彭 堅

(深圳市合冠建設(shè)工程有限公司，廣東 深圳 518101)

0 前 言

土質(zhì)河岸邊坡，由于修筑工序成熟，施工方法和技術(shù)較為完善，是許多地區(qū)進行河流岸坡設(shè)計的首選類型，尤其在取土相對容易，土方價格合理的地區(qū)。詹良通等通過對某底部鋪設(shè)復(fù)合襯墊材料的衛(wèi)生填埋場地進行降雨條件下的邊坡失穩(wěn)后反向分析，基于現(xiàn)場關(guān)鍵變形參數(shù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析后，提出了針對該種基地材料，應(yīng)采用的控制堆積體降雨條件下破壞發(fā)生的措施[1-2]。李永亮等對強度折減法的三種失穩(wěn)判據(jù)在進行有限元邊坡穩(wěn)定性研究的適用性進行了探討，其依托一實際公路工程邊坡項目，采用PLAXIS有限元軟件進行分析，得出各類邊坡應(yīng)采用的判據(jù)方案[3-4]。李滿意等對區(qū)別于一般土質(zhì)邊坡和巖質(zhì)邊坡的類土質(zhì)邊坡進行了邊坡穩(wěn)定性研究，以重慶市洞堂灣類土質(zhì)邊坡的地質(zhì)和結(jié)構(gòu)條件分析為基，進而得出其破裂模式，后又通過平面滑動法的理論分析得出了相吻合的破裂模式分析結(jié)果[5-6]。李邵軍等對由于三峽庫區(qū)水位頻繁升降變化的顯著特點而造成的大量滑坡災(zāi)害進行了試驗研究，建立與三峽典型滑坡相似的土質(zhì)邊坡試驗離心模型，通過數(shù)字化監(jiān)測和攝影手段記錄滑坡發(fā)生發(fā)展過程及孔壓、位移變化，得出其破壞模式[7-8]。林鴻州等基于降雨條件下土質(zhì)邊坡試驗結(jié)果，提出以時雨量和累積雨量作為判別土質(zhì)邊坡將要發(fā)生何種類型的邊坡失穩(wěn)災(zāi)害的判據(jù)[9-10]。劉郴玲等采用數(shù)值分析方法，并將重力增加法應(yīng)用于紅石巖實例邊坡工程，通過引入界面單元對邊坡建模進行連續(xù)-離散計算分析，認為連續(xù)-離散方法對邊坡進行失穩(wěn)變形分析有助于失穩(wěn)后的邊坡土體運動變化結(jié)果的呈現(xiàn)和觀察[11-12]。

以下對一河流岸坡進行數(shù)值模擬分析河流水位上漲時，邊坡土體間相互作用力變化情況，采用Geo-studio軟件進行實體建模分析，討論河流水位上漲前后土體間正應(yīng)力和橫向應(yīng)力變化規(guī)律，對比分析汛期8m河流水位條件下和常態(tài)5m河流水位條件下的土間作用力和土與危險滑動面間作用力，總結(jié)河流水位上漲時主要對土中內(nèi)力產(chǎn)生什么影響。為我國華北平原地區(qū)河流岸坡的加固和失穩(wěn)預(yù)防提供了借鑒。

1 工程地質(zhì)

該河流岸坡屬于南水北調(diào)工程接入市政管網(wǎng)的咽喉河流，關(guān)乎市計民生，如圖1所示，該河流岸坡由兩層壓實土修筑，上層為黏土，下層為碎石土，相關(guān)物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。該河流設(shè)計兩種季節(jié)控制水位，汛期6-9月份采用控制8m河流水位，其它月份采用控制5m河流水位。

圖1 土質(zhì)岸坡剖面圖

表1 各土層相關(guān)計算參數(shù)

2 Geo-studio的極限平衡法

極限平衡法用于邊坡穩(wěn)定性分析被反復(fù)驗證，Geo-studio軟件正是基于極限平衡方法對邊坡穩(wěn)定性進行分析，計算結(jié)果能夠很好呈現(xiàn)出失穩(wěn)土體內(nèi)部土條之間的作用力，且能夠進行水力學(xué)計算分析，將水位面波動效應(yīng)耦合計算。

3 構(gòu)建岸坡模型

采用繪制草圖的方法繪制岸坡和水位線輪廓，之后通過設(shè)置區(qū)域?qū)镀聞澐殖蓛蓚€區(qū)域土體，通過輸入材料屬性，設(shè)置兩種不同的材料特征，之后賦予相應(yīng)的土層區(qū)域，再通過設(shè)置相應(yīng)的邊界條件獲得不同的河流水位邊界，并對其它邊界條件進行設(shè)置，設(shè)計好的河流岸坡模型如圖2所示。

