膨脹土對渠道工程穩(wěn)定性的影響及其高效處理方法探討

摘要：膨脹土在渠道工程中引發(fā)的穩(wěn)定性問題尤為顯著，導致不均勻沉降和地質災害頻發(fā)。通過對隴南地區(qū)膨脹土的特性及其與水文條件的關系進行深入分析，提出了一系列高效的處理方法，包括物理隔離、化學改良和排水設計。這些方法通過改善土體結構、降低含水量和增強抗壓強度，從而有效提高渠道工程的穩(wěn)定性和使用壽命。就具體案例的實施效果來看，這些處理措施能夠顯著減少膨脹土對工程的不利影響，確保工程的安全與可靠運行。

關鍵詞：膨脹土；渠道工程；地質災害

膨脹土的特殊性質對基礎設施，特別是渠道工程的穩(wěn)定性構成了重大挑戰(zhàn)。在復雜的地質和氣候條件下，膨脹土的變形特征常導致不均勻沉降、滑坡和泥石流等地質災害，對工程的安全性和使用壽命產(chǎn)生直接威脅。通過探討膨脹土的成因、特性及其對渠道工程的影響，并結合高效的處理方法，為未來的工程設計與管理提供重要參考和實踐依據(jù)，確保基礎設施的安全與可持續(xù)發(fā)展［1］。

1膨脹土的特性及其對渠道工程的影響

膨脹土是一種具有明顯體積變化特性的土壤。其主要特點是，當水分增加時土體體積膨脹，而水分減少時則會發(fā)生收縮。這種獨特的物理性質使膨脹土在工程應用中面臨許多挑戰(zhàn)，尤其是在渠道工程的建設和維護過程中。

膨脹土的物理特性包括高孔隙度和較大的塑性指數(shù)，導致其在水分變化時變形能力顯著。當降雨或地下水位上升時，膨脹土吸水后體積增加，這可能引發(fā)渠道壁體的變形和裂縫，從而影響渠道的形狀和功能。此外，膨脹土中存在的細粒物質和有機成分，使其在濕潤條件下更容易發(fā)生流變現(xiàn)象，進一步加劇了不穩(wěn)定性。

膨脹土的力學特性在工程應用中極為關鍵，尤其是在渠道建設領域。這類土壤的抗壓強度通常較低，容易導致基礎不均勻沉降，從而嚴重損害渠道結構的完整性。此外，不均勻的沉降可能引起水流偏移和滯留，導致水體渾濁度增加和沉積物積累，這不僅削弱了渠道的排水能力，還可能對生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性構成長期威脅。因此，掌握并解決膨脹土的這些特性對渠道的設計和維護至關重要。

膨脹土的分布受地形、氣候及水文條件的影響。例如，在隴南地區(qū)，復雜的地形與膨脹土特性相互作用，使渠道工程面臨更大挑戰(zhàn)。在這些地區(qū)，降水的季節(jié)性變化和土體的高含水量進一步加劇了膨脹土的體積變化，從而對工程的長期穩(wěn)定性造成威脅。

為有效應對膨脹土對渠道工程的影響，設計階段需充分考慮其特性，并采取一系列工程措施。首先，選擇適合的材料用于渠基和邊坡的構建，以提高整體結構的穩(wěn)定性。其次，設計高效的排水系統(tǒng)以降低土體的含水量，從而減小體積變化的幅度。同時，物理隔離和化學改良技術的應用也能顯著增強膨脹土的力學性能，降低潛在風險。通過以上措施，能夠有效降低因膨脹土引發(fā)的地質災害風險，確保渠道的安全與穩(wěn)定，進而保障相關工程的長期可靠性和生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展［2］。

2膨脹土引發(fā)的地質災害類型分析

膨脹土的特殊性質使其在水分變化時體積顯著膨脹或收縮，這種特性直接導致了多種地質災害的發(fā)生，尤其是在渠道工程等基礎設施建設中。不均勻沉降、滑坡和泥石流是膨脹土引發(fā)的常見地質災害，給工程安全和周邊環(huán)境帶來嚴重影響。

不均勻沉降是膨脹土最常見的地質災害之一。膨脹土吸水后體積膨脹，水分流失土體收縮。在施加荷載的情況下，膨脹土的強度不足以承受所施加的壓力，容易出現(xiàn)局部沉降。這種不均勻沉降會導致渠道結構變形，影響水流的正常運行。長時間的不均勻沉降還可能引發(fā)結構裂縫，從而降低渠道的安全性，影響水利工程的功能和穩(wěn)定性。

