二级放坡对降雨渗流作用的响应研究

聂高志 李 博

（河南大学土木建筑学院， 河南 开封 475004）

0 前言

由于城市化进程的加快，大量的人口涌入城市导致人口密度的增加，土地成本越来越昂贵。现代城市建设的发展趋势开始转变为向“上”和向“下”发展；基坑工程也变得更深、更大，并且由于地下空间利用，使得基坑支护变得更加复杂。基坑工程有以下几个特点：1 基坑工程为临时性工程，风险性较高，近年来基坑事故频发。2 复杂的地质情况造成基坑具有很强的地域性。3 基坑支护理论不完善，在基坑支护工作中需要丰富的经验辅助。4 需要考虑天气的变化对基坑稳定的影响。

在基坑支护中，降雨是影响边坡稳定性重要因素之一。非饱和土的抗剪强度与土体含水量有直接关系。在降雨过程中，雨水的入渗造成土体重量增加，并且部分土体会暂时达到饱和状态，也可以说，在降雨时土体中的水是动态变化的。土体的各项参数，降雨的时长 ，降雨量，边坡特征对渗流分析都有一定的影响。因此考虑二级放坡对降雨渗流作用的响应研究是非常必要的。

1 工程概况

本文以河南省宇通大厦为例，宇通节能与新能源客车生产基地配套项目研发中心、行政办公楼、职工食堂和地下车库工程，位于中牟县境内的郑州经济技术开发区，前程路与红日路交叉口的西南角。

本工程按 7度抗震设防，建筑场地类别属于Ⅲ类。研发办公楼和食堂室内地坪±0.000标高为95.00m，室内外高差为0.45m，行政办公楼室内地坪±0.000标高为95.90m，室内外高差为1.35m。

本工程共分为研发办公楼、行政办公楼、职工食堂、地下车库，总建筑面积约 109438.86 m2。其中研发办公楼地下 2层，地上主楼 12层，建筑面积约23308.92m2，建筑高度54.95m；行政办公楼地下2层，地上裙房2层，主楼12层建筑面积约27157.88 m2平方米，建筑高度67.65m，职工食堂地下2层，地上2层，建筑面积约 4642.22m2，建筑高度 10.45m；地下室为地下 2层，建筑面积约54329.84m2，地下二层地面相对标高为-9.75m。

2 有限元数值模拟

根据工程实例，构建有限元模型，基本参数为：1 土体开挖深度为 7.38m,数值方向取20m,以坡脚为界，坑内取开挖深度的1倍，即取10m,坑外取15m,整个模型尺寸为20*25m

模型采用摩尔-库伦模型，根据地质勘探报告，整个土体分为三部分，上层土C=1KPa,φ=25°，中层土c=2KPa,φ=28°，下层土C=23KPa ,φ=17°。整个模型采用CPE4单元进行计算。上级和下级边坡角度均为60°。

3 对比分析

本文总结了一些其他工程中的案例，并且考虑到实际的基坑用地红线范围，选取了以0.5米为间隔，分别设置了1.0m 、1.5m、2.0m、三种基坑模型，对基坑变形在自然工况下和降雨工况下的变形位移做出对比分析，进而总结退台宽度大小对基坑稳定性的影响。

在自然工况下，通过强度折减法来得出边坡的稳定系数，其实本质就是材料的C和φ逐渐降低，导致某单元的应力无法和强度配套，或超出了屈服面，其不能承受应力将逐渐转移到周围土体单中去，当出现连续滑动面之后，土体将失稳，在Abaqus中，材料的参数是可以随场变量变化的。通过强度折减法可以得到退台宽度为1.0m时的边坡，稳定系数为0.5；退台宽度为1.5m时的边坡，稳定系数为0.7；退台宽度为2.0m时的边坡，稳定系数为0.9。通过数据对比可得，当退台宽度线性增长时，边坡的稳定系数会逐步增长，但在实际工程中，需要考虑实际情况，不可能一味的增加退台宽度，所以结合支护情况综合考虑。

在以上模型的基础上，对整体的边坡整体施加降雨的条件，在降雨条件下土体的饱和度增大，孔隙水压力增大，土体浅层的基质吸力则减小或消失。退台宽度为1.0m时，边坡的稳定系数变为0.4.退台宽度为1.5m时，稳定系数为0.65。退台宽度为2.0m时，稳定系数为0.85。

通过对比可知，滑面为圆弧状与实际情况相符，降雨后由于基质吸力，土体含水量等因素下级边坡也开始出现塑性变形，变形都是从下级坡脚开始。通过对比变形情况可知，由于退台的宽度的增大，将边坡一分为二，使上下级边坡之间的相互影响力降低，从而造成上下级边坡同时失稳。

通过对比，可以得出，虽然增大退台宽度，增大整体边坡的稳定性，但也同时增大了雨水的入渗量，造成了下级边坡塑性变形增大。

4 结论

在自然的工况下，在上下级的边坡角度不变的情况下，二级边坡的整体的安全性会随着退台宽度的增大而增大，但是当退台宽度超过一定界限时，上下级边坡的粘结力将会降低，会将边坡一分为二，从而导致下级边坡发生失稳。由于降雨时，雨水会发生渗流，二级边坡潜在的滑动面会发生显著的变化从上文中可以看出，最为明显的是位置和形状的变化，滑动面的位置更接近于边坡表面、滑动面的形状更圆滑。由于渗流的的影响，上下级坡体之间的粘结作用弱化变得更加明显，二级边坡更加容易发生局部稳定性破坏。