细/粗粒二元结构边坡的排水防渗效果试验研究

膨胀土边坡开挖时因干-湿循环作用形成裂隙,导致降雨入渗深层土壤,影响边坡稳定性。针对传统工艺存在生态效果差与使用寿命短等不足,进行了6组兼顾生态和防渗功能的非饱和上细下粗二元结构的边坡排水防渗效果的试验研究。采用亮蓝染色示踪方法直接观测了降雨条件下二元结构水分入渗过程,其结果表明:粗粒层粒径越大,级配越差,越易形成优先渗流通道,难以形成连续的水平渗流场,排水效果差。降雨直接入渗至边坡防护层,增加了其入渗边坡土体失稳的风险。通过监测侧向与底部排水体积,分析结果表明:二元结构具有较好的防渗排水效果,其稳定排水效率和综合排水效率分别介于80%~100%和43%~79%之间,随着粗粒层粒径减小、颗粒级配变好,稳定排水效率呈先减小后增加的趋势,而综合排水效率却呈先增加后缓慢减小的趋势。因此,从排水效果和工程材料造价等角度考虑,认为方案4最优。该研究成果可为南水北调膨胀土边坡治理以及其他工程的边坡防渗问题处理提供技术支撑。

非饱和导排结构控制降雨入渗的边坡物理模型试验

膨胀土渠坡失稳是影响南水北调中线供水工程安全性的重要因素之一,而对其边坡进行防渗处理是解决膨胀土边坡失稳的有效途径。针对传统边坡防渗处理方法(面板与土工布覆盖等)存在生态功能弱以及使用寿命短等不足,开展了非饱和导排结构的边坡防渗效果的物理模型试验研究。利用土壤剖面负压动态监测数据,采用非饱和渗流理论,在不同降雨强度与不同初始含水量条件下,对比分析了两种非饱和导排结构即细/粗粒二元结构和粗粒单一结构,控制降雨入渗边坡的效果。研究结果表明:在降雨强度为4.18×10-4 cm/s的情况下,二元结构能有效阻止降雨入渗;且细粒层初始含水量越低,其储水能力越强,二元结构控制降雨入渗的效果相对越好。在降雨强度为1.72×10-4,4.18×10-4,4.97×10-4 cm/s的情况下,粗粒层单一结构对降雨入渗边坡均具有一定的控制作用,但有5.6%~10.7%的降雨从模型底部排出,存在入渗风险。总体上,从排水–渗流控制效果与生态功能角度考虑,二元结构明显优于单一结构。研究成果可为解决南水北调膨胀土边坡以及其它工程边坡的渗流控制问题提供技术支撑。