1、前言
堤基抗滑穩(wěn)定是涉及堤防工程安全的主要工程地質問題之一。堤基常遇具不利結構的不良土體，不良土體堤基抗滑穩(wěn)定評價更多地依靠工程地質分析。但傳統(tǒng)分析方法重土層單元，輕土體結構；重單因素分析，輕多因素綜合；重靜態(tài)評判，輕動態(tài)預測，不能滿足對復雜問題的分析評價。本文采用把堤基土體當作一個系統(tǒng)進行分析的思路，在查明堤基土體結構的基礎上，合理選取土的抗剪強度參數(shù)，綜合考慮環(huán)境因素，對梧州河西防洪堤某段堤基抗滑穩(wěn)定問題進行系統(tǒng)分析，使堤基抗滑穩(wěn)定評價更為全面、合理。
2、堤基土體系統(tǒng)及其抗滑穩(wěn)定工程地質評價基本思路
2.1 堤基土體系統(tǒng)概述
“土體”是指多種土層構成的組合體，其性質不等于其中某一土層的性質，也不等于各土層性質的簡單迭加，而是相互作用、相互影響的有機整體。這是一種把土體當作一個系統(tǒng)看待的新認識。這里，土體的結構是各種土層的特定組合關系，是以土層為單元的宏觀結構，區(qū)別于以土粒為單元的土的微觀結構和以紋層為單元的中觀結構。
根據(jù)一般系統(tǒng)論原理，控制系統(tǒng)功能的三要素是：單元（或稱元素）的性質、系統(tǒng)的結構和環(huán)境的影響，三者對不同系統(tǒng)的功能控制程度不同，復雜系統(tǒng)的功能更多地受結構控制。對堤基土體系統(tǒng)而言，控制堤基穩(wěn)定性的三要素分別是：土層的物理力學性質、土體的結構及環(huán)境的影響。顯然，均質堤基的穩(wěn)定性主要取決于土層的物理力學性質；非均質堤基的穩(wěn)定性則由土體結構控制；環(huán)境因素多起誘發(fā)或累積作用，對堤基動態(tài)穩(wěn)定常起控制作用。
文獻從堤基抗滑穩(wěn)定角度，將堤基分為均質和非均質兩大類。前者以土質控制堤基穩(wěn)定，后者以土體結構控制。詳細分類見表1。
表1 堤基結構分類表
堤基分類
亞類
堤基類型
堤基穩(wěn)定問題
均質堤基
一般土質
一般均質
一般不存在
不良土質
軟土
施工期穩(wěn)定問題
膨脹土
長期穩(wěn)定問題
非均質堤基
一般土體
一般非均質
一般不存在
不良土體
具軟弱夾層
夾層控制堤基穩(wěn)定
具弱抗沖層
沖刷危及堤基穩(wěn)定
具硬臥(阻水)層
阻水頂板控制堤基穩(wěn)定
“不良土體”是指具不利結構的土體。對堤基抗滑穩(wěn)定不利的結構主要是土體中具有不利產狀的軟弱夾層、弱抗沖層及硬臥（阻水）層。顯然，不良土質及不良土體是研究堤基抗滑穩(wěn)定問題的主要對象。且后者不易查明，更具危險性。
2.2 堤基土體抗滑穩(wěn)定工程地質評價基本思路
把堤基土體當作一個開放系統(tǒng)加以考察，應首先從查明堤基地質結構模型入手，再深入分析土的物理力學性質，綜合考慮環(huán)境因素，最后對堤基抗滑穩(wěn)定問題作出全面的工程地質評價。
2.2.1 堤基地質模型的建立
堤基地質模型即堤基地質結構類型或堤基土體結構類型，是堤基抗滑穩(wěn)定分析的基礎。不同結構堤基抗滑穩(wěn)定性不同，控制因素不同，適用的計算方法及相應的計算參數(shù)均可能有所不同。對不良土體堤基，土體不利結構直接控制堤基的抗滑穩(wěn)定性。因此，查明土體的不利結構是堤基抗滑穩(wěn)定分析的前提，應作為堤基勘察的重點。
