探析膨脹土路基邊坡雨季失穩破壞機理的預應能力

李文坤

摘要：本文通過對路基邊坡降雨前后的應力應變分布的差別進行對比，對膨脹屠戮基邊坡預計大量失穩破壞進行了分析，經研究可以發現邊坡表層土體存在大量吸水的現象，導致產生較大的膨脹力，而這種現象正是導致路基邊坡出現表層滑塌的主要原因注意。

關鍵詞：路基邊坡；失穩；膨脹土

膨脹土路基邊坡的雨季失穩破壞現象一直都是公路、鐵路工程中的一個難題。膨脹土路基邊坡在降雨之后會產生大面積的滑塌現象，使得地區經濟受到非常大的損失。較多的學者和工程師針對此問題開展了一系列的研究，比如，對膨脹土地區路基邊坡大量雨季失穩的情況進行摸底調查；從膨脹土的抗剪強度的公式開始計算并運用極限平衡法進行應力分析；對膨脹土地區的邊坡的灌區邊坡失穩進行相應的分析。

1.膨脹土邊坡破壞的幾種形式

1.1滑坡的形式

滑坡具有明顯的滑床，其具有前緣平緩、后壁陡直、具有弧形外貌的特點，滑坡一般都是以牽引式出現的，具有疊瓦的形狀，滑坡一般都是成群的發生的，所以這種滑坡一般具有很強的破壞性。滑體的厚度一般是1.0m～0.3m之間，大多的滑體的厚度都是小于6m的，這種淺層性的滑體與大氣風化作用層度、土的類型有很密切的聯系，與高度和坡度無關。

1.2坍滑的形式

在膨脹土體干縮效應和分化的作用下，裂縫切割和水的作用下，土體失去了穩定的性能，造成了其強度的嚴重衰減。雨季是坍滑高發期，滑體裂縫密集，其畫面清晰，不僅如此還有較為明顯的擦痕，滑體多在坡腳滑出，又或者是軟弱的夾層滑出，如果不加以控制的話會產生滑坡現象。

1.3溜塌現象

邊坡表層的土體吸水過飽和，在重力參透壓力的作用下，沿著坡面向下產生溜塌現象。這種現象是膨脹土邊坡表層最為常見的一種病害，發生頻率較多的時候是雨季，與坡度沒有關系。溜塌表面沒有裂縫和滑面，上方的位置有弧形小坎，其溜塌所以移動的具體較短，并且很快的就可以穩定在坡面上，厚度在1m以內，最高不超過1.5m。

2.膨脹土路基邊坡雨季失穩變形分析

2.1平衡微分方法在濕度應力場中的使用

膨脹土體由于含水量增加而發生的應變分量公式如下：

再將公式（2）帶惡補公式（6）中，就可以構成濕度應力的控制微分方程式。運用其方程式，可以求的濕度場中的應力場，當然，其條件是當濕度場發生變化的。

3.運用有限元分析膨脹土邊坡破壞的肌理

3.1有限元素的選用

本次試驗選用的路基是膨脹填筑路基，高13m、底部4m、頂部1m。是非膨脹土。運用路基結構對稱的特性，選取路基的半幅橫斷滿作為計算區域。路基中線為豎向位移，給提供滑支便捷條件。為了避免計算過程中膨脹力對路基表層產生不良影響，故將表層土體使用單元網格加密，由此來提升其計算精度。

3.2計算結果分析

因為降雨的作用，膨脹路基表層土體吸水膨脹后產生向外的膨脹力，膨脹力是水平向外、豎直向上的。這種膨脹力使得路基結構變形，其應變和應力產生很大的改變。路基的失穩破壞其實是在變形的過程中產生的，因此，只有將膨脹力作用下的路基變化的規律進行研究，才可以保障其路基的穩定性。由下圖可以發展，路基膨脹土填筑層的側向變形在膨脹力的作用下開始增加，初次之外路基內的各點的位移矢量在膨脹力的作用之下，數值開始逐漸增加，隨之傾斜度也隨之加大。越靠近路基邊坡表面，這種現象就越明顯。路基邊坡側向位移如表1所示，邊坡變形圖如圖1所示。

如表1所示，路基頂面下的7m處的應力和應變值是路基內大小主應力場。從圖1、圖2可以發現，當膨脹力增加以后，路基土體單元大主應力保持不變，而小主應力程減小趨勢，坡面部分出現拉應力，單元土體的應力水平得到了相應的提升，整個路基穩定系數降低。同過限元計算還發現，當施加膨脹力之后路基出現了很大的受拉區域。一般的，土體的拉抗強度是非常小的，不能承受拉應力，因此，受拉區的土體是非常容易裂開的，吸水膨脹也會導致強度失穩，這也是雨季后膨脹土出現表層失穩的重要原因之一。

4.膨脹土邊坡破壞的防御

防御膨脹土邊坡的破壞，就必須先防滑、防水，水是膨脹土產生破壞的主要原因之一，因此，對于地表水、地下水等都需要及時處理。路墊之上有雨水滲透，要設置相應排水設施，將水排出。根據膨脹土的類別和挖方深度的不同，可以進行以下措施。

4.1邊坡開挖式

膨脹土邊坡可以使用臺階形的方式，它是將高邊坡降低為矮邊坡，使用這種方法，不僅可以減輕邊皮對坡腳的壓力，還可以減弱地面雨水對邊坡的沖蝕。除此之外還對邊坡進行了有效的支撐。

4.2邊坡坡度的選擇

因為環境的影響，加大了膨脹土的工程性質的難度，這樣就導致邊坡坡度和破壞的位置難以確定，所以，對邊坡設計有必要采取保守的坡比方案。

4.3邊坡的防護和加固

膨脹土路墊邊坡一般都會設置當涂墻，預埋的深度有1.5m以上。另外，為了保證墻基干燥的穩定性，可以在墻背設置較為厚的反濾層，用來抵消墻后部分的應力以及膨脹力的釋放。墻頂的寬度可以是墻高的一般，擋土墻的面積應擴大，為了防止墻背土的壓力。坡面設置骨架護坡。可以鋪設較多的草皮，因為草皮對邊坡的隔熱、保溫、保濕、干縮濕脹有移動的作用。雖然草皮的有多種益處，但是在遇到雨季的時候，容易被沖刷，因為深度的限制，就更不容易圍護邊坡。因此，設置一些可以支撐土體的漿砌片，或者是石骨架，都會有不錯的效果。

5.結論

膨脹土邊坡的失穩破壞已經收到了廣泛的關注，本文通過對有限元分析膨脹邊坡破壞的原因進行了簡要的探討和分析，發現引發膨脹邊坡失穩的主要原因是水，所以，只有做好邊坡的排水工作，及時封閉坡面，加強對邊坡坡腳的防護治理工作，才可以使得減少邊坡受到的損害。