黄土地区路基病害与防治

主讲教师：杨平黄土地区路基病害与防治四川交通职业技术学院道桥系路基病害整治课程内容第一节、黄土的工程特性第二节、黄土地区路基病害类型与成因第三节、土工合成材料防治黄土路基病害的应用技术第四节、土工合成材料防治路基边坡及排水构造物病害的应用技术第一节黄土的工程特性

一、黄土的工程特性黄土具有多孔性，以粉土颗粒为主，富含碳酸盐，颜色以黄色为主；同时，黄土具有渗透性、湿陷性、易崩解等特点，在外荷载和自重作用下受水浸湿后容易产生湿陷变形。黄土以风积成因为主，具有大孔性，垂直节理和架空孔隙均较发育，含有大量可溶盐和膨胀性黏土矿物等，因此具有湿陷性和较低的承载力，极易引发各种各样的工程质量事故。而作为带状工程的公路，黄土所具有的不良工程地质特性造成的危害尤其严重，主要表现为公路边坡剥落、冲刷、滑坍、崩坍、流泥；路堤沉陷、表面滑溜、局部滑坍以及路面裂缝等。

1.黄土的湿陷性

湿陷性是黄土的主要工程性质，它是指在一定压力下受水浸湿，土体结构发生迅速破坏而发生显著下沉的特性。并不是所有黄土都具有湿陷性，具有湿陷性的黄土厚度并不大，一般在上部的10-20m。湿陷性黄土根据上覆应力的性质可分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土两类，前者是指那些在自重压力下浸水湿陷的黄土，这种黄土浸水后对构筑物危害极大，即使本身荷重不大的构筑物(公路、铁路和机场跑道)受水浸后也会下沉；后者是指在土自重压力下浸水不发生湿陷，只有在一定附加荷重下浸水才会湿陷的黄土。我国各地黄土的工程性能如下表所示

2.黄土的渗透性

老黄土中普遍存在构造节理，如斜节理，新黄土中原生柱状垂直节理发育，未曾发现有构造性节理。黄土中的节理，对路基边坡的稳定性常起控制作用。对于黄土渗透性来说，因其不是颗粒的胶结起作用，而是颗粒的排列结构起各向异性作用，影响是不能忽略的。研究表明，平行于垂直节理方向的渗透系数，即垂直向渗透系数一般大于水平向渗透系数。大量的试验证明，对不同的黄土，垂直方向渗透系数可以是水平方向渗透系数的倍。

3.黄土的各向同性和各向异性

对黄土抗剪强度特性的研究，大多将注意力投向起始含水量的影响。通过对与垂直节理成正交、平行和45度相交进行的剪切试验，证实抗剪强度在不同方向上并不相同，基本上呈椭圆状。当剪切面平行于垂直节理方向时，抗剪强度相对最低，且含水量低时受各向异性的影响程度更大。而对于黄土的抗剪强度随着密度与湿度的变化规律更加重视。研究表明，对Q1、Q2黄土，密度较大，且变化较小，主要关注黏结力c、内摩擦角φ指标与含水量W的关系；对饱和黄土，湿度已达到饱和，主要关注黄土的c、φ指标和密度γd的关系；对非饱和黄土，c、φ指标与湿度和密度的关系须同时关注，它们均随起始含水量的增大而降低，随初始密度的增大而增大，且φ值的变化较小，而c值的变化却不容忽视。二、黄土分布特点

黄土和黄土状土覆盖着全球大陆面积的2.5％以上。我国是世界上黄土分布最广泛的地区，面积达64万km2左右，占国土总面积的6.6％以上，其中连续分布面积达到44万km2。主要分布在北纬30°－49°，东经75°－127°之间的大陆内部干旱和半干旱地区。黄土分布地区的气候主要表现为干旱及半干旱的大陆性气候特征。雨量明显地从西北到东南逐渐增加。全年雨量的60％集中在7-9月，尤其是8月占全年的30％左右。年平均蒸发量则在1000mm以上。气温也是由西北向东南逐渐增加。气温日变化剧烈，最大日温差为27℃左右，呈现出典型的大陆性气候特征。黄土高原处于蒙古高原之南，极地气流由北向南伸展，即出现强度不同的寒潮，进入我国上空之后，改由西北向东南移动，冬春尤为频繁。在冷峰过后经常发生强旋风，将黄土高原西北部的沙漠或戈壁滩的尘埃卷入高空，形成尘暴。我国黄土高原所处的三面环山一面沙漠的有利地形，典型的大陆性干旱气候条件和季节性尘暴，为我国黄土风成论提供了足够的论据。我国西北地区黄土区地层最厚，最完整，分布连续，其特点较典型。

黄土地貌第二节黄土地区路基病害类型与成因

一、黄土路基病害及其成因1、黄土陷穴成因2、黄土陷穴类型3、黄土陷穴的分布规律4、黄土陷穴的探查和防治1、黄土陷穴成因

黄土地区修筑的路基，在雨季时大面积汇集的雨水，沿着黄土的垂直节理和大孔隙向路基内部渗透、潜流，溶解了黄土中的易溶盐，破坏了黄土结构，土体不断崩解，水流带走黄土颗粒，形成暗穴，在水的浸泡和冲刷作用下，洞壁坍塌，逐渐扩大形成更大的暗穴或出露于地表的其他形态的陷穴。特别是在地形起伏多变、地表径流容易汇集的地方，而土质松散、垂直节理较多的新黄土中最易形成陷穴。黄土陷穴的产生是黄土的湿陷性及水的潜蚀淋溶作用的结果。黄土的湿陷性是产生陷穴的内在原因，水的潜蚀作用是产生陷穴的外部诱因。

黄土的自身特点，为陷穴产生提供了本质条件。

(1)湿陷性黄土是一种土质疏松，主要成分为粉土颗粒组成的特殊土，其细微颗粒极易遭受潜蚀；

(2)黄土中易溶盐含量丰富，对强度起作用的结构状碳酸钙，在含CO2的水或酸性环境中，易受水溶蚀，破坏黄土的内部结构，使之变得松软，有利于地下水渗透，加速了渗流作用和机构潜蚀作用；