2.2.2 土的抗剪強度參數(shù)選取
地質模型建立之后，土的抗剪強度參數(shù)成為定量評價堤基抗滑穩(wěn)定的關鍵。
不良土體結構特殊，各土層對堤基穩(wěn)定性的影響程度不一，各土層抗剪強度參數(shù)選取將有所區(qū)別。重點應加強軟弱夾層或軟弱接觸帶的抗剪強度參數(shù)分析。
2.2.3 不利環(huán)境影響
堤基土體為一開放系統(tǒng)，外受動蕩不定的河道和復雜多變的水流影響，內為人類生產或生活場所，各種人為干擾影響很大。因此，堤基穩(wěn)定問題不僅要解決假定邊界條件下的靜態(tài)穩(wěn)定問題，還必須重視不利環(huán)境影響下的動態(tài)穩(wěn)定問題。雖然動態(tài)穩(wěn)定定量預測尚難于實現(xiàn)，但加強定性分析既是必要的，也是可行的。
厚層粘性土堤基易被視為均質堤基，土體結構易被忽視，常導致堤基抗滑穩(wěn)定分析模型參數(shù)失真，計算結果不合理。本文以梧州河西堤某段為例，運用土體結構控制的觀點，對堤基抗滑穩(wěn)定作出綜合分析。
3、梧州河西堤某段堤基抗滑穩(wěn)定工程地質評價
3.1 工程地質條件
3.1.1 地形地貌
該堤段全長1510m，設計為土堤，設計堤頂高程28.5m，堤高一般5m上下。堤基全部座落于潯江一級階地之上，地面高程23.5m。堤身填土主要由粘土及粉質粘土組成，夾少量粉砂巖風化碎塊，經機械壓實。堤前岸坡已發(fā)現(xiàn)因河水沖淘而產生的坍岸現(xiàn)象。
3.1.2 堤基土層結構
該堤段堤基土共計6層，自上而下土層結構依次為：
①人工填土：斷續(xù)分布于堤基表層，層厚1.1m～1.5m。主要為素填土，棕褐色，淺黃色，主要由粉質粘土和花崗巖風化土組成，未經壓密，透水性中等偏弱，注水試驗結果滲透系數(shù)k=10-4～10-5cm/s。
②粉質粘土：棕褐色、淺灰黃色，成份以粉粒為主，含少量有機質及粉砂質，軟塑～可塑狀。微層理發(fā)育，含水量較高，滲透系數(shù)平均值k=1.34*10-4cm/s，力學強度較低。連續(xù)分布，層厚1.6m～4.9m，頂板高程23.49m～24.86m。
③粘土：褐黃色、淺黃色，成份以粘粒為主，可塑～硬塑狀，透水性弱，滲透系數(shù)k=1.6*10-8～3.5*10-6cm/s。連續(xù)分布，層厚7.1m～11.7m，頂板高程18.6m～21.89m。
④粉質粘土：灰色，成份以粉粒為主，次為粘粒，飽和，軟塑狀，含水量高，透水性弱，力學強度較低。連續(xù)分布，厚7.3m～10.9m，頂板高程8.54m～11.50m。
⑤含泥砂礫卵石：黃色、灰色、紫紅等雜色，成份以卵石為主，稍密～中密，厚0.2m。僅在個別鉆孔深部發(fā)現(xiàn)。
⑥全風化花崗巖：灰白夾灰綠色，巖芯成土柱狀。連續(xù)分布，頂板高程0.4m～1.69m。鉆孔未揭穿該層。
3.1.3 水文地質條件
河西堤某段位于潯江一級階地前緣岸坡及河漫灘上，地下水主要為孔隙水，次為裂隙水及少量上層滯水?？紫端饕x存于第四系松散及堆積層中；裂隙水埋藏于下伏基巖花崗巖裂隙中；上層滯水零星分布于人工填土和第四系粘性土中，均受大氣降水補給，且向河流排泄。
