填土沉降与管涵渗漏条件下高陡挡墙稳定性分析.pdf

第30卷第3期2023年 5月Vo l.30 No.3Ma y 2023妥全与环境工程Sa f et y a nd Env iro nment a l Enginee ring引用格式：朱盛延，俞奎皓，王浩.填土沉降与管涵渗漏条件下高陡挡墙稳定性分析J1安全与环境工程,2023,30(3):171-17&Zh u S Y,Yu K H,Wa ng H.St a bilit y a na lys is o f h igh a nd s t eep ret a ining wa ll under t h e c o ndit io n o f f ill s et t lement a nd pipe c ulv ert lea k a geEJ.Safety and EnvironmentaI Engineering,2023,30(3)：171-178.填土沉降与管涵渗漏条件下高陡挡墙稳定性分析朱盛延1,俞奎攀，王r*(1.华东勘测设计院(福建)有限公司，福建福州350003；2.福州大学紫金地质与矿业学院，福建福州350116)摘要：山地城镇建设经常在沟谷地段建造高陡挡墙，墙后填土的固结沉降易诱发地下管涵破损渗漏，在强降雨 导致的高水压条件下会产生管涌破坏，进而威胁高陡挡墙的整体稳定，是较为典型的岩土灾害。以福州软件园某 高陡挡墙渗漏与管涌灾害事件为例，首先采用地质雷达探测了扶壁式挡墙填土区的地层扰动和地下脱空特征，应 用CCTV检测技术揭示了墙后填土区地下管涵的破损和堵塞规律，分析了台风“卢碧”强降雨期间扶壁式挡墙坡脚 两次发生管涵泥沙管涌和挡土墙壁承压泄水的灾害现象，开展了旱季天然工况、雨季排水工况和台风暴雨工况条 件下高陡挡墙稳定性分析，分析了填土沉降与管涵渗漏条件下高陡挡墙失稳破坏的机制，并对极端条件下高陡挡 墙的稳定性进行了分析与预测。结果表明:旱季天然工况下该高陡挡墙拥有一定的安全储备，雨季排水工况下高 陡挡墙安全储备逐渐降低，但仍满足规范的设计要求，而台风暴雨工况下其安全储备已低于规范的设计要求;在台 风暴雨驱动下填土沉降一管涵渗漏一承压管涌破坏是该高陡挡墙失稳破坏的机制。该研究成果可为类似工程建 设规划设计及长期运维管理提供参考。关键词：高陡挡墙;稳定性分析;失稳机制;填土沉降;管涵渗漏中图分类号：X4；TU476+.4 文章编号：1671-1556(2023)03-0171-08 收稿日期：2021-11-30 DOI：10.13578/ki.issn.1671-1556.20211442 开放科学(资源服务)标识码(OSID):Stability Analysis o f High and Steep Retaining Wall under th e Co nditio n o f Fill Settlement and Pipe Culvert Leak ageZHU Sh engya n1,YU Kuih a o2,WANG Ha o2*(1.Huad o ng Eng ineering(Fujian)Co rpo ratio n L imite d Fuzh o u 350003 9Ch ina；2.Zijin Sc h o o l o f Geo lo g y and Mining,Fuzh o u University,Fuzh o u 350116,Ch inaAbst r ac t；High a nd s t eep ret a ining wa lls a re o f t e n built in gully a nd v a lley a rea s during t h e c o ns t ruc t io n o f mo unt a ino us t o wns Th e c o ns o lida t io n a nd s et t le merrt o f t h e s o il beh ind t h e wa lls induc es brea k a ge a nd lea k a ge o f undergro und pipe c ulv ert s.Under h igh wa t er pres s ure c o ndit io ns c a us ed by h ea v y ra inf a ll,pipe s urge da ma ge c a n o