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试析堤防软土高边坡重建过程中土力学参数的选取对边坡稳定性的影响1、引言城市河道堤防承载着防洪、生态、通航、景观等多种功能，边坡稳定是保障河道堤防综合功能的最基本因素黄浦江是太湖向东海泄水的主要通道，也是沟通上海市和太湖流域的重要航道黄浦江河底较深，堤防边坡高度一般大于15m，为软土高边坡[1]黄浦江某岸段在防汛维修加固墙施工过程中发生了滑坡，需维修加固段总长238m，其中滑坡段长63m上海地区以软粘土为主，抗剪强度小，灵敏度高，渗透性小，施工期常来不及完全排水固结，且由于灵敏性高，扰动后强度降低较多，时常发生滑坡危险重建设计过程中探讨应用了多种土力学参数指标[2]其中，十字板指标在水运工程中应用较为广泛[3]，但目前水利工程设计中对十字板指标应用较少[4]本文以黄浦江堤防某失稳边坡为例，分析了边坡滑动原因，阐述了滑坡后的边坡重建方案，通过有限元计算、刚体极限平衡法分析探讨了十字板与快剪、固快等指标在软土高边坡堤防重建中的差别，以期指导工程实践2、堤防高边坡滑坡成因分析2.1坡面变化护岸维修加固段总长238m，滑坡（滑坡体厚度小于10m，为浅层滑坡）总长63m，为正在施工的岸段，东西两侧相邻岸线共长175m，为待施工岸段。

滑坡发生后，首先复测滑坡两侧堤防断面，发现河道中心水下无深泓，但东西两侧共约175m范围内，堤防前坡面已刷深3～5m，发生了较大刷深变化分别在稳定渗流期、水位降落期、地震期、施工期采用瑞典圆弧法和强度折减有限元法[5]，利用理正岩土和PLAXIS软件[6]对滑坡两侧相临岸段断面进行复核分析计算PLAXIS程序通过有限元强度折减求解边坡稳定安全系数定义系数ΣMsf为模型强度折减系数（即安全系数），不断减小强度参数tanφ和c直到模型发生破坏则有ΣMsf=tanφi/tanφr=ci/cr其中，φi、ci均为输入的材料强度，φr、cr均为输入的材料强度折减后的值计算结果（表1）表明，相比原设计，边坡整体稳定系数减小较多，已不满足《堤防工程设计规范》[7]要求，处于不安全状态其中施工期瑞典圆弧法和有限元强度折减法计算结果见图1由此推断，滑坡段滑移前，堤防坡面刷深变陡，处于不安全状态首先分析该段河势，岸线较为平顺，不属于顶冲段，河势较稳定，河道的正常行洪一般不会带来如此大的冲刷进一步察看，本岸段前沿水域为近年来黄浦江下游搬迁而来新设置的转驳码头段，功能主要为大型船转驳小船停泊段大船一般靠泊在江侧，为了近岸靠泊，存在疏浚的可能性。

表1边坡稳定计算成果注：括号内为有限元强度折减法计算结果图1边坡稳定计算结果2.2滑坡原因分析(1）堆载影响滑坡前边坡后侧堆载了两堆高约4m高的土方坡顶加载引起边坡下滑力增加，同时加大了坡顶张应力，诱发边坡失稳堆载为土体时，遇到降雨，影响更为严重，因堆载物减少了降雨径流，增加了降雨入渗量，进一步降低了边坡稳定性2）打桩对原状土的影响在墙前泥面已变陡的情况下，墙前桩基施工加剧了边坡失稳的可能另外打桩机和配合施工的挖掘机等动荷载的相互叠加，进一步增加了不稳定程度诱发滑坡的因素较复杂，其影响相互叠加综合分析认为，墙前泥面线在短期时间段内发生3～5m的较大刷深变化是造成边坡发生大滑坡的主要原因3、边坡重建3.1边坡重建方案目前，针对软土高边坡重建的经验相对较少综合工程现状及土地不损失的要求，拟定了坡率与阻滑钢板桩联合处理的方法[8]该方案采用水下抛填恢复原泥面的方案，墙前恢复泥面后，在原位建防汛墙，堤线不后退，断面详见图2图2边坡重建方案（单位：m)此方案抛填方量较大，经投资比较，采用造价较低的水下充填袋装砂作为主体抛填料综合考虑稳定计算和便于远期加高加固，最终采用坡比为1∶3，水下模袋砼护坡。