(3)大孔隙和裂隙发育，为水的渗透提供了便利通道，加速了机械潜蚀。黄土地区特殊的水文气候条件，为陷穴的产生提供了有利的外部条件。该地区雨量很少，但较集中，全年暴雨多发生在7、8、9三个月，尤其在暴雨后，大量地表水迅速积聚，且有一定的水压力，水透过黄土像通过一个小吸管被吸下去，陷穴一般中间大，进口和出口小。微地形地貌特征，对陷穴产生也有一定影响。一般陷穴多发生在一边靠山，一边临深沟的地段，有时也发生在半填半挖路堑与路堤衔接处、桥涵台背填土处或者填土施工接岔处等，在地形起伏波折变化多的地方，特别是缓坡突然转为陡坡地段，也易形成陷穴。另外黄土地区，由于植被不发达，也为水的渗透提供了有利条件。2．黄土陷穴类型(1)根据黄土陷穴的成因划分①由地表浸水形成的陷穴；②暗流的侵蚀作用形成的陷穴；③因动植物和微生物作用引起的洞穴；④人为的洞穴；(2)根据黄土陷穴的形态划分①碟形地；②漏斗状陷穴；③竖井状陷穴；④串珠状陷穴；⑤暗穴；3．黄土陷穴的分布规律

黄土陷穴的分布具有一定的规律性。从地貌看，在黄土塬的边缘、河谷阶地的边缘、冲沟两岸及河床中都常有陷穴分布。阶地边缘、河谷两侧多为坡积的松散黄土，易被冲蚀，因而离阶地斜坡和沟谷斜坡越近，陷穴越多。阶地高差越大，沟谷越深，由于地表水通过阶地边缘斜坡地带和沟谷斜坡地带时下渗越厉害，因而陷穴也越深，有的可深达20余米。从地层上看，在疏松的新黄土层中，尤其是现代上层湿陷性黄土地层，陷穴越多越明显。地层越早，陷穴发育也越受到限制。4．黄土陷穴的探查和防治黄土陷穴的探查：为了判断是否存在陷穴，可对可疑地段进行锥探。锥探时判别陷穴的两种情况：

(1)在紧密土壤中，下锥时其土层对锥头的阻力大，因此，用很大力才能使锥杆进入土中。如锥头进入陷穴，土层对锥头的阻力突然消失，锥杆很快落下，就证明路基下部有陷穴。

(2)在疏松的土壤中，土层对锥杆的阻力很小，此时锥探者要精神集中、细心锥探，降低进锥速度，用“高提轻落”的方法，缓慢下锥，如遇到陷穴，土层对锥头的阻力突然消失，锥杆自动下落，并在感觉上也有不同，就证明路基下部有陷穴。

黄土陷穴的防治：黄土陷穴的防治采取预防和处治相结合的原则，首先要查明陷穴的位置和导致其产生的水源，并作出定性和定量分析，根据具体情况分别对待。陷穴的预防主要是加强地表和路基排水，改善地表性质，整平坡面，消除坑洼，减少水的积聚和渗透；加强植被保护和水土保持，加强路基外雨水的截排和路基的防渗防漏(如采用土工合成材料等)；开展巡查，对容易发生陷穴的地带定期检查。黄土陷穴的处治，主要是根据陷穴的大小分别采用灌浆、开挖回填等措施。陷穴较小的采用明挖，原土夯填；陷穴较大的灌泥浆，分两次进行，待第一次灌满泥浆干燥收缩后再进行第二次灌浆塞空。二、路堤病害及其成因

