大連市季節(jié)性凍土對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響

(遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院 遼寧 大連 116021)

一、選題背景及目的

(一)季節(jié)凍土指的是地表土層冬季凍結(jié)、夏季全部融化的土層。

大連屬于季節(jié)性凍土，在溫寒帶和一些垂直地帶廣泛分布著季節(jié)凍土，大約占陸地面積的30%，季節(jié)凍土層的深度隨著緯度和海拔的升高而增大，深度范圍大約是0.1m至3m.近年，我國(guó)的公路、鐵路因凍融滑坡引起的事故頻頻出現(xiàn)，2013-2016年3年時(shí)間里，由于季節(jié)凍土區(qū)邊坡滲流問(wèn)題導(dǎo)致將近5萬(wàn)起滑坡事故，并以每年5000起遞增，經(jīng)濟(jì)損失也在逐年升高，從中不難看出，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，國(guó)家建設(shè)的投入，季節(jié)凍土邊坡穩(wěn)定問(wèn)題所引起的工程危機(jī)已經(jīng)成為必須解決的問(wèn)題之一。

(二)大連地區(qū)是暖溫帶半濕潤(rùn)的季風(fēng)氣候兼有海洋性的氣候特點(diǎn)。

大連地區(qū)年降水量550-950毫米，2013年日照總時(shí)數(shù)為2500-2800小時(shí)。其中8月最熱，平均氣溫24℃，日最高氣溫超過(guò)30℃的天數(shù)只有10至12天。1月最冷，平均氣溫-5℃，極端最低氣溫可達(dá)-21℃左右。60%-70%的降水集中于夏季，多暴雨，且夜雨多于日雨。大連處于北半球中緯度地帶，所受太陽(yáng)輻射一年四季比較大，大氣環(huán)流以西風(fēng)帶和副熱帶系統(tǒng)為主，再加上一面依山、三面靠海的地理環(huán)境影響，所以本區(qū)的氣候特點(diǎn)是：四季分明、氣候溫和、空氣濕潤(rùn)、降水集中、季風(fēng)明顯、風(fēng)力較大。

二、大連市季節(jié)性凍土邊坡體的水分遷移及其對(duì)邊坡的影響

(一)水分遷移原理

通過(guò)對(duì)大連市凍土中的水分重分布現(xiàn)象看，凍結(jié)過(guò)程中凍結(jié)前緣的水分遷移是以毛細(xì)水和薄膜水的遷移為主，已凍結(jié)土體的水分遷移則以薄膜水遷移為主。土體在凍結(jié)的過(guò)程中，自由水結(jié)晶同時(shí)也構(gòu)成相應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)。土溫降低，吸附水膜結(jié)晶，厚度減薄，導(dǎo)致土粒表面的電力勢(shì)發(fā)生了變化。未凍水含量高的一端溫度高，土顆粒外層水膜厚度大，土水勢(shì)絕對(duì)值小，未凍水含量低的一端溫度低，土顆粒外層水膜厚度小，土水勢(shì)絕對(duì)值大，造成薄膜水從溫度高處向溫度低處遷移。每當(dāng)土的相態(tài)平衡破壞時(shí)，土體凍與未凍界面上的勢(shì)差就成為土中水分向凍結(jié)緣遷移的驅(qū)動(dòng)力。

(二)水分遷移對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響

造成道路工程中邊坡凍脹的根本原因是邊坡巖土體中水分的遷移、相變。因此，水是造成邊坡巖土體發(fā)生凍脹、融沉破壞的基本條件，邊坡巖土體中的水主要來(lái)自于附近的地表水及淺層地下水。處于季凍區(qū)的邊坡在凍融循環(huán)過(guò)程中，水對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)為：秋末多雨，原始含水量在邊坡凍結(jié)前較大，河堤區(qū)域里上層滯水和丘陵區(qū)域的層間水豐富，地下水位偏高；土質(zhì)邊坡的土層凍結(jié)具有“開系統(tǒng)”條件，地下水位接近或位于凍土層；邊坡體及其周圍積雪，春融期再次遇到降水加重了凍融層的濕度惡化；大量的地表積水或路堤陷槽積水等向邊坡滲透集聚。

三、大連市季節(jié)性凍土凍融循環(huán)對(duì)邊坡的影響及防治

如果邊坡防排水想從根本上解決問(wèn)題，僅僅靠工程設(shè)計(jì)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要把沿線水文地質(zhì)條件、不同土質(zhì)巖性、坡度、高度以及當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鹘Y(jié)合到一起，適當(dāng)?shù)姆N植不同種類的植物，將植樹和工程設(shè)計(jì)相結(jié)合，才能進(jìn)行治水綜合防護(hù)，因?yàn)橹挥羞@樣才能使邊坡穩(wěn)定性得到提高。種植防護(hù)措施。種植防護(hù)是一種特別好的方式。即在邊坡上種植樹草的手段進(jìn)行防護(hù)，選擇植樹方面，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇當(dāng)?shù)匾恍┍容^容易成活的樹種，而在草的選擇方面，通常選取多年生、根系發(fā)達(dá)并且比較耐旱、耐寒的草種。植被的根系使邊坡土體的安全性、穩(wěn)定性得到了加固。除此之外，坡面上的植被也有效避免了地表徑流和雨水對(duì)邊坡的正面沖刷。如果在不適合植物生長(zhǎng)的地方并且也不能保證其穩(wěn)定性的時(shí)候，此時(shí)再將經(jīng)濟(jì)效益和施工效果考慮進(jìn)去，進(jìn)行工程防護(hù)。比較常見的形式有網(wǎng)格骨架支撐以及植草防護(hù)配合，在能減少工程造價(jià)、綠化環(huán)境的同時(shí)又可以減緩水流速度、提高邊坡表面粗糙系數(shù)、防止雨水侵蝕邊坡產(chǎn)生溝槽。在巖質(zhì)邊坡的防護(hù)網(wǎng)格中，同時(shí)也能進(jìn)行移土植草美化。由于坡面風(fēng)化快、坡面平整度差、發(fā)育的裂隙或節(jié)理等因素，應(yīng)該對(duì)巖質(zhì)邊坡采用噴射砂衆(zhòng)或噴混凝土保護(hù)措施。這種措施能夠及時(shí)將巖體中的裂隙填補(bǔ)，阻止雨水或坡面水對(duì)坡體內(nèi)部的侵蝕，能夠有效阻礙巖體裂縫間的水分壓力和冰脹力，減緩巖土體風(fēng)化速度，從而避免坡體的滑石坍塌。在易受水流沖刷的邊坡中通常采取工程防護(hù)措施。在邊坡體水流的速度過(guò)快或水流破壞較嚴(yán)重的情況時(shí)，沿著邊坡體設(shè)置砌石、石籠、混凝土預(yù)制板等，從而阻止水流的沖刷。在碰到水流沖刷非常嚴(yán)重的情形時(shí)可以采取筑現(xiàn)、改變水流運(yùn)動(dòng)方向等綜合措施進(jìn)行治理。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在大連地區(qū)，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性影響相當(dāng)大的兩個(gè)因素分別是水分遷移和凍融循環(huán)，若使季節(jié)性凍土地區(qū)邊坡的穩(wěn)定性得到提高，必須運(yùn)用到上述的各種治水措施。做好防排水工作是治理季節(jié)性凍土區(qū)邊坡的關(guān)鍵所在，要針對(duì)不同情況分別采取不同的措施，從而使季節(jié)性凍土邊坡穩(wěn)定性得到更加的提高。