在陡坡地帶，膨脹土吸水后體積增加，給土壤施加了額外的重力負擔。這種情況下，土體的抗剪強度下降，導致滑坡風險顯著上升。當坡度達到某一臨界值時，土體沿著特定滑動面發(fā)生位移，形成滑坡。這不僅對工程結構造成威脅，還可能對周邊居民和生態(tài)環(huán)境造成嚴重影響。

泥石流也是膨脹土區(qū)域內不可小覷的災害。在極端天氣條件下，如暴雨或融雪，膨脹土會快速吸水并失去穩(wěn)定性，形成流動性極強的泥漿。這些泥漿在坡面上迅速流動，形成泥石流。泥石流攜帶的泥沙和石塊會對下游的基礎設施、農(nóng)田和生態(tài)系統(tǒng)造成極大破壞。其流動速度快、破壞力強，使得防治和管理變得極為復雜，成為災后恢復所面臨的巨大挑戰(zhàn)［3］。

3高效處理膨脹土的技術方法

針對膨脹土引發(fā)的地質問題，采取高效的處理技術是確保工程安全和穩(wěn)定的重要措施。常見的處理技術包括物理隔離、化學改良和排水設計等，這些方法可以有效降低膨脹土的體積變化，改善其力學特性，從而提高工程的整體性能。

物理隔離技術是通過構建物理屏障來阻止水分直接滲入膨脹土中，減小其吸水導致的體積變化。例如，在膨脹土上方鋪設防水膜或防滲材料，形成隔離層，從而減少降水和地下水對土體的影響。這種方法在設計中需要考慮材料的耐久性和施工的可行性。物理隔離能夠有效降低膨脹土的含水量，減少因水分變化引起的膨脹和收縮現(xiàn)象，進而降低不均勻沉降和滑坡的風險。

化學改良技術通過向膨脹土中加入特定的化學劑，以改變其物理和力學性質。常見的改良劑包括石灰、粉煤灰和水泥等，這些材料能夠與膨脹土中的黏土礦物反應，形成新的水合物，增強土體的強度和穩(wěn)定性。例如，石灰的添加不僅可以減少土體的塑性指數(shù)，還能提高其抗壓強度。這種改良方法在施工過程中相對簡單，且對環(huán)境影響較小，適用于各種類型的膨脹土區(qū)域。經(jīng)過化學改良后的土體，通常展現(xiàn)出更好的抗壓和抗剪性能，能夠有效抵御外部荷載和水分變化帶來的影響。

排水設計是處理膨脹土的另一重要技術，旨在降低土體的含水量，從而減小其體積變化。有效的排水系統(tǒng)可以通過設置排水溝、井、管道等方式，引導雨水和地下水遠離膨脹土區(qū)域。合理的排水設計需要綜合考慮土層的水文特征和排水路徑，確保在降雨或有其他水分輸入時，能夠迅速排除多余的水分，保持土體相對干燥。這樣可以顯著降低膨脹土的吸水能力，減少其體積膨脹，降低地質災害的發(fā)生率［4］。

此外，這些處理方法往往可以結合使用，以達到更理想的效果。例如，在進行化學改良的同時，設置合理的排水系統(tǒng)，可以雙重減少膨脹土的變形特性，從而提升工程的整體安全性。通過對不同技術的有效組合，能夠更好地應對膨脹土所帶來的各種挑戰(zhàn)?？傊?，針對膨脹土的處理技術涵蓋了物理隔離、化學改良和排水設計等多種方法，這些技術在實際應用中相輔相成，能夠有效降低膨脹土對工程的不利影響。通過合理的設計與施工，可以顯著提高基礎設施的穩(wěn)定性和安全性，確保工程的長期運行與可持續(xù)發(fā)展。

4案例研究：處理方法在渠道工程中的應用效果在渠道工程中，膨脹土處理方法的有效性往往需借助具體案例來驗證。以下是某渠道工程的實際案例，展示了高效處理方法在應對膨脹土問題中的應用效果。

