濕陷性黃土高填方邊坡穩(wěn)定性研究

喻斌

摘 要：穩(wěn)定濕陷性黃土的穩(wěn)定性是施工建設(shè)工作的重點(diǎn)。以現(xiàn)階段濕陷性黃土分布情況為基礎(chǔ)，結(jié)合近年來(lái)研究得出的高填方邊坡穩(wěn)定性特點(diǎn)，了解新時(shí)代發(fā)展對(duì)施工項(xiàng)目提出的要求，分析如何有效判斷和解決濕陷性黃土高填方邊坡穩(wěn)定性，以此為項(xiàng)目建設(shè)工作提供有效保障。

關(guān)鍵詞：濕陷性；黃土；高填方；邊坡；穩(wěn)定性

中圖分類號(hào)：TU475.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）32-0195-01

濕陷性黃土是在干旱氣候下形成的，在初期遇到過(guò)少的雨水量會(huì)粘合松散的粉粒，而長(zhǎng)時(shí)間干旱很容易讓所有水分蒸發(fā)，出現(xiàn)以粗顆粒為主體骨架的多孔結(jié)構(gòu)，此時(shí)它在干燥環(huán)境下?lián)碛休^大強(qiáng)度，若是大量降水，會(huì)讓黃土可溶性鹽浸濕被融化，土中交結(jié)力也會(huì)降低，最終在某種作用力下加速土體結(jié)構(gòu)的瓦解，承載力也會(huì)越來(lái)越也低，出現(xiàn)濕陷變形，致使土層出現(xiàn)邊坡沖蝕、塌滑等問(wèn)題。因此研究濕陷性黃土高填方邊坡穩(wěn)定性工作至關(guān)重要，下面對(duì)其進(jìn)行深層探索。

1 案例介紹

本文以某市機(jī)場(chǎng)高填方工程為例，對(duì)濕陷性黃土高填方邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行深層探索。一方面要了解黃土濕陷性的變化規(guī)律，探索實(shí)現(xiàn)性黃土變形機(jī)理，明確高填方邊坡的變形特點(diǎn)；另一方面引用強(qiáng)度折減法計(jì)算本文案例介紹的工程邊坡安全系數(shù)，而后分析最終計(jì)算結(jié)果，明確其對(duì)濕陷性黃土高填方邊坡穩(wěn)定性穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的適應(yīng)性[1]。

2 濕陷性黃土高填方邊坡變形分析

通過(guò)了解實(shí)踐案例可知，變形機(jī)理研究主要分為以下幾點(diǎn)：①溶鹽假說(shuō)。這與水的作用有直接關(guān)系，也就是含水率。土體中的易溶鹽都是通過(guò)微結(jié)晶狀態(tài)出現(xiàn)的，含水率過(guò)低時(shí)，易溶鹽會(huì)出現(xiàn)膠結(jié)，會(huì)讓土體內(nèi)出現(xiàn)內(nèi)部凝結(jié)力，若是含水率提升，這種內(nèi)部凝結(jié)力也會(huì)受到損害，黃土也會(huì)出現(xiàn)潰散問(wèn)題；②毛細(xì)假說(shuō)。黃土的土體間存在大量孔隙，而孔隙中有很多空氣和水分，兩者間會(huì)出現(xiàn)張力，含水率過(guò)低時(shí)張力非常大，含水率過(guò)高時(shí)張力會(huì)慢慢降低直到消失，孔隙中的表面張力若是消失，黃土也會(huì)出現(xiàn)潰散問(wèn)題；③結(jié)構(gòu)假說(shuō)。這種理念是指依據(jù)土體中骨架顆粒的形態(tài)、接觸關(guān)系和排列方式等展現(xiàn)黃土濕陷性；④欠壓密理論。在高溫作用下，土體中的水分會(huì)出現(xiàn)蒸發(fā)問(wèn)題，導(dǎo)致土體中的水分大量消耗，致使很多鹽分被稀釋，土體顆粒出現(xiàn)內(nèi)部凝結(jié)力。除此之外，若是上部覆土層厚度提高，會(huì)增加下部土層的壓力，導(dǎo)致土體顆粒間的內(nèi)部凝結(jié)力難以抵抗壓力，進(jìn)而出現(xiàn)錢亞密問(wèn)題，含水率若是提高，會(huì)直接降低內(nèi)部凝結(jié)力，進(jìn)而導(dǎo)致黃土出現(xiàn)濕陷問(wèn)題。當(dāng)然，除了上述內(nèi)容外，還有其他理論支持，這就需要工作人員在實(shí)踐操作中繼續(xù)深層探索[2]。

