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高液限土邊坡研究綜述論文
摘要:高液限土通常含有大量的蒙脫石、伊利石、高嶺石等黏土成分；其主要的特征是壓實性差，經(jīng)過壓實后的土的壓縮性仍然較大，且有明顯的應變軟化。水的因素和人的活動是導致高液限失穩(wěn)的主要原因。高液限土邊坡破壞防治必須堅持“先發(fā)制坡，以防為主”的原則，必須工程措施與生物措施相結合。
關鍵詞:高液限土;邊坡;失穩(wěn)原因;防治措施
1、概述
在工程中判別高液限土的3個指標為：小于0.074mm的顆粒含量大于50%、液限大于50%，塑性指數(shù)大于26的土。目前邊坡工程對具有膨脹性的高液限土設計思路基本是參考膨脹土進行的，除了具有遇水膨脹、失水收縮的特征外，更主要的特征是高液限土壓實性差，經(jīng)過壓實后的土的壓縮性仍然較大，且有明顯的應變軟化。很多邊坡工程失去效用，都是由于認清楚高液限土的本質特征而引起的。
2、高液限土的礦物組成及工程性質
高液限土通常含有大量的蒙脫石、伊利石、高嶺石等黏土成分。其中蒙脫石是由顆粒極細的含水鋁硅酸鹽構成的礦物，其晶格單元由兩層硅氧四面體層夾一層氧化鋁八面體層構成，層間聯(lián)接依靠范得華力，較弱，水分子容易進入晶胞之間，增大晶胞距離，脫水后，又產(chǎn)生相應的收縮，其液限變化范圍可達到140～710%，塑限范圍為50～100%[1]；在晶格之間，由于同晶置換作用，使蒙脫石具有很強的吸附能力，大量的Na+、Ca2+填充進來，產(chǎn)生雙電層效應，導致粒間的膨脹。相似的，伊利石也具有2:1的三層晶體結構，但其吸附的陽離子主要為Na+、K+，晶格間連接力較強，水分子不容易進入，所以伊利石親水性、脹縮性不如蒙脫石，其液限變化范圍為80～120%，塑限為45～60%。伊利石屬于較不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，性質介于蒙脫石和高嶺石之間，并隨著層間K+含量的逐漸減少，而接近于蒙脫石。高嶺石的結構單元是由一層鋁氫氧晶片和一層硅氧晶片組成的晶胞。晶胞之間的聯(lián)結是氧原子與氫氧基之間的氫鍵，聯(lián)結力較強，晶胞之間的距離不易改變，水分子不能進入，親水性及膨脹性較前兩種礦物成分小。
高液限土的工程性質與其母巖成份、含水量、密實度、外荷載大小及作用方式、其他物理化學作用等都有關系。根據(jù)大量工程實踐可知：高液限土透水性較差；干硬時強度高，堅硬不易挖掘, 不易壓實；毛細現(xiàn)象明顯，吸水后能長時間保持水分，故吸水后承載力小、穩(wěn)定性差；具有較大的可塑性、弱膨脹性和粘性。
3、高液限土邊坡工程失穩(wěn)的主要原因
3.1水的影響
3.1.1高液限土吸水引起的土體抗剪強度降低
高液限土的抗剪強度包括內摩擦力和粘聚力兩部分。內摩擦力是土體受剪切時, 剪切面上下顆粒相對移動時, 土粒表面相互摩擦產(chǎn)生的阻力；粘聚力是使土體的顆粒粘結在一起成為團粒結構的力。粘聚力來源于兩個部分：土吸力, 是土體孔隙、氣壓力與孔隙水壓力之差, 使之產(chǎn)生粘聚力；土中天然膠結物質對土粒產(chǎn)生膠結作用,而具有的粘聚力。隨著雨水入滲，水分逐漸積累，土體漸漸飽和，一方面土體內孔隙氣壓減小，孔隙水壓力增大，結果基質吸力減小，再者水分在土粒表面形成潤滑劑，使內摩擦角減小，減小其的內摩擦力，高液限土的抗剪強度不斷減小。
3.1.2高液限土邊坡不同的水文地質條件引起坡體內應力的變化
高液限土不同的礦物組成、不同的層厚、不同的接觸關系以及坡體變形失穩(wěn)影響范圍內地表水、地下水不同的補徑排條件，必然引起坡體局部的應力的變化，對邊坡造成不利影響。
3.1.3坡體自重增加以及坡腳強度的降低
高液限土吸水，必然引起坡體自重增加；高液限土含水量高，強度較低，尤其坡腳附近容易積水潮濕，容易產(chǎn)生由于坡腳強度不足，導致坡腳過大變形而失穩(wěn)。
3.2人的活動
對于人工開挖后高液限土坡，屬卸荷力學行為，卸荷將引起塹坡位移場和應力場的改變，坡體內的應力狀態(tài)在一定范圍內調整，于塹坡內坡緣拉應力、坡中部最大壓力差、坡腳剪應力三大應力集中帶，導致最大主應力和剪應力增加，并在坡腳附近和坡型突變處產(chǎn)生應力集中，并在一定的誘發(fā)因素下很可能演化為崩塌或滑坡[11]。
4、高液限土坡常見的防治措施
高液限土邊坡破壞防治必須堅持“先發(fā)制坡，以防為主”的原則；依據(jù)高液限土的類別和挖方深度的不同，可從如下幾個方面考慮邊坡防治的措施。
4.1選擇合理的邊坡開挖方式
高液限土邊坡宜采用臺階級，加寬各級平臺的寬度，把高邊坡降低為矮邊坡的組合形式，這樣不僅減輕了高邊坡土體對坡腳的壓力，而且減弱了地面水對坡面的沖蝕，同時平臺對坡腳有一定的支撐作用。
