裂隙與降雨對膨脹土邊坡穩定性的影響

劉加冬 路洪斌 李杰如

摘 要：隨著社會經濟的發展，我國的建設工程穿越膨脹土地區越來越多，如果不慎重處理，膨脹土極易產生滑坡，影響建設工程的正常施工。本文重點分析了裂隙及降雨對膨脹土邊坡穩定性的影響。結果表明，裂隙位于邊坡坡面上時膨脹土邊坡的穩定性比裂隙位于坡頂時邊坡的穩定性差；裂隙深度越深，邊坡穩定性越差；降雨會使膨脹土表層強度迅速降低，從而導致邊坡失穩。

關鍵詞：膨脹土邊坡；失穩；裂隙；降雨

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.124

0 引言

膨脹土是一種具有“吸水膨脹、失水收縮”特性的特殊土體，而這種性質使得自然界中的膨脹土邊坡在長期經歷季節性氣候變化引起的干濕循環后產生各種形態裂隙，裂隙的存在對邊坡的穩定性造成不利影響。根據國內外膨脹土邊坡失事案例及相關經驗，可將其破壞特征總結為淺層性、逐級牽引性、平緩性及季節性破壞，其中季節性破壞主要緣于降雨的季節性。降雨引發的膨脹土邊坡失穩是膨脹土地區常見的工程地質災害，如襄樊峴山婭、成都牧馬山、陶岔渠首等地發生的膨脹土邊坡滑坡事故[1-2]。因此，分析裂隙及降雨等對膨脹土邊坡穩定性的影響就顯得尤為重要。

1 膨脹土的特性

（1）膨脹土具有濕脹干縮的特性，其吸水膨脹時對支護構筑物產生膨脹力，失水時會產生裂隙；（2）膨脹土具有強度隨干濕循環產生明顯衰減的特性；（3）膨脹土裂隙發育，裂隙面往往充填灰白、灰綠色高塑性黏土。

2 膨脹土邊坡失穩的原因分析

2.1 裂隙對膨脹土邊坡穩定性的影響

膨脹土的脹縮性是其產生裂隙的根本原因。干旱時水分蒸發，膨脹土表面收縮，而其下土層水分減少較慢，收縮不均，便產生裂隙。裂隙產生后，為其下土層提供了通道，促使下層土體水分蒸發，裂隙就向深部延伸[3]。降雨時，膨脹土吸水，土體膨脹，裂隙變小甚至堵塞，但雨后土中水分再次蒸發，土中裂隙會繼續增多，原裂縫繼續向下延伸，如此反復，土體完整性遭受破壞，強度降低，對膨脹土邊坡的整體穩定性是非常不利的。胡波，龔壁衛等人采用直剪和三軸試驗對南陽膨脹土和其裂隙面強度進行了對比分析，結果表明，膨脹土裂隙面的峰值強度不僅遠遠小于兩側土體的峰值強度，而且也小于兩側土體的殘余強度[4]。張維，張國寶等[5]人利用Morgenstern- Price條分法分析了裂隙位置、深度對膨脹土邊坡穩定性的影響。研究模型中，在邊坡頂部和坡面上分別設置1.2 m、2.1 m、3.0 m深，間距為1m的裂隙，然后計算安全系數。研究結果表明：裂隙位于邊坡坡面上時，膨脹土邊坡的穩定性較差，低于裂隙位于坡頂時邊坡的穩定性；裂隙發育深度決定了潛在滑移面的位置，裂隙深度越深，邊坡穩定性逐漸下降，但下降趨勢減緩。

2.2 降雨對邊坡穩定性的影響

據很多資料顯示，膨脹土邊坡失穩的高發時間多集中在雨季，即降雨期間或者降雨后的一段時間內。降雨后，部分雨水沿著土中孔隙入滲到地下，抬高地下水位，使土體飽和，一方面增加土體自重從而增加邊坡的下滑力，另一方面使得基質吸力減小從而降低其抗剪強度，降雨時間越長，雨水入滲量越大，這種影響也就越明顯；另外部分雨水會形成地表徑流，沿著坡面往下流，若是沒有植被的攔截作用，雨水的流淌會帶走部分土體，此外當裂隙深度內土體均達到飽和以后，雨水不再入滲，也會以坡面徑流形式流走；當雨水匯聚到坡腳時，坡腳膨脹土會被浸泡軟化，易發生局部剪切破壞，從而導致膨脹土邊坡發生牽引式的滑坡。除此之外，降雨強度較大時雨水對邊坡表面的沖蝕作用也將在一定程度上影響著邊坡的穩定性。姚海林，鄭少河等考慮了無裂隙和有裂隙的情況下降雨過程中膨脹土邊坡的穩定性，降雨對無裂隙的非飽和土邊坡影響較小，安全系數變化不大，對有裂隙的膨脹土影響較大，安全系數大幅降低[6]。張維，張國寶等[5]通過建立模型分析了邊坡安全系數隨降雨強度和降雨歷時的變化情況。當裂隙位置和深度一定時，降雨強度越大和降雨歷時越長，安全系數越小。

3 結語

綜上所述，本文根據歸納了影響膨脹土邊坡失穩的主要原因。其中：膨脹土的脹縮性是其產生裂隙的根本原因，裂縫的存在是膨脹土邊坡失穩的主要原因，裂隙位于邊坡坡面上時膨脹土邊坡的穩定性較差，低于裂隙位于坡頂時邊坡的穩定性；裂隙發育深度決定了潛在滑移面的位置，裂隙深度越深，邊坡穩定性逐漸下降，但下降趨勢減緩。降雨是誘發邊坡失穩的外部因素，降雨過程中雨水主要集中在裂隙周邊的風化土層內，使表層膨脹土強度迅速降低，并對土體有一定的沖蝕作用，從而導致邊坡易于失穩。

參考文獻：

[1]余宏明，嚴春杰，王環玲.峴山埡公路路塹滑坡膨脹土特性及機制探討[J].地球科學：中國地質大學學報，2001，26（04）：429-432.

[2]潘文成，左德元，楊堯.成都牧馬山膨脹土滑坡綜合整治[J].路基工程，2009（05）：206-208.

[3]殷宗澤，徐彬.反映裂隙影響的膨脹土邊坡穩定性分析[J].巖土工程學報，2011，33（03）：454-459.

[4]胡波，龔壁衛，程展林.南陽膨脹土裂隙面強度試驗研究[J].巖土力學，2012，33（10）：2942-2946.

[5]張維，張國寶，魏星.裂隙位置及深度對膨脹土邊坡穩定性影響分析[J].路基工程，2018，198（30）：20-25.

[6]姚海林，鄭少河，陳守義.考慮裂隙及雨水入滲影響的膨脹土邊坡穩定性分析[J].巖土工程學報，2001，23（05）：606-609.

安徽省高校自然科學研究項目（KJ2018A0620）

作者簡介：劉加冬（1982-），女，四川德陽人，碩士，講師，教師，研究方向：巖土安全。