膨胀性裂土病害产生机理及综合防治措施研究

膨胀土是指吸水后显著膨胀、失水后显著收缩的高塑性黏土,随着膨胀土问题的日渐加剧,膨胀土对施工环境的影响已成为当今岩土工程中亟待解决的全球性技术难题之一。在文献调研、资料收集及成果汇总的基础上,对膨胀土的基本性质、胀缩机理进行了总结,从病害产生部位、形态特征、成因及破坏速度等角度系统划分了膨胀土“四类”破坏类型;通过堑坡深度、垂直方向、坡顶及坡底水平方向变形量提出了膨胀土堑坡“四个”活动层面;结合膨胀土地区路基、边坡、建筑物及其他各类病害特点,总结了相对应的技术措施,研究成果对于膨胀土地区在建和拟建工程有参考意义。

支撑渗沟在膨胀土浅层路堑边坡处治中的应用

边坡对道路工程的安全起着至关重要的影响,通过结合工程实例,在分析郴州某道路膨胀土浅层路堑边坡发生破坏原因的基础上,结合支撑渗沟的作用原理以及尚未完全破坏的坡面人字形骨架,提出了“支撑渗沟+尚未破坏的人字形骨架+坡脚恢复挡土墙”的处治方案,相比其他的处治方案更经济、易施工,且防护和排水效果明显。可作为其他类型工程的借鉴方案。

高含水区域膨胀土边坡失稳特性与处理技术研究

高含水区域的膨胀土边坡是一种常见的地质灾害形式,其失稳性对于工程建设和地质环境具有重要影响。该研究旨在探究高含水区域膨胀土边坡的失稳特性,并提出相应的处理技术。通过实际工程调查,分析高含水区域膨胀土边坡的失稳特性和力学性能。结合现有的加固处理技术,提出适用于高含水区域膨胀土边坡的处理方法,包括土体排水降湿、边坡加固结构的设计和施工等内容。研究表明,高含水条件下膨胀土的含水量增加会导致其体积膨胀和强度降低,从而增加边坡失稳风险。采用排水降湿法可以有效降低高含水区域膨胀土边坡的失稳风险,保障工程建设的安全和可持续发展。

土工编织袋防护膨胀土路堑边坡的应用研究

膨胀土滑坡和工程边坡失稳滑坡以浅层胀缩裂隙控制的滑坡为主,分隔技术就是将引起坡体水分变化的外界因素与坡体分隔开来,有效地阻止胀缩裂隙发育,增加膨胀土边坡的稳定性。土工编织袋能有效地阻止水分变化,是典型的分隔技术。土工编织袋分隔技术起到分隔水分变化因素、反压护坡抑制膨胀变形、增强坡体的作用。提出考虑膨胀力的膨胀土朗肯土压力理论,建立土工编织袋防护膨胀土边坡的设计方法;依托广西崇(左)-爱(店)高速公路膨胀土路堑边坡防护的应用示范工程,构造膨胀土边坡防护的土工编织袋组合单元,提出膨胀土边坡防护的土工编织袋方法;根据膨胀土路堑边坡防护工程中土工编织袋的破坏案例,解析土工编织袋的破坏形式。

降雨影响下不同坡度的路堑基床径流与渗流特性的试验与分析

为分析降雨影响下不同坡度的路堑基床特性,设计室内人工模拟降雨试验和工程背景实地试验,研究降雨影响下不同坡度的路堑基床径流与渗流特性,分析测定路堑基床坡面的入渗量、含水率、流速、产流时间、产流强度、平均水深与坡度的变化规律。分析结果显示:不同坡度同一降雨强度条件下,坡度较大,入渗量、含水率、平均水深较小,产流时间较短,水流速度较快、产流强度较大。