c c ur,wh ic h t h rea t ens t h e o v era ll s t a bilit y o f t h e h igh a nd s t eep ret a ining wa lls a nd is a t ypic a l geo t ec h nic a l dis a s t er Ta k ing h igh s t ee p ret a ining wa ll lea k a ge a nd pipe s urge dis a s t er o f Fuzh o u So f t wa re Pa rk a s a n exa mple,t h e s t ra t igra ph ic dis t urba nc e a nd s ubs urf a c e deh o llo wing c h a ra c t eris t ic s o f t h e f illing a rea o f t h e c o unt e rf o rt ret a ining wa ll a re det ec t ed by t h e geo lo gic a l ra da r,t h e la w o f t h e undergro und pipe c ulv ert brea k a ge a nd blo c k a ge o f t h e f illing a rea beh ind t h e wa ll is rev ea led t h ro ugh t h e a pplic a t io n o f CCTV det ec t io n t ec h no lo gy?a nd t h e dis a s t er ph eno mena o f s ediment pipe s urge o f pipe c ulv ert a nd dra ina ge o f ret a ining wa ll o c c urring t wic e a t t h e but t res s ed ret a ining wa ll s lo pe during t h e h ea v y ra inf a ll perio d o f t yph o o n Lupi is a na lyz ed Th e s t a bilit y o f t h e h igh a nd s t eep ret a ining wa ll under t h e c o ndi-t io ns o f na t ura l c o ndit io ns in dry s ea s o n,dra ina ge c o ndit io ns in ra iny s ea s o n a nd t yph o o n a nd ra ins t o rm 基金项目：国家自然科学基金项目(41972268.U2005205);华东勘测设计院科技创新项目(2021032304)作者简介:朱盛延(1987)，男，工程师，主要从事工程地质与物探方面的研究。E-ma il：549542974qq.c o m 通讯作者：王 浩(1978)，男，博士，教授，主要从事岩土工程与工程地质方面的研究。E-ma il：h _ wa ng126.c o m172安冬与琢境工裡 ht t p:/水t aq.c bpt.c 第30卷c o ndit io ns is a na lyzed,a nd t h e mec h a nis m o f des t a biliza t io n a nd f a ilure o f t h e h igh a nd s t ee p ret a ining wa ll under t h e c o ndit io ns o f f ill s et t lement a nd pipe c ulv ert lea k a ge is a na lyzed a nd t h e s t a bilit y o f t h e h igh a nd s t ee p ret a ining wa ll under ext reme c o ndit io ns is predic t e d a nd a na lyzed Th e res ult s a re a s f o llo ws:t h e h igh a nd s