植被防护土坡的滑移破坏和渐进变形计算

在重力和渗透水压力作用下,边坡表层土呈流塑状态,发生“溜坍”等局部破坏,一般破坏深度1m左右。边坡内部形成一定贯通滑移面,会发生“坍塌”,伴有局部坍落,厚度一般为浅层1～3m。当坡土发生连续破坏,形成整体滑移面,则会发生整体的位移“滑坡”,大多具有浅层性,一般为1～3m,但有的可深达5～6m。

土坡的滑移破坏一般可以从土的剪应力增加或抗剪强度降低两个方面去分析其成因,认识和分析这两个方面的各个因素对于防治土坡的滑移破坏非常重要。增加土坡剪应力的原因主要有:地震、土坡上新建建筑物或填方、坡脚挖方或挡土墙拆除、土坡地下水位降低、降雨或地下水位上升或降雨入渗到土坡裂隙等。降低坡土抗剪强度的原因有:风化、孔隙水压力上升、浸水膨胀、化学过程如离子交换溶解、材料软化等。

天然土的时效特征是目前水利土木工程建设成败的控制因素之一。其产生的客观原因可归咎于天然土在各种赋存环境中所具有的不同的强度和变形特性,以及土所受到的荷载水平、加载方式和其他如降雨、风化等外在的扰动条件。我国地域辽阔,地质、地形条件复杂,在蓄水、防洪、道路及铁路等工程建设中,常常会遇到在复杂的地基中修建堤坝等土工建筑物的技术难题。在天然土坡的灾害预测与防治上也会遇到许多复杂的岩土力学与工程问题,其中较为关键的是这些土工建筑物在建成使用期间发生的变形破坏问题,例如大坝、堤防的变形破坏,路堤工后沉降、侧向变形以及边坡滑移与泥石流等。无数的岸坡在各种赋存环境中由于受到不同荷载作用和其他如洪水、降雨、冻融、风化等外在扰动的影响会发生破坏。(www.xing528.com)

自然过程引起的岸坡破坏主要有两种类型:一种是短期外在的作用引起的破坏,如地震和风浪作用下的砂土液化和水流冲刷下的滑坡、崩坍；另一种就是缓慢发展的风化过程使得岸坡土体经历一个从量变到质变的积累过程,在某一诱因作用下发生突然破坏,典型的如泥石流。岸坡的失稳破坏已经成为全球性的重大地质灾害源之一,是一种常见多发的自然地质灾害,具有群发性、重复性和广泛性等特点。人们的理论研究与工程实践历来重视这一领域。土质岸坡的传统防护、加固措施大多是采用砌筑挡墙或打设抗滑桩等,这些刚性措施除了造价较高的缺点之外,对生态环境也会造成明显的损伤与破坏。同时人们也已经意识到,普通的植被系统如草皮或根系浅的植被只适于水土保持以及浅层土体的防护等。为此,需要寻求一种不仅适合于浅层土,又适合于一定埋深土的“活性、生态型”防护办法,进行复合型生态防护理论与技术的研究,将工程建设与生态环境保护有机结合起来,在确保岸坡稳定的前提下,通过植被不断改善周围环境,从而达到帮助解决水土保持以及水环境改良等生态环境建设难题的目的。

天然土的变形破坏大致表现为渐进式和突变式两大类。例如边坡的变形有的是长期的,以较低的变形速率进行,有的则以较大的变形速率进行,观测到的变形速率包括了从一年几毫米到数小时几千米的范围[18](Guzzetti,1998)。风力和水力侵蚀、湿胀干缩、热胀冷缩可能引起土内裂隙的形成。岸坡土在水分蒸发、降雨入渗的干湿循环的过程中历经裂隙产生、发展或缩小、闭合,最后吸力完全丧失的整个过程,往往就会产生渐进的变形破坏。一般地说,在主动性重力型滑坡过程中,位移速率的大小主要取决于随季节变化的土中孔压。在直线形滑坡中由于驱动力不会随时间发生很大的变化,这一特点尤为突出,位移速率一般从每年几厘米到每年几米。相比之下,由于快速的孔压增长、应力改变或强度的减少等因素的影响,被动性牵引型滑坡往往具有突发性或较大位移速率等特点。边坡的破坏滑移面往往是从一个潜在的由于结构扰动造成的薄弱区开始,逐渐形成扩大的剪切区,然后从此区发展渐进地形成潜在的滑移面。根据Mohr-Coulomb理论,剪切面一般会在与最小主应力方向成(45°+φ′/2)的倾斜面上发展。短暂的暴雨一般只会引发浅层滑坡,而深层滑坡往往要历经一段长时间的雨水入渗浸泡过程。这一入渗浸泡破坏过程与土的饱和度、渗透性及裂隙发展程度相关。土层深处的孔压的消散一般要比浅层的慢,往往边坡会在降雨之后一段时间后才发生破坏[19](Leroueil,2001)。这些都表明,天然土的变形破坏一般是土的位移渐进发展到一定程度的结果。即使是突变式的变形破坏,往往也是从渐进式变形的量变累积而成的质变。