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膨胀土边坡失稳机理及综合防治研究王宝明

发表时间：2021/5/25 来源：《基层建设》2021年第2期作者：王宝明

[导读] 摘要：本文结合吉图珲客运专线膨胀土路堑边坡，对影响膨胀土边坡失稳的因素做以分析，发现裂缝是导致路堑边坡发生滑动的主因；并且探讨了膨胀土边坡失稳机理，还对其力学机理做了简单的说明；最后对膨胀土边坡防治原则和该段采用的防治措施进行了阐述。

        中铁二十二局集团第一工程有限公司第五项目部
        摘要：本文结合吉图珲客运专线膨胀土路堑边坡，对影响膨胀土边坡失稳的因素做以分析，发现裂缝是导致路堑边坡发生滑动的主因；并且探讨了膨胀土边坡失稳机理，还对其力学机理做了简单的说明；最后对膨胀土边坡防治原则和该段采用的防治措施进行了阐述。结果表明，地表水及地下水对膨胀土边坡的影响较大，所以在膨胀土地区施工要做好防水和排水措施。根据边坡发生滑动的力学机理来看，边坡滑动有三个条件，所以我们可以从这三个形成条件入手来综合防治边坡失稳。
        关键词：膨胀土路堑边坡失稳机理防治措施
        1.概述
        膨胀土是主要由亲水性矿物蒙脱石组成是一种高塑性黏土，它具有吸水后膨胀鼓起和失水后收缩开裂的性质。膨胀土的这种性质严重影响着公路、铁路以及其他建筑物，给工程带来非常大的困难，尤其是膨胀土边坡，往往是“逢堑必滑，无堤不塌”。也就是说开挖膨胀土边坡时，很有可能发生滑坡失稳现象，在工程建设中把膨胀土作为填料，填筑路基时，可能在路基表面产生滑动。该标段膨胀土见图1。

                            图1.该标段膨胀土
        2.影响膨胀土失稳的因素
        （1）裂隙性
        膨胀土由于其吸水膨胀，进而局部鼓起和失水收缩进而局部开裂的性质，在雨季，降水会渗入膨胀土，表层的膨胀土就会吸水鼓起，周围的土体相互挤压，在反反复复的挤压作用下土体的结构就会发生破坏。并且裂隙中的这些水也是滑动力的一部分，这也是膨胀土边坡容易在下雨天发生滑动的一个重要原因。在干旱季节，膨胀土表面的水分蒸发，非饱和膨胀土的表面就会失水收缩，由于土的渗透性比较差，下层土体中的水分还没来得及蒸发，土体中这种不均匀的收缩就会导致裂缝的产生。周而复始的膨胀循环，使得裂缝的发展越来越深。等这些裂缝发展到一定阶段就会全部贯通，形成滑动面，从而使边坡发生滑动。
        裂隙还会显著影响膨胀土的抗裂强度。根据原状膨胀土的反复干缩湿胀直剪试验，发现随着循环次数的增加，土体强度在逐渐降低。体积收缩率越大，土体失水收缩现象就越显著，进而裂缝发展就越快。显然剪切面上裂隙越多，抗剪强度就越低。所以裂隙对膨胀土稳定性的影响还是很大的。
        总之，膨胀土边坡中的裂隙不仅会贯通形成滑动面，而且也会降低土体的抗剪强度。膨胀土裂缝见图2。
        （2）膨胀性
        膨胀土边坡开挖以后，由于土体中一些原始应力的散失，会造成不均匀的卸载膨胀。并且膨胀土中主要含有蒙脱石类矿物，其中蒙脱石具有较强的亲水性。它会吸水后膨胀外鼓，失水后收缩开裂。这种胀缩效应都会是土体局部外鼓，一般规模都不会太大，但是在未做防护的坡面，反复的膨胀作用会使坡面松散剥落，失去抗滑强度。在一些已经做了防护的坡面上，这种膨胀作用产生的膨胀力又会挤裂防护物，从而失去防护的效果。雨季时，雨水又会渗入土体内部，造成进一步的破坏。