t eep ret a ining wa ll h a s a c ert a in s a f et y res erv e under na t ura l c o ndit io ns in t h e dry s ea s o n,a nd t h e s a f et y res erv e gra dua lly dec rea s es under dra ina ge c o ndit io ns in t h e ra iny s e a s o n,but s t ill meet s t h e des ign requirement s o f t h e c o de；t h e s a f e t y res erv e is lo wer t h a n t h e des ign requirement s o f t h e c o de under t yph o o n a nd ra ins t o rm c o ndit io ns；t h e mec h a nis m o ins t a bilit y a nd f a ilure o f t h e h igh a nd s t ee p ret a ining wa ll is driv en by f ill s et t lement-pipe c ulv ert lea k a ge-pres s ure pipe s urge da ma ge under t yph o o n a nd ra ins t o rm c o ndit io ns.Th e res e a rc h res ult s c a n pro v ide ref erenc e f o r s imila r engineering c o ns t ruet io n pla nning a nd des ign a nd lo ng-t erm o pera t io n a nd ma int ena nc e ma na gement.Key wo r ds-h igh a nd s t ee p ret a ining wa ll；s t a bilit y a na lys is；des t a biliza t io n mec h a nis m；f ill s et t le me nt；pipe c ulv ert lea k a ge在山地城镇建设中进行场地平整时深挖高填现 象较为普遍,经常需要在沟谷地段建造高陡挡墙，将 场地内的挖方填土就地回填，形成平整的建设用地O 由于墙后填土不密实、填挖过渡段的变形差异，以及 沟谷段地下水的长期作用，这些类似的半填半挖场 地经常会出现差异沉降或产生沟谷口高陡挡墙的变 形失稳，为建设场地运营安全和周边建筑物的稳定 埋下了安全隐患。在高填方边坡及高陡挡墙稳定性研究方面，公 路行业研究较早，由于公路周边复杂地形环境和长 期降雨入渗的共同作用，公路高填方边坡多表现为 地表径流冲刷形成水土流失及后续衍生的地质灾 害口如。近年来，随着山区机场高填方工程的建设,为控制填挖交界处的差异变形，常采用铺设土工织 物的方式来提升土体的物理力学性质3幻。此外，填 料特性、地基处理及坡体截排水也是影响公路填方 边坡变形的重要因素g。对于建筑与市政工程中 的高填方边坡，填料松散以及排水不畅导致的填土 场地沉降变形会造成挡墙内给排水管网的破坏，最 终在暴雨或地震触发下形成滑坡-泥石流灾害 链阿。与公路或机场行业的高填方边坡及高陡挡 墙相比，建筑与市政行业的高陡挡墙设计还需要考 虑墙后填土区中的地下管网布局，重点研究填土不 均匀沉降与地下管网渗漏的相互影响及其致灾效 应。本文以福州软件园某回填土场地不均匀沉降诱 发地下管涵渗漏，在强降雨触发下产生两次填土管 涌破坏，形成进一步威胁高陡挡墙填土场地稳定与 安全的灾害链事件为例，研究填土沉降与管涵渗漏 共同作用下该高陡挡墙的变形破坏机制，预测高陡 挡墙在基底潜蚀脱空和墙背高水压作用下的失稳演 化趋势，以为同类挡墙的稳定性分析提供参考。1高陡挡墙填方边坡病害概况1.1高陡挡墙填方边坡工程地质与水文地质条件某高陡挡墙位于福州软件园区内，整体坐落在 两个山坡之间的深切沟谷地段，如图1所示。该高 陡挡墙工程在冲沟中段进行了大范围的场地回填,采用扶壁式挡土墙在沟口段进行支护，两侧逐步过 渡到自然斜坡的挖方地段，采用锚杆框架网格梁支 护顺接，地形变化和支护结构变换均较为复杂。