水利工程基巖邊坡穩(wěn)定性中凍融作用的影響

【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展步伐的加快，我國(guó)各項(xiàng)工程施工項(xiàng)目數(shù)量也出現(xiàn)明顯增加的情況。在水利工程建設(shè)中，由于凍融作用對(duì)其基巖邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)所產(chǎn)生的影響是極為重大的，由此，關(guān)于凍融作用在水利工程基巖邊坡穩(wěn)定性探討也成為了人們更加關(guān)注的問題。本文便從凍融作用的內(nèi)涵出發(fā)，并對(duì)凍融作用在水利工程施工中的影響作用展開研究，以期為各位讀者提供參考。

【關(guān)鍵詞】水利工程；基巖邊坡；穩(wěn)定性；凍融作用

我國(guó)的地理?xiàng)l環(huán)境件較為復(fù)雜，不同區(qū)域所呈現(xiàn)的地質(zhì)條件、氣候條件也是情況各異的。而在許多水利工程施工區(qū)域中，卻容易出現(xiàn)凍融情形，并給施工工程的邊坡穩(wěn)固帶來巨大影響。據(jù)此，本文針對(duì)凍融作用在水利工程基層邊坡穩(wěn)定中的影響內(nèi)容所做出的分析，也便具有了十分深刻的現(xiàn)實(shí)意義。

1、凍融作用的相關(guān)概述

凍融作用是在寒冷的氣候條件下，巖層或土壤中的凍冰在晚上凍結(jié)又在白天融化的循環(huán)性的凍融過程。亦或者是在夏季進(jìn)行融化，在冬季完成融化，在此期間的整個(gè)階段都被稱作“凍融作用”。通常情況下，凍融作用可以表現(xiàn)為三種不同的情形：其一是凍融風(fēng)化。指的是在巖縫或土層中存在水，在晝升夜降的溫度變化中，縫隙中所存在的水分能夠通過凍結(jié)將巖石撐裂，利用這種膨脹所產(chǎn)生的壓力將巖土碎石碎化成更加細(xì)小的物質(zhì)成分。而這種凍融風(fēng)化的現(xiàn)象也在凍融作用中較為常見。其二是凍融泥流。具體指的是當(dāng)土層的上部出現(xiàn)解凍時(shí)，其融化的水能夠讓松散的土層形成飽和，而此時(shí)達(dá)到水分飽和的土質(zhì)也可以在重力的作用下出現(xiàn)斜坡蠕動(dòng)的情形。其三是凍融擾動(dòng)。該種表現(xiàn)形式指的是沉積多年的凍土活動(dòng)層因?yàn)槭軆觯瑥亩趦?nèi)部形成擠壓變形，進(jìn)而導(dǎo)致土層結(jié)構(gòu)出現(xiàn)改變的情況。

總的來說，環(huán)境溫度的變化能夠使得礦物的內(nèi)部產(chǎn)生膨脹或收縮，而這種變化會(huì)直接造成巖石結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損害。這些凍融作用不僅容易造成山體滑坡，同時(shí)也給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來巨大威脅。因而，研究?jī)鋈谧饔脤?duì)于基巖邊坡的穩(wěn)定影響，才可以使得凍融循環(huán)情況下的巖石避免損失進(jìn)一步擴(kuò)展，進(jìn)而也達(dá)到保護(hù)邊坡的質(zhì)量穩(wěn)定與保障施工人員安全的目的。

2、凍融作用對(duì)于水利工程基巖邊坡穩(wěn)定性所造成的影響

凍融作用能夠?qū)λこ袒鶎舆吰路€(wěn)定所帶來的影響，簡(jiǎn)要概括起來主要囊括了以下方面的內(nèi)容。

第一，凍融作用對(duì)土層巖石結(jié)構(gòu)的影響。凍融作用對(duì)于改變土體土質(zhì)的機(jī)理結(jié)構(gòu)有著顯著效果。首先，從土質(zhì)內(nèi)部進(jìn)行微觀分析，土壤成分本身便是顆粒、礦物或團(tuán)聚體的重組或破碎。對(duì)于不同的土體結(jié)構(gòu)來說，凍融作業(yè)所產(chǎn)生的影響效果也是有所區(qū)別的。例如，對(duì)于黏質(zhì)粉土與黏土來說，這兩種土壤顆粒構(gòu)成不同的土質(zhì)來說，凍融作用所起到的影響程度與影響模式也是迥然不同的。經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)表明，凍融作用對(duì)于土體結(jié)構(gòu)所造成的改變，可以大致分為兩個(gè)方面：其一，凍融作用能夠讓顆粒較大的礦物粒子產(chǎn)生破裂。其二，凍融作用對(duì)于孔隙形態(tài)的影響還體現(xiàn)在改變微小顆粒上，凍融能夠使得微小顆粒出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象。綜合來說，凍融作用對(duì)于土體的結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的影響與最初的土體狀態(tài)有著密不可分的關(guān)系，所以土壤顆粒粒徑的分布、初始的含水量、孔隙狀態(tài)等，都對(duì)凍融效果極為重要。

