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膨胀土边坡稳定性分析

时间:2026-01-23 理论教育 Jonker 版权反馈
【摘要】:膨胀土的危害几乎涉及与土有关的所有土建工程领域,包括水利、铁路、公路、水运、桥涵建筑、环保等各个方面,以及自然边坡等地形单元中。其中膨胀土边坡的病害最为广泛,危害也最严重。膨胀土边坡危害的形式,主要有冲蚀、浅层滑动与深层滑动。这是膨胀土地区最常见,也是膨胀土所特有的一种破坏形式。众所周知,膨胀土受大气剧烈影响的深度,一般在2.0m左右。

膨胀土的危害几乎涉及与土有关的所有土建工程领域,包括水利、铁路、公路、水运、桥涵建筑环保等各个方面,以及自然边坡等地形单元中。对于土坡或沟堑来说,灾害主要是边坡的滑动破坏;对地基来说,则是隆升或沉降而导致上部或相邻建筑物的开裂或倒塌破坏;而对膨胀土构筑的土质建筑物来说,则容易发生开裂、局部倒塌和滑动。其中膨胀土边坡的病害最为广泛,危害也最严重。现以此为例详细说明。

膨胀土边坡危害的形式,主要有冲蚀、浅层滑动与深层滑动。

(1)冲蚀。膨胀土的反复胀缩和表层的多裂隙使表层土体被切割和剧烈风化,土质疏松,雨水容易渗入,在雨水或其他水流冲刷下极易崩解和剥蚀,导致雨淋沟槽的发展。因此,暴露在外的边坡应立即覆盖加以保护。

(2)浅层滑动。这是膨胀土地区最常见,也是膨胀土所特有的一种破坏形式。众所周知,膨胀土受大气剧烈影响的深度,一般在2.0m左右。在该范围内,土体被风化并形成很多裂隙,破坏了土的整体性,强度降低,同时,这些土体又极易被雨水饱和,使土体软化,强度会进一步降低。当降雨入渗时,雨水首先从裂隙进入,导致裂隙两侧的土体软化饱和并随即膨胀,使裂隙闭合,从而阻止了雨水进一步的下渗,由此可见,雨水或其他水流只能入渗到一定的深度,当裂隙闭合后,入渗的速度将大大降低,这时的渗透速度仅取决于膨胀土本身的渗透系数。鉴于膨胀土渗透系数极小(k<1×10-7cm/s),因此,有限的雨时,不可能使雨水深入到土体内部很深的地方。由于膨胀土本身强度的降低,加上雨水形成的局部渗透压力,以及土体因饱和而增加的自重,都会造成浅层土体的滑动。这种滑动不仅是片状的,而且有时是渐进式的复合滑动面(图10.1),因为上述的过程会持续的、多次的进行。

图示

图10.1 浅层滑动示意

(a)受风化作用层控制的浅(表)层破坏;(b)受裂隙软弱结构面控制的浅层破坏(https://www.xing528.com)

由于浅层滑动破坏是膨胀土主要的破坏形式,因此膨胀土的边坡问题实际上主要是指浅层滑动破坏的处治问题。

根据这种滑坡机理,不难想象,它的处治措施与一般的滑坡是不同的。据野外观察,这种浅层滑动可以在很缓的边坡中(坡角在10°左右)发生。因此,用放缓边坡来处治这种滑坡往往是不成功的,因为边坡减缓主要是针对受重力影响大的深层滑动而言的。要解决浅层滑动的治理,必须另辟蹊径。

(3)深层滑动。这里所指的深层滑动实际上是指除了受大气影响的浅层片状滑动之外的通常的滑坡。这类滑坡与一般土体中的滑坡机理大体相同。它具有两种形式:一种是圆弧滑动,另一种是沿结构面滑动(图10.2)。前者常发生在相对均质的土体中;后者则发生在不同类型的结构面上,如层间结合面,不同风化程度的界面,古滑坡面等。这种类型的滑坡在膨胀土地区也时有发现,例如在河南南阳的陶岔渠段的众多滑坡中,除浅层滑动外,大都为层间结合面的滑动。广西南友路和水南路膨胀土堑坡的失稳,其滑坡亦为复合滑动面,而不是圆孤滑动面。该滑动面的前缘和中部受各种软弱结构面控制,形成倾斜平缓的近似直线或折线的滑面形状,其他滑面出现在强风化泥岩层或弱风化泥岩层中,滑动面后缘受上层膨胀土竖向裂隙控制形成陡直的后缘。在雨季,由于滑体上大量分布的张裂隙使雨水灌入,软化,产生渗压,往往在滑体内又进一步形成多次滑动。此外,深度为1.5~2.0m的浅层(受大气影响)滑动更是年年发生,极大地影响公路的运营(杨和平等,2007;王年香等,2006)。

图示

图10.2 构林试渠B试段滑坡发展过程(深层滑动)

(a)沿结构面的深层滑动;(b)构林试渠B试段滑坡发展过程

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