常理,雨水入滲土體,一方面降低土體強度指標C、φ,增大土體容重γ;另一方面下滲后形成空隙水壓力、動水壓力,增大邊(滑)坡滑動破壞。然而在實際應用中,如果考慮暴雨工況下的邊坡穩定性,成為困擾我們年輕工程師的一個難題。
1 浸水對巖土體強度的影響
巖土體在浸水飽和以后,強度會大量降低。主要表現為:
①土體含水量增大,液性指數增大,從而土體可能由硬塑狀態變為軟塑狀態,導致強度降低;對黏土2組天然現場直剪和6組現場浸水飽和直剪數據進行對比分析,天然狀態(平均值):c=45.8kPa,φ=17.0°,浸水狀態(平均值):c=26.1kPa,φ=17.4°。由試驗結果可知,飽水對黏性土的黏聚力影響較大(由于樣本較小,以下僅做初步統計,僅為初步結論),可否初步認為,對于黏性土邊坡,主要降低黏聚力,從而容易導致淺表層滑坡。但對同一土層進一步進行室內直剪試驗,得到天然狀態(平均值):c=36.8kPa,φ=29.3°,浸水狀態(平均值):c=28.5kPa,φ=21.2°,得到的強度指標遠高于現場直剪指標,通過室內試驗得到的結果表明,浸水飽和對黏性土的內摩擦影響也很明顯。比較現場和室內試驗,可以得到共性是浸水飽和嚴重降低土體的強度。
②巖體特別是泥巖、長石類砂巖、板巖、千枚巖等,雨水浸泡后,礦物巖石以及膠結物發生軟化(黏土礦物類受影響特明顯),導致強度降低。對比全風化片麻巖(成砂土狀)強度指標天然狀態:c=45.9kPa,φ=26.9°,浸水狀態:c=28.5kPa,φ=21.2°。
由分析可知,巖土體在雨水浸泡以后,強度大大降低,嚴重影響到邊坡的穩定。
2 計算方法的選擇
2.1穩定水位穩定性計算
當邊坡存在穩定地下水位線時,計算理論較成熟,并且能夠實現定量化的軟件也較多。根據地質資料提供的水位線,有針對的進行分析。
1)重度的選取:當對于黏性土,采用水土合算,地下水位以下取浮重度γsat,地下水位以上取天然重度γ;對于滲透系數較好的粗粒土,采用水土分算,地下水位以下取有效重度,地下水位以上取天然重度γ。
2)強度指標的選用:根據相關資料,地下水位以上取天然強度指標,地下水位以下,對于黏性土取飽和強度指標,粗粒土取有效應力指標。
3)水壓力的確定:針對一般具有穩定水位的邊(滑)坡工程,可直接采用空隙水壓力進行穩定性驗算,其中,為穩定地下水位線至滑動面的垂直距離。
2.2 暴雨工況下穩定性計算
依據相關理論介紹,在暴雨工況下,需要首先確定浸潤線,浸潤線確定以后按邊坡存在穩定水位的基礎上進行計算,即將浸潤線考慮為穩定水位線。
然而在實踐過程中,本人認為,暴雨工況下,雨水是從土體上方向下入滲,即入滲深度有限,即主要改變浸潤線以上土體的強度和增加上部土體重度,這與很多邊坡由于暴雨作用下發生淺層滑坡事實相符。
故本人認為在驗算暴雨工況下邊坡穩定性分析過程中,可否按如下進行考慮:首先根據經驗初步確定浸潤線,(浸潤線的位置跟土體性質有關,黏性土本身滲透性較低,故雨水下滲較淺,砂性土滲透性較好,即雨水入滲深度較大)。黏性土:對浸潤線以上可取飽和浸水強度指標和物理指標,浸潤線以下可對天然強度指標進行適當的折減或直接取天然強度指標;砂性土:考慮浸潤線作為一隔水層,對浸潤線以上取有效強度指標,采用水土分算,浸潤性以下取天然強度指標或取天然指標進行適當的折減。本人認為:暴雨入滲,短期作用,空隙水壓力影響較小,應主要由強度指標的降低控制。
3 結語
在實踐過程中,驗算暴雨工況下邊坡穩定困擾著本人。如何合理評價暴雨工況下邊坡穩定也成為一個難題,在現場資料中沒用找到能直接拿來應用到工程中的案例。如浸潤線的確定本身就是一個模糊問題,依據經驗確定也是概化了,不同的人有不同的意見,我也請教了很多工程師,他們很多對這個概念也沒用真正的搞清楚,以上也僅僅是本人個人總結的一個初略的見解,其中會存在矛盾和錯誤,希望大家指出。要考慮暴雨工況下邊坡穩定還需要進一步的深入和總結,方法的合理選擇不僅影響工程的安全可靠,也影響到業主方的投資,因此我們有義務對這個問題進行深入。