堤防软土边坡稳定性分析

侯丽蔡慧娟

南京市水利规划设计院股份有限公司江苏南京210016

摘要：控制堤防边坡稳定性的关键因素就是堤防堤分布，软土有着灵敏度高、流变性、强度低、含水率高等特征，让软土边坡破坏方式也和其他粘性土边坡不同。从实际案例出发，借助软土流变案例分析软土强度衰减特点，并且将实验结果计算到实际工程中，提出堤防工程软土边坡过程中强度参数要选用长期强度指标当做边坡计算参数。此研究成果是对堤基下分布软土的堤防边坡分析有着指导建议。

关键词：堤防边坡；强度衰减；软土流变

引言：某城市位于长江区域附近，四周河网众多，历经多年修成了堤防，很多堤防堤基下方有着淤泥质土，在软基上的堤防稳定性和安全性主要是由软土层控制，并且也受到了水位影响。在最近几年，已经建立堤防在多年运行里面通常是处于稳定的状态，该地区多处发生强降雨、造成了农田被淹，河道水位超新高，带来了极大的经济损失，所以应扩大河道行洪能力、提升防洪标准。在工程建设过程中，出现多处软土堤基上的边坡问题，引发了社会关注，同时在后期进行堤防修复过程会遇到各样问题。软土有着流变性高、含水率大、强度低、渗透性低等特征，软土流变性在力学上的特征不同于粘性土，土的流变性对于软土有着一定影响，进而对地基承载力和边坡的稳定性有着影响。

1场区工程地质条件

1.1地貌

某条河流作为长江支流，拟建的场地是属于长江漫滩地貌，堤防两侧的初始地面标高是8.50-9.30米，当前河堤堤顶高程通常在12.5-13.4米。[1]因为附近建设公园，堤防堤顶要低于右岸堤后填土，局部堆应超过10米，四周环山，强度较低、渗透性高和流动大等特征，让软土边坡极易造成破坏。

1.2水文地质因素

场地地下水的种类通常是第四系松散堆积层空隙潜水。大气降水和水位影响着地下水位，地下水和场地有着紧密的水利联系，通过的水区域影响着地下水位，尤其是在堤防过程中出现的概率可能更大。

1.3堤防工程地质种类

此段河道堤防堤基在四周分布着软黏土，根据地质类型为双层结构，堤基工程地质类型是C类，堤岸稳定性属于第三种，稳定性较差。堤防在世界上是属于早期一种防洪工程，有着保护工农业生产措施的用处。当河堤所约束的河水结束，会限制洪水在洪道内运行，将水深等量增加，对泄洪排沙有力，并且堤防还能够抵挡风浪，其种类按位置区分江堤、河堤、湖堤等；根据功能可以划分为支堤、隔堤、子堤等；根据建筑材料可以区分为土堤、石堤与混凝土防洪墙等[2]。

1.4地层岩性

地层岩性通常是说构成岩层的岩石的物理性质（成分、颜色等）和化学特征存在着差异，而岩石的成分是变质岩、沉积岩等。异岩性地层有着强穿透力，它的时间界面和上下界限存在着差异，所以岩石地层要按照区域进行划分。按照勘测揭露，工作区主要地基图层通常为长江漫滩相沉积物质；第三系人工填土、淤泥质重粉质等。

2土的物理力学性质和计算边坡稳定度

2.1土的物理力学性质

此次试验所选取的软土试样是来自长江中下游某城市工程右岸，取样高程2-5米，是第四系全新世软土，是灰色有机稍带有臭味的流塑状态。天然的含水量是35%左右，借助颗粒可猜测到软土粘粒的含量是在30-38左右[3]。

2.2河道边坡的拓浚案例

拟拓浚河道是在长江周围，此工程是先导段和实验段，河道断面根据工程有关规定：河底高度是2.7米左右，河道在使用范围内向右开拓，左右岸坡比是1：3，在迎水坡7米处设置3米宽的平台，使用干法施工、机械开挖作为主要开挖方法。

