二級(jí)放坡對(duì)降雨滲流作用的響應(yīng)研究

聶高志 李 博

（河南大學(xué)土木建筑學(xué)院， 河南 開(kāi)封 475004）

0 前言

由于城市化進(jìn)程的加快，大量的人口涌入城市導(dǎo)致人口密度的增加，土地成本越來(lái)越昂貴?，F(xiàn)代城市建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)橄颉吧稀焙拖颉跋隆卑l(fā)展；基坑工程也變得更深、更大，并且由于地下空間利用，使得基坑支護(hù)變得更加復(fù)雜?；庸こ逃幸韵聨讉€(gè)特點(diǎn)：1 基坑工程為臨時(shí)性工程，風(fēng)險(xiǎn)性較高，近年來(lái)基坑事故頻發(fā)。2 復(fù)雜的地質(zhì)情況造成基坑具有很強(qiáng)的地域性。3 基坑支護(hù)理論不完善，在基坑支護(hù)工作中需要豐富的經(jīng)驗(yàn)輔助。4 需要考慮天氣的變化對(duì)基坑穩(wěn)定的影響。

在基坑支護(hù)中，降雨是影響邊坡穩(wěn)定性重要因素之一。非飽和土的抗剪強(qiáng)度與土體含水量有直接關(guān)系。在降雨過(guò)程中，雨水的入滲造成土體重量增加，并且部分土體會(huì)暫時(shí)達(dá)到飽和狀態(tài)，也可以說(shuō)，在降雨時(shí)土體中的水是動(dòng)態(tài)變化的。土體的各項(xiàng)參數(shù)，降雨的時(shí)長(zhǎng) ，降雨量，邊坡特征對(duì)滲流分析都有一定的影響。因此考慮二級(jí)放坡對(duì)降雨滲流作用的響應(yīng)研究是非常必要的。

1 工程概況

本文以河南省宇通大廈為例，宇通節(jié)能與新能源客車生產(chǎn)基地配套項(xiàng)目研發(fā)中心、行政辦公樓、職工食堂和地下車庫(kù)工程，位于中牟縣境內(nèi)的鄭州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，前程路與紅日路交叉口的西南角。

本工程按 7度抗震設(shè)防，建筑場(chǎng)地類別屬于Ⅲ類。研發(fā)辦公樓和食堂室內(nèi)地坪±0.000標(biāo)高為95.00m，室內(nèi)外高差為0.45m，行政辦公樓室內(nèi)地坪±0.000標(biāo)高為95.90m，室內(nèi)外高差為1.35m。

本工程共分為研發(fā)辦公樓、行政辦公樓、職工食堂、地下車庫(kù)，總建筑面積約 109438.86 m2。其中研發(fā)辦公樓地下 2層，地上主樓 12層，建筑面積約23308.92m2，建筑高度54.95m；行政辦公樓地下2層，地上裙房2層，主樓12層建筑面積約27157.88 m2平方米，建筑高度67.65m，職工食堂地下2層，地上2層，建筑面積約 4642.22m2，建筑高度 10.45m；地下室為地下 2層，建筑面積約54329.84m2，地下二層地面相對(duì)標(biāo)高為-9.75m。

2 有限元數(shù)值模擬

根據(jù)工程實(shí)例，構(gòu)建有限元模型，基本參數(shù)為：1 土體開(kāi)挖深度為 7.38m,數(shù)值方向取20m,以坡腳為界，坑內(nèi)取開(kāi)挖深度的1倍，即取10m,坑外取15m,整個(gè)模型尺寸為20*25m

模型采用摩爾-庫(kù)倫模型，根據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告，整個(gè)土體分為三部分，上層土C=1KPa,φ=25°，中層土c=2KPa,φ=28°，下層土C=23KPa ,φ=17°。整個(gè)模型采用CPE4單元進(jìn)行計(jì)算。上級(jí)和下級(jí)邊坡角度均為60°。