为保证护坡的整体稳定，需在堤脚设镇脚，采用合金石笼棱体堤顶设L型钢筋砼防汛墙，前排桩基础采用密排U型钢板桩，桩长为16m，作为阻滑桩；后排桩基础采用Φ600mm的钻孔灌注桩，桩长16m，桩间距为2.0m3.2计算工况堤防软土高边坡重建，各种运行工况的水位组合见表2防汛墙后紧邻防汛道路，施工期道路活荷载取20kN/m2，其余工况墙后道路活荷载取10kN/m2，地震期7度设防表2计算工况3.3边坡重建土力学参数的选取3.3.1试验法边坡稳定分析时进行土的物理性质试验，是堤防规范等优先推荐的方法《堤防工程设计规范》[7]、《水利水电工程边坡设计规范》[9]及《碾压式土石坝设计规范》[10]规定了不同工况组合下所应采用的试验指标各规范对工况的分类不同，对指标的取值规定也不尽相同根据《上海市黄浦江防汛墙工程设计技术规定》[11]及上海地区多年设计施工经验，考虑施工期固快与快剪指标的差别、施工期不利因素等（如打桩），边坡稳定计算中对施工期常采用固快指标打7折再进行计算的方法[11]3.3.2反演指标法根据《水工设计手册》[4]及《滑坡防治工程勘查规范》[12]，可根据边坡的临界稳定状态反算推求滑面的力学参数。

反算力学参数首先应确定滑坡相应临界状态滑面一般属于软弱层带，其剪切变形破坏与软弱层带的大型原位剪切试验相似软弱层带大剪试验中变形曲线一般有几个特征点，即屈服点、峰值点和残余值点这几个特征点对应不同的临界状态因此，反演滑面力学参数时，应结合滑坡性质、区分稳定状态，类比相应的力学试验过程，选好临界状态的稳定系数一般来说，失稳边坡抗滑稳定安全系数取K=0.95～0.90综合分析，本次反演采用安全系数K=0.953.3.3边坡重建土层力学参数分析及取值根据滑坡前地勘资料，影响边坡稳定的主要土层为层(3)、(4)、(5)1，其灵敏度较高均大于4.0，易受扰动触变，强度小，渗透性小根据滑坡前、后的地勘资料，对滑坡前、后的相邻钻孔土层指标进行对比统计，部分钻孔土层指标在滑带处有明显减小趋势，表明受滑坡扰动影响，土体指标下降但限于工程现场情况，可供对比钻孔数量有限，不能进行系统的统计分析本次重建采用滑坡后土层试验力学参数，所有土层力学参数均采用小值平均值[13]首先按照《堤防工程设计规范》[7]选取不同土体抗剪指标，计算各工况抗滑稳定性，施工期小于规范允许值，为控制工况对于施工期控制工况，分别采用以下三种土力学参数对比计算：(1)根据堤防规范全部采用直剪快剪指标。

2)粘性土层采用十字板（原状土）指标，砂性土采用直剪快剪指标3)反演指标土层力学参数具体见表3表3土层力学参数注：c、φ分别为快剪试验粘聚力、内摩擦力；c′、φ′分别为反演粘聚力、内摩擦力；（cu)v、（cu)v′分别为十字板试验原状土、重塑土强度3.3.4边坡重建稳定计算结果与分析计算过程中考虑阻滑桩的作用，对于稳定性验算，同时验算边坡过桩尖大滑弧滑动面及桩前边坡小滑弧滑动面稳定加固后边坡稳定计算成果见表4，除施工期快剪指标不满足规范要求外，其余工况均满足规范要求边界重建后瑞典圆弧法（施工期）和有限元强度折减法（施工期）稳定计算结果见图3由图3可知，重建后边坡均从层(4)与层(5)之间交界处滑出，说明堤脚起到了很好的镇压作用，提高了边坡的整体抗滑稳定性表4边坡重建稳定计算成果图3重建后边坡稳定计算结果对比分析瑞典圆弧法和有限元法可知，快剪指标计算安全系数最小且小于1.0，十字板指标的计算结果相比快剪指标较大，与反演指标差别不大，更符合实际情况对于十字板指标，常有的误区是认为该指标未考虑摩擦力，过于简化其实十字板指标，并非不考虑摩擦力，而是十字板指标隐含了摩擦力，作为粘结力统一处理[14]。