斜坡膨胀土路堑病害形成原因及整治案例分析

膨胀土遇水膨胀、失水收缩、开裂的特征,易使膨胀土边坡产生工程滑坡等病害。膨胀土路堑边坡在区域持续强降雨、施工开挖形成山体临空面、挡墙个别泄水孔排水不畅等因素的共同作用下,引起坡脚挡土墙移位变形、沿沉降缝推移产生错台,形成圈椅状地貌形态的开裂变形体,基岩面上膨胀土受水浸泡成软塑状土层,形成工程滑坡病害。根据滑坡计算分析结果,采用设置抗滑桩、膨胀土挡墙、截水沟、支撑渗沟等措施进行综合整治加固。通过洛湛铁路D3K55+985~D3K56+155段病害整治分析实例,给出了一些有价值的建议。

高速铁路膨胀土路堑边坡的框架梁防护处理

为了提高高速铁路膨胀土路堑边坡防护处理的施工质量,保证边坡坡面平整稳定,提出高速铁路膨胀土路堑边坡的防护处理方法。通过Winkler模型计算框架梁力学特征,实施框架梁防护施工;在框架梁内设计立体植被垫护坡;分6步实施支撑渗沟的施工,实现高速铁路膨胀土路堑边坡的防护处理。测试结果表明,经本文方法处理后,锚杆安装施工质量、框架梁防护施工质量均符合施工标准,边坡坡面保持平整稳定,边坡点位置、边坡及侧沟平台位置、宽度位移均达到施工标准要求,证明该方法提高了边坡防护处理的施工质量,增强了边坡安全性。

膨胀土路基边坡雨季失稳破坏机理的应力应变分析

应用基于邓肯—张模型的有限元法 ,对膨胀土路基边坡雨季大量失稳破坏进行了分析。通过路基边坡降雨前后应力应变分布的差异对照 ,发现边坡表层土体大量吸水 ,产生较大膨胀力 ,是膨胀土路基边坡出现表层滑坍的主要原因。

植被作用下膨胀土渗透和力学特性及堑坡防护机制

以广西膨胀土为研究对象,考虑植被的影响,进行了现场渗透和植被根系加筋作用力学试验,并在试验结果的基础上,对膨胀土堑坡的植被防护作用进行数值模拟。研究结果表明,植被根系的加筋作用和植被的蒸发、蒸腾作用是从两个不同的方面维持边坡稳定的,并且在降雨过程中的发挥过程有着先后的顺序。根系的加筋作用增强了土体的强度,植被的蒸发、蒸腾作用阻止了土体强度的进一步衰减。此外,植被覆盖下土体的吸湿与脱湿过程应采用不同的渗透曲线,由于植被防护在施工后未长成的一段时间内十分脆弱,所以对生长期内的植被根系力学特性进行研究具有重要意义。项目研究成果可为膨胀土地区堑坡植被防护设计和施工的发展和应用提供有益参考。

北疆渠道膨胀土边坡破坏机制及加固措施

膨胀土渠道边坡稳定是北疆供水工程正常运行的前提。以北疆高寒区供水工程为例,渠道膨胀土边坡在干湿交替、冻融循环作用下破坏明显,主要表现为浅层膨胀土开裂造成坡面完整性的降低及其内部基土力学特性的劣化,严重影响渠道膨胀土边坡的整体稳定性。以膨胀土渠道现场失稳断面实测资料为基础,结合离心试验结果及复合材料中的界面理论,对渠道膨胀土边坡的浅层破坏机制及加固措施进行研究。结果表明,浅层膨胀土开裂是引起渠道浅层破坏的决定性因素,且其具体破坏有别于传统的牵引式滑坡,主要呈现出沿着渠坡浅层发生的膨胀土剥落破坏。此外,膨胀土的持续失水过程造成了土颗粒间强黏结接触向及弱黏结接触的转化,造成了膨胀土裂隙发育到一定深度后传播路径发生偏转,裂隙贯穿浅层土体,最终造成渠道膨胀土边坡发生浅层破坏。在此基础上,提出在现场修坡完成需采取防护手段来降低浅层土体的开裂,并建议在渠坡后缘出现张拉裂隙时及时采取抗滑支挡加固措施。