4.2設計較為保守的邊坡坡度
由于高液限土工程性質極為復雜，環(huán)境條件影響很大，很難確定邊坡坡度和破壞位置。因此，坡比設計有必要比類似工程地質采取趨于保守的坡比方案。
4.3施工時補強措施和反壓措施
邊坡土質液限高、強度低、穩(wěn)定性差，在施工中坡面、平臺出現(xiàn)裂縫的采用水泥漿封補， 防止雨水侵蝕發(fā)生近一步開裂。在裂縫段和滑移段采取填土反壓措施， 待反壓土以上的防護加固措施及卸載工程完成后，再進行反壓段的開挖防護施工。 4.4水處理措施
水是高液限土的大敵，對地表水、地下水均需處理。
4.4.1排水措施
增設與加大路基坡腳的碎石盲溝，盲溝的縱坡適當放大點，以利于地下水盡快排放。在有擋墻的邊坡應在擋墻位置增設仰斜排水孔，加大邊坡的排水功能，盡快減輕邊坡自身的重量。加強路塹邊坡的排水處理，根據(jù)坡面滲水情況，適當加強設置仰斜排水孔；對于坡腳滲水，考慮滲水位置設置碎石透水層及管道排水。因坡面潮濕含水量較高，增設帶邊坡滲溝的路塹拱形骨架，滲溝出水口必須與擋墻的透水層和泄水孔連通。使其有規(guī)則的排放，防止其對邊坡的淺層沖刷。
4.4.2隔水措施
采用隔水措施來提高高液限土的遇水穩(wěn)定性，隔水措施包括設置粒料吸收層，包芯法或包邊法等；還可以配合使用一些輔助性的土工布、土工格柵等土工合成材料，起到增強強度的作用。利用隔離排水、摻粗粒土、土石混填等物理方法改變坡體內原有地表水或者地下水的補徑排條件，使高液限土邊坡安全穩(wěn)定。
4.5其他措施
4.5.1化學加固措施
這種方法是在高液限土坡中，采用化學漿液灌入或噴入其中，使土體固結以加固地基的處理方法。這種方法加固高液限土坡的原理是，在其中灌入或噴入化學漿液，改變其化學物質組成及粒度組成，提高土壤顆粒的黏結力和降低土中的天然含水量，減小其壓縮性和加強其穩(wěn)定性。主要摻石灰、水泥等固化材料、土壤穩(wěn)定劑和NCS土壤固化劑、穩(wěn)定劑等
4.5.2生物加固措施
生物加固措施是近十幾年的事情，就是用活的植物，單獨用植物或者植物與土木工程和非生命的植物材料相結合，以減輕高液限土坡面的不穩(wěn)定性和侵蝕。主要是深根的錨固作用、淺跟的加固作用、降低高液限土坡體孔隙水壓力、植被能降雨截留削弱濺蝕、控制坡體表面土粒流失。由于生物措施對高液限土坡加固程度有限，往往與其它措施配合進行。
5、高液限土坡將來可能的研究方向
高液限土是一種典型的非飽和土，目前對高液限土邊坡的設計主要是參考膨脹土邊坡的方法進行，但高液限土并不完全等同于膨脹土，要做出合理優(yōu)化的設計，必須認識到高液限土與普通膨脹之間本質的不同；因此從微細觀的角度分析高液限土的物質組成及空間組構，解釋土體的特性及變形機理，以便找到一些防治措施，是高液限土坡將來可能的研究方向。由于離心模擬技術能在原型應力狀態(tài)下研究和觀察高液限土邊坡的變形和破壞過程，并具有較好的經(jīng)濟性、可控性、可操作性、重復性及一定的可靠性，對模擬以自重為主要荷載的高液限土結構物的性狀特別有效，可能也是高液限土坡將來可能的研究方向。
參考文獻
[1]蔡應彬．淺談高液限土的土質土力學特性及其處治方法[J]．科技咨詢導報，2007，29：24
[2]Chukweze H. Pavement failures caqused by soil erosion. Proc. 2nd Int. Conf. Case. Histories in Geotech Engrg. St. Louis, Pap. NO.5.000 936-9.
[3]Day, R.W. Swell-shrink behavior of compacted clay[J].Geotch. Engrg. Div. ASCE 1994,120(3),618-623
[4]楊平．淺析高液限粘土在路基施工中的應用[J]．山西建筑，2004年11月．
[5]梁軍林．高液限粘土的工程性質和應用[J]．廣西交通科技，2000年12月：12－14．
[6]劉銀生．高液限粘土適于直接填筑分類指標研究[J]．中南公路工程，2004年3月:59－60．
[7]仇益梅．高速公路不良土工程性質的分析與應用技術的探討[J]．廣西交通科技，2002，2：41-44
[8]張國權．淺談高液限土邊坡破壞的機理和防治[J]．廣東科技，2007，05：110-111．
[9]張亦武．高液限土邊坡巖體特征分析及治理措施[J]．公路交通科技．2008，02：77-79．
[10]高智．由路塹開挖談土質路塹邊坡的變形與穩(wěn)定性[J]．華東公路．2004，6：74-77．
[11]鄒祖銀．某臨江公路路塹高陡巖質邊坡穩(wěn)定性研究[D]．北京工業(yè)大學．2006：19-46．
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