2.3选用边坡设计参数和成果

按照地勘结果，根据《水利水电工程边坡设计规范》[4]要求对水位降落时间、施工时间和稳定期进行断面的稳定岸坡计算，使用计算方法为瑞典圆弧法，施工日期如表1所示。

表1强度指标不同下施工日期土坡稳定成果

通过表1可知，使用直快指标施工期间处在不稳定状态，然而按照《水利水电工程边坡设计规范》对施工开挖水位选用加快快剪指标对断面岸坡进行计算，所以堤防整体施工期间是稳定状况。

2.4施工期滑坡反分析情况

此工程河道选用的是干法施工，在施工过程中，河道左岸从坡面开挖成型以后，发生许多软土边坡变形情况，如图1。右岸也是在坡面开挖出现滑坡情况通常是在一个礼拜左右。滑坡出现后，对施工成型的断面进行模拟反分析，计量模型中以临界状态反分析软土强度指标，得到临界状态情况下淤泥质重粉凝聚力是C=15.3Kpa。

图1坡面开挖成型图

3软土流变性能试验和边坡固定处理建议

3.1实验设计效果

此次实验中需要把控三轴仪进行操作，主要过程如下：

按照《土木实验规程》的三轴压缩实验标准进行制样；（2）在不排水的状况下，施加力度将试样剪破，在剪切的时候应变速率需要使用0.006%/min[5]。此次实验设计需要考虑软土的水不易排、渗透系数小等特征，并且要考虑软土加载缓慢情况下，强度变化特点。

3.2分析实验结果

图2轴向应变

从图2中可以看出不同剪切应变率、轴向应变和应变力差之间的关系变化。由图二可以知道，在相同围压不排水的状况下，剪切应变率是0.006%-0.008%左右，固结不排水剪切要小于土体的剪破强度，这说明加载率缓慢，土体剪破度越小[6]。在荷载作用下，土体的长期强度在不断缩减。不同围压下强度缩减如表2可见。

表2衰减率与围压的关系

不同围压下，应考虑到土体流变过程中强度衰减率是82%-91%，分析表2可知：临界状态淤泥质重粉质衰减率是82%，因此要考虑合理分析土体流变强度指标在软土边坡参数。

3.3加固处理边坡方案

当坡面、滑坡出现变形以后，要按照反分析的结果联合流变实验，对实验段未实施阶段进行设计解读，进行局部加固处理对左岸坡面使用的4米杉木桩；右岸把7.5米平台延伸至12米，并且对局部出现变形段要使用杉木桩实行加固。兵器人对已经出现的滑坡实行削坡裁剪，并且设置加固处理对抗滑桩。

4结束语：此篇文章是以长江中下游作为案例，研究软土在荷载的作用下衰减强度性能，借助室内流变实验获得衰减强度指标和反分析获得出临界状态下的强度与指标相符合，选用强度指标作为边坡稳定分析并且调整设计方案，没有出现大类型滑坡，施工期间选用杉木桩在加固以后也有了显著缓解情况。因此在堤基分布软土的堤防坡度上要选择长期强度指标当做设计根本。

参考文献：

[1]张莉萍，李进，陈勇，王艳波.堤防软土边坡稳定性分析[J].资源环境与工程，2017，31（04）：460-462+485.

[2]秦溯，鲁贤成，陈俊杰，韦超群.含水平夹层边坡稳定性及破坏规律研究[J].西部探矿工程，2017，29（03）：1-5+9.

[3]张飞，陈豆豆，沈广军.堆载深厚软土边坡沉降与稳定性数值模拟[J].科技创新导报，2015，12（31）：60-64+66.

[4]李荣华.基于GPS技术的软土边坡安全远程多源监测系统设计[J].自动化与仪器仪表，2015（07）：107-109.

[5]罗鹏.软土边坡坡脚处基坑开挖土体稳定性分析[D].合肥工业大学，2013.

[6]李飞.关于基坑边坡与支护的稳定性分析[A].中国力学学会结构工程专业委员会、湖南大学土木工程学院、中国力学学会《工程力学》编委会、清华大学土木工程系.第十一届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C].中国力学学会结构工程专业委员会、湖南大学土木工程学院、中国力学学会《工程力学》编委会、清华大学土木工程系：，2002：4.