井-孔聯合排水庫岸堆積體滑坡防治效果試驗研究

符 瓊

(營口海河水利監理有限公司，遼寧 營口 115000)

1 工程背景

英那河水庫位于遼寧省莊河市英那河干流上，壩址以上集雨面積692 km2，多年平均徑流量3.34億m3。水庫建成于20世紀70年代，正常蓄水位為59.00 m，壩型為砌石重力壩，設計庫容6053萬m3[1]。為了提高區域水資源優化配置和使用水平，提高水庫向大連市的供水能力，英那河水庫進行了擴建。擴建后水庫的正常蓄水位為79.10 m，興利庫容為20 896萬m3，屬于大(2)型水庫。由于水庫上游為沖積平原，且面積較大，在水庫擴建完成之后，最高洪水位將抬升15.36 m，淹沒區面積會大幅擴大[2]。許多原來距離庫區較遠的不穩定邊坡將位于庫岸附近，一些臨近庫區或臨近新建庫區公路的滑坡體亟待進行工程治理，提升其安全性和穩定性。其中庫區上游下山頭2#滑坡體以堆積層滑坡為主，其成分主要為巖性相對較弱、抗風化能力不足的半成巖狀泥巖，在降雨作用下極易產生變形破壞。為了保證該滑坡體在降雨條件下的安全穩定，以免對下游庫區防汛公路的安全造成影響，需要對其進行排水工程設計?；诖?，此次研究借鑒馬華等[3]研究提出的井-孔聯合排水技術，利用室內模型試驗的方式探討其對滑坡體變形的防治效果，以便為工程設計和施工提供理論支持。

2 試驗設計

2.1 相似材料配置

由于室內試驗條件的限制，在模型試驗過程中一般很難使用背景工程的原狀土進行填充，而需要采用相似性材料替代[4]。研究中根據相似原理確定相似常數。由于背景工程的依托工點的縱向長度為150.0 m，而模型箱的長度為3.0 m，因此，此次模型試驗的幾何比尺為50。

前期的地質勘測資料顯示，下山頭2#滑坡體的淺層滑體以黏土為主，并夾雜有少量的人工填土。結合相關研究成果，試驗中采用砂土混合物作為滑體的相似性材料[5]。另一方面，對降雨型滑坡而言，滑帶對滑坡體的穩定性起著十分關鍵的作用，因此試驗中必須要合理選擇滑帶材料，以保證試驗成功。試驗中結合相關研究成果和試驗場地情況，選擇砂、黏土、滑石粉和水按照一定比例混合組成滑帶材料[6]。

試驗中排水管的替代材料為直徑1.5 cm的PVC管，利用直徑2.5 cm彈簧作為支撐骨架。排水管制作過程中，首先利用外力將彈簧拉開套在PVC管上，然后在PVC管外側均勻鉆上直徑2 mm的孔，最后在外側包裹上一層土工布并用針線縫合，制作成完整的排水管。

試驗中集水井利用直徑5.0 cm的PVC管以及土工布制作。將PVC管的一端作為井底，然后用聚乙烯薄膜進行密封，集水井井底長度為10.0 cm，在距離井底5.0 cm的位置打直徑為1.5 cm的孔。在集水井的中上部鉆直徑為2 mm的集水孔并用土工布包裹。集水井用PVC管串聯，連接部位利用硅膠密封。

2.2 模型填筑

試驗用模型箱的尺寸為3.0 m×0.6 m×1.0 m。根據坡體的實際情況，將其縱向等分為1#、2#、3#、4#等四個斷面，其中3#、4#斷面的變形最為明顯，因此將集水井和排水孔布設在上述兩個斷面。其中，排水管設置2排，每排3個，用直徑2.0 cm的PVC管將水導出坡體外。

按照水泥∶砂∶土∶水為36∶18∶21∶8的比例配置基巖材料，攪拌均勻后按照實際輪廓線填筑?；瑤О凑丈啊灭ね痢没邸盟疄?5∶55∶32∶11的比例配置，過篩后鋪設到指定位置。模型的滑體為混合砂材料，利用分層填筑的方式進行填筑，對每層土樣輕微夯實，并在設計位置埋設好傳感器[7]。模型填筑完成后在上部覆蓋塑料薄膜，靜置12 h，土體達到自穩狀態后開始試驗。