干湿循环效应对南宁外环膨胀土抗剪强度的影响

针对膨胀土边坡滑坍多呈浅层破坏的现状,选取南宁外环膨胀土原状样与重塑样开展对比试验,精心设计试验方案,改进常规直剪试样制备条件和试验方法,使模拟土体季节性干缩湿胀过程更接近实际,探究了2种土样经历多次干湿循环作用后抗剪强度的衰减规律。结果表明:试样制备中有上覆荷载作用,实测土样经历同样干湿循环次数后的强度衰减幅度比无荷条件下的小,再次验证荷载对抑制强度衰减作用明显;不管原状还是重塑样经干湿循环后的强度衰减主要是c值大幅降低,其?值虽也减小但降幅都不大;此外,计入边坡浅层破坏时滑面的低应力条件开展试验并分析测试结果,得到做边坡浅层稳定性分析时合理的抗剪强度参数,研究结果可供工程设计参考。

膨胀土路堑边坡的滑坡机理分析

膨胀土作为一种特殊土,其路堑边坡开挖之后若不及时防护易出现小规模的浅层滑坡;这类滑坡呈圈椅状体,后缘多出现在坡腰及其附近。为了研究膨胀土路堑边坡的滑坡机理,本文采用数值方法研究了这类边坡浅表风化层、裂隙性及时间效应对滑坡机理及稳定性的影响。研究表明:强度分层、裂隙的存在和蠕变效应共同决定了膨胀土路堑边坡的失稳具有浅层、小规模、渐进性和滑坡后缘通常出现在坡体中部的特点。工程实例和监测结果表明:锚杆框架梁可以有效抑止膨胀土边坡裂隙的扩展和发展,阻止坡体的变形,是这类边坡一种有效的加固方式,值得推广。

广西宁明膨胀土胀缩活动带特征及滑坡破坏模式研究

通过对南(宁)友(谊关)高速公路宁明下第三系湖相风化泥岩及其残积土路堑边坡的系统地质调查、现场监测,对比研究了膨胀土自然边坡和路堑边坡胀缩活动带的含水率、地温、收缩系数及50 kPa下膨胀量随深度的变化特征,结合对边坡胀缩裂隙与滑坡体形态要素的相关性分析,提出了胀缩活动带滑坡的半定量破坏模式,为有效进行工程处治提供了依据。

基于裂隙描述的膨胀土堑坡稳定性分析

以广西白色强膨胀土为研究对象,利用MATLAB软件编制程序对土体裂隙图片进行二值化处理,获得裂隙率与含水率的线性回归关系。现场试验观测表明,雨季前裂隙长期平均宽度0.005 m,利用等效模型,获得表层土体含水率与裂隙间距的相关关系。按照雨水在裂隙中渗流的过程建立裂隙影响下的雨水入渗计算模型,利用不同裂隙间距,来描述裂隙分布。基于裂隙描述的雨水入渗膨胀土堑坡稳定性计算结果表明,是否考虑裂隙对膨胀土边坡稳定性的计算结果影响较大。当裂隙率较高时边坡持续降雨后安全系数会大幅度降低,同时边坡大气剧烈影响深度的加深也会引起安全系数的迅速降低。根据研究结果,对膨胀土边坡治理提出了具体建议。

新开挖膨胀土边坡大气影响深度的现场试验

为了获得大气对膨胀土边坡的动态影响过程,在南宁对新开挖膨胀土边坡进行了现场监测,从湿、热两方面对大气影响深度进行了分析。结果表明,含水量变化下的大气影响深度随季节性干湿循环而变大,但其变化滞后于温度;温度变化下的大气影响深度基本稳定,但"季节性影响深度"远大于"日影响深度";采取植被防护后,植被的蒸发、蒸腾作用,可减小温度、湿度的变动幅度,降低影响深度。可见,新开挖的膨胀土边坡需采取即时防护,植被护坡可有效降低大气对边坡土体的风化作用。