最新勘察成果表明，②層粉質粘土為新近沉積層，結構稍松，液性指數(shù)較大，在淺部（2～3m）已有IL=0.33～0.67, 滲透系數(shù)較大，其平均值k=1.34*10-4cm/s；而下伏③層粘土屬早期沉積，結構較密實，除靠近頂部（孔深6～7m）IL較大（>0.5）外，一般IL<0.3，且滲透系數(shù)普遍較小，平均值 k=1.74*10-6cm/s。這種上、下二層滲透性差異較大的土層組合結構，由于下部③層微透水層的阻隔，地下水多匯集于③層頂部（亦即②層的底部），調查發(fā)現(xiàn)岸坡地下水出露點高懸于勘探期河水位以上5~6m的半坡中。
3.1.4 不良地質現(xiàn)象
前期勘察資料表明，本段河岸曾發(fā)生5處滑坡?；麦w產生于岸坡中部，垂直滑向河床，滑坡后緣線均呈弧形，滑坡體厚度一般均小于6m，屬淺層滑坡，詳見表2。
表2 梧州市河西堤某段岸坡滑坡統(tǒng)計表
滑坡體編號
滑坡體現(xiàn)狀
（1997年狀況）
滑動面
深度
(m)
滑坡體
面積
(m2)
滑坡體
總體積
(萬m3)
地下水
情況
滑坡規(guī)模
類型
Ⅰ
正在滑動,在坡腳已做了拋石處理,滑距1.0m左右。
3.00
900
0.27
淺層滑坡
Ⅱ
未見滑動,處于臨界狀態(tài)。
3.0～6.20
15000
3～4
中上部多處地下水冒出
淺層滑坡
Ⅲ
正在滑動,滑距0.5～2.0m。
3.0～6.00
9500
2～3
上部有多處地下水冒出
淺層滑坡
Ⅳ
正在滑動,滑距0.5～1.10m。
2.00
550
0.110
有少量地下水沿裂面滲出
淺層滑坡
Ⅴ
正在滑動,滑距0.5～0.80m。
1.0～2.50
1000
0.200
淺層滑坡
上述淺層滑坡實質是天然河岸的局部岸坡失穩(wěn)，構成滑坡體的地層均以第四系沖積②粉質粘土為主，中上部有多處地下水冒出。
堤基抗滑穩(wěn)定是涉及堤防工程安全的主要工程地質問題之一。堤基常遇具不利結構的不良土體，不良土體堤基抗滑穩(wěn)定評價更多地依靠工程地質分析。但傳統(tǒng)分析方法重土層單元，輕土體結構；重單因素分析，輕多因素綜合；重靜態(tài)評判，輕動態(tài)預測，不能滿足對復雜問題的分析評價。本文采用把堤基土體當作一個系統(tǒng)進行分析的思路，在查明堤基土體結構的基礎上，合理選取土的抗剪強度參數(shù)，綜合考慮環(huán)境因素，對梧州河西防洪堤某段堤基抗滑穩(wěn)定問題進行系統(tǒng)分析，使堤基抗滑穩(wěn)定評價更為全面、合理。
2、堤基土體系統(tǒng)及其抗滑穩(wěn)定工程地質評價基本思路
2.1 堤基土體系統(tǒng)概述
“土體”是指多種土層構成的組合體，其性質不等于其中某一土層的性質，也不等于各土層性質的簡單迭加，而是相互作用、相互影響的有機整體。這是一種把土體當作一個系統(tǒng)看待的新認識。這里，土體的結構是各種土層的特定組合關系，是以土層為單元的宏觀結構，區(qū)別于以土粒為單元的土的微觀結構和以紋層為單元的中觀結構。
根據(jù)一般系統(tǒng)論原理，控制系統(tǒng)功能的三要素是：單元（或稱元素）的性質、系統(tǒng)的結構和環(huán)境的影響，三者對不同系統(tǒng)的功能控制程度不同，復雜系統(tǒng)的功能更多地受結構控制。對堤基土體系統(tǒng)而言，控制堤基穩(wěn)定性的三要素分別是：土層的物理力學性質、土體的結構及環(huán)境的影響。顯然，均質堤基的穩(wěn)定性主要取決于土層的物理力學性質；非均質堤基的穩(wěn)定性則由土體結構控制；環(huán)境因素多起誘發(fā)或累積作用，對堤基動態(tài)穩(wěn)定常起控制作用。
