使土体结构破坏

2018-07-02 11:29

图13 既有兰新线边坡状态

基边坡虽然不承受基床部那样显著的动力荷载作用,但受气候环境影响显著,坡面土体在长期干湿循环和列车振动作用下,密实度将会降低,渗透性增强,在雨滴击溅和坡面水流的冲刷作用下,容易产生溅蚀、冲刷和冲蚀,导致坡面水土流失,进而影响基坡面的几何形状,破坏严重时将威胁基的稳定。随着基工程的发展,边坡防护也越来越被重视。碎石类土因黏性颗粒少,坡面土体基本成散粒体状态,在水流的影响下,其稳定性比较差,容易带来坡面的稳定问题。

1坡面冲刷

图18 内蒙古某新建高速堤坡面六棱砖防护

发布时间:2016-06-15 17:08:35

坡面冲刷与填料性质、气候环境、坡比、坡高、植被的状态、降雨量的大小、渗流速率、径流速度、径流水层的厚度等因素有关。具有一定动能的雨滴对坡面土体产生击溅作用,使土体结构破坏,土颗粒分散和跃移。当降雨强度大于土的入渗能力后,坡面开始产生径流,在水流运动方向上对土体产生冲刷力。当径流冲刷力大于土的抗冲力时,则会引起土粒分散、搬运,产生土体侵蚀,出现坡面冲刷现象。坡面冲刷主要表现为坡面土体在水流作用下的剥落、流失,随着坡面土体的减少,将侵蚀至坡面土体,导致坡面破坏。

图23 内蒙古某新建高速堤坡面六棱砖防护

填料良好的工程性质是维持基状态完好和保持其稳定的基础,目前铁基修建过程中,更多的采用碎石类填料,其黏性颗粒少,受环境变化影响比较小,可压实性强、压缩性低、气候灵敏性弱、静动力学性能比较好,作为基床填料其力学性能基本能够满足要求,在铁建设大量使用,尤其是砾石类填料。

骨架护坡结合六棱砖的防护方式目前在高速铁和城市市政工程中应用非常广泛,其中以六棱砖结合植被的坡面防护最为常见,上述破坏形式应引起设计人员的注意。针对上述类似六棱砖的坡面防护结构,在植被不能起到防护作用的情况下,砖内应充填不宜被冲刷的土体,以发挥防护体的作用。当使用砾石等不宜冲刷的土体填充六棱砖时,坡面土体在水流的作用下,很容易饱和,还需考虑冲蚀的影响。

关于最大降雨强度对于坡面上需要保护的填料粒径范的研究表明,在降雨条件下,坡上土体颗粒需要有效的保护,见图11。可以看出,容易受水流冲刷影响的主要为缺乏粘聚力的粉粒和砂粒及部分砾粒。

目前基坡面防护中,基表面的大量水流及拱形骨架的截流都通过设置在骨架上的截水槽排走,所以应加强骨架自身的整体性、稳定性和长期的抗渗能力,防止因骨架自身差异沉降使其接缝处断裂、水,导致流水冲刷、冲蚀堤内部土体,使土体沉陷,造成坡面防护变进而整体失稳,如图28。

故在六棱砖坡面防护作用下,坡面的稳定是以坡面防护的完整为前提的,当六棱砖及其填充土体在雨、水和外力的作用下不能保证其自身的完整性时,坡面稳定是无法保证的。

图12和图13为既有兰新铁基边坡的状况。

当坡面防护局部受损,将不再能够发挥坡面防护的整体作用,水流将直接侵蚀坡面土体,图14、图15、图16、图17和图18为连霍高速公甘肃段和内蒙某新建高速公的坡面防护情况。

缺乏黏聚力的填料,抵抗水流冲刷的能力弱,一旦坡面部分土体饱和,在渗透压力作用下,土体几乎不能保持稳定,增大了坡面土体流失的机率。若遇到级配不良、粒组缺失的填料,由于填料自身反滤性能的降低,还容易发生冲蚀,这些因素都直接影响堤边坡坡面完整和土体稳定。

3良好的坡面防护

坡面土体流失,坡面冲刷加剧,基侵蚀后,一方面将使邻近土体的受力状态发生改变,加大土体流失的范。对于上述六棱砖坡面防护体系,当六棱砖保持自身稳定时,基坡面土体与六棱砖分离,成为无防护的坡面,造成坡面的持续冲刷,如图21;另一方面,土体流失后使坡面防护失去承载体,导致其产生移甚至翻转,如图22所示。类似于六棱砖的柔性坡面防护在单块砖损坏或者失效后将带来连锁反应,即坡面防护局部失效后,坡面土体失去防护,发生冲刷,侵蚀大面积的基本体,或者使六棱砖失去承载体,防护体方式变形破坏,失去防护能力,如图23。

图11 水上坡面防冲要求[ 1 ]

图28 内蒙古某新建高速堤坡面六棱砖防护

2坡面变形破坏

无粘性或者少黏性的填料在我国西北地区和内蒙古自治区的部分戈壁沙漠地区普遍存在,而且这些地区的降水往往比较集中,容易带来坡面稳定的一些问题。

图24、图25、图26和图27为高速公的菱形骨架和拱形骨架填石边坡防护的状态,其冲刷冲蚀的现象不明显,在肩处存在一些下沉变形,可见坡面防护的完整性对于整个坡面的稳定起到至关重要的作用。