路堤常见的病害主要有：路堤或基底沉陷；土桥病害；路堤局部坍塌与边坡滑动等。1．沉三陷变三形路堤三的沉三陷变三形有三人为三因素三和地三基因三素。人为三因素三是指三路堤三本身三填筑三时碾三压达三不到三设计三的压三实度三要求三，这三是路三堤沉三陷变三形的三主要三原因三之一三。研三究表三明：三湿陷三性黄三土压三实干三密度三达到16三.5三kN三/m三3可明三显减三少路三堤本三身的三沉陷三。地基三因素三指由三于堤三重或三行车三荷载三的作三用引三起的三固结三沉降三，对三于湿三陷性三黄土三浸水三后则三引起三湿陷三变形三。为三减少三路堤三的沉三陷变三形，三应根三据黄三土的三工程三性质三以及三路堤三的高三度采三取相三应措三施，三其中三利用三土工三合成三材料三加筋三路堤三或进三行防三渗处三理，三能够三有效三防止三路堤三的沉三陷或三湿陷三变形三。2．土三桥病三害黄土三桥系三指跨三越沟三谷的三高填三路堤三，坐三落于三崾岘三或冲三沟之三上。三土桥三改变三了原三来的三水文三、地三质条三件和三地形三地貌三条件三，加三之车三辆动三荷载三的作三用，三使得三土桥三与周三围环三境处三于动三态平三衡之三中，三一旦三某种三因素三失去三平衡三，将三会产三生土三桥病三害。三水是三引起三土桥三病害三的根三本原三因，三对土三桥的三破坏三作用三主要三表现三如下:(1三)地面三水对三土桥三坡面三的冲三刷：当土三桥顶三面两三侧排三水沟三、边三沟及三坡面三缺少三必要三的保三护措三施时三，每三当雨三季，三土桥三坡面三及顶三面水三只能三沿坡三面漫三流。三加之三土桥三填土三高度三大，三本身三汇水三面积三大，三加剧三了土三桥坡三面的三冲刷三，轻三则坡三面冲三沟纵三横，三重则三导致三坡脚三水土三流失三、崩三塌，三乃至三路基三失稳三。宁夏S2三02线K1三9+三70三0土桥三坡面三冲刷三破坏三宁三夏S2三02线K1三9+三70三0土桥三局部三湿陷三破坏(2三)地面三水对三土桥三体的三直向三溶蚀三和潜三蚀;(3三)洪水三对土三桥的三破坏三：黄三土地三区气三候干三燥，三植被三覆盖三率差三，降三雨集三中，三暴雨三时地三面径三流量三大，三水土三流失三严重三。(4三)地下三水对三桥基三的水三平溶三蚀、三潜蚀三以及三水对三土体三的冻三融作三用：三不同三黄土三地区三的土三桥病三害特三征各三异。三土桥三中涵三洞病三害率三高，三是土三桥最三主要三的病三害，三因此三排水三系统三对于三土桥三来说三是十三分重三要的三。土桥三病害三造成三路面三塌陷3．路三堤坍三塌与三边坡三滑动产生三路堤三坍塌三与边三坡滑三动的三主要三原因三有：三路堤三填筑三质量三，表三现为三压实三度达三不到三设计三标准三；边三坡设三计不三当，三即确三定的三设计三边坡三形式三和坡三度与三实际三情况三不符三；路三堤地三基土三软弱三，当三路堤三高度三大于三临界三值时三，造三成路三堤整三体滑三动；三边沟三或边三坡冲三刷，三边沟三水冲三刷掏三空坡三脚可三造成三路堤三坍塌三与边三坡滑三动。黄土三路堤三边坡三病害急流三槽周三边湿三陷破三坏三、三边坡三病害三及其三成因1．边三坡病三害类三型公路三路堑三一般三位于三地面三表层三，开三挖后三暴露三于大三气中三，受三各种三自然三和人三为因三素影三响，三路堑三边坡三易发三生破三坏变三形。黄土三路堑三边坡三变形三破坏三方式三可分三为剥三蚀(包括三剥落三和冲三刷)和滑三塌(包括三滑坍三、崩三坍、三坡脚三坍塌三等)两种三。(1)边坡三剥蚀坡面三剥蚀三是黄三土边三坡变三形的三一种三普通三现象三，一三般发三生在三各种三黄土三层中三。虽三然这三种边三坡变三形不三是坡三体整三体变三形，三但对三路堑三边沟三危害三较大三，会三引起三其他三更严三重的三边坡三变形三或破三坏。路基三边坡三剥蚀宁夏S2三02线K2三3附近三坡面三剥落a)三K2三3+三10三0；b)三K2三3+三30三0由于三坡面三剥蚀三严重三，路三堑边三沟淤三积，三影响三了边三沟排三水，三雨水三侵蚀三进而三可能三造成三边沟三两侧三黄土三湿陷三，加三剧路三基破三坏。ab宁夏三黑－三海路三坡面三冲刷三，形三成细三沟、三洞穴三和冲三沟属于三典型三的黄三土边三坡，三由于三黄土三强度三低、三节理三裂隙三发育三，当三坡面三受到三冲刷三作用三时，三常引三起大三量的三水土三流失三，使三坡面三被冲三刷成三纹沟三、细三沟、三洞穴三，并三发展三成暗三沟、三冲沟三等，三同时三坡体三局部三有坍三塌破三坏现三象(2三)边坡三滑塌黄土三边坡三的破三坏方三式和三规模三与黄三土层三的构三造特三征密三切相三关。三具有三构造三节理三的黄三土边三坡，三常呈三现沿三节理三面滑三落；三具有三垂直三节理三的黄三土边三坡，三其破三坏方三式常三呈现三为坍三塌；三无构三造节三理的三黄土三边坡三则主三要为三滑坡三破坏三。路堑三边坡三滑坡三路三基边三坡冲三刷、三崩坍2．边三坡侵三蚀破三坏机三理黄土三高原三降雨三量不三大，三但该三地区三的侵三蚀强三度却三为全三国之三最。三由于三地表三起伏三的存三在及三地表三抗冲三蚀性三的不三均匀三，径三流在三顺坡三向下三流动三的过三程中三必然三发生三汇集三，水三深和三流速三逐渐三增加三形成三股流三。这三个过三程最三初以三面状三侵蚀三为主三，之三后发三展为三细沟三侵蚀三，以三至于三浅沟三侵蚀三。在坡三面径三流过三程中三，径三流汇三集成三股流三是细三沟侵三蚀发三生的三必要三条件三。径三流汇三集以三后，三水深三及流三速都三比薄三层漫三流增三大若三干倍三，水三流侵三蚀力三及搬三运泥三沙的三能力三也都三成倍三增加三。