文獻從堤基抗滑穩(wěn)定角度，將堤基分為均質和非均質兩大類。前者以土質控制堤基穩(wěn)定，后者以土體結構控制。詳細分類見表1。
表1 堤基結構分類表
堤基分類
亞類
堤基類型
堤基穩(wěn)定問題
均質堤基
一般土質
一般均質
一般不存在
不良土質
軟土
施工期穩(wěn)定問題
膨脹土
長期穩(wěn)定問題
非均質堤基
一般土體
一般非均質
一般不存在
不良土體
具軟弱夾層
夾層控制堤基穩(wěn)定
具弱抗沖層
沖刷危及堤基穩(wěn)定
具硬臥(阻水)層
阻水頂板控制堤基穩(wěn)定
“不良土體”是指具不利結構的土體。對堤基抗滑穩(wěn)定不利的結構主要是土體中具有不利產狀的軟弱夾層、弱抗沖層及硬臥（阻水）層。顯然，不良土質及不良土體是研究堤基抗滑穩(wěn)定問題的主要對象。且后者不易查明，更具危險性。
2.2 堤基土體抗滑穩(wěn)定工程地質評價基本思路
把堤基土體當作一個開放系統(tǒng)加以考察，應首先從查明堤基地質結構模型入手，再深入分析土的物理力學性質，綜合考慮環(huán)境因素，最后對堤基抗滑穩(wěn)定問題作出全面的工程地質評價。
2.2.1 堤基地質模型的建立
堤基地質模型即堤基地質結構類型或堤基土體結構類型，是堤基抗滑穩(wěn)定分析的基礎。不同結構堤基抗滑穩(wěn)定性不同，控制因素不同，適用的計算方法及相應的計算參數(shù)均可能有所不同。對不良土體堤基，土體不利結構直接控制堤基的抗滑穩(wěn)定性。因此，查明土體的不利結構是堤基抗滑穩(wěn)定分析的前提，應作為堤基勘察的重點。
2.2.2 土的抗剪強度參數(shù)選取
地質模型建立之后，土的抗剪強度參數(shù)成為定量評價堤基抗滑穩(wěn)定的關鍵。
不良土體結構特殊，各土層對堤基穩(wěn)定性的影響程度不一，各土層抗剪強度參數(shù)選取將有所區(qū)別。重點應加強軟弱夾層或軟弱接觸帶的抗剪強度參數(shù)分析。
2.2.3 不利環(huán)境影響
堤基土體為一開放系統(tǒng)，外受動蕩不定的河道和復雜多變的水流影響，內為人類生產或生活場所，各種人為干擾影響很大。因此，堤基穩(wěn)定問題不僅要解決假定邊界條件下的靜態(tài)穩(wěn)定問題，還必須重視不利環(huán)境影響下的動態(tài)穩(wěn)定問題。雖然動態(tài)穩(wěn)定定量預測尚難于實現(xiàn)，但加強定性分析既是必要的，也是可行的。
厚層粘性土堤基易被視為均質堤基，土體結構易被忽視，常導致堤基抗滑穩(wěn)定分析模型參數(shù)失真，計算結果不合理。本文以梧州河西堤某段為例，運用土體結構控制的觀點，對堤基抗滑穩(wěn)定作出綜合分析。
3、梧州河西堤某段堤基抗滑穩(wěn)定工程地質評價
3.1 工程地質條件
3.1.1 地形地貌
該堤段全長1510m，設計為土堤，設計堤頂高程28.5m，堤高一般5m上下。堤基全部座落于潯江一級階地之上，地面高程23.5m。堤身填土主要由粘土及粉質粘土組成，夾少量粉砂巖風化碎塊，經機械壓實。堤前岸坡已發(fā)現(xiàn)因河水沖淘而產生的坍岸現(xiàn)象。
3.1.2 堤基土層結構
該堤段堤基土共計6層，自上而下土層結構依次為：