圖2 河流邊坡模型

4 模擬結(jié)果

以下通過對不同河流水位條件下的計算結(jié)果中土體內(nèi)作用力的分析，得出河流水位上漲時，河岸邊坡土體內(nèi)作用力變化特點。

4.1 河流非汛期水位5m時

圖3所示是河流非汛期水位5m時，邊坡內(nèi)土條10的內(nèi)作用力，圖中所示，主要有重量、基底正向作用力、基地切向作用力、條塊左側(cè)正向作用力、條塊左側(cè)側(cè)向作用力、條塊右側(cè)正向作用力、條塊右側(cè)側(cè)向作用力、基底抗剪應(yīng)力，相關(guān)參數(shù)具體值見表2。

圖3 非汛期水位5m時，條塊10的作用力

圖4所示是河流非汛期水位5m時，邊坡內(nèi)土條12的內(nèi)作用力，圖中所示，主要有重量60.363 kN/m3、基底正向作用力50.885 kN、基地切向作用力21.758 kN，由此可見，條塊與基底間正向作用力遠大于切向摩阻力，條塊左側(cè)正向作用力126.12kN、條塊左側(cè)側(cè)向作用力60.742kN、條塊右側(cè)正向作用力131.1kN、條塊右側(cè)側(cè)向作用力65.99kN，可見，條塊與條塊間正向作用力遠大于切向摩阻力，基底抗剪應(yīng)力40.239kPa，具體各相關(guān)參數(shù)的值見表2。

圖4 非汛期水位5m時，條塊12的作用力

表2 各土條內(nèi)力值

續(xù)表2 各土條內(nèi)力值

4.2 河流汛期水位8m時

圖5所示是河流汛期水位8m時，邊坡內(nèi)土條10的內(nèi)作用力，圖中所示，主要有重量69.485kN·m-3、基底正向作用力60.602 kN、基地切向作用力18.936kN，由此可見，條塊與基底間正向作用力遠大于切向摩阻力，且相較于非汛期水位5m時的條塊10的重量、基底正向作用力明顯增大，基底切向作用力變化幅度較小，條塊左側(cè)正向作用力153.45kN、條塊左側(cè)側(cè)向作用力47.085kN、條塊右側(cè)正向作用力167.78kN、條塊右側(cè)側(cè)向作用力54.721kN，可見，條塊與條塊間正向作用力遠大于切向摩阻力，且相較于非汛期水位5m時的條塊10的左、右側(cè)正向作用力明顯增大，左、右側(cè)切向作用力變化幅度較小，基底抗剪應(yīng)力27.41kPa，明顯小于非汛期水位5m時35.899kPa。

圖5 汛期水位8m時，條塊10的作用力

圖6所示是河流汛期水位8m時，邊坡內(nèi)土條12的內(nèi)作用力，圖中所示，主要有重量71.373kN·(m3)-1、基底正向作用力63.666 kN、基地切向作用力18.362kN，由此可見，條塊與基底間正向作用力遠大于切向摩阻力，且相較于非汛期水位5m時的條塊12的重量、基底正向作用力明顯增大，基底切向作用力變化幅度較小，條塊左側(cè)正向作用力180.59kN、條塊左側(cè)側(cè)向作用力61.725kN、條塊右側(cè)正向作用力191.64kN、條塊右側(cè)側(cè)向作用力67.767kN，可見，條塊與條塊間正向作用力遠大于切向摩阻力，且相較于非汛期水位5m時的條塊12的左、右側(cè)正向作用力明顯增大，左、右側(cè)切向作用力變化幅度較小，基底抗剪應(yīng)力27.77kPa，明顯小于非汛期水位5m時40.239kPa。

圖6 汛期水位8m時，條塊12的作用力

5 結(jié) 論

1)河流汛期水位升高時，條塊重量及條塊與基底間作用力相較于非汛期時的條塊重量、基底正向作用力明顯增大，而基底切向作用力變化幅度較小。

2)條塊與條塊間正向作用力在河流水位向上波動時，相較于非汛期水位5m時的條間正向作用力明顯增大，而條塊與條塊間切向作用力變化幅度較小。

3)隨著汛期到來，河流岸坡的基底抗剪應(yīng)力會顯著減小，建議加強河流水位監(jiān)測。