第４３卷第４期 ２０１６年１２月 有色金属设计 Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｓ Ｄｅｓｉｇｎ Ｖｏ１．４３ Ｎｏ．４ Ｄｅｃ．２０１６ 水对边坡的影响及其治理 郑 毅 ，孙亚男 ，施鑫竹 （１．西南有色昆明勘测设计院股份有限公司，云南昆明６５００５１；２．昆明有色冶金设计研究院股份公司，云南昆明６５００５１） 摘要：在边坡工程中，常因为地表水的冲刷及地下水的侵入，极易造成边坡滑动而岩（土）体失稳 加剧对边坡的破坏，造成工程事故。笔者指出在造成边坡破坏的诸多因素中，水占有较大比重， 强调应高度重视水对边坡工程的不利影响，阐述了几种边坡工程中有效的防治措施。 关键词：边坡；水影响；边坡工程；边坡治理 中图分类号：Ｕ４１６．１ ４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４－２６６０（２０１６）０４－００２８－０４ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｗａｔｅｒ ｏｎ Ｓｌｏｐｅ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ＺＨＥＮＧ Ｙｉ ，ＳＵＮ Ｙａｎａｎ ，ＳＨＩ Ｘｉｎｚｈｕ （１．Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００５ １，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５００５１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｓｌｏｐｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｔｈｅ ｅｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ｓｕｒｆａｃｅ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｉｎｔｒｕｓｉｏｎ ｏｆｔｅｎ ｃａｕｓｅ ｓｌｏｐｅ ｓｌｉｄｅ ａｎｄ ｒｏｃｋ（ｓｏｉｌ）ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｔｈｕｓ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｎｇ ｓｌｏｐｅ ｄａｍａｇｅ ａｎｄ ｌｅａｄｉｎｇ ｔｏ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ．Ａｍｏｎｇ ｖａｒｉｏｕｓ ｆａｃｔｏｒｓ ｌｅａｄｉｎｇ ｔｏ ｓｌｏｐｅ ｆａｉｌｕｒｅ，ｗａｔｅｒ ｐｌａｙｓ ａ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ａｎｄ ｔｈｕｓ ｔｈｅ ａｄｖｅｒｓｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｏｎ ｓｌｏｐｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｅｍｐｈａｓｉｚｅｄ．Ｓｅｖｅｒａｌ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏ ｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｌｏｐｅ；ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｗａｔｅｒ；ｓｌｏｐｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｓｌｏｐｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ０引 言 随着城市建设和基础设施的快速发展，边坡 工程也越来越多。