土质边坡的三大工程问题探讨

边坡工程作为岩土工程的一个分支，可再细分为开挖自然边坡的堑坡和人工填筑的填方边坡。其中堑坡由于经过自然地质历史的洗礼，故沉降对人类工程的影响几乎可以忽略不计，而开挖后的边坡稳定性则成为人们最常关注的对象；填方边坡由于填筑后多存在不同程度的沉降，以及边坡的稳定性也常困扰着人们，因此，沉降和稳定性是填方边坡中最为重要的指标。

作为土质边坡最重要的指标，沉降和稳定性与土体的变形、强度、渗透三大因素密切相关，且这三者之间往往相互影响，经久不息的上演着相生相克的爱恨情仇故事，即使土质边坡湮没，它们仍会转换角色而继续进行上演从前的故事，而不会拉上剧幕。

图1 土体工程三要素

由于土质边坡的稳定性与沉降直接与土体的变形、强度、渗透三大因素密切相关。因此，任何影响它们之间平衡作用都造成坡体稳定性和沉降的变化。

如坡体的开挖造成坡体的应力场和渗流场发生变化和坡体发生卸荷松弛，一旦坡体应力场与渗流场的平衡在一定的范围内无法调节，将造成坡体的失稳或沉降。反过来说，对于病害坡体的加固，应首先考虑坡体渗流场的改善，从而有效改善构成坡体的强度。因此，“治坡先治水”的原因就是调整边坡自身的“体质”，换句话说，对病害边坡不进行地表水和地下水的截、疏、排，而一味进行工程支挡进行补强的理念是欠合理的。

土质边坡的合理排水工程设置，不但可以有效减小地表水渗入坡体导致坡体物理力学参数降低，也可以通过地下水的截排有效降低静水压力或动水压力对坡体的不利作用，以及通过提高坡体有效应力而对土体产生固结作用而提高坡体的物理力学参数，也就提高坡体的强度和耐变形能力。

茫茫人流中，一旦你与手拉着手与爱人站在原位不动，将会感受到人流对你形成的推挤作用力，以及你爱人对你形成的拖曳力。人群密集度越大，移动速度越快，对你们两个形成的作用力就越大。这就是“流正比于势、反比与阻”的规律。边坡的中渗流场何尝不是如此，坡体的开挖临空面增大、库水位的快速下降，形成的“势”都将极大的提高渗流场的作用，水渗流作用于土骨架时，将对土骨架形成拖曳力和推动力。因此，在这种环境下边坡多出现失稳。甚至在土骨架过量的水将导致土颗粒距离变化较大而失去相互之间的接触后导致其强度丧失，形成泥石流导致更大的潜在危害。

填方体中采用颗粒级配良好的土体就是有利于土体的压实，使土颗粒之间接触更为紧密而形成更大的摩擦力和粘聚力，也就有效提高了填方体的强度，减小了填方体的变形和渗透性。而对于渗沟等反滤排水结构中则要求级配均匀粗颗粒，目的就是有利于水的排泄和防止土体颗粒被水流带走导致土骨架损坏而造成坡体变形或失稳。

对于细颗粒甚至是粘粒的填方体，其瞬时沉降的占比相对较小，更多是在附加应力作用下的排水固结和有效应力提高作用下的主固结沉降，而这种沉降是需要较长的时间方能完成，这就需要合理控制填方速率与土体固结的关系，防止填筑速率过快形成上覆压力过大和超静水压力作用下导致边坡出现失稳，这就是合理利用渗透固结的原因。正如我们坐在沙发上一样，缓慢的释放海绵中的气体将给你入坐的舒适感。而如果将沙发的四周采用密封的材料包裹，随着我们的入坐形成的“超静空气压力”将可能挤爆沙发。当然，如果能在填方体设置合理的排水途径，将大大加速土体渗透固结。换句话说，填方边坡最危险的时候是填方刚刚完成的时刻，因此后期随着土体的固结、土骨架有效应力的提高和土体强度的增长，填方边坡的稳定性将缓慢增长。而填方体后期在有效应力不变的情况下，由于自身土骨架蠕变产生的次固结沉降对工程的影响就占比很小。

对于粗颗粒土的填方体，尤其是对于岩性较好的填石路基，瞬时沉降的占比将明显相对较大，所谓的主固结次固结将是漫长而对填方边坡的影响较小。合理的密实度非常有利于提高填方体的摩擦强度，也非常有利于减小地下水对粗颗粒物形成的拖曳力和推动力，从而有利于控制填方坡体的变形和提高其稳定性。因此，合理的粗颗粒填方路基稳定性和沉降均优于细颗粒填方路基，这也是填石路堤的稳定坡率陡于细颗粒填土路堤的原因。

严格来说，土体的强度指土体抗剪强度，而非所谓的抗压强度。只要有合理的围压，土体都不会发生压坏，反而是随着压力的增加土颗粒间距的减小而形成了大的摩擦强度和粘聚力，即所谓越压越硬、越压强度越高的“压硬性”。也就是说土体的破坏往往是压力作用下的剪切破坏。因此，在填方路堤中只要能控制合理的土体围压-支挡，防止土体发生剪切变形就能确保边坡的稳定，而不必过于纠结填方过高后对地基承载力的诉求。

综上，对于土质边坡的治理，应在控制坡体卸荷松弛等变形问题的基础上，优先设置坡体的截排水工程，改善坡体中水的渗透对坡体的变形与强度影响，继而合理设置支挡工程辅助土质边坡的强度而提高坡体的稳定性。即土质边坡治理，应贯彻“治早治小和治坡先治水”理念。