①人工填土：斷續(xù)分布于堤基表層，層厚1.1m～1.5m。主要為素填土，棕褐色，淺黃色，主要由粉質粘土和花崗巖風化土組成，未經壓密，透水性中等偏弱，注水試驗結果滲透系數(shù)k=10-4～10-5cm/s。
②粉質粘土：棕褐色、淺灰黃色，成份以粉粒為主，含少量有機質及粉砂質，軟塑～可塑狀。微層理發(fā)育，含水量較高，滲透系數(shù)平均值k=1.34*10-4cm/s，力學強度較低。連續(xù)分布，層厚1.6m～4.9m，頂板高程23.49m～24.86m。
③粘土：褐黃色、淺黃色，成份以粘粒為主，可塑～硬塑狀，透水性弱，滲透系數(shù)k=1.6*10-8～3.5*10-6cm/s。連續(xù)分布，層厚7.1m～11.7m，頂板高程18.6m～21.89m。
④粉質粘土：灰色，成份以粉粒為主，次為粘粒，飽和，軟塑狀，含水量高，透水性弱，力學強度較低。連續(xù)分布，厚7.3m～10.9m，頂板高程8.54m～11.50m。
⑤含泥砂礫卵石：黃色、灰色、紫紅等雜色，成份以卵石為主，稍密～中密，厚0.2m。僅在個別鉆孔深部發(fā)現(xiàn)。
⑥全風化花崗巖：灰白夾灰綠色，巖芯成土柱狀。連續(xù)分布，頂板高程0.4m～1.69m。鉆孔未揭穿該層。
3.1.3 水文地質條件
河西堤某段位于潯江一級階地前緣岸坡及河漫灘上，地下水主要為孔隙水，次為裂隙水及少量上層滯水?？紫端饕x存于第四系松散及堆積層中；裂隙水埋藏于下伏基巖花崗巖裂隙中；上層滯水零星分布于人工填土和第四系粘性土中，均受大氣降水補給，且向河流排泄。
最新勘察成果表明，②層粉質粘土為新近沉積層，結構稍松，液性指數(shù)較大，在淺部（2～3m）已有IL=0.33～0.67, 滲透系數(shù)較大，其平均值k=1.34*10-4cm/s；而下伏③層粘土屬早期沉積，結構較密實，除靠近頂部（孔深6～7m）IL較大（>0.5）外，一般IL<0.3，且滲透系數(shù)普遍較小，平均值 k=1.74*10-6cm/s。這種上、下二層滲透性差異較大的土層組合結構，由于下部③層微透水層的阻隔，地下水多匯集于③層頂部（亦即②層的底部），調查發(fā)現(xiàn)岸坡地下水出露點高懸于勘探期河水位以上5~6m的半坡中。
3.1.4 不良地質現(xiàn)象
前期勘察資料表明，本段河岸曾發(fā)生5處滑坡?；麦w產生于岸坡中部，垂直滑向河床，滑坡后緣線均呈弧形，滑坡體厚度一般均小于6m，屬淺層滑坡，詳見表2。
表2 梧州市河西堤某段岸坡滑坡統(tǒng)計表
滑坡體編號
滑坡體現(xiàn)狀
（1997年狀況）
滑動面
深度
(m)
滑坡體
面積
(m2)
滑坡體
總體積
(萬m3)
地下水
情況
滑坡規(guī)模
類型
Ⅰ
正在滑動,在坡腳已做了拋石處理,滑距1.0m左右。
3.00
900
0.27
淺層滑坡
Ⅱ
未見滑動,處于臨界狀態(tài)。
3.0～6.20
15000
3～4
中上部多處地下水冒出
淺層滑坡
Ⅲ
正在滑動,滑距0.5～2.0m。
3.0～6.00
9500
2～3
上部有多處地下水冒出
淺層滑坡
Ⅳ
正在滑動,滑距0.5～1.10m。
2.00
550
0.110
有少量地下水沿裂面滲出
淺層滑坡
Ⅴ
正在滑動,滑距0.5～0.80m。
1.0～2.50
1000
0.200
淺層滑坡
上述淺層滑坡實質是天然河岸的局部岸坡失穩(wěn)，構成滑坡體的地層均以第四系沖積②粉質粘土為主，中上部有多處地下水冒出。