图1福州软件园某高陡挡墙工程平面示意图Fig.1 Plane g raph of a hig h and steep retaining wallproject in.Fuzhou Software Park根据工程勘察资料和地质补勘成果，该场地内 地层结构较简单,墙后主要分布含碎石杂填土，最大 深度约为16 m,在沟谷中部分布较厚，往沟谷两侧 逐步变薄;填土层下部以全风化和砂土状强风化花 岗岩为主，体现出福州地区较为明显的花岗岩厚层 风化壳覆盖特征。在冲沟中段的扶壁式挡土墙前后高差为15 m,基础埋深为0.8 m,墙后最大填土深度超过16 m,主 要是原地开挖后回填的含碎石杂填土。墙身结构设 计尺寸为墙面板顶宽为0.3 m,底宽为0.45 m,采用 第3期朱盛延等：填土沉降与管涵渗漏条件下高陡挡墙稳定性分析173双面配筋，间隔3.5 m设置一道扶壁。扶壁式挡土墙 的前趾板下采用毛石混凝土嵌固，后踵板底部设碎石 砂垫层，底板下部以全风化花岗岩为持力层。根据现场调查和地质补勘的综合分析,墙后填土 区内地下水补给主要有两个渠道:一是沟谷段地下水 渗流补给;二是地下管网雨污渗漏。由于墙后含碎石 杂填土松散且密实度分布不均,在地下管网破损段,上述两个地下水补给方式交互影响，在墙后填土层内 形成无规律渗流。在旱季天然工况下,本场地内地下 水水位埋藏较深,一般低于挡墙底板;在雨季排水工 况下，由于地下管网的淤塞和雨污水的渗漏,可导致 场地内地下水水位明显升高;在台风暴雨工况下，大 范围地表汇水在地下管网集中排泄，由于地下管涵渗 漏和淤塞的交互作用，可在墙后填土区形成较高的地 下水水位，甚至以承压水的形式从墙壁泄水孔排泄。综合上述调查与研究分析，建立了该高陡挡墙 工程地质与水文地质模型，如图2所示。图3墙后填土区深部地层扰动区位置示意图(红线标记)Fig.3 Location diag ram of stratum disturbance area at the depth of fill behind the wall(marked by red line)测线2 测线3 测线4 测线5测线120测线6测线7测线8肉地层扰动区N地层非扰动区台碉工机下地下水娥 含碎石杂填土 全风化花岗岩 毛石混凝土 碎石砂垫层 扶壁式挡土墙图2福建软件园某高陡挡墙工程地质与水文地质剖面图Fig.2 Eng ineering g eolog ical and hydrog eolog ical profile of a hig h and steep retaining wall in Fuzhou software Park图4地层扰动区东西向剖面分布图Fig.4 East-west profile of stratum disturbance area图5混凝土地面脱空区位置示意图(蓝线标记)Fig.5 Location diag ram of void area(marked by blue line)1.2填土区地层扰动和变形特征为了探测扶壁式挡土墙墙后填土区内是否存在 不均匀沉降、隐伏空洞、地层扰动区和混凝土地面脱 空现象，本文采用瑞典MALA-X3M探地雷达对墙 后填土区的地层扰动和变形进行了探测分析。本文采用100 MHz的雷达天线重点探测墙后 填土区深部地层内的隐伏空洞和扰动特征（图3和 图4）。根据地质雷达探测结果分析，探测区域地层 内未见明显的隐伏空洞，但各测线均存在不同规模 的地层扰动区（地层扰动区为地层明显比周边更松 散的区域），地层明显扰动区大多在地面12 m以 下,钻探成果也揭示地面12 m下土层中碎石含量 较高、透水性强，为较好的排水通道，也与挡墙渗水 的实际空间位置一致。本文采用500 MHz的雷达天线重点探测近地 表混凝土地面与下伏地层之间的脱空情况（图5）。根据地质雷达探测结果分析，各测线地表混凝土地 面与其下伏地层之间均存在不同程度的脱空现象,脱空高度大多在0.2 m以内。通过对比各条测线 地层扰动区（图3中红线）和混凝土地面脱空区（图 5中蓝线）可以看出：地层扰动区和混凝土地面脱空 区在平面上大部分重叠。根据建筑物周边场地的现场调査，墙后填土区 存在大规模的地面沉降和不规律的混凝土地面开裂 现象。由于5#和10#学生宿舍楼基础均采用桩基 础，整体沉降较小，导致填方区的休闲广场与分布于 沟谷两侧挖方段的5#和10#学生宿舍楼有明显的 沉降差，表现为建筑物底层的散水或台阶处有明显 的不均匀沉降和多次修补的痕迹，如图6所示。