黄土斜坡岩土工程勘察中抗浮设防水位确定分析

王晶

（山西春晖工程勘察设计检测研究院有限公司，山西太原 030001）

0 引言

黄土斜坡岩土工程勘察中，抗浮设防水位的确定是非常关键的一步。在施工过程中，如果未能合理确定抗浮设防水位，将会导致工程安全和稳定性受到威胁。因此，在岩土工程勘察中，必须对黄土斜坡进行细致的调查和分析，并结合实际情况来确定抗浮设防水位。在确定抗浮设防水位时，需要综合考虑地下水位、岩土力学参数等因素。

1 黄土斜坡岩土工程勘察中确定抗浮设防水位的重要性

黄土作为一种常见的岩土工程地质类型，由于其较强的吸水性和湿陷性，以及易受液体浸泡和土壤松动等影响，黄土斜坡的安全性和稳定性问题备受关注。其中，抗浮设防水位是黄土斜坡岩土工程勘察中的重要问题之一。

黄土斜坡的抗浮设防水位对于保证整个工程的稳定性具有举足轻重的作用。在黄土斜坡岩土工程中，如果没有确定合理的抗浮设防水位，当发生大雨或洪水等天气灾害时，地下水位会上升并向上推压土体，导致土体发生沉降变形或滑坡等不良后果。因此，针对黄土斜坡的抗浮设防水位进行准确的勘察与分析，对于确保该区域的安全稳定至关重要[1]。

对于黄土斜坡岩土工程勘察中的抗浮设防水位问题，要求必须在工程设计和施工前进行合理的勘察与分析。黄土斜坡地区的岩土体受到季节性降雨等因素的影响，其水分含量变化大、湿陷性强，在长时间作用下容易出现失稳现象。因此，在工程施工前先对周边地质环境以及地下水位、土层结构等方面进行全面的调查和评估，进而确定合适的抗浮设防水位。只有通过科学合理的勘察和分析，才能保证工程的安全可靠、经济合理。最后，黄土斜坡岩土工程勘察中的抗浮设防水位问题也涉及环境保护和生态文明建设。不正确的抗浮设防水位勘察与分析将会导致地下水源的泄漏和污染，进而对当地生态环境造成严重损害，甚至威胁到人民的健康和安全。因此，在黄土斜坡岩土工程勘察中确定合理的抗浮设防水位，不仅能够确保工程的安全可靠，还能为当地环境保护和生态文明建设做出贡献。

对于黄土斜坡岩土工程勘察中的抗浮设防水位问题，必须进行合理的勘察与分析。通过科学的方法，确定合适的抗浮设防水位，可以最大程度地保障工程的安全稳定、节约投资成本和维护环境生态[2]。

2 黄土斜坡岩土工程勘察中抗浮设防水位的确定策略

2.1 工程概况

为说明黄土斜坡岩土工程中抗浮设防水位的确定方法，本文依托于一地貌单元为黄土台地的建设场地为例进行说明。案例工程项目占地面积约100900m2，共包含15 栋住宅楼、商业楼、综合楼、整场地地下车库、幼儿园、小学等。案例工程拟建区域原本为荒地，仅有零星平房，局部地区存在生活垃圾、建筑垃圾。不同方向落差较大，整体为北高南低，东西高中部低，为台阶状，场地经整平挖方、填方后会形成多处黄土斜坡。

