裂隙与降雨对膨胀土边坡稳定性的影响

1、    裂隙与降雨对膨胀土边坡稳定性的影响    刘加冬 路洪斌 李杰如摘 要：随着社会经济的发展，我国的建设工程穿越膨胀土地区越来越多，如果不慎重处理，膨胀土极易产生滑坡，影响建设工程的正常施工。本文重点分析了裂隙及降雨对膨胀土边坡稳定性的影响。结果表明，裂隙位于边坡坡面上时膨胀土边坡的稳定性比裂隙位于坡顶时边坡的稳定性差；裂隙深度越深，边坡稳定性越差；降雨会使膨胀土表层强度迅速降低，从而导致边坡失稳。关键词：膨胀土边坡；失稳；裂隙；降雨doi：10.16640/ki.37-1222/t.2019.13.1240 引言膨胀土是一种具有“吸水膨胀、失水收

2、缩”特性的特殊土体，而这种性质使得自然界中的膨胀土边坡在长期经历季节性气候变化引起的干湿循环后产生各种形态裂隙，裂隙的存在对边坡的稳定性造成不利影响。根据国内外膨胀土边坡失事案例及相关经验，可将其破坏特征总结为浅层性、逐级牵引性、平缓性及季节性破坏，其中季节性破坏主要缘于降雨的季节性。降雨引发的膨胀土边坡失稳是膨胀土地区常见的工程地质灾害，如襄樊岘山娅、成都牧马山、陶岔渠首等地发生的膨胀土边坡滑坡事故1-2。因此，分析裂隙及降雨等对膨胀土边坡稳定性的影响就显得尤为重要。1 膨胀土的特性（1）膨胀土具有湿胀干缩的特性，其吸水膨胀时对支护构筑物产生膨胀力，失水时会产生裂隙；（2）膨胀土具有强度随干

3、湿循环产生明显衰减的特性；（3）膨胀土裂隙发育，裂隙面往往充填灰白、灰绿色高塑性黏土。2 膨胀土边坡失稳的原因分析2.1 裂隙对膨胀土边坡稳定性的影响膨胀土的胀缩性是其产生裂隙的根本原因。干旱时水分蒸发，膨胀土表面收缩，而其下土层水分减少较慢，收缩不均，便产生裂隙。裂隙产生后，为其下土层提供了通道，促使下层土体水分蒸发，裂隙就向深部延伸3。降雨时，膨胀土吸水，土体膨胀，裂隙变小甚至堵塞，但雨后土中水分再次蒸发，土中裂隙会继续增多，原裂缝继续向下延伸，如此反复，土体完整性遭受破坏，强度降低，对膨胀土边坡的整体稳定性是非常不利的。胡波，龚壁卫等人采用直剪和三轴试验对南阳膨胀土和其裂隙面强度进行了对

4、比分析，结果表明，膨胀土裂隙面的峰值强度不仅远远小于两侧土体的峰值强度，而且也小于两侧土体的残余强度4。张维，张国宝等5人利用morgenstern- price条分法分析了裂隙位置、深度对膨胀土边坡稳定性的影响。研究模型中，在边坡顶部和坡面上分别设置1.2 m、2.1 m、3.0 m深，间距为1m的裂隙，然后计算安全系数。研究结果表明：裂隙位于边坡坡面上时，膨胀土边坡的稳定性较差，低于裂隙位于坡顶时边坡的稳定性；裂隙发育深度决定了潜在滑移面的位置，裂隙深度越深，边坡稳定性逐渐下降，但下降趋势减缓。2.2 降雨对边坡稳定性的影响据很多资料显示，膨胀土边坡失稳的高发时间多集中在雨季，即降雨期间或

5、者降雨后的一段时间内。降雨后，部分雨水沿着土中孔隙入渗到地下，抬高地下水位，使土体饱和，一方面增加土体自重从而增加边坡的下滑力，另一方面使得基质吸力减小从而降低其抗剪强度，降雨时间越长，雨水入渗量越大，这种影响也就越明显；另外部分雨水会形成地表径流，沿着坡面往下流，若是没有植被的拦截作用，雨水的流淌会带走部分土体，此外当裂隙深度内土体均达到饱和以后，雨水不再入渗，也会以坡面径流形式流走；当雨水汇聚到坡脚时，坡脚膨胀土会被浸泡软化，易发生局部剪切破坏，从而导致膨胀土边坡发生牵引式的滑坡。除此之外，降雨强度较大时雨水对边坡表面的冲蚀作用也将在一定程度上影响着边坡的稳定性。姚海林，郑少河等考虑了无裂

6、隙和有裂隙的情况下降雨过程中膨胀土边坡的稳定性，降雨对无裂隙的非饱和土边坡影响较小，安全系数变化不大，对有裂隙的膨胀土影响较大，安全系数大幅降低6。张维，张国宝等5通过建立模型分析了边坡安全系数随降雨强度和降雨历时的变化情况。当裂隙位置和深度一定时，降雨强度越大和降雨历时越长，安全系数越小。3 结语综上所述，本文根据归纳了影响膨胀土边坡失稳的主要原因。其中：膨胀土的胀缩性是其产生裂隙的根本原因，裂缝的存在是膨胀土边坡失稳的主要原因，裂隙位于边坡坡面上时膨胀土边坡的稳定性较差，低于裂隙位于坡顶时边坡的稳定性；裂隙发育深度决定了潜在滑移面的位置，裂隙深度越深，边坡稳定性逐渐下降，但下降趨势减缓。降

7、雨是诱发边坡失稳的外部因素，降雨过程中雨水主要集中在裂隙周边的风化土层内，使表层膨胀土强度迅速降低，并对土体有一定的冲蚀作用，从而导致边坡易于失稳。参考文献：1余宏明，严春杰，王环玲.岘山垭公路路堑滑坡膨胀土特性及机制探讨j.地球科学：中国地质大学学报，2001，26（04）：429-432.2潘文成，左德元，杨尧.成都牧马山膨胀土滑坡综合整治j.路基工程，2009（05）：206-208.3殷宗泽，徐彬.反映裂隙影响的膨胀土边坡稳定性分析j.岩土工程学报，2011，33（03）：454-459.4胡波，龚壁卫，程展林.南阳膨胀土裂隙面强度试验研究j.岩土力学，2012，33（10）：2942-2946.5张维，张国宝，魏星.裂隙位置及深度对膨胀土边坡稳定性影响分析j.路基工程，2018，198