1.3填土区地下管涵破损与淤塞特征根据2021年6月的现场调查，由于地下管涵堵 塞，发生了地下管网渗漏的污水从挡土墙泄水孔排174安冬与琢境工裡 ht t p:/水t aq.c bpt.c 第30卷图6建筑门厅前地表沉降破坏Fig.6 Surface subsidence and damag e in front of a building出的现象。通过对墙顶各处的污水井和雨水井进行 逐一排查，将调查的大致地下管线位置在平面图上 进行了标记，如图7所示。图7地下管涵堵塞污水渗漏迁移推断图Fig.7 Inference diag ram of sewag e leakag e mig ration due to blockag e of underg round pipe culverts通过调查发现，该场地西侧靠近挡墙侧污水井 E的井底分布较多碎石与砂砾颗粒，如图8所示，推 测是由上游地下管涵破损导致周边土颗粒侵入地下 管涵内部，在长期污水连续冲刷或台风暴雨期间雨 污混流携带作用下，使碎石土颗粒停积至污水井底，是管涵破损的证据和结果。为了进一步核查上游地下管涵破损的情况，采 用CCTV管道机器人对地下管涵破损进行排查，发 现10#学生宿舍楼前地面差异沉降显著，沉降变形 后的堆填块石逐步侵占预埋管道的过流空间，最终 挤压或切断预埋的塑料波纹管涵，使管道过流截面 急剧缩小,导致该处预埋的地下管涵严重堵塞,如图 9所示。图8污水井E井底停积的碎石与砂砾颗粒Fig.8 Gravel and sand particles at the bottom of sewag e well E图9塌陷管道内CCTV影像Fig.9 CCTV imag e in collapsed pipeline2地下管涵淤塞相关的地下水病害特征2.1地下管涵淤塞导致污水渗漏病害2021年6月，本场地主要体现为地下管涵淤塞 导致污水渗漏迁移病害。在如图7所示的污水井F 与污水井D之间的地下水平涵管已经严重破损和 淤塞（图9）,软件园区学生食堂排放的泪水流经地 下管涵淤塞节点E之后，无法顺利过流而向填土区 内部渗漏迁移，最终在5#学生宿舍楼西北角扶壁式 挡土墙流出，污水渗出点X为距墙底4 m高的泄水 孔，大致渗流通道见图7中蓝线。由图7可见，污水 入渗点E和污水渗出点X分别位于扶壁式挡土墙 的东西两端，水平距离约60 m,充分说明了地下水 渗流通道的复杂性。第3期朱盛延等：填土沉降与管涵渗漏条件下高陡挡墙稳定性分析1752.2强降雨诱发挡墙基底管涌病害由于场区污水从挡墙溢流后在软件园市政道路 漫流，引发周边群众的关注，园区管理单位对淤塞地 下管涵进行了局部开挖修复，但并未缓解挡墙顶部 地表大范围汇水对地下排水管网的排放压力。2021 年8月，第9号台风“卢碧”过境福州，带来了超强降 水，大量的地表汇水涌入地下管网，集中汇流至G 点处的排水深落水井，经挡墙基底的预埋地下管涵 向H点处的市政管网节点排泄，如图10所示。污水井F 污水井D图10地下管网排水路径剖面示意图Fig.10 Drainag e path section of underg round pipe network由于GH段水平管涵内径很小，且墙身段与填 土段的差异沉降造成地下管涵破损，长期被地下水 潜蚀破坏带来的泥沙充填处于半淤塞状态。台风暴 雨期间地表水集中汇流可以在G点处的竖井内形 成最高约15 m的水头，在高水压作用下，GH段产 生管涌破坏，10余方泥沙从挡墙前部坡脚的盖板涵 洞涌出，跨越绿化带堆积至软件园市政道路的路面,如图11所示。图11挡墙基底管涌破坏后的残留填土Fig.11 Residual fill after piping failure of retaining2.3墙底管涵淤塞触发墙背泄水病害由于GH段墙底的管涵口径较小且存在破损，容易在高水压局部潜蚀作用下发生重复淤塞，使地 下水无法快速排泄，不断在墙后填土层内蓄积，逐步 转化为以承压水的形式从扶壁式挡土墙的泄水孔喷 出，最高出水点距墙底约8 m,如图12所示。图12挡墙承压泄水特征Fig.12 Drainag e characteristics of retaining wall3复杂工况下高陡挡墙稳定性分析基于前述分析，本文按旱季天然工况、雨季排水 工况和台风暴雨工况3个典型工况条件对高陡挡墙 进行稳定性分析。