2.2 加强地质水文勘察

在进行黄土斜坡岩土工程勘察前，首先需要对该区域的地质、水文条件有较为全面的了解。这包括地质构造、地貌特征、岩土物理力学特性、地下水来源、水文地质特征等内容。通过对这些基础信息的分析，可以初步了解黄土斜坡区域的地质与水文背景情况，并为后续的勘察提供依据。黄土斜坡区域的岩土结构比较复杂，因此需要进行深入的勘察和分析。在实际勘察中，需要采用浅层和深层地质钻探方法，获取详细的土层分布、岩石类型以及土壤物理力学参数等信息。这些数据不能仅仅凭经验和推测得出，必须通过科学的勘察方法获取，以保证数据的准确性和可靠性。黄土斜坡岩土工程中，地下水位的高低与稳定性对于抗浮设防水位非常关键。因此，在进行勘察时，需要注重对地下水的调查、分析和监测。在这个过程中，可以采用各种方法来获取地下水数据，例如井位观测、水位监测、水质分析等。通过这些数据的分析，可以初步了解黄土斜坡区域的水文特征以及地下水位变化的规律。在进行地质水文勘察时，实验室分析是非常重要的一环。实验室测试可以更加深入地了解黄土斜坡岩土工程地质特性、水文特性和物理力学参数。同时，还可以对取样的样品进行细致的分析和研究，包括颗粒分布、含水量、强度特性等。通过实验室分析，可以得到更为准确和可靠的数据，这些数据对于后续抗浮设防水位的确定非常重要。

2.3 增加钻孔取样次数

在进行岩土工程勘察时，首先需要明确勘察的目的和范围。根据勘察目的和勘察区域的大小，可以合理确定钻孔取样的密度。在黄土斜坡岩土工程勘察中，由于黄土层分布较广、存在较大的不均匀性，因此需要在勘察前制订详细的勘察计划，通过分析黄土斜坡的地形地貌、地质构造、地下水源等特征，合理安排钻孔取样点的位置和密度，以保证勘察数据的全面性和代表性。黄土斜坡岩土勘察中，钻孔取样的质量直接影响到后续分析和研究的准确性。因此，在进行钻孔取样时，需要采用合适的钻探方法和工具。常用的钻探方法包括旋转钻进法、冲击钻进法和螺旋钻进法等。在选择钻探方法时，需要根据勘察区域的地质条件、孔深要求和钻机设备的性能等方面进行综合考虑。在进行岩土工程勘察时，加强现场管理和监督非常关键。在黄土斜坡岩土工程勘察中，需要对钻孔取样过程进行严格监督和管理，避免出现错误操作或数据造假等情况，案例工程钻孔取样循环流程如图1 所示。同时，在钻孔取样前，需要对钻探设备和取样工具进行检查和调试，以保证其正常运行和正确使用[3]。

图1 钻孔取样循环流程

在黄土斜坡岩土工程勘察中，增加钻孔取样点的数量是提高勘察数据准确性和可靠性的关键。通过增加取样点数量，可以获取更多地质资料和土的物理力学参数等信息，从而对岩土工程的稳定性进行更为准确的分析和评估。同时，在具体勘察过程中，还需要选择不同深度、不同位置的钻孔取样点，以获取全面、代表性的数据。

2.4 采用数值模拟分析

采用数值模拟分析方法可以有效地预测黄土斜坡在不同水位下的变形以及因水位变化引起的抗浮力，从而更为准确地确定抗浮设防水位。常见的数值模拟分析软件有FLAC、ABAQUS 等。以FLAC 软件为例，FLAC 软件是一个基于离散元素法的数值计算软件，可以模拟真实的岩土体力学性能，预测斜坡的变形和稳定性。使用FLAC 软件进行数值模拟分析时，需要获取黄土斜坡的地质、水文等相关资料，包括斜坡结构图、土层分布图、孔隙水压力分布图等。根据这些资料，选择合适的建模方式，例如三维建模方式，利用三维CAD软件（AutoCAD）绘制出黄土斜坡的三维结构，然后将其导入FLAC 软件中。建立模型时需要注意以下3 点：①确定模型的大小和比例尺度。②合理选择网格剖分密度和剖分方式。③对地形起伏和边界条件进行精细处理，如图2 所示。

图2 边界条件精细处理

在设置边界条件时，需要输入斜坡的自重、地震荷载、地下水压力等参数。设置边界条件步骤如下：①在FLAC 软件中打开已经导入的模型文件。②选择“边界条件”选项卡，输入各种边界条件参数。③点击“应用”按钮，将边界条件应用到模型中。需要注意的是，在设置边界条件时需要结合实际情况进行参数选择和设定。