其三结果三使得三地表三横向三不均三匀性三进一三步加三大，三径流三流路三渐渐三固定三，水三流的三紊动三性也三不断三加剧三。随着三径流三过程三的不三断持三续，三便会三在流三路上三开始三出现三一系三列的三跌水三。跌三水出三现后三，流三路纵三断面三上形三成了三许多三不连三续的三断点三，每三个断三点都三是侵三蚀的三最活三跃点三。除三了水三流剪三切应三力外三，重三力的三影响三程度三大大三增强三。土三粒是三以块三状滚三落进三入运三动状三态，三侵蚀三强度三也随三之急三剧增三加。三这些三侵蚀三断点三便会三成为三细沟三的沟三头，三在流三水作三用下三，不三断发三生溯三源侵三蚀，三细沟三也就三不断三加长三，直三至多三处沟三头贯三通，三形成三完整三的细三沟。跌水三形成三是坡三面侵三蚀方三式发三生变三化的三重要三分界三点，三它标三志着三细沟三开始三形成三，同三时也三表明三在径三流流三路上三，侵三蚀方三式已三由面三状侵三蚀转三为沟三状侵三蚀。当已三进入三急流三状态三的坡三面股三流顺三坡流三下时三，径三流流三路的三宽度三会有三很大三的变三化，三且在三坡面三不同三的地三方具三有不三同程三度的三宽窄三变化三。由三于边三界条三件的三不规三则性三，边三壁状三况的三改变三会使三水流三的扰三动产三生一三种波三动现三象，三即急三流冲三击波三。水三流出三现冲三击波三时，三水面三不仅三沿纵三向起三伏变三化，三而且三在横三断面三上的三水深三也发三生局三部壅三高，三水面三上形三成菱三形波三浪。三由于三急流三具有三很大三的惯三性，三遇到三边壁三扰动三时，三便会三以很三大的三速度三冲击三边壁三。而三边壁三也对三水流三施加三反力三，迫三使水三流沿三边壁三转向三，产三生动三量变三化，三造成三水面三的局三部壅三高。三冲击三波产三生后三水深三、流三速的三变化三与水三流的三性质三及引三起扰三动的三边界三条件三有关三。径流三深度三的局三部增三大，三冲击三波的三出现三，使三得径三流在三冲击三波交三汇的三地方三出现三局部三径流三深度三剧增三，其三剥蚀三分散三土壤三的剪三切应三力也三随之三增大三，其三结果三便会三在此三形成三跌水三，从三而诱三导细三沟发三生,最后三形成三冲沟三或暗三沟等三，如三下图三。因三此，三水流三本身三的流三态变三化及三局部三扰动三是导三致细三沟沟三头形三成的三直接三内在三的原三因。路基三边沟三下蚀三形成三浅沟三、切三沟、三暗洞三、冲三沟三宁夏S2三03线桥三台护三坡体三破坏3．影三响边三坡稳三定的三因素影响三边坡三稳定三的因三素主三要有三坡度三、坡三长、三土壤三硬度三、植三被状三况和三护坡三工程三等。(1三)坡度三：地三面坡三度是三决定三径流三冲刷三能力三的基三本因三素之三一，三而径三流冲三刷能三力则三是影三响边三坡稳三定性三的重三要原三因，三径流三冲刷三能力三越强三，对三边坡三的破三坏作三用越三大。三坡度三与径三流冲三刷能三力的三关系三为，三在一三定的三范围三内，三坡度三越大三，径三流冲三刷能三力越三强，三侵蚀三量也三越大三。然三而，三存在三有一三个临三界坡三度，三超过三临界三坡度三，侵三蚀量三随坡三度的三增加三反而三减小三。目三前，三对临三界坡三度的三研究三还没三有统三一的三结论三，有三人认三为临三界坡三度为26三°-三28三°，而三有的三研究三认为三在40三°左右三。(2三)坡长三：已三有资三料证三明，三在相三同降三雨条三件下三，坡三长越三长，三它的三径流三量也三越大三。坡三长越三长，三侵蚀三量越三大，三边坡三越不三稳定三；同三时，三坡长三增加三也加三重了三重力三侵蚀三。(3三)土壤三硬度三：由三于影三响土三壤硬三度的三因素三与土三壤的三透水三性、三抗蚀三性、三抗冲三性有三密切三关系三，因三此，三土壤三硬度三也是三影响三边坡三稳定三性的三重要三因素三之一三。已三有研三究表三明，三土壤三抗冲三性随三土壤三硬度三的减三小而三减弱三。土三壤硬三度的三大小三又决三定了三植物三的生三长情三况，三而植三物对三边坡三具有三很强三的保三护作三用。(4三)植被三状况三：良三好的三植被三覆盖三对防三止土三壤侵三蚀起三着积三极作三用，三各种三条件三下的三植被三都有三阻止三水蚀三和风三蚀发三生的三作用三。植三物的三机械三效应三有固三结土三体、三降低三风速三等作三用。(5三)护坡三工程三：护三坡工三程可三有效三地防三止崩三塌、三滑坡三等重三力侵三蚀，三并对三减弱三沟蚀三也有三一定三的积三极作三用.在黄三土地三区，三穿越三沟谷三除采三用黄三土桥三外，三不少三地段三采用三建桥三方案三。由三于沟三壑纵三横、三谷坡三陡峻三，在三暴雨三季节三，桥三台护三坡体三往往三受到三雨水三的强三烈冲三刷作三用。三如果三路堤三边坡三表层三土质三松散三，浆三砌片三石护三坡不三能与三路堤三紧密三结合三，雨三水渗三入往三往会三引起三表层三松散三黄土三湿陷三、浆三砌片三石局三部下三沉，三从而三出现三护坡三面凹三凸不三平，三并多三处开三裂。三由于三桥台三基础三产生三不均三匀沉三降变三形，三往往三导致三局部三护坡三体失三稳滑三塌。4．边三坡病三害的三防治黄土三地区三极易三发生三边坡三破坏三变形三，对三公路三建设三危害三极大三。在三所调三查的三省道20三2、国三道30三9、黑三一海三路、三预一三惠路三等都三见到三了不三同程三度的三路堑三边坡三破坏三现象三。对三于这三些病三害，三应坚三持预三防为三主。三对于三剥蚀三破坏三，一三般可三以采三取工三程措三施来三防护三，而三对滑三塌破三坏必三须在三边坡三设计三过程三中对三边坡三滑塌三稳定三性作三出正三确预三测，三并采三取相三应的三工程三措施三来控三制。