土的内摩擦角，从而大幅削弱滑动面的摩擦力，增加剪切作用，使岩土沿滑动面发生剪切运动。典型类型包括板岩、绢云母页岩等。页岩和分层中存在的地下水可以被润滑。例如，虽然沙子是亲水的，但润滑起着重要的作用。因此，它可以大大降低砂粒之间的结合力及其表面摩擦力，从而相应地降低其强度。

2.1.1 泥化软化作用

这种物理效应会降低岩体和土体的强度，从而导致岩体结构平面内填充物的物理性质发生变化。对于粗糙的土壤，地下水对其性质几乎没有影响。在这类土壤中，地下水通常以自由水的形式存在，不会从根本上影响土壤颗粒之间的联系，因此不会降低土壤岩体的强度[3]。一般来说，如果粗土中含有少量粘土，颗粒之间的支撑力和结合力就会降低，从而导致土体强度下降。对于粘土，地下水的影响很明显。造成这种现象的主要原因是含水量的不同，使颗粒之间的结合强度大小、种类不同。

2.1.2 粒间的结合状态

如果含水量较低且小于塑限，则颗粒间的结合状态与水结合牢固，使土体牢固，强度较高；如果含水量在塑限和液限之间，颗粒间的结合力弱，则土体呈塑性，抗力弱；如果含水量高，比液限高，颗粒间的结合状态是自由水，土壤就会流动，几乎失去阻力。如果含水量发生一定的变化，结构面内的填充物也会发生变化，土体的质量会减弱，由固态变为塑性，最终变为液态，降低滑带的力学性能，从而减少摩擦和凝聚力。

2.2 化学作用

化学作用包括溶解、腐蚀、离子交换和沉淀。地下水的化学作用降低了边坡岩体和土体的阻力，减少了关节岩体结构的破坏和松动，增加了边坡的有效孔隙度，从而提高了边坡的蓄水能力和导水能力。从一定程度上来看，地下水入渗增加对边坡稳定性有负面影响。

2.3 力学作用

地下水对边坡的压力也是影响边坡稳定性的重要因素之一。这是因为地下水压力通常会改变边坡岩土的应力形式和力学性质，从而导致快速变化，从而显著降低边坡的稳定性。因此，这也是导致边坡破坏的主要因素。地下水压力一般可分为静水压力和动水压力。静水压力降低了岩体和土壤的有效应力，从而降低了其阻力。静水压力的作用机制是通过降低滑动面上潜在的变形正应力来降低防滑力。在裂隙岩体中，在楔子的作用下，静水压力不断增大，使边坡不断破裂。动水压力的作用机理是将地下水在入渗过程中损失的孔隙压力转化为作用于水流方向的力。动水压力主要沿边坡自由面产生推力，从而增加滑动力，降低稳定系数。此外，如果动水压力较大，部分岩体和细粒土材料会进入岩体破坏区、边坡土和软弱夹层，甚至从体块中移出岩土，呈现岩土体的高渗透性和低阻力的特性，进而造成伤害[4]。

3 边坡开挖对滑坡稳定性的影响

开挖后，边坡会造成滑坡。其主要原因是在开挖、爆破、地震、风化和水等外界因素的作用下，岩土的原始结构和应力状态发生了大规模的变化，岩土的抗剪强度降低，压力被重新分配和组合。滑坡灾害以下3 种状态下较为常见：粉土设计地质勘察深度不足、设计坡率不合理、实际地质条件下设计坡度本身不稳定。在按计划坡比开挖的过程中，随着开挖高度的增加，边坡内的应力结合剧烈，从而在岩体和土体中产生拉应力。当剪切强度减弱且不能保持平衡时，就会出现裂缝，导致滑坡。边坡的岩体和土体中存在薄弱的夹层。随着边坡的不断开挖，土体中的应力不断重新组合，导致软质夹层的抗剪强度下降，部分石质土发生滑坡，最终形成滑坡。在各种内外因素的作用下，软岩缓慢变形，常形成大中型滑坡。在各种内外因素的共同作用下，旧滑坡中出现了新的滑坡。在连续降水的作用下，地下水位逐渐升高，岩体的阻力显著降低，从而导致滑坡。