由于边坡表面大面积裸露于空 气中，长期受自然因素的作用强烈，浸水后湿度增 大，强度降低，在地表水的冲刷及地下水的侵入作 用下，极易使边坡滑动面岩（土）体失稳，加剧边坡 的破坏，造成工程事故。因此，应高度重视水对边 坡工程的不利影响及其有效的防治措施。 ． ． １．２ 边坡分类 １）按成因：自然边坡和人工边坡； ２）按性质：土质边坡和岩质边坡； ｌ 坡高 嫡 ｜ ｌ对边坡的认识 坡底 ．玻趾 坡角 １－１何为边坡 边坡是基面一侧或两侧具有一定坡度的斜 坡，见图ｌ。 图１边坡的构成要素 Ｆｉｇ．１ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｌｏｐｅ 收稿Ｅｔ期：２０１６—１１－２７． 作者简介：￣（１９７３－－），男，云南人，硕士，高级工程师，国家一级注册结构工程师．主要研究方向：土木结构设计 郑毅，孙亚男，施鑫竹：水对边坡的影响及其治理 ２９ ３）按坡高：高边坡（Ｈ≥１５ ｍ）和一般边坡（Ｈ ＜１５ ｍ）； ４）按年限：临时边坡（使用＜２ ａ）和永久边坡 （使用≥２ ａ）。 １．３影响边坡失稳的因素 边坡稳定性是一个复杂的工程问题，影响边 坡失稳的因素很多，总的归纳起来可分为两大类， 即：自然因素和人为因素。 自然因素包括地形、水文、地质、气候等四方 面；人为因素包括设计、施工和管养等三个方面。 在上述因素的作用下，边坡极可能产生剥落、崩 坍、滑坍、滑移等灾害。 总之，在边坡失稳导致滑坡的诸多因素中，水 的不利影响占了很大的比重，这也是该文讨论的 重点。 ２水对边坡稳定性的影响 水主要以物理、化学及力学等作用形式，影响 边坡岩（土）体的性质及强度，破坏其极限平衡状 态，导致边坡失稳，对边坡的安全性产生重大的 影响。 ２．１物理作用 物理作用主要是指水对边坡岩土体的润滑、 软化、泥化以及结合水作用等。 润滑作用导致边坡岩土体的内摩擦角减小， 剪应力增大。软化和泥化作用，使边坡岩土体空 隙中的充填物强度降低。 结合水在粘性土的土粒间作用较强时，土体 含水量低于塑限呈固态，强度较高；结合水在粘性 土的土粒间作用较弱时，土体含水量高于塑限低 于液限呈塑态，强度较低；结合水在粘性土的土粒 间为自由水时，土体含水量高于液限呈流塑态，丧 失强度。 ２．２化学作用 化学作用主要是指水与边坡岩土体之间的离 子交换、溶蚀、水化、水解、氧化还原等作用。 水与边坡岩土体之间的化学作用，会使边坡 岩土体松散破裂、空隙增大，贮水和透水能力增 强，导致Ｃ、‘Ｐ值降低，对边坡稳定性产生极其不利 的影响。 ２．３力学作用 力学作用主要是指水与边坡岩土体之间的静 水压力、浮托力及动水压力等作用。 ２．３．１静水压力 １）坡面上的静水压力：当表面相对不透水的 边坡被水淹没时，其上将受静水压力作用，方向与 边坡坡面垂直。当０（边坡滑动面倾角）＜ｏ【（坡 角）时，坡面静水压力对边坡稳定有利；当ｅ≥仅 时，坡面静水压力对边坡稳定不利。 ２）裂隙内的静水压力：降雨或地表（下）水活 动使边坡岩土体中发育的裂隙内充注水，则边坡 岩土体裂隙内将受静水压力作用，方向与裂隙内 面垂直。自图２取单位宽度坡体可得： 式中：Ｐ ——裂隙内静水压力； Ｌ——裂隙内充水长度； Ｈ——裂隙内水头高度； ——水密度。 图２裂隙内静水压力 Ｆｉｇ．２ Ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ｆｒａｃｔｕｒｅ 通常边坡岩土体裂隙内的水位变化不是规律 而圆滑的曲线，裂隙内水头高度不同时，水头高的 裂隙将比水头低的裂隙承当更大的静水压力，有 时这也会导致边坡局部破坏并失稳。 ２．３．２浮托力 被水淹没的透水边坡会有浮托力的作用，在 浮托力的作用下，能够减轻边坡坡体的有效重量， 这将对边坡稳定产生极其不利的影响。比如在水 库蓄水时，水库周边如有松散堆积的边坡将发生 变形，其原因之一就是浮托力的不利影响。 ３．３．３动水压力 动水压力亦即渗透力，是指边坡岩土体内的 水在水力梯度作用下运动过程中施加于岩土体上 的力，其数值为： Ｄ＝ＶＢ／ 有色金属设计 第４３卷 武 ｝ｆ．Ｖ——动水体积； Ｉ——水力梯度； 水密度 动水』 力方向和水流方向平行，在边坡稳定 的动水Ｊ 力计算中，可采用不同的边坡体体密度 汁入其影响，在计算下滑力时，可采用饱和体体密 度计算； 计算抗滑力时，可采用浮块体体密度 计算。 ３对水的治理措施 ３．１排水法 边坡治水排水法包括坡面排水法及坡体排 水法、 ３．１．１坡 排水法 坡【 排水法 ３，其主要是通过以下这些力‘ 法米实观： 一， ７—．． 图３坡面排水沟布置示意图 Ｆｉｇ．３ Ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｓｌｏｐｅ ｄｒａｉｎａｇｅ ｄｉｔｃｈ 一一 一１）没 边坡坡顶截水沟、平白截水沟、边沟、 排水沟及跌水与急流槽； ２）化 边坡防护 以上的水塘、 地中的积 水和小溪的水流等郜腹予疏干、排ｒ，不可 ｆ：水渗 入边坡防护区域； ３）地衷径流或水流幢设置水管、水沟、水槽、 水渠或涵｝ＩＩ４等设施，以实现有组织排放； ４）边坡坡顶以上的裂缝或可能向下渗水的通 道’Ｊ１ １ Ｊ｝Ｊ混凝土、沥青或聚乙烯板等材料完全封 闭或填摩饼实． ３．１．２坡体排水法 坡体排水法主要足指通过设置 边坡坡体内 的渗沟、饿水肓沟及仰斜排水钻孔等完成坡体内 排水的 法。 １）渗沟『ｉ『分为截水渗沟、边坡渗沟和支撑渗 沟，主露是川于截排边坡坡体有效影响范 内（浅 层）的地下水； ２）截水宵沟主要用ｒ俄排边坡｛｛ｌ｝坡体以外的 深层地下水，使其不进入滑坡区内 一般设嚣于 滑坡可能发生的范 ５ １１１以外的稳定地段，与地下 水流方向垂 ，基底埋人 水层下的 水层巾 截水肓沟｝｛ｌ戗水及排水 部分组成，沟 迎水而 设置反滤 ，背水面及沟顶没隔渗 ４ １．回填土；２．隔渗层；３．反滤层；４．带孔混凝土盖板； ８一 ５．卵石和碎石；６．浆砌块石底座； 一二二 ７．夯填粘土或浆砌片石： 一８．排水孔 图４截水盲沟示意图 Ｆｉｇ．４ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｗａｔｅｒ—ｃｕｔ ｂｌｉｎｄ ｄｉｔｃｈ ３）仰斜排水钻孔｛ 川ｔ丁排除边坡滑坡体以 内的深层地下水．管，通常按水平仰角５。没 ，钻孔 ．一般采川钻机钻孔 置排水 为ｌ（）～ｌ５ Ｉ］ｌｌ 排水钻孔完成后，可』ｆ¨ 气体、』ｆ 水埘钻孔进 行疏通和清洗，必要时排水管应没 成化管，以确 保排水畅通、见 ５ 图５仰斜排水孑Ｌ示意图 Ｆｉｇ．５ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｎｆ ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｄｒａｉｎａｇｅ ｈｏｌｅ 郑毅，孙亚男，施鑫竹：水对边坡的影响及其治理 ３１ ３．２化学处理法 应用化学溶液处理边坡潜在滑动面的技术方 法。在含水的饱和粘土中，粘土矿物中的阳离子 经过化学溶液处理后，在土体中的置换速度比水 渗透的速度要快得多，土体中阳离子的置换可导 致土体抗剪强度提高２～３倍，有利于增加边坡的 稳定性。 ３．３电渗法 电渗法能够引起孔隙水在预先埋置于边坡坡 体中的正副电极之间迁移，这种孔隙水的迁移可 引起土壤固结，从而增加土的抗剪强度，但是此方 法费用昂贵。 ３．４生态防护法 生态防护的常用方法有：种草防护、铺草皮防 护、植灌木防护、土工网植草防护、行栽香根草防 护、蜂巢式网格植草防护、客土喷播生态防护、喷 混植生生态防护和植生基质喷射防护等。 ３．５综合治理法 在大多数边坡工程中水的治理措施，是上述 各种方法的综合运用。 ４结语 大量的工程实践表明，在造成边坡破坏的诸 多不利因素中，水在其中占有相当大的比重。可 以说，对边坡的治理，其实在很大程度上就是对水 的治理。只有对其内在的规律和联系了解透彻， 对其治理的手段运用正确，才能在边坡治理工程 中从容面对水的各种不利影响，确保边坡工程的 安全。 参考文献： ［１］牟会龙．滑坡［Ｍ］．北京：地震出版社，１９８７． ［２］包永兴．边坡稳定分析中主要影响因素的判别［Ｊ］．四 川水利，１９９８，１９（３）：４９—５２． ［３］王乾程，李培铮，谢建华，等．水作用下土坡稳定性分 析及防治对策探讨［Ｊ］．西部探矿工程，２００３，８４（５）： １５６—１５７． ［４］晏同珍．水文工程地质与环境保护［Ｍ］．武汉：中国地 质大学出版社，１９９４． ［５］王大纯．水文地质学基础［Ｍ］．北京：地质出版 社，１９９５．