第三三节三土工三合成三材料三防治三黄土三路基三病害三的应三用技三术一、三概述黄土三地区三公路三路基三病害三的主三要表三现形三式为三路基三沉陷三或陷三穴、三路堤三或基三底沉三陷、三坡面三滑溜三、路三堤局三部滑三坍或三整体三滑坡三、土三桥病三害等三。黄三土特三殊的三工程三特性三导致三了黄三土地三区公三路病三害的三产生三，其三中黄三土的三湿陷三性是三引起三路基三破坏三的主三要因三素，三而黄三土湿三陷性三与水三的潜三蚀作三用导三致的三路基三湿陷三，对三公路三危害三极大三。因三此，三设置三完善三的防三、排三水系三统，三最大三限度三地降三低地三基受三水浸三湿的三可能三性是三防止三黄土三湿陷三破坏三的首三选措三施，三也是三最经三济的三技术三措施三。在黄三土路三基中三加入三土工三合成三材料三，其三目的三就是三要防三水和三减载三。利三用土三工合三成材三料所三产生三的剪三力及三拉力三以改三变路三基的三受力三状态三，使三路基三能够三均匀三承受三荷载三，减三少路三基的三局部三沉降三及侧三向位三移，三提高三路基三的承三载力三。利用三土工三合成三材料三防治三路基三病害三，不三仅要三改变三其受三力状三态，三还要三解决三地表三水及三地下三水的三排导三、隔三离、三防渗三等，三并进三行必三要的三加固三，使三路基三免受三水的三侵害三。二、三试验三路段三土样三的室三内试三验土样三选白三银古三高速三公路三辅道K1三3+三14三0－K1三3+三20三0试验三路段三，共三取6组原三状土三样和3组扰三动土三样，三室内三试验三包括三以下三内容三。1．黄三土物三理性三质试三验(1三)颗粒三分析三试验三，分三别对6组原三状土三样和3组扰三动土三样进三行了三颗粒三分析三试验三，结三果见三下表从颗三粒分三析试三验可三以看三出，三该处三地基三土主三要为三颗粒三小于0.三25三mm的粉三状黄三土，三粉粒三直径三范围三为；三少数三土样三是以三黏粒(<三0.三00三5m三m)为主三的粉三质黏三土或三以粉三砂粒(0三.2三5-三0.三07三5m三m)为主三的粉三砂。从黄三土的三颗粒三分析三结果三可知三，该三区黄三土为三近源三风积三为主三，颗三粒主三要为三粉粒三，含三有较三多的三粉砂三粒。(2三)物理三性质三试验分别三对6组原三状土三样和3组扰三动土三样进三行了三土的三物理三性质三试验三，结三果表三明，该试验三段粉三状黄三土的三天然三含水三量一三般在10％左三右，三天然三密度三为，三干密三度为1.三45三-1三58三g/三cm三3，饱三和度三为32三.6％-3三1.三9％，三天然三孔隙三比为三。说三明该三段黄三土由三于粉三粒含三量较三高，三并含三有少三量粉三砂粒三，导三致黄三土具三有较三大的三干密三度和三较小三的孔三隙比三，并三且具三有较三好的三透气三性和三透水三性。三所以三，该三处黄三土具三有较三低的三天然三含水三量。试验三结果三换表三明：三黄土三的液三限较三低，三一般三为21三.2％－27三.4％，三说明三该处三黄土三由于三粉粒三含量三较高三，在三较低三的含三水量三时即三可产三生液三化，三易导三致黄三土的三湿陷三和破三坏。三因此三，黄三土路三基的三病害三防治三应以三防水三为主三，并三辅以三其他三的工三程措三施。2．黄三土力三学性三质试三验分别三对6组原三状土三样和3组扰三动土三样进三行了三压缩三试验三、击三实试三验、三三轴三排水三固结三试验三和无三侧限三抗压三强度三试验三。试三验结三果分三别如三下银古三高速三公路三辅道K1三3+三14三0-三K1三3+三20三0土的三压缩三性质三试验3．黄三土的三水理三性质三试验(1三)渗透三试验室内三渗透三试验三的目三的主三要是三对土三样的三渗透三系数三进行三分析三和测三定，三其结三果见三下表三。从三表中三渗透三系数三的数三据可三见，三不同三土样三的渗三透系三数变三化较三大。三在同三一条三线路三取不三同土三样，三其渗三透系三数的三差异三可达三两个三数量三级之三大，三说明三其湿三陷性三有较三大差三别。银古三高速三公路三辅道K1三3+三14三0—K1三3+三20三0渗透三试验图1渗透三流量三与时三间关三系图图2纵向三、横三向渗三透剖三面图黄土三的渗三透性三除了三反映三黄土三的透三水性三能和三特点三之外三，还三是研三究黄三土湿三陷性三的重三要参三数。三观测三结果三表明三，在三长时三间渗三透过三程中三，黄三土的三渗透三系数三与渗三透时三间有三关，三随时三间的三增加三渗透三系数三逐渐三变小三，最三后稳三定在三某一三数值三上，三如下三图1由图1可以三看出三，渗三透在三时间三上的三变化三规律三是：三在渗三透初三期，三渗透三急剧三增加三，渗三透系三数是三值为3.三4m三/d，连三续渗三透3-三5d后，三渗透三速度三大大三降低三，其三值降三为不三足1.三0m三/d，20三d后，三是值三降为0.三08三m/三d，可三见，三渗透三主要三在最三初2d完成三。图2可以三看出三，渗三透在三垂直三方向三上大三于水三平方三向，三向深三处垂三直渗三透的三速度三常常三数倍三或十三数倍三于水三平方三向。三当渗三透时三间继三续时三，垂三直向三渗透三深度三由10三m达到14三m，相三应的三水平三向扩三展到4m左右三。图1渗透三流量三与时三间关三系图图2纵向三、横三向渗三透剖三面图(2三)湿陷三试验土样三的湿三陷试三验结三果见三下表三。银古三高速三公路三辅道K1三3+三14三0-三K1三3+三20三0黄土三的湿三陷性三试验湿陷三试验三表明三，只三有2-三(1三)和3-三(2三)两个三土样三湿陷三性较三为明三显，三为中三等湿三陷性三黄土(湿陷三系数三为之三间)，其三他土三样湿三陷性三均不三明显三。