正文:
水岸边坡滑塌的原因主要有工程地质性质、水文地质性质、外部荷载、边坡形式、水文径流、河床状态以及其他相关影响因素。
多年来, 人们一直非常关注堤岸滑塌现象, 对其产生的原因也进行了较为深入的研究, 这些研究为水利堤防工程建设提供了可靠的技术支撑, 对保障人民生命财产的安全起到了重要作用。陈峰[1]对上海地区防汛墙加固工程关键问题进行了研究;王永东[2]分析了水岸边坡在不同水位及土层性质条件下的稳定性;张芳枝等[3]对河流冲刷作用下堤岸稳定性进行了研究;康锋等[4]对水位降落期堤防上游边坡抗滑稳定性进行了初步研究;朱涛等[5]分析了洪水位变化对堤防稳定的影响。
本文拟以2013年上海黄浦江上游干流段南岸及千步泾西岸防汛墙抢险工程、2016年黄浦江上游干流段右岸出险段防汛墙应急防汛抢险工程为背景, 从岸坡稳定性角度分析研究堤岸滑塌发生的形式, 进而对上海地区水岸边坡滑塌的成因进行探讨, 为上海地区水岸边坡滑塌的预防提供基础依据, 为同类工程管理提供借鉴。
2013年上海黄浦江上游干流段南岸及千步泾西岸防汛墙抢险工程位于上海市奉贤区, 2013年, 与黄浦江交界处附近的千步泾西岸发生滑塌, 导致长约25m左右的防汛墙倒塌, 挡墙结构为L型, 滑塌现状见图1。
2016年黄浦江上游干流段右岸出险段防汛墙应急防汛抢险工程位于上海市松江区竖潦泾东侧, 2016年, 靠近竖潦泾段的黄浦江右岸发生滑塌, 导致长约60m左右的防汛墙倒塌, 挡墙结构为L型, 滑塌现状见图2。
经查看千步泾西岸及黄浦江右岸近竖潦泾段滑塌前的测量资料及滑塌后的测量资料, 其滑塌前后滑塌段中点的岸坡形态分别见图3和图4。
各岸坡坡角及坡率等形态指标统计结果见表1。
由表1可知, 出险工程的整体坡率都较小, 坡角都不大, 属于形态平缓的岸坡。
查看各工程抢险设计前的勘察资料, 各工程项目土层主要物理力学指标见表2。
注:表1中粘聚力及内摩擦角均为小值标准值。
千步泾西岸及黄浦江右岸近竖潦泾段由于已产生滑塌, 不论该滑塌是何种形式的滑动, 其滑动面就是滑塌后的岸坡坡面, 具体计算分析如下。
整体圆弧滑动计算简图见图5及图6。
整体圆弧滑动计算公式见式 (1) 。
式中Fs—边坡稳定性系数;cu—软黏土的不排水抗剪强度, kPa;
L—滑动圆弧弧长, m;
R—滑动圆弧半径, m;
W—滑体自重, KN/m;
d—滑体中心距滑弧圆心的水平距离, m;
WA—滑体水下部分的自重, KN/m;
WB—滑体水上部分的自重, KN/m;
da—水下滑体中心距滑弧圆心的水平距离, m;
db—水上滑体中心距滑弧圆心的水平距离, m。
整体圆弧滑动稳定性计算结果见表3。
由表3可知, 千步泾西岸及黄浦江右岸的岸坡基本不会产生圆弧滑动。
推移式平面滑动是指岩土体在自重作用下沿着岩土体内部形成的滑动面产生的平面滑动。只考虑重力作用所引起的平面滑动时, 水下边坡的推移式平面滑动计算公式见式 (2) -式 (4) 。
式中Fs—边坡稳定性系数;
N—滑体单位宽度重力及其他外力引起的抗滑力, KN/m;
T—滑体单位宽度重力及其他外力引起的下滑力, KN/m;
c—滑面的粘聚力, kPa;
l—滑面长度, m;
G—滑体单位宽度自重, KN/m;
θ—滑面倾角, °。
推移式平面滑动稳定性计算结果见表4。
由本节分析及表4计算结果可知, 千步泾西岸及黄浦江右岸的岸坡基本不会产生推移式平面滑动。
牵引式平面滑动是指岩土体边坡坡角由于水流等外力作用而被冲刷切割, 边坡坡角处坡角变陡, 岩土体在重力或其他外力作用下形成裂缝和滑面, 坡角处岩土体先行滑动而导致其后的岩土体产生滑动, 从而导致边坡滑动。千步泾西岸及黄浦江右岸近竖潦泾段水岸边坡牵引式平面滑动计算简图见图7和图8。
牵引式平面滑动计算公式见式 (4) -式 (9) 。
式中V—坡面竖向裂隙单位宽度总水压力, KN/m;
U—滑面单位宽度总水压力, KN/m;
Q—滑体单位宽度水平荷载, KN/m, 方向指向坡外时取正
值, 指向坡内时取负值;
γw—水的重度, KN/m3;
Hw—坡面竖向裂隙内水压力高度, m;
cu'—土层的残余强度, kPa;
hw—坡面裂隙的高度, m;
其余符号意义同前。
牵引式平面滑动计算结果见表5。
由表5计算结果可知, 黄浦江右岸边坡不稳定, 会产生牵引式平面滑动;千步泾西岸滑体Ⅰ和滑体Ⅱ不稳定, 会产生牵引式平面滑动, 滑体Ⅲ和滑体Ⅳ其计算结果虽处于基本稳定和稳定状态, 但由于其下方坡体产生滑塌使其失去了支撑, 坡体上方还会受到来自防汛墙及其后岩土体的主动土压力所产生的推力作用, 在水流水力作用下, 滑体Ⅲ和滑体Ⅳ最终也会产生滑塌。
(1) 倾角较小形态平缓的水岸边坡, 其岸坡土层性质较差时, 滑塌的起因一般为岸坡坡角受到外力切割, 从而导致坡脚处岩土体先行滑动, 最终导致岸坡滑塌及防汛墙倒塌, 该类型岸坡滑塌的形式一般为牵引式平面滑动。
(2) 软土地区平缓水岸边坡滑塌的预防应谨防岸坡坡角处产生切割形成临空面。
摘要：上海地处长江下游滨海冲积平原, 河流密布, 其浅部地基土主要由第四纪松散软弱土层组成。上海主要干流河道上游堤岸时常发生滑塌现象, 给人民的生命财产造成一定的威胁, 对滑塌堤岸的抢险工作也耗费了大量的人力物力, 探讨分析清楚水岸边坡的滑塌成因, 将会对堤岸的滑塌预防及河道的规划管理产生重要的作用, 也为上海地区智慧堤防的建设提供可靠的依据。
关键词：水岸边坡,滑塌,探讨,成因
[1] 陈峰.上海地区防汛墙加固工程关键问题[J].水利水电科技进展, 2014, 34 (6) :49-55, 106.
[2] 王永东.岩土工程问题实例解析[M].北京:清华大学出版社&北京交通大学出版社, 2018.
[3] 张芳枝, 陈晓平.河流冲刷作用下堤岸稳定性研究进展[J].水利水电科技进展, 2009, 29 (4) :84-88.
[4] 康锋, 陶春洁, 李志强.水位降落期堤防上游边坡抗滑稳定初步研究[J].水利建设与管理, 2016 (5) :22-24, 36.
[5] 朱涛, 訾娟, 范瑞明, 任堂.洪水位变化对堤防稳定的影响[J].水利水电工程设计, 2016, 35 (1) :19-21.
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