2.3 監測設備安裝

試驗用土壓力傳感器為JTM-Y2000型箔式微型壓力盒，規格為0.5，土壓力數據利用DH3816N 靜態應變測試系統進行采集。試驗用應變傳感器為光纖光柵定點式應變計，其采集儀器為FT210-16便攜式光纖傳感分析儀。試驗中的含水率測定使用的是CYY-SF土壤水分傳感器?？紫端畨毫y量采用CYY2-3型孔隙水壓力傳感器。含水率和孔隙水壓力數據的采集使用的是CYY7660型數據采集卡以及RXN-303D型電源轉化和數據采集電腦。

試驗中設置箔式微型壓力盒、土壤水分傳感器、孔隙水壓力傳感器各10個，光纖光柵定點式應變計5條。所有的傳感器均布設在滑體和滑帶部位。為了研究上述測量信息之間的聯系，將上述傳感器布設到同一位置。

2.4 降雨工況

工程的地質勘測報告顯示，暴雨是誘發滑坡的主要因素[8]。因此，此次試驗研究模擬當地的極端暴雨工況，結合當地的降雨資料，選擇降雨量為166.5 mm作為降雨工況的主要設計依據。試驗用降雨系統為自主研發，主要由角鋼支架、鋼管、水管以及噴頭組成，其結構示意圖如圖1所示。試驗過程中的累計降雨量利用手機APP實時觀測，在雨量達到設計標準之后停止降雨。

圖1 模擬降雨器結構

3 試驗結果與分析

3.1 孔隙水壓力

試驗中對布設和沒有布設排水設施工況下的各個測點的孔隙水壓力數據進行測量和記錄，其中，位于3#和4#斷面的S1測點和S2測點的孔隙水壓力數據如表1所示。由計算結果可以看出，沒有布設排水設施的情況下，孔隙水壓力增加較快，最終的孔隙水壓力明顯偏大。由此可見，布設排水設施有利于滑坡體滑帶土體孔隙水壓力的消散，有效降低孔隙水壓力的增速。

表1 孔隙水壓力試驗結果

3.2 土壓力

試驗中對布設和沒有布設排水設施工況下的各個測點的土壓力數據進行測量和記錄，其中，位于3#和4#斷面的S1測點和S2測點的土壓力數據如表2所示。由計算結果可以看出，研究岸坡滑坡體在持續強降雨的作用下，各測點的土壓力均呈現出不斷減小的最終趨于穩定的變化趨勢。從不同試驗方案的結果對比來看，在設有排水裝置的情況下，各測點的土壓力值明顯偏小且較早達到穩定狀態。由于在試驗之前需要對所有的傳感器采集到的數據進行歸零處理，加之土壓力盒沒有固定，因此當坡體下滑時土體之間的密實度開始減小，使得壓力盒固定面的受壓面兩側的土體出現松動現象，從而使測得的土壓力產生負值現象，且負值越大說明安置土壓力盒的土體之間的密實度越小，坡體有了較大的變形。由此可見，布設排水設施可以實現對坡體變形的良好控制。

表2 土壓力試驗結果

3.3 位移變形量

試驗中對布設和沒有布設排水設施工況下的各個測點的位移量數據進行測量和記錄，其中，位于3#和4#斷面的S1測點和S2測點的位移量數據如表3所示。由計算結果可以看出，研究岸坡在持續強降雨的條件下，各測點的位移量呈現出不斷增大的變化特征，布設排水設施和沒有布設排水設施方案的變化特征略有不同。其中，布設排水設施方案各測點的位移量呈現出不斷增大并最終趨于穩定的變化特點，試驗結束時的位移量相對較小。沒有布設排水設施方案各測點的位移量則不斷增大，在試驗結束時仍沒有顯示出明顯的收斂特征，且位移量明顯偏大，說明存在失穩的可能性。由此可見，設置排水設施對控制邊坡位移作用較為顯著。

表3 位移量試驗結果

4 結 論

此次試驗研究以具體工程為背景，利用室內模型試驗的方式探討了井-孔聯合排水對防治庫岸堆積體滑坡的防治效果。試驗結果顯示，布設井-孔聯合排水設施有利于滑坡內部滑帶土體孔隙水壓力的消散，減小負土壓力，對坡體變形具有良好的控制效果，建議在工程設計中使用。當然，在實際工程應用過程中，如果坡體內部的黃土和黏土含量較高時，排水管和排水孔容易發生淤堵現象，因此需要做好防淤堵工程措施，保證排水設施工程效果的有效發揮。