4．黄土三的成三分分三析(1三)黄土三含盐三量分三析根据三野外三调查三结果三，我三国西三部地三区尤三其是三宁夏三黄土三中含三有大三量的三白色三粉末三状盐三，包三括易三溶盐三、中三溶盐三和难三溶盐三三种三。易三溶盐三是指Na、K、Mg、Ca的氯三酸盐三、碳三酸盐三和硫三酸盐(N三aC三l，KC三l，Na三zS三04，Na三2C三O。)；中三溶盐三是指三石膏(C三aS三O，)；难三溶盐三是指三碳酸三钙(C三aC三O。)。可溶三盐在三黄土三中常三以钙三质结三核的三形式三出现三，另三外还三有钙三质胶三结层三、燕三尾式三石膏三、白三色盐三霜、三碱皮三等，三主要三存在三于老三黄土三中，三其中三的易三溶盐三如Na三Cl、KC三l等含三量愈三高，三其湿三陷性三一般三愈大三。在三公路三病害三调查三时，三不同三程度三地见三到了三这些三现象三，含三有可三溶盐三是西三北黄三土的三一个三重要三标志三，其三变化三规律三：由三北向三南，三自西三向东三，可三溶盐三含量三渐减三。中溶三盐(C三aS三04三)由于三其结三晶体三的特三殊作三用，三对湿三陷和三颗粒三结构三的破三坏起三加速三或促三进作三用。三中溶三盐含三量愈三多，三则湿三陷性三愈大三。难溶三盐(C三aC三O3三)在黄三土中三既起三骨架三作用三，又三起胶三结作三用。(2三)X射线三衍射三分析X射线三衍射三分析三表明三，中三国各三地黄三土的三矿物三成分三基本三一致三。但三是黄三土中三的微三晶碳三酸钙三趋向三于自三东·而西三、自三南而三北的三增加三。无三定形三物质三莉相三离子三交换三容量(C三EC三)有着三明显三的自三东而三西、三自南三而北三减少三的趋三势，三如表7-三11所示三。我国三各地三黄土三的物三理化三学性三质三、三黄土三路堤三应力三变形三分析为了三制订三合理三有效三的防三治方三案，三在路三基病三害调三查和三试验三路段三土样三室内三试验三的基三础上三，采三用了三有限三元法三对黄三土路三堤在三加筋三和无三筋条三件下三的应三力和三变形三进行三了数三值分三析。1．黄三土路三堤应三力变三形分三析用有三限元三计算三方法三分析三土体三的应三力和三变形三及水三与土三骨架三的应三力耦三合关三系等三，可三以深三入了三解黄三土路三堤的三应力三分布三和变三形特三点，三探讨三加筋三路堤三数值三模型三的机三理，三从而三为制三订合三理的三设计三方案三提供三依据三。(1三)数值三模型三的假三定①路三堤的三纵向三是足三够长三的，三故按三平面三应变三问题三来考三虑；②填三土和三地基三土的三本构三关系三采用Dr三uc三ke三r-三Pr三ag三er弹塑三性模三型；③边三界条三件：三右侧三施加三无限三单元三，约三束其三右端三横向三位移三，左三边沿三公路三中线三约束三横向三位移三；下三部取三路堤三地面三线以三下4.三6m，约三束下三部的三竖向三位移三。路堤三几何三尺寸三如图三所示三。路堤三几何三尺寸(尺寸三单位三；cm三)路面三结构三为3c三m的沥三青混三凝土三面层三加18三cm的水三稳层三加6如m的砂三砾层三，填三土与三地基三之间三有50三cm的灰三土垫三层，三两者三之间三为扰三动填三土，三垫层三以下三为天三然地三基土三。计算三参数三取值三见表计算三参数三取值三表网格三的划三分以三及边三界条三件的三处理三如图7-三21所示三。边界三以及三网格三划分三示意三图(尺寸三单位三：m)(2三)路堤三变形三、强三度分三析分析三路堤三变形三云图三可以三看出三，竖三向压三缩变三形最三大的三部位三集中三在路三堤中三心靠三近地三面部三分；三横向三压缩三变形三最大三的部三位是三路堤三的上三部，三产生三横向三拉伸三变形三的部三位为三坡脚三不加三格栅三时的三以下5m左右三的地三方。路堤三的应三力云三图显三示：三竖向三压应三力与三竖向三压缩三变形三部位三一致三，集三中在三路堤三中心三靠近三地面三部分三，竖三向拉三应力三也与三坡脚三及坡三脚以三外的三路基三竖向三拉伸三或拱三起部三分一三致。三横向三应力三云图三中，三在路三堤和三地基三接触三面出三现了三一个三明显三的横三向应三力受三拉条三带，三也就三是路三堤极三易产三生横三向滑三动的三部位三。以上三图形三所显三示的三应力三集中三的地三方也三是变三形最三大的三地方三，这三些特三殊的三部位三，正三是使三路堤三首先三产生三破坏三的地三方。(3三)加入三格栅三时的三路堤三变形三、强三度分三析仍采三用有三限元三分析三方法三进行三数值三分析三，计三算模三型同三不加三筋方三案。采用三土工三实验三报告三的参三数取三值(见表7-三9)。格三栅的三性能三指标三为：三弹性三模量三正＝6.三28三9三2×三10三8(三Pa三)，面三积A＝4.三85三6×三10三-4三(m三2)，密三度ρ＝21三0(三kg三/m三3)，纵三向抗三拉强三度8.三9(三kN三/m三)，横三向抗三拉强三度5.三9(三kN三/m三)。加入三土工三格栅三后，三与不三加前三对比三分析三其路三堤变三形云三图可三以看三出，三虽然三变形三区域三基本三一致三，但三变形三趋势三有所三减缓三，说三明土三工材三料在三起作三用。加入三土工三格栅三后，三与不三加相三比，三在数三值上三有变三化，三特别三是横三向应三力显三示出三比较三均匀三的受三压状三态和三稳定三的受三力趋三势2．加筋三原理普通三路基三都有三一定三的抗三压和三抗剪三强度三，而三抗拉三强度三却很三低。三在路三基内三铺设三适当三的加三筋材三料，三可以三不同三程度三地改三善路三基的三强度三和变三形状三态，三土工三合成三材料三在土三体内三以筋三材作三为抗三拉构三件，三与土三体产三生相三互摩三擦，三限制三土体三的侧三向变三形，三增强三土体三的整三体性三，从三而提三高土三体的三抗剪三强度三。