在设置好边界条件后，可以利用FLAC 软件进行模拟分析。在FLAC 软件中打开已经建立好的模型文件；选择“计算控制”选项卡，设置模拟时间、时间步长等参数；点击“开始计算”按钮，进行模拟分析。在模拟分析过程中，FLAC 软件会自动计算斜坡的变形和稳定性，并生成相应的结果文件。在模拟分析完成后，需要对分析结果进行评价。FLAC 软件提供了多种分析结果展示方式，如变形云图、应力云图（图3）、剪切破坏面等。

图3 应力云图

2.5 结合实际确定抗浮设防水位

抗浮设防水位的高低直接影响到工程的安全和可靠性，因此必须进行科学严谨的勘察，并结合实际情况来确定抗浮设防水位。①结合地下水位调查确定抗浮设防水位。地下水位是影响抗浮设防水位的一个重要因素。因此，在进行地下水位调查时，需综合考虑地下水位的变化规律、潜水埋深等因素，并通过分析得到的数据来确定抗浮设防水位。如果发现地下水位较高，就需要适当提高抗浮设防水位，以确保工程的稳定性和安全性。②结合岩土力学参数分析确定抗浮设防水位。根据获取一系列岩土力学参数，如强度特性、变形特性、孔隙比等。这些参数可以用于对岩土体的稳定性进行评估，并结合实际情况来确定抗浮设防水位。例如，可以利用稳定性分析方法，通过计算和分析岩土体的抗浮能力，以确定相应的抗浮设防水位。③结合实际工程情况确定抗浮设防水位。具体来说，需要考虑工程的结构形式、设计荷载、地质条件等因素，并根据这些因素来确定抗浮设防水位。同时，在确定抗浮设防水位时，还需要充分考虑可行性和经济性，避免过高或过低的抗浮设防水位导致工程难以建造或者存在安全隐患。

案例工程在本次探测范围内，地下稳定水源深处现地表下部31.5～52.8m，该水位的高程介乎829.77～833.29m。水源的流动方向是从东北向西南，其水质属性为地下暗流。探查过程中正值静水期，一年内季节性的水位变动范围为±1.0m。该地下水主要受到侧面径流的补充。根据现场地质特征，人工填充可能引发稳定地下水位升高，对地基土强度的降低有潜在威胁。因此，建议在项目区域内设置地下水位监测设施，随工作进展进行监测，并观察人工填充对地下水位变化的影响，以便采取适当的工程措施防止地下水位过高带来的威胁。建议预备开发区域在施工期间应正确地处理截流和排水设施，以避免挖填操作产生的影响，及防止在暴雨天气中由于地表水无法及时排放而对施工造成损害。此外，深层土体长期在原本上层土质的自重压力下，发展出自重固结形变，这使得孔隙比减小，压缩性质低，相比上层土层，土质更紧密，组织性强[4]。所以，对于额外加增或减少的载荷，其反应较少，也就是说，深层土质对载荷增长的感受性较低。然而，在天然条件下，上层土质承受的自重压力较低，沉积时间偏短，自重固结程度较浅，故而孔隙较大，结构较松散，导致湿陷变形，对于外界增加的载荷，其灵敏度较大。结合上述实际情况，根据《建筑工程抗浮技术标准》（JGJ 476—2019）中的第五章，对于施工场地内无法监测的水位，主要根据钻孔试验获得的稳定地下水位，以年变化幅度3m 左右进行确定，即稳定水位增加2～3m。结合案例工程实际，土层湿陷变形概率较大，且结构松散，所以建议工程所有施工区域考虑设置抗浮桩或锚杆，并在全区域范围内注意降雨渗入量，防止地下水位短时间内大幅度增加[5]。

3 结语

综上所述，黄土斜坡岩土工程的抗浮设防水位确定分析是一个具有挑战性和实际意义的课题。本文依托于案例工程，对于黄土斜坡的防渗、抗浮及稳定性问题有了更深入的认识，并为其安全可靠的设计提供了科学依据。发现抗浮设防水位的确定应在地质勘察、钻孔试验的基础上确定，并结合工程实际，适当采取抗浮措施。未来，将进一步探索黄土斜坡的相关问题，为其持续稳定和可持续发展做出贡献。