該項目位于隴南地區(qū)，區(qū)域內膨脹土分布廣泛，施工前對工程地質條件進行了詳細勘察?？辈旖Y果表明，膨脹土特性會引發(fā)嚴重的不均勻沉降和滑坡風險，直接影響到渠道的穩(wěn)定性和水流暢通。因此，在設計階段工程團隊決定采取一系列高效處理方法。

首先，引入物理隔離技術，施工方在渠道的底部和側邊鋪設了防水膜和防滲層，形成有效的隔離屏障。旨在防止降水和地下水直接滲入膨脹土層。經(jīng)過數(shù)月施工，項目完成后，觀察到在強降雨期，防水膜有效阻止了大量水分進入土體，減少了膨脹土的水分變化，從而降低了膨脹和收縮引發(fā)的沉降風險。項目監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，渠道的沉降量保持在設計標準范圍內，確保了水流的正常運行。

項目中的化學改良方法得到了有效應用。工程團隊選用石灰和水泥作為改良劑，將其均勻摻入膨脹土中，以增強土體的力學性能。改良后，土體的抗壓強度顯著提高，塑性指數(shù)降低，展現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性。后續(xù)監(jiān)測結果表明，化學改良法不僅減少了膨脹土的沉降量，還顯著降低了滑坡發(fā)生率，這一系列變化證明了化學改良技術在提升土體強度和改善穩(wěn)定性方面的有效性。

此外，施工團隊還構建了完備的排水網(wǎng)絡，包括排水溝和地下排水管道，以便快速引導降水和地下水，從而降低膨脹土的含水量。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，通過有效的排水處理，土體的含水量保持在較低水平，減少了膨脹現(xiàn)象的發(fā)生。排水系統(tǒng)的設置不僅提高了土體的整體穩(wěn)定性，也確保了在極端天氣條件下的安全，為工程提供了更可靠的保障。這些措施的綜合應用，為項目的成功奠定了堅實基礎，展示了現(xiàn)代土木工程中科學技術的關鍵作用。

在工程實施后的幾個月內，項目組進行了多次現(xiàn)場檢查，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，所有處理方法的結合使用有效地維持了渠道的整體穩(wěn)定性。相比于施工前的預測，該渠道工程在多次強降雨和其他極端天氣事件中表現(xiàn)出良好的抗壓能力和穩(wěn)定性，未出現(xiàn)明顯的沉降或滑坡現(xiàn)象［5］。

綜合這些處理方法的應用效果，該渠道工程的案例驗證了高效處理技術在膨脹土環(huán)境下的有效性。通過物理隔離、化學改良和科學的排水設計，顯著降低了膨脹土對工程的影響，確保了基礎設施的安全與可靠性。該案例不僅為類似項目提供了有益的參考，還為后續(xù)工程的設計和管理提供了寶貴經(jīng)驗，推動了在復雜地質條件下基礎設施建設的可持續(xù)發(fā)展。

5結語

膨脹土的特殊性質對渠道工程的穩(wěn)定性構成了顯著挑戰(zhàn)，增加了不均勻沉降、滑坡和泥石流等地質災害的風險。通過對膨脹土特性及其影響的深入分析，結合物理隔離、化學改良和排水設計等高效處理技術，成功降低了這些風險并確保了工程的安全性。實際案例的應用表明，這些處理方法不僅有效維持了土體的穩(wěn)定性，還提升了工程的整體抗壓能力和使用壽命。

參考文獻：

［1］榮智，魏慶陽.聊城市東昌府區(qū)引黃灌區(qū)渠道工程膨脹土邊坡治理方案分析［J］.水利科技與經(jīng)濟，2021，27（12）：18-21.

［2］趙佳敏.膨脹土地區(qū)渠道襯砌結構穩(wěn)定分析方法研究［D］.楊凌：西北農(nóng)林科技大學，2020.

［3］邢義川.特殊土渠道的穩(wěn)定性［J］.水力發(fā)電學報，2013，32（1）：254-262.

［4］楊濤.干濕循環(huán)作用下膨脹土輸水渠道邊坡穩(wěn)定性分析［D］.石河子：石河子大學，2023.

［5］魏斯斯.膨脹土渠坡穩(wěn)定分析［D］.邯鄲：河北工程大學，2012.

基金項目：甘肅省教育廳2021年度高等學校創(chuàng)新基金項目（2021B427）

作者簡介：王保周，男，講師，碩士，研究方向：工程管理。