膨胀土堑坡雨水入渗速率的影响因素与相关性分析

从土体初始含水率和降雨强度2个影响因素出发,通过现场试验分析了膨胀土堑坡雨水入渗速率的变化特性。试验结果表明,对于膨胀土堑坡,一定雨强连续的降雨才能使水分持续有效的入渗;土体含水率的变化主要取决于降雨的历时,而不是降雨强度。雨水入渗过程中,随着土体初始含水率的降低,坡面侵蚀程度有所降低。降雨强度较小时,雨水对坡面侵蚀不大;随着降雨强度的增加,坡面侵蚀逐渐加剧,但侵蚀程度逐渐收敛。植被的存在会改善土体的渗透性,同时也将大大降低雨水对坡面的侵蚀。

开挖膨胀土边坡坍滑的演化规律

膨胀土路堑开挖一段时间后边坡坍滑是路基施工中常见现象且与坡高、坡率无直接联系。为探求其变形破坏演化过程以便实施有效工程处治,采用FLAC对广西百隆路百色膨胀土堑坡开挖过程进行模拟,获得新开挖边坡的位移、应力、应变变化规律;通过强度折减法计算得到的安全系数随挖深增大而减小,但此时边坡是稳定的。此外采用FLAC热力学模块模拟边坡大气影响深度内的湿度场,再次分析获得经历干湿循环作用后其相应的位移、应力、应变变化规律,即边坡的失稳过程。对比工程实体修建时的现场观察与数值分析结果,发现两者基本吻合,由此总结并提出开挖膨胀土堑坡坍滑的4阶段变化规律及合理实施柔性支护的建议。

土工格栅反包加筋支护膨胀土堑坡的工作机理

结合南宁外环高速修建,在完成典型南宁膨胀土性质试验后,借助FLAC3D土工格栅结构单元建立边坡模型;根据物体温度变化产生的热效应与膨胀土吸湿后的体胀效应的相似性,运用FLAC3D的热-力耦合模块分析坡体干湿循环显著影响区内的筋、土相互作用,获得反包加筋体内部的应力、变形及广义塑性应变发展规律;对比开挖边坡体内土中应力、应变及其稳定性,依据加筋膨胀土体内的筋材受力、变形特点,分析并论证了柔性支护处治膨胀土堑坡的"框箍"工作机理。

膨胀土开挖边坡坡体变形特征的跟踪观测

通过在某膨胀土开挖边坡坡顶设置的观测系统,对坡体内部的侧向位移和坡表标点的相对高程、相对变形进行了近1年的跟踪观测,完整地观察到了在年度季节性干湿循环作用下,边坡变形发展的3个阶段,分析了气候干湿循环作用对膨胀土开挖边坡变形特性的影响,观测到了2个优势变形部位,深度分别在3 m和6 m附近,由此推测出2个潜在滑动面分别位于灰白色膨胀土层和强弱风化界面,且该地区膨胀土开挖边坡的滑塌主要是顺层、顺坡滑动,这与滑坡地质调查的结果是一致的。最后,将湖相泥岩残积型膨胀土开挖边坡的滑坡破坏推测为受二元结构活动带控制的双层滑动模型,并归纳出该类滑坡具有浅层、渐进、双层滑动和逐次发展的特点。

南友路膨胀土堑坡滑坍的地质调查与思考

针对广西南友高速公路膨胀土路堑边坡开挖中出现的大量滑坡问题,进行了详细的现场工程地质调查,并对其产生原因逐个进行了勘察分析.同时,结合室内土性实验,全面分析了南友路膨胀土的土性特征、路堑边坡的工程地质特性和影响路堑边坡稳定性的各种因素等.在此基础上,思考并探讨了可行的膨胀土路堑边坡处治方法,提出采用土工格栅加筋、柔性挡土墙处治膨胀土路堑边坡的新技术,以促进南友路的顺利修建和膨胀土处治工程技术进步.