在软土高边坡重建过程中，快剪指标完全不考虑土体固结，实际施工过程中存在部分固结，因此计算安全系数偏小，不够经济建议软土边坡重建采用十字板指标，同时采用刚体极限平衡法和有限元法综合计算分析[15]滑坡后约6个月土体强度逐渐恢复，滑坡稳定后，开始施工施工过程中对边坡防汛墙垂直和水平位移进行监测，以监控边坡整体稳定及防汛墙变形情况，加强信息化施工，监测报警值均为10mm至工程完工验收，施工阶段累计最大垂直位移为-6mm（负号表示沉降），最大水平位移为3mm，均在监测报警值范围内工程完工验收安全运行1年后，相关部门对工程进行了竣工验收4、结论a．通过边坡稳定性计算综合分析了滑坡原因，采用坡率与抗滑桩组合的方案，重建堤防对比分析了十字板与快剪、反演等强度指标计算安全系数的差别b．在失稳边坡重建稳定分析中采用十字板指标更符合工程实际研究成果为类似软土高边坡重建提供了经验，为十字板指标在水利工程中的应用提供了经验参考文献:[1]平扬,蒋志坚.软土堤岸滑坡机理研究[J].中国农村水利水电,2013(1):122-124.[2]刘润,闫玥,闫澎旺,等.某码头软黏土岸坡破坏机制分析及重建[J].岩土力学,2009,30(11):3417-3422.[3]朱文炜,任旭华,张继勋.强度折减法与重度增加法对边坡稳定安全系数的影响[J].水电能源科学,2019,37(1):127-131.[4]刘志明,王德信,汪德爟,等.水工设计手册[D].2版.北京:中国水利水电出版社,2013.[5]彭钜新.航道工程边坡稳定计算中淤泥现场字板剪切试验指标应用的探讨[J].水运工程,2002(8):60-62.[6]孔郁斐,周佳梦,宋二祥,等.利用PLAXIS软件计算考虑降雨的边坡稳定性[J].水利水运工程学报,2014(3):70-76.[7]中华人民共和国住房和城乡建设部.堤防工程设计规范:GB5028-2103[S].北京:中国计划出版社,2013.[8]上海市水利工程设计研究院有限公司.黄浦江应急保滩工程初步设计报告[D].上海:上海市水利工程设计研究院有限公司,2014.[9]中华人民共和国水利部.水利水电工程边坡规范:SL386-2007[S].北京:中国水利水电出版社,2007.[10]电力行业水电规划设计标准化技术委员会.碾压式土石坝设计规范:DL/T5395-2007[S].北京:中国电力出版社,2008.[11]上海市堤防(泵闸)设施管理处.上海市黄浦江防汛墙工程设计技术规定[Z].上海:上海市堤防(泵闸)设施管理处,2010.[12]国土资源部国际合作与科技司.滑坡防治工程勘查规范:DZ/T0218-2006[S].北京:中国标准出版社,2006.[13]候晋芳,刘爱民,闫澎旺,等.施工期软土边坡定分析中抗剪强度指标的确定方法[J].水运工程,2009(12):178-181.[14]刘润,闫澎旺.软粘土边坡稳定分析中十字强度取值的探讨[J].岩石力学与工程学报,2005,24(8):1422-1426.[15]朱剑锋.岩土边坡稳定性与可靠度分析智能计算方法[D].长沙:湖南大学,2007.闫训海,王军,姜晓均,杨蔚为.堤防软土高边坡重建稳定计算土力学参数探讨[J].水电能源科学,2020,38(09):142-145.。