4 边坡防护措施研究

4.1 边坡防护措施方案设计

边坡防护通常遵循以下5 个步骤：①边坡清理。在支护前应清理边坡上的杂草或裸露的岩石。清扫应人工进行，安全系数高，相邻建筑物应得到良好保护。②排水系统。排水系统通常包括边沟、排水沟、护堤截水沟、坡顶截水沟。边沟为矩形C25 混凝土边沟，厚度分别为0.5m 和0.3m；护堤排水沟为尺寸0.3m×0.3m 梯形边沟，采用C25 混凝土，厚度0.2m；坡顶截流沟为尺寸0.5m×0.5m 梯形边沟，采用C25 混凝土，厚度0.3m。③挂网喷锚护锚。边坡开挖修整后，岩质边坡用15cm 厚的普通喷射混凝土保护，然后锚杆位置，挂网喷锚按设计解除.钻孔浇注M30 水泥砂浆应使用砂浆地脚螺栓；地脚螺栓岩面外露10cm，悬垂φ6.5@20cm×20cm 钢丝网；地脚螺栓的间距和长度可根据边坡的地质条件进行调整。④边坡排水孔直径75mm，孔深2m，间距3m，孔呈梅花状排列；开口必须装有直径为50mm，长度为30cm的PVC 塑料排水管。在锚喷网的支护坡面上每隔10m设置一次伸缩缝，宽度为2cm，填充沥青泡沫。⑤植被的绿化。根据项目的条件，决定种植当地的藤本植物，既可以保证边坡的点缀，又可以保证边坡的永久稳定性。

4.2 边坡治理技术

边坡治理通常有以下3 种技术：①绿色混凝土护坡技术。根据周围环境、位置、边坡、岩石性质、边坡绿化状态，确定砂壤土、水泥、有机基体、绿化外加剂、混合绿化植物种子等材料，确定混凝土材料的配比，在边坡上使用喷涂和锚固设备喷涂混凝土材料，实现生态修复。②绿色混凝土护坡和绿色技术。绿色混凝土护坡技术的主要目的是保护岩石边坡。与其他喷洒护坡技术相比，该技术具有许多显著特点：干式喷洒、喷洒距离长；节省材料等，并且施工过程简单，所用设备均为家用机械。③护坡和绿色混凝土技术[5]。在很多山路工程中，工程师更注重寻找保证边坡稳定性的方法。因此，它们失去了土壤或岩石斜坡稳定性的趋势。边坡安全状态分析后，如果安全系数过低，则采用石料或混凝土挡土墙及防护，或采用锚固法喷射混凝土完全封闭边坡防护。这种传统的护坡方式可以防止不稳定坡面上的水土流失和滑坡，但也导致了严重的环境问题，如视觉污染和生态失衡。

随着环境保护意识的提高，人们越来越意识到在保护边坡的同时恢复边坡植被的必要性和重要性。因此，绿色混凝土的保护和绿色技术成为该领域的希望。单独或与其他结构结合使用该技术进行护坡和绿化已成为工程建设的目标。

4.3 合理的控制抗滑挡土墙施工

合理控制抗滑挡土墙施工风险的方法如下：①排水处理在山区道路工程平台边坡施工中尤为重要。因此，在挡土墙施工前，应设计好排水工程的具体实施方案。排水工程最好在施工前进行集中处理和准备，以缩短工期，节约成本。②雨季施工，尤其是在山区路段，无论是开挖还是填埋，雨季施工都容易加剧滑坡，影响施工质量、工期及人员安全。因此，应尽量避免在雨季施工。在山路上开挖地基和回填挡土墙时容易引起地形变化和对周围环境的破坏，施工期间应监测地表水，以消除地表水的影响，并注意施工期间对场地和生活用水的影响。③在修建山路的过程中，滑坡的力尤为重要。为减小滑动力，应自上而下施工，切屑可用作挡土墙材料。当滑坡下缘形成松土时，应立即清理，清理仍应自上而下进行。④对于挡土墙，必须保证墙体的强度、质量和稳定性的要求。墙体材料必须是石材或砌块，并且必须符合相关规范的设计要求。墙体的完整性、稳定性和强度质量应在完工后的一定时间内进行验证。⑤在建造防滑挡土墙的过程中，基础开挖条件必须满足设计要求，开挖深度必须满足岩土要求，稳定性好[6]。

4.4 动态设计监测

对于处理后的滑坡，应及时建立深度约280m 的内部位移监测断面。总共可以设置3 个监控孔。此外，深入实施移动监测，暂停1～2 年完成治理。各级斜坡上所有锚栓和锚索孔的6%，即总共大于11 个锚索测功机。坡锚下预应力竣工后2 年长期监测。

5 结语

综上所述，地下水位对滑坡的稳定性有非常重要的影响。地下水位与滑坡稳定性呈负相关，但受多种因素影响并非线性关系。此外，开挖边坡会进一步降低滑坡的稳定性，从而导致滑坡。在雨水和坡脚开挖的作用下，滑坡的推力会显著增加，导致滑坡稳定性下降。因此，在滑坡治理设计中，要适当排水，降低地下水位，尽量减少对坡脚的破坏。