加三筋土三强度三的提三高或三者说三加筋三土体三自主三稳定三性的三增加三，其三基本三原理三存在三于筋三一土三之间三的相三互摩三阻联三结之三中。加筋三路基三承受三拉力三后，三主要三通过三两个三途径三来改三善土三体的三力学三性能三：一三是减三少本三该由三土体三承受三的剪三力；三另外三就是三通过三增加三剪切三面上三的正三应力三，提三高土三体的三抗剪三强度三。当土三体沿三潜在三的破三裂面三发生三剪切三变形三时，三土体三中出三现了三压应三变和三拉应三变。三如果三将加三筋沿三拉应三变的三方向三设置三，剪三切变三形使三加筋三受拉三，加三筋就三能有三效地三发挥三作用三。一般三来说三，加三筋的三层数三越多三，拉三筋的三强度三越高三，加三筋层三填土三内摩三擦角三越大三，此三时加三筋的三结构三效应三越明三显。为了三使加三筋材三料产三生拉三应力三，必三须将三其布三置在三土体三中的三拉伸三变形三区，三并且三最好三沿着三主拉三应变三方向三。这三样土三体中三的拉三应力三传递三给邻三近的三加筋三材料三，使三筋材三作为三抗拉三构件三，而三土体三本身三只承三受压三应力三和剪三应力三。基于三上述三分析三，在三下面三的加三筋路三基试三验方三案中三将重三点利三用以三下功三能。(1三)扩散三应力三；由三于加三筋路三基增三加了三路基三的整三体刚三度，三将有三利于三上部三荷三载三的扩三散并三均匀三地传三递到三地基三土层三。(2三)调整三不均三匀沉三降；三由于三加筋三垫层三的作三用，三加大三压缩三层范三围内三地基三的整三体刚三度，三有利三于调三整地三基变三形。(3三)增大三地基三稳定三性；三由于三加筋三垫层三的约三束，三整体三上限三制了三地基三土的三剪切三、侧三向挤三出和三隆起·．(4三)提高三路堤三边坡三的整三体稳三定性三；由三于筋三材作三为一三种抗三拉构三件，三与土三体产三生相三互摩三擦，三限制三了土三体的三侧向三变形三，保三证了三路堤三边坡三的整三体稳三定性三。(5三)减少三路基三整体三的总三沉降三量；三抗拉三加筋三土工三材料三，不三仅约三束横三向变三形，三同时三能起三一种三张力三膜的三作用三，减三少垂三直变三形，三阻断三剪切三带的三产生三，从三而提三高加三筋土三的承三载力三，减三少路三基土三的总三沉降三量。四、三现场三试验三方案三及施三工工三艺为了三验证三应用三土工三合成三材料三防治三黄土三地区三路基三病害三的可三行性三与有三效性三，在三室内三试验三和数三值分三析的三基础三上，三本课三题选三择银三古高三速公三路辅三道、三中郝三高速三公路三和银三古高三速公三路中三的部三分路三段，三进行三了现三场试三验研三究。1．土三工合三成材三料防三治黄三土路三堤稳三定性三破坏三的应三用技三术1)试验三方案以银三古高三速公三路辅三道K1三3十15三0一K1三3+三21三0填方三段(填高8.三30三m)为试三验路三段，三该路三段地三质特三征：三表层三为风三积黄三土(低液三限黏三土)，分三布深三度，三为非三自重三湿陷三性黄三土场三地，三总湿三陷量三厶‘＝，三湿陷三等级三为I(轻微)级或II三(中等三湿陷)级。三其下三为卵三石，三局部三缺失三，厚三，下三伏第三三系三泥岩三。第三三系三泥岩三为膨三胀岩三土，三全风三化呈三土状三，为三一般三的膨三胀性三软岩三。土工三合成三材料三选择三型号三为SN一28三6型土三工格三栅，三其性三能指三标为三：弹三性模三量正三＝6.三28三9三2X三10三s(三Pa三)，单三位面三积质三量＝62三3g三/m’，密三度卢三＝21三0(三kg三/m三3)，纵三向抗三拉强三度8.三9(三kN三/m三)，横三向抗三拉强三度5.三9(三kN三/m三)，网三孔尺三寸为28三mm三X2三8m三m。根据三黄土三的物三理力三学性三质及三黄土三路堤三的应三力与三变形三分析三计算三，确三定防三治路三堤的三沉陷三和滑三坍的三加筋三设计三方案三如下三：对于三填方三路段三，边三坡i＝1；1.三5，在三路堤三基底三以上2m范围三内，三距路三堤边三坡外三缘5-三10三cm，路三堤的三两端三铺设三宽为4.三5m的土三工格三栅，三层间三距为50三cm，可三以起三到固三结边三坡，三增加三边坡三稳定三性的三作用三。为三增加三路基三的承三载能三力，三隔层三全断三面铺三设土三工格三栅，三并在三基底三铺设50三cm的三三七灰三土稳三定层三。为三保证三路堤三压实三度，三路堤三施工三宽度三加宽20三-3三0c三m。土三工格三栅横三向铺三设，三搭接30三-5三0c三m。铺三完之三后，三应尽三快填三土隐三蔽，三防止三车压三日晒三。铺三设方三案如三下图2)施工(1三)土工三格栅三的铺三设①先三用剪三刀将三土工三格栅三按设三计尺三寸裁三剪好三，整三齐堆三放。②将三碾压三密实三的填三土表三面整三平，三清除三表面三坚硬三凸出三物。③土三工格三栅外三缘距三路堤三边坡三外缘三要保三持5-三10三cm，以三防止三刷坡三后，三土工三格栅三外露三老化三。④测三设路三基边三线桩三位，三挂上三线绳三，用三白灰三洒出三土工三格栅三外侧三线。⑤将三裁剪三好的三土工三格栅三逐一三密贴三摆放三在填三土面三上，三并将三土工三格栅三强度三高的三方向三垂直三于线三路轴三线方三向。⑥将三土工三格栅三拉紧三展开三，将三相邻三的各三幅土三工格三栅用三铁丝三绑扎三搭接三起来三，每三隔10三cm一个三绑扎三点，三搭接三长度三不小三于10三cm，采三用U形铁三丝卡三将土三工格三栅固三定于三土层三表面三，U形卡三间相三距50三cm，梅三花形三布置三。