基于如图2所示的高陡挡墙边坡 工程地质与水文地质模型进行网格离散与边界条件 设定,设水力坡降为d h/d s=Q.1,各岩土层采用莫 尔-库伦弹塑性模型，其主要物理力学参数如表1所 示。本文采用Ph a s e 2岩土工程有限元程序的强度 折减法计算高陡挡墙的安全系数（即稳定性系数）。由于现场未见高陡挡墙面板变形破坏，故采用弹性 板单元模拟扶壁式挡土墙的面板，暂不考虑其塑性 破坏，且不参与强度折减计算。wall base176妥金鸟規现工程 ht t p:/kt aq.c bpt.c 第30卷表1岩土层物理力学参数表Ta ble 1 Ph ys ic a l a nd mec h a nic a l pa ra met ers o f ro c ko r s o il岩土材料类型密度7/(kN m-3弹性模量）E/MPa松泊比P-P-黏聚力 c/kPa内摩擦角 0/（）全风化花岗岩20500.322025含碎石杂填土1&550.351024碎石砂垫层22350.30030毛石混凝土2420 0000.25120403.1旱季天然工况下高陡挡墙稳定性分析旱季天然工况条件下，地下水水位位于挡墙底 板以下。根据图13所示的旱季天然工况下高陡挡 墙稳定性模拟计算与分析结果，该工况下高陡挡墙 以包含扶壁的三角形轮廓整体水平变形为主，具有 微量前倾变形特征。从高陡挡墙填方土体极限状态 的最大剪应变云图（图13）可以看出，其破裂面由4 段剪切面构成，即墙趾区的被动破裂面、墙踵接触面 的水平滑移面、顺接墙踵后端由破裂棱体主动滑移 形成的第一破裂面，以及扶壁轮廓线附近斜向的第 二破裂面口小。本文采用有限元强度折减法计算得 到旱季天然工况下临界强度折减系数（SRF）为 1.49,即旱季天然工况下挡墙填土边坡的稳定性系 数Fs为1.49,表明该高陡挡墙拥有一定的安全储 备。最大剪应变0030030020020020020020020020020020020020020020020020020020.00+000 3.00e-003 6.008-6.00a 1.20e 1.50s 1.B08 2.108 2.408 2.70o 3.008 3.3083.90e 4.208 4.5064.B0e 5.109 5.406 5.70a 6.006图13旱季天然工况下高陡挡墙填方土体最大剪应变 云图(剪应变无量纲)Fig.13 Clo ud ima ge o f ma ximum s h ea r s t ra in o f h igh a nd s t eep ret a ining wa ll f illing s o il under no rma l wo rk ing c o ndit io ns in t h e dry s ea s o n(Sh ea r s t ra in dimens io nles s)在高陡挡墙的沉降模拟计算中，在填料填筑初 期，在自重应力作用下填料挤密压实，形成竖向压缩 变形；而在高陡挡墙长期运营中，挡墙背部填土在浅 层土体预埋地下管涵渗漏和深层填土内部地下水渗 流联合作用下，填料中的细小颗粒部分流失,导致填 料孔隙增大，甚至形成局部空洞，进而宏观上反映在 填土压缩模量的降低，导致填土产生进一步的长期 压缩变形。在高陡挡墙运营过程中，由于地下水消涨造成 填土内细颗粒迁移，填土密实度、黏性土含量降低和 强度衰减，产生因填土压缩模量降低而引发的进一 步沉陷变形。根据相关研究“，将含碎石杂填土 压缩模量按原压缩模量的75%确定,得到高陡挡墙 背部填土的固结沉降云图，如图14所示。垂直位移/m4.056-0019.550-0013.D58-0012.558-0012.058-0011.558-0011.06S-0015.5Qe-002-5.006-0034.60e-0029.50e-0021.45e-0011.95V-0012.45e-0012.958-0013.45-0013.95C-0014.45a-0014.9Se-0015.459-0015.95001图14高陡挡墙背部填土的固结沉降云图Fig.14 Clo ud ima ge o f c o ns o lida t io n s et t lement o f f illin t h e ba c k o f h igh a nd s t eep ret a ining wa ll由图14可知：高陡挡墙背部填土在自重应力作 用下沉降，在距挡墙后壁约11 m处达到最大值6 CH1；由墙后第一破裂面与第二破裂面组成的“V”形 填土沉陷区与挡墙背部填土的最大沉降区一致，在 自重应力与弹性模量降低效应的综合作用下，其墙 后“V”形填土沉陷区最大沉降值可达6.8 c m。