3 高填方邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 方法與原理

高填方邊坡的穩(wěn)定性是巖土工程區(qū)域的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，人們一般會(huì)引用安全系數(shù)作為邊坡穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)槠湓砗?jiǎn)單，物理意義直觀，直到現(xiàn)階段其依舊被認(rèn)為是高填方邊坡穩(wěn)定性研究中的重要內(nèi)容?，F(xiàn)階段，用于研究黃土高填方邊坡穩(wěn)定性的方法有很多種，其中最常用到的依舊是有限元分析法和極限平衡法，這兩者在巖土工程中可以廣泛應(yīng)用，前者會(huì)選擇強(qiáng)度折減法，而后者最常用的是畢肖普法，本文主要以強(qiáng)度折減法為例對(duì)所在區(qū)域的濕陷性黃土高填方邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

強(qiáng)度折減法是指依據(jù)持續(xù)降低土體的剪切強(qiáng)度數(shù)據(jù)，最終讓邊坡受到破壞，以此明確邊坡的最危險(xiǎn)滑坡面和相應(yīng)安全系數(shù)。這種方法不需要事先設(shè)定邊坡滑移面，邊坡的最危險(xiǎn)滑移面在強(qiáng)度折減到一定范圍后會(huì)隨之形成。

在強(qiáng)度折減法中定義的穩(wěn)定安全系數(shù)是指：在邊坡達(dá)到臨界破壞點(diǎn)后，折減土體的抗剪強(qiáng)度的情況，因此巖、土體的邊坡安全系數(shù)從一定意義上來(lái)說(shuō)，是指抗剪強(qiáng)度與上臨界破壞的剪切強(qiáng)度的比值[3]。強(qiáng)度折減法的原始是通過(guò)下列兩個(gè)公式對(duì)巖、土體的兩個(gè)折減指標(biāo)C和？準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中CF是指折減后巖、土體的粘結(jié)力，而？準(zhǔn)F是指折減后巖、土體的摩擦角，F(xiàn)trial是這一階段的折減系數(shù)。在此基礎(chǔ)上，工作人員可以對(duì)巖、土體的邊坡實(shí)施模擬研究，折減系數(shù)會(huì)隨之提高，迭代計(jì)算，一直到出現(xiàn)臨界破壞位置后，此時(shí)就可以獲取折減系數(shù)，也就是邊坡的安全系數(shù)FS。具體公式如下所示：

Cf=c/Ftrial

？準(zhǔn)F=tan-1（（tan？準(zhǔn)）/Ftrial）

3.2 強(qiáng)度折減法研究濕陷性黃土高填方邊坡穩(wěn)定性

上文通過(guò)了解強(qiáng)度折減法的工作原理，整合FLAC3D對(duì)本文案例提出的黃土高填方邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行模擬計(jì)算，具體模型如圖1所示：

具體模擬計(jì)算過(guò)程如下：①在CAD中構(gòu)建模型；②導(dǎo)入到ANSYS中實(shí)施單元體的拉伸和網(wǎng)絡(luò)劃分；③將生成的文件放在FLAC3D軟件中進(jìn)行參數(shù)賦值，如定義強(qiáng)度折減函數(shù)、設(shè)計(jì)初始安全系數(shù)的上限與下限、明確計(jì)算循環(huán)的終止條件及設(shè)計(jì)控模型，邊界條件，提出彈性本構(gòu)模型，明確重力加速度等[4]；④在完成上述工作后要進(jìn)行模擬求解；⑤獲取最終輸出結(jié)果。通過(guò)計(jì)算本文案例的安全系數(shù)可知，其濕陷性黃土高填方邊坡是穩(wěn)定性的。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，上文通過(guò)引用強(qiáng)度折減法對(duì)濕陷性黃土高填方邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，可以明確認(rèn)識(shí)到，強(qiáng)度折減法對(duì)黃土高填方邊坡穩(wěn)定性的安全系數(shù)計(jì)算更加簡(jiǎn)單，且工作量更少，因此其作為同類工程黃土高填方邊坡的穩(wěn)定性研究是最常引用的一種方法。另外，施工團(tuán)隊(duì)在選擇濕陷性黃土所在區(qū)域進(jìn)行項(xiàng)目施工前，要做好現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查工作，病整合項(xiàng)目建設(shè)要求和所在區(qū)域特點(diǎn)，提出有效的建設(shè)方案，以此保障項(xiàng)目建設(shè)效率和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]武秉憲.淺談濕陷性黃土高填方路基的填筑方法[J].工程技術(shù)：全文版，2016（11）：178.

[2]郝驍瑋.高填方濕陷性黃土地基處理方案對(duì)比[J].山西建筑，2017（33）：67～68.

[3]管電玲，閻萬(wàn)里.沖擊式壓路機(jī)在濕陷性黃土高填方重載路基上的應(yīng)用[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2001，21（11）：24～25.

[4]李 航，王慶功.淺談濕陷性黃土地區(qū)高填方路基施工質(zhì)量控制要點(diǎn)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2015（36）：192.

收稿日期：2018-10-9

作者簡(jiǎn)介：喻 斌（1987-），男，漢族，甘肅定西人，工程師，本科，主要從事公路養(yǎng)護(hù)工作。