                               图2.膨胀土裂缝
        （3）超固结性
        黏土的超固结性是历史上的最大荷载大于现在所承受的荷载所引起的。此外，对于某些特殊的黏性土，可能会由于自身的胶结物质与土体颗粒产生胶结作用，这种作用又被叫做拟似超固结作用。而对于膨胀土来说，其土中存在一定的基质吸力，当土体中含有少量水分时，这种力就相当大，这相当于在土中又加了一个有效应力，这种超固结作用又被叫做吸力超固结作用。一般这两种超固结作用受环境因素的影响较大。所以在工程计算分析中特别要注意这两种固结作用对土体的影响。
        3.膨胀土边坡失稳机理
        现在普遍认为，膨胀土边坡的失稳主要是经过反复的胀缩作用后，土体产生裂缝。在雨季，雨水沿着缝隙渗入到土体内部，造成土体强度降低，并且雨水不仅为滑动提供了下滑力，并且还给土体的下滑起到了润滑的作用。
        膨胀土边坡向下滑动的力学机理就是滑动面的形成和土体强度降低的过程。路堑边坡的滑动必须要满足三个条件：一是下滑力大于抗滑力；二是土体具备一条下滑的通道；三是滑动体的滑动必须沿一定方向的路径。所以膨胀土路堑边坡的防治可以从这三方面入手。
        4.防治措施
        （1）膨胀土滑坡防治原则
        ①防水
        地表水和地下水是诱发滑坡的直接因素，也是土体产生胀缩循环的直接因素，所以在滑坡的防治中首先要做好防水和排水工作，水在膨胀土滑坡中具有双重危害作用。因此，在有膨胀土的工程路段，首先要防止土体表面的水渗入边坡土体，其次是要即时疏导地下水。
        ②防反复胀缩循环
        胀缩循环一般发生在地表浅层，该层在雨水的反复作用下，致使该层土体的结构发生破坏，进而使得强度降低，易导致滑坡的产生。
        ③防风化
        膨胀土的表层，在大气环境的作用下很容易形成软弱层，这常常是产生滑坡的危险面。
        ④防强度衰减
        土体抗剪强度的降低，是造成边坡失稳，产生滑坡的直接原因。
        （2）该标段段采用的防治措施
        该标段的防护主要采用抗滑桩、集水井、边坡渗沟以及骨架护坡等措施。
        ①抗滑桩
        该段设置了三种抗滑桩，分别为A型普通抗滑桩，桩长为12m，截面1.6m×2.0m，桩中-中间距5m。桩身采用C30钢筋混凝土现场浇注；B型普通抗滑桩，桩长为20m，截面2m×3m，桩中-中间距5m。桩身采用C30钢筋混凝土现场浇注；C型普通抗滑桩，桩长24m，截面2.2m×3m，桩中-中间距5m。桩身采用C30钢筋混凝土现场浇注。
        ②集水井
        在该滑坡堑顶设两排集水井共11个集水井，集水井直径4m，采用C25钢筋混凝土浇筑，为加大集水井疏排地下水的范围及能力，在井壁设置1～3排放射状集水斜孔以疏排滑体中的地下水，将地下水引至集水井内，然后通过井间导流管将水引至下一个集水井，最前排集水井的地下水由导流管引致前部纵向盲沟。
        ③边坡渗沟
        在一、二、三级坡面设边坡渗沟，渗沟沿线路方向宽度2米，中对中间距10m。渗沟底部采用厚25cm的C15混凝土铺砌底，并铺设防渗土工布，两侧设反滤层并铺设渗水土工布。渗沟间充填砂卵石。
        ④骨架护坡
        在一、二、三级坡面设边坡渗沟间坡面采用拱形骨架护坡，骨架采用C20混凝土制作，骨架需嵌入坡面60cm。骨架框格内喷播植草。

                        图3.坡面防护
        结论
        根据以上分析，所得结论如下：
        （1）膨胀土反复的胀缩作用会使土体产生裂缝，从而破坏土体强度，所以裂缝的产生是导致膨胀土边坡失稳的主要因素。
        （2）地表水及地下水对膨胀土边坡的影响较大，所以在膨胀土地区施工要做好防水和排水措施。
        （3）可以从滑坡形成的条件入手，对膨胀土边坡的失稳进行综合防治。
        参考文献
        [1]李怀珍,朱文孝.膨胀土边坡失稳机理和稳定性分析[J].贵州地质.2006
        [2]陈璋.膨胀土路基边坡稳定性分析及边坡综合治理研究. 2002
        [3]程展林, 李青云, 郭熙灵,龚壁卫.膨胀土边坡稳定性研究[J].长江科学院院报.2011