因 此，墙后“V”形填土沉陷区的累积沉降差足以造成 填土内预埋地下管涵的剪切破坏。本案例的墙顶最 大沉降区域及地下管涵破坏位置与如图14所示的 墙后“V”形填土沉陷区的位置重合，从而验证了填 土区沉降是导致地下管涵破损的重要原因03.2雨季排水工况下高陡挡墙稳定性分析根据2021年6月雨季地下水水位调查结果可 知，在雨季排水工况条件下，墙后地下水水位位于坡 脚以上4 m处,墙前地下水水位位于坡脚。该工况 下高陡挡墙的变形特征及失稳破坏模式（图15）与 旱季天然工况下的计算结果类似，该高陡挡墙的稳 定性系数Fs为137（图15），表明在地下水水位升高 过程中，该高陡挡墙的安全储备逐步降低，但仍满足 建筑边坡工程技术规范（以下简称规范）一级 一般永久边坡稳定性系数大于1.35的设计要求。3.3台风暴雨工况下高陡挡墙稳定性分析根据2021年7月台风暴雨期间的地下水水位 调查结果可知，台风暴雨工况条件下墙后地下水水 位位于坡脚以上8 m处，墙前地下水水位位于坡 脚。台风暴雨工况下该高陡挡墙的变形特征及失稳 破坏模式（图16）与旱季天然工况和雨季排水工况 的计算结果类似，该高陡挡墙的稳定性系数Fs为第3期朱盛延等：填土沉降与管涵渗漏条件下高陡挡墙稳定性分析177最大剪应变0.00S1-000 4.508-003 9.00e-003 1.25e-003I.BOe-0022.25e-002 2.70e-0023.15e-0023.60e-0024.05e-0024.50e-0024.5f l-0025.40a-0025.B5f i-0026.30a-0026.75-002 7.20e-0027.B6e-0028.106-0028.&Be-Q029.006-002图15雨季排水工况下高陡挡墙填方土体最大剪应变云 图(剪应变无量纲)Fig.15 Clo ud dia gra m o f ma ximum s h ea r s t ra in o f h igh a nd s t eep ret a ining wa ll f illing s o il under ra iny a nd dra ina ge c o ndit io ns(Sh ea r s t ra in dimens io nles s)1.20,表明地下水水位进一步升高后,高陡挡墙的安 全储备已低于规范的设计要求。最大剪应变0.006+000 4.000-003 B.00&-D031.209-0031.609-002 2.00&-D02 2M&-002 2.60&-002 3.20&-D023.609-002 4.00B-002 4M&-002 4.80a-002 5.20f r-002 5.80&-002 S.00f r-002 60-002 5.809-0027.209-0027.609-002 B.00&-Q02图16台风暴雨工况下高陡挡墙填方土体最大剪应变云 图(剪应变无量纲)Fig.16 Clo ud ima ge o f ma ximum s h ea r s t ra in o f h igh a nd s t eep ret a ining wa ll f illing s o il under t yph o o n a nd ra ins t o rm c o ndit io ns(Sh ea r s t ra in dimens io nles s)3.4填土沉降与管涵渗漏条件下高陡挡墙失稳破 坏机制根据现场调查以及高陡挡墙稳定性分析结果，本案例中高陡挡墙在填土沉降与管涵渗漏条件下的 失稳破坏机制可概括为孕灾环境与触发条件两部 分，如图17所示。一方面填土固结引起的沉降造成 地下管涵破损后，渗漏污水的长期作用带走填土中 的细颗粒,造成填土松动旧，继而引发潜蚀破坏，最 终加剧填土沉降，进一步威胁地下管涵安全，这种填 土沉降一管涵破损一填土松动一潜蚀破坏一填土沉 降的循环过程，是造成高陡挡墙失稳破坏的孕灾环 境;另一方面，台风暴雨造成的高陡挡墙背部高水压 作用，使脆弱的挡墙内部填土发生管涌破坏,渗流沿 着图13中墙踵与碎石砂垫层接触面的水平滑移带 发展,使挡墙基底发生弱化词，威胁挡墙的稳定性,是高陡挡墙高陡失稳破坏的触发条件。