水工环地质条件与基坑边坡稳定性

水工环地质条件与基坑边坡稳定性

张淼

武汉恒达四方工程有限公司     430000

摘要：水工环地质技术在矿山地质灾害防治中具有重要优势。它的精准性优势表现在地质灾害的监测、预测和工程设计中，提供了可靠的数据支持。时效性优势使其能够实时监测地下水位、地质体位移等数据，及时预警，减少灾害风险。最重要的是，其实用性优势体现在降低地质灾害风险、提高资源利用效率和环境保护水平等方面，为矿山地质灾害防治提供了全面支持。

关键词：水工环地质条件；基坑；边坡；稳定性

引言：随着城市化进程的加速，各类地下工程建设如高层建筑地下室、地铁车站等日益增多，基坑工程作为这些地下工程的前期基础工作变得愈发重要。基坑边坡的稳定性直接关系到工程的安全、进度和成本。而水工环地质条件作为基坑工程所处的地质背景，对基坑边坡稳定性有着根本性的影响。深入研究水工环地质条件与基坑边坡稳定性之间的关系，对于合理设计基坑支护方案、有效预防边坡失稳事故具有极为重要的意义。

1水工环地质条件对基坑边坡稳定性的影响因素

1.1地下水水位

地下水水位抬升时，基坑边坡土体饱和重度增大，孔隙水压力亦随之上升。依有效应力原理，孔隙水压力升高会削减土体颗粒间有效应力，致土体抗剪强度下滑。一旦抗剪强度难以抗衡边坡土体下滑力，边坡便会失稳。再者，地下水渗流会对边坡土体形成动水压力，若动水压力方向与边坡滑动方向相同，将加快边坡失稳进程。如雨季或邻近河流、湖泊等水源地的基坑工程，因地下水水位起伏大，其基坑边坡失稳风险大幅攀升。

1.2岩土体性质

1.2.1岩土体类型

砂土因颗粒无粘性，稳定性仰仗颗粒间摩擦力，开挖时若密实度欠佳，流砂现象易现，致基坑边坡崩塌。黏土具粘性，抗剪强度含内摩擦力与粘聚力，然遇水则软化，强度显著下降。岩石强度虽高，可节理裂隙发育时，稳定性亦受波及。如花岗岩，节理裂隙被水填充后，完整性受损，抗风化与抗剪能力下滑，基坑边坡便可能沿节理面毁坏。

1.2.2岩土体强度参数

岩土体的内摩擦角、粘聚力等强度参数直接决定了其抗剪能力。这些参数与岩土体的矿物成分、颗粒结构、含水量等密切相关。例如，随着含水量的增加，黏土的粘聚力会显著降低，内摩擦角也会有所减小，从而降低基坑边坡的稳定性。

1.3地质构造

地质构造里的断层、节理等不连续之处，会使岩土体整体性受损。当基坑边坡承受外力时，这些不连续面易成为应力聚集点，引发局部破损，最终致使整个边坡失稳。就像断层周边的基坑边坡，因断层带岩土体破碎松散，强度远不及周边完整岩土体，在开挖时极易出现滑坡等失稳状况。此外，地质构造面还会左右地下水的渗流走向，让地下水在局部汇聚，进一步弱化岩土体强度，加剧边坡失稳态势。

1.4周边环境

周边环境对基坑边坡稳定性影响显著。邻近建筑物是关键因素之一，其基础与基坑的相对位置和深度关系密切。若建筑物基础较浅且距基坑近，基坑开挖卸荷时，建筑物基础会对边坡产生侧向挤压，甚至其振动也会干扰边坡稳定。地下管线同样不容忽视，其分布限制基坑开挖与支护作业实施。一旦管线破损，如水管破裂涌水、燃气管道泄漏爆炸等，会急剧改变基坑边坡的力学平衡状态，致使边坡失稳风险大幅攀升。

2不同水工环地质条件下基坑边坡失稳机理与模式

2.1地下水作用下的失稳机理与模式

在地下水存在时，基坑边坡易现流砂、管涌和整体滑动等失稳态。砂土基坑边坡常发生流砂，因地下水渗流使砂土颗粒悬浮并涌出，致边坡瞬间垮塌。若地基土为砂性土或粉土且强、弱透水层交错，地下水渗透压力会带出弱透水层细颗粒，形成管涌通道，令边坡失稳。地下水还会降低土体抗剪强度，使边坡沿软弱夹层等面整体下滑。

2.2岩土体性质不良导致的失稳机理与模式

对于岩土体强度较低或性质特殊的情况，如软黏土、松散砂土等，可能发生圆弧滑动、浅层滑动或坍塌等失稳模式。软黏土在自身重力和外部荷载作用下，由于抗剪强度不足，容易沿着某一圆弧面发生整体滑动，其滑动面通常较深且近似圆弧状。松散砂土在没有足够支护的情况下，容易发生浅层滑动，即边坡表层的砂土在较小的外力作用下就发生滑落。如果砂土的密实度极低，还可能发生大规模的坍塌现象，整个基坑边坡瞬间垮塌。