土三工格三栅铺三设现三场如三图土工三格栅三铺设三现场(2三)黄土三路堤三的填三筑①对三黄土三路堤三的填三筑，三应先三做试三验段三，确三定碾三压厚三度、三压实三遍数三和松三铺系三数等三参数三后，三再全三面展三开施三工。②黄三土路三堤的三填筑三，主三要是三通过三自卸三汽车三运土三，推三土机三初平三，平三地机三精平三，压三路机三分层三碾压三来完三成。③自三卸汽三车卸三土时三，尽三量不三要碾三压土三工格三栅，三汽车三后轮三距土三工格三栅边三缘，三车内三土方三卸落三时，三正落三于土三工格三栅的三中心三部位三而后三向周三围散三开，三恰好三埋住三整个三土工三格栅三。这三样汽三车既三不会三直接三碾压三到土三工格三栅上三，造三成破三坏，三同时三，土三工格三栅也三不会三发生三移动三，确三保位三置准三确。④当三两侧三土工三格栅三铺完三后，三汽车三在中三间路三面剩三余的三宽度三内无三法调三头时三，只三能先三单侧三铺设三土工三格栅三，待三其上三填土三推平三碾压三后，三汽车三就可三以在三这一三侧行三走、三调头三，随三后铺三设另三一侧三土工三格栅三。⑤为三保证三压实三质量三，路三堤每三侧加三宽20三-3三0c三m，并三对每三层土三边缘三采取三压路三机沿三路中三心线三成45’角的三方向三夯压三，这三样既三可保三证施三工机三械的三安全三，又三可保三证路三堤边三缘的三压实三度。2．土工三合成三材料三防治三低填三浅挖三段路三基沉三陷和三陷穴三的应三用技三术降低三路基三的填三土高三度，三不仅三可以三获得三明显三的经三济效三益，三而且三可以三避免三由于三黄土三而产三生的三一切三不良三效果三，对三于低三等级三公路三，更三具有三现实三意义三。在三路堤三底部三加铺三复合三土工三膜布三，不三仅可三以阻三止地三面水三向路三基底三部的三下渗三，即三起到三隔水三防渗三的作三用，三还可三以保三证原三状土三不被三扰动三，强三度不三会降三低，三并可三减少三沉降三量，三均化三地基三应力三。土三工布三的加三筋抗三拉作三用，三可使三上部三填土三荷载三对地三基造三成的三附加三应力三传递三深度三减少三，减三少地三基压三缩层三影响三深度三。如三果结三合三三七灰三土结三构，三既可三增加三地基三的承三载能三力，三又可三防止三地表三水的三下渗三，从三而有三效地三避免三沉陷三和陷三穴的三发生三。(1三)试验三方案试验三路段三为银三古高三速公三路辅三道K1三2+三19三0-三K1三2+三29三0段，三填土三高度0.三30三m，为三低填三方路三段。三试验三段地三质特三征：三表层三为湿三陷等三级为Ⅱ级的三风积三黄土(低液三限黏三土)，分三布深三度，三为非三自重三湿陷三性黄三土场三地。土工三合成三材料三选择三长丝三复合三土工三膜(二布三一膜)，其三物理三力学三性能三指标三见表长丝三复合三土工三膜物三理力三学性三能指三标表(2三)施工三工艺①基三底处三理：三当填三方高三度较三小，三边坡i＝1：1.三5时，三在进三行基三底处三理前三，先三对基三底进三行夯三实，三提高三地基三的承三载力三。②铺三土工三膜：三在铺三设土三工膜三之前三，下三层填三料或三垫层三应平三整、三密实三，对三表面三碎石三、块三石等三坚硬三凸出三物进三行严三格清三理，三防止三其对三土工三膜造三成直三接破三坏，三影响三土工三膜的三性能三，而三起不三到防三渗的三作用三。如三路基三地下三水位三较高三或有三积水三可能三，应三考虑三横向三排水三层的三设置三。铺设三复合三土工三膜时三，可三采用三机械三或人三工铺三设。为控三制防三渗效三果，三土工三膜的三横向三搭接三长度三取30三cm。土三工膜三沿线三路纵三向两三幅的三搭接三长度三不小三于0.三5m，并三保证三接头三处不三渗漏三。施工三时，三严格三按照《公路三土工三合成三材料三应用三技术三规范》(三JT三J/三T三01三9-三98三)进行三。土工三膜铺三设现三场(3三)工后三效果三检验该段三路基三于20三03年9月初三铺筑三完毕三，已三经过三半年三多时三间，三并经三历了三秋雨三的浸三蚀和三冻融三变化三，在三春融三最不三利季三节，三对路三况进三行了三强度三测定三，结三果如三表从路三面弯三沉测三定结三果看三，路三面整三体强三度未三见异三常，三强度三和稳三定性三能良三好。三但在三雨水三的浸三蚀下三，肯三定会三有不三同变三化。3．土三工合三成材三料防三治填三方段三黄土三路基三沉陷三和陷三穴的三应用三技术1)试验三方案(1三)方案三一银古三高速三公路三辅道K1三3+三15三0-三K1三3+三21三0段，三填方三高度8.三3m。地三质特三征：三表层三为风三积黄三土(低液三限黏三土)，分三布深三度，三为非三自重三湿陷三性黄三土场三地，三总湿三陷量三厶J＝，三湿陷三等级三为I(轻微)级或Ⅱ(中等三湿陷)级。三其下三为卵三石，三局部三缺失三，厚三，下三伏第三三系三泥岩三。考虑三路堤三横向三排水三，虽三设有三涵洞三，但三在路三堤两三侧仍三有聚三水可三能，三以灰三土换三填和三防水三土工三膜相三结合三的方三法进三行处三理。三为阻三止地三表水三下渗三以增三加地三基承三载力三，对三原基三底进三行夯三实后三，填三筑50三cm三七三灰土三，并三在路三基两三侧修三筑灰三土隔三水墙三，在三隔水三墙内三侧铺三设防三水土三工膜三，并三深入三基底15三0c三m。基三底处三理及三土工三膜铺三设方三案见三下图三（三尺寸三单位cm）(2三)方案三二中郝三高速三公路三兴仁三段K2三95三+0三00一K2三95三+8三70为填三方路三段，三填方三高度3.三5m。地三质特三征：0-三5m为较三