3 對(duì)比分析

本文總結(jié)了一些其他工程中的案例，并且考慮到實(shí)際的基坑用地紅線范圍，選取了以0.5米為間隔，分別設(shè)置了1.0m 、1.5m、2.0m、三種基坑模型，對(duì)基坑變形在自然工況下和降雨工況下的變形位移做出對(duì)比分析，進(jìn)而總結(jié)退臺(tái)寬度大小對(duì)基坑穩(wěn)定性的影響。

在自然工況下，通過(guò)強(qiáng)度折減法來(lái)得出邊坡的穩(wěn)定系數(shù)，其實(shí)本質(zhì)就是材料的C和φ逐漸降低，導(dǎo)致某單元的應(yīng)力無(wú)法和強(qiáng)度配套，或超出了屈服面，其不能承受應(yīng)力將逐漸轉(zhuǎn)移到周圍土體單中去，當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)滑動(dòng)面之后，土體將失穩(wěn)，在Abaqus中，材料的參數(shù)是可以隨場(chǎng)變量變化的。通過(guò)強(qiáng)度折減法可以得到退臺(tái)寬度為1.0m時(shí)的邊坡，穩(wěn)定系數(shù)為0.5；退臺(tái)寬度為1.5m時(shí)的邊坡，穩(wěn)定系數(shù)為0.7；退臺(tái)寬度為2.0m時(shí)的邊坡，穩(wěn)定系數(shù)為0.9。通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比可得，當(dāng)退臺(tái)寬度線性增長(zhǎng)時(shí)，邊坡的穩(wěn)定系數(shù)會(huì)逐步增長(zhǎng)，但在實(shí)際工程中，需要考慮實(shí)際情況，不可能一味的增加退臺(tái)寬度，所以結(jié)合支護(hù)情況綜合考慮。

在以上模型的基礎(chǔ)上，對(duì)整體的邊坡整體施加降雨的條件，在降雨條件下土體的飽和度增大，孔隙水壓力增大，土體淺層的基質(zhì)吸力則減小或消失。退臺(tái)寬度為1.0m時(shí)，邊坡的穩(wěn)定系數(shù)變?yōu)?.4.退臺(tái)寬度為1.5m時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)為0.65。退臺(tái)寬度為2.0m時(shí)，穩(wěn)定系數(shù)為0.85。

通過(guò)對(duì)比可知，滑面為圓弧狀與實(shí)際情況相符，降雨后由于基質(zhì)吸力，土體含水量等因素下級(jí)邊坡也開(kāi)始出現(xiàn)塑性變形，變形都是從下級(jí)坡腳開(kāi)始。通過(guò)對(duì)比變形情況可知，由于退臺(tái)的寬度的增大，將邊坡一分為二，使上下級(jí)邊坡之間的相互影響力降低，從而造成上下級(jí)邊坡同時(shí)失穩(wěn)。

通過(guò)對(duì)比，可以得出，雖然增大退臺(tái)寬度，增大整體邊坡的穩(wěn)定性，但也同時(shí)增大了雨水的入滲量，造成了下級(jí)邊坡塑性變形增大。

4 結(jié)論

在自然的工況下，在上下級(jí)的邊坡角度不變的情況下，二級(jí)邊坡的整體的安全性會(huì)隨著退臺(tái)寬度的增大而增大，但是當(dāng)退臺(tái)寬度超過(guò)一定界限時(shí)，上下級(jí)邊坡的粘結(jié)力將會(huì)降低，會(huì)將邊坡一分為二，從而導(dǎo)致下級(jí)邊坡發(fā)生失穩(wěn)。由于降雨時(shí)，雨水會(huì)發(fā)生滲流，二級(jí)邊坡潛在的滑動(dòng)面會(huì)發(fā)生顯著的變化從上文中可以看出，最為明顯的是位置和形狀的變化，滑動(dòng)面的位置更接近于邊坡表面、滑動(dòng)面的形狀更圓滑。由于滲流的的影響，上下級(jí)坡體之間的粘結(jié)作用弱化變得更加明顯，二級(jí)邊坡更加容易發(fā)生局部穩(wěn)定性破壞。