2.3地质构造影响下的失稳机理与模式

在地质构造复杂的区域，基坑边坡失稳往往与构造面密切相关。例如，沿断层或节理面的滑动是常见的失稳模式，由于断层或节理面的存在，岩土体的连续性被破坏，在边坡受力时，这些构造面成为薄弱环节，边坡土体容易沿着构造面发生相对滑动。此外，在褶皱构造区域，如果褶皱的轴部岩石破碎，基坑边坡可能在褶皱轴部发生局部坍塌或沿着褶皱的翼部发生滑动失稳。

2.4周边环境干扰下的失稳机理与模式

周边建筑物和地下管线等因素导致的基坑边坡失稳模式较为复杂。邻近建筑物引起的失稳可能表现为边坡土体的侧向挤压变形，逐渐发展为局部破坏直至整体失稳。地下管线破裂引发的失稳则可能是由于管线内物质泄漏对岩土体产生化学侵蚀作用，降低岩土体的强度，或者是由于管线破坏导致的物理作用如涌水、爆炸等使基坑边坡失去平衡而失稳。

3基坑边坡稳定性评价方法与防治措施

3.1基坑边坡稳定性评价方法

3.1.1定性评价方法

定性评价主要依靠工程经验和地质分析，如工程地质类比法。通过对类似地质条件和工程规模的已建工程的调查分析，判断当前基坑边坡的稳定性状况。这种方法简单直观，但主观性较强，准确性相对有限。

3.1.2定量评价方法

定量评价方法包括极限平衡法、数值分析法等。极限平衡法是常用的方法之一，如瑞典条分法、毕肖普法等，通过计算边坡土体的抗滑力和下滑力，根据抗滑力与下滑力的比值（安全系数）来评价边坡的稳定性。数值分析法如有限元法、有限差分法等则是通过建立基坑边坡的数值模型，考虑岩土体的非线性特性、地下水的渗流作用、施工过程等多因素，模拟分析边坡的应力应变状态和稳定性。这种方法计算精度较高，但计算过程相对复杂，需要较多的参数输入和专业的计算软件支持。

3.2基坑边坡防治措施

3.2.1排水措施

针对地下水对基坑边坡稳定性的影响，采取有效的排水措施至关重要。可以设置截水沟、排水沟等将地表水引离基坑区域，减少地表水的入渗。在基坑内设置集水井、井点降水等设施降低地下水水位，减轻孔隙水压力和动水压力对边坡的影响。例如，轻型井点降水系统可以在基坑开挖前将地下水水位降低到一定程度，为基坑开挖和边坡支护创造良好的条件。

3.2.2支护措施

选择基坑边坡支护方式时，要全面考量岩土体性质、高度及周边环境等要素。砂土边坡宜采用土钉墙或钢板桩支护，土钉墙在边坡土体里布设土钉，有效提升土体整体性与抗剪能力，钢板桩通过打入钢板构建连续挡墙，阻拦土体滑动。黏土边坡则可运用水泥土搅拌桩或悬臂式挡土墙，前者将水泥与黏土搅拌成复合土体以稳固边坡，后者靠自身重力与结构强度抵御土体压力。在地质构造复杂或周边环境特殊时，像桩锚支护、地下连续墙等多种方式联合运用往往是确保边坡稳定的必要举措。

3.2.3监测措施

建立完善的基坑边坡监测体系，实时监测边坡的位移、沉降、地下水位变化、土体应力等参数。通过监测数据及时发现边坡失稳的迹象，以便采取相应的应急措施。如，采用全站仪、水准仪等仪器定期测量边坡的位移和沉降情况，在边坡土体中埋设孔隙水压力计、土压力盒等监测地下水位和土体应力变化。若监测数据显示异常，如位移速率突然增大、地下水位异常波动等，应立即停止施工，分析原因并采取加固、抢险等措施。

结语：

概而言之，据上文的分析，可以知道，水工环地质条件与基坑边坡稳定性紧密相连。深入探究其影响因素、失稳机理和防治措施，对工程安全意义重大。随着科技发展，我们对二者关系的认知将不断深化，有望构建更精准的评价体系与更高效的防治策略，从而在各类复杂地质环境中，保障基坑工程顺利推进，为现代化建设筑牢根基。

参考文献：

[1]李永明.水工环地质条件下边坡稳定性研究[J].世界有色金属，2021(15):162-163.

[2]杨晓花.水工环地质条件下基坑边坡稳定性分析评价[J].低碳世界，2020,10(11):120-121.