高陡挡墙失稳破坏机M图17高陡挡墙失稳破坏机制示意图Fig.17 Dia gra m o f h igh a nd s t eep ret a ining wa ll ins t a bilit y a nd f a ilure mec h a nis m3.5极端条件下高陡挡墙稳定性预测分析由上所述，在高陡挡墙运营过程中，需分析填土 体性质劣化与墙底潜蚀脱空的极端条件对高陡挡墙 稳定性的影响。在雨季排水工况的基础上，考虑挡 墙背部填土强度弱化至其初始强度的80%,计算得 到高陡挡墙的稳定性系数Fs为1.23,说明挡墙背 部填土松动对高陡挡墙的稳定性具有较大的影响。在考虑填土松动的基础上，进一步考虑碎石砂垫层 的强度降低效应，考虑挡墙背部填土及碎石砂垫层 的强度均分别降低至其初始值的80%,计算得到高 陡挡墙的稳定性系数Fs为1.20,说明该极端工况 下高陡挡墙稳定性进一步降低，处于欠稳定状态，不 满足规范的要求。另一方面,挡墙排水不畅导致的地下水水位升 高也是威胁高陡挡墙安全的重要因素。在本案例 中，当GH段排水管涵、挡墙泄水孔均堵塞时，挡墙 内部填土区地下水无法排出，在挡墙背部填土中蓄 积,最终导致地下水水位进一步上升。本文取挡墙 坡脚处为地下水水位起算零点，地下水水位每升降 1 m对高陡挡墙进行一次稳定性分析，得到地下水 水位抬升对高陡挡墙稳定性影响的定量分析结果,如图18所示。由图18可知：当地下水水位位于挡墙基底以下4 m以外时，地下水水位的变化对高陡挡墙的稳定 性无影响；当地下水水位升高至坡脚时，地下水对挡 墙前部土体的影响趋于稳定，高陡挡墙的稳定性降 低趋势放缓；当地下水水位抬升至挡墙基底以上5 m时，高陡挡墙的稳定性系数降低至1.3以下，在 工程中处于欠稳定状态；当地下水水位在极端条件 下抬升至墙脚以上11 m时，高陡挡墙的稳定性系178安冬与琢境工裡 ht t p:/水t aq.c bpt.c 第30卷图18地下水水位抬升对高陡挡墙稳定性的影响Fig.18 Influence of g roundwater level uplift on thestability of hig h and steep retaining wall数小于1.0,可能会导致挡墙整体倾覆破坏。4结论本文基于福州软件园某高陡挡墙渗漏与管涌现 象的案例研究，重点研究了填土沉降与管涵渗漏共 同作用下高陡挡墙失稳破坏的机理，开展了几种典 型工况下高陡挡墙稳定性分析与失稳趋势预测，讨 论了该类挡墙灾害治理的经验与教训，得到主要结 论如下：(1)通过地质雷达、CCTV管道机器人、数值模 拟等手段证明了案例高陡挡墙墙背填土存在较为严 重的脱空与沉降破坏，揭示了挡墙在暴雨驱动下由 填土沉降导致管涵破损，继而引发污水渗漏致使挡 墙基底潜蚀破坏的链式失稳演化机理。(2)控制高陡挡墙墙后填土的自重应力条件下 填土沉降和填土位移叠加导致的非均匀地表沉陷，及时监测地下管涵的健康状况，能从孕灾源头上保 证高陡挡墙的安全运营。(3)做好高陡挡墙顶部的导水防渗措施，及时 疏排挡墙内部淤水，评估挡墙排水情况，能够降低在 台风暴雨与管涵破损带来的高水压条件下高陡挡墙 失稳触发滑坡灾害的可能性。(4)为了避免填土沉降与管涵渗漏的共同作 用，应采取有效预压措施加速填土固结沉降，或采取 柔性转接管等措施减小管涵破损概率，从而降低高 陡挡墙失效的风险。(5)对于类似的高陡挡墙施工，需要在沟谷底 部采取有效的地下水疏排措施，避免挡墙基底长期 被水浸泡软化，威胁挡墙的整体稳定。参考文献：1 Yua n B,Ca i Z,Lu M,et a l.Seepa ge a na lys is o n t h e s urf a c e la yer o f mult is t a ge f illed s lo pe wit h ra inf a ll inf ilt ra t io n J.Advances in Civil Engineering,2020,2020:1-13.DOI：10.1155/2020/8879295.2 St irling R A,To ll D G,Glendinning S,et a l.Wea t h er-driv en det erio ra t io n pro c es s es a f f ec t ing t h e perf o rma nc e o f