第二，凍融作用對(duì)于土體的物理性質(zhì)也會(huì)造成巨大影響。這其中主要涉及以下方面的內(nèi)容：首先，土體的基本物理參數(shù)會(huì)出現(xiàn)改變。有關(guān)土體的物理參數(shù)值變化，需要對(duì)四種類型的土質(zhì)展開滲透性實(shí)驗(yàn)，從而才能獲得準(zhǔn)確的物理參數(shù)值。從當(dāng)前已知的科學(xué)結(jié)論中不難看出，凍融作業(yè)對(duì)于土體所產(chǎn)生的物理性質(zhì)影響，同實(shí)驗(yàn)條件、土體狀態(tài)都有著密不可分的關(guān)聯(lián)。在反復(fù)的凍融循環(huán)過程中，土質(zhì)中的塑性指數(shù)、表面積值、液塑限等都會(huì)出現(xiàn)增大情況。

其次，土體會(huì)出現(xiàn)一種“臨界值”形象。在凍融循環(huán)時(shí)，由于土體的密度、滲透性、壓實(shí)度、液塑限、超固結(jié)比、孔隙比、阻尼比、電阻率等物理參數(shù)都與之相關(guān)，所以初始值的不同也會(huì)造成即便為同樣的物理參數(shù)，在經(jīng)過凍融循環(huán)作用后所顯現(xiàn)的變化規(guī)律也是不同的。但是盡管這些土體參數(shù)值產(chǎn)生各種各樣的變化，在循環(huán)往復(fù)的凍融后也能夠達(dá)到一個(gè)漸趨穩(wěn)定的“臨界點(diǎn)”，而這一重要節(jié)點(diǎn)則被稱作“臨界值”。簡(jiǎn)要來說即土體的作用變化是極為多樣的，但是一旦土體達(dá)到某一“臨界值”狀態(tài)后，該土體的物理參數(shù)便可以維持在一個(gè)相對(duì)較為固定的范圍內(nèi)，從而使得物理參數(shù)再不會(huì)隨著凍融作用的產(chǎn)生而變化。當(dāng)下，人們對(duì)于凍融循環(huán)所能給土體施工所帶來的影響更加具有清晰的認(rèn)識(shí)。這也使得廣大工作人員可以在工程挖掘與施工中可以最大限度的保持土體的穩(wěn)定，從而降低與避免凍融作用對(duì)邊坡土質(zhì)穩(wěn)定帶來的惡劣影響。

第三，凍融作用還會(huì)對(duì)土體關(guān)于力學(xué)的性質(zhì)構(gòu)成影響。其中主要包含了以下方面的內(nèi)容：其一，對(duì)于土體的強(qiáng)度與模量會(huì)產(chǎn)生改變。在凍融循環(huán)的過程中，其循環(huán)次數(shù)越多，該土質(zhì)的單軸抗壓強(qiáng)度與抗剪性也就更強(qiáng)。當(dāng)其強(qiáng)度參數(shù)漸漸趨于穩(wěn)定后，此時(shí)土體的壓縮模量、回彈模量、動(dòng)態(tài)模量以及彈性模量等參數(shù)值也都會(huì)降低，其力學(xué)參數(shù)值也會(huì)在20%-60%的范圍中進(jìn)行衰減。其二，力學(xué)性質(zhì)中的抗剪度指標(biāo)也會(huì)受到凍融作用的影響出現(xiàn)變化。這種影響作用雖然效果較為突出，同時(shí)其差異也往往較大。由于凍融的循環(huán)作用，使得尺寸的孔隙數(shù)量可以得到大幅增加，但是在總面積固定的情況下，孔隙所占據(jù)的面積比例則會(huì)隨之減小，所以土壤顆粒之間便會(huì)出現(xiàn)更多的接觸點(diǎn)。這樣既有利于顆粒之間摩擦力的發(fā)揮，同時(shí)礦物密度與膠結(jié)力也會(huì)受到破壞，從而導(dǎo)致經(jīng)過凍融后的土質(zhì)其粘聚力會(huì)逐漸降低，其摩擦角則會(huì)增大。

結(jié)束語

加強(qiáng)凍融作用在水利工程基巖邊坡穩(wěn)定性中的影響內(nèi)容研究，不僅有利于減少凍融作用對(duì)于邊坡穩(wěn)定帶來的不利影響，使得水利工程的邊坡可以持久穩(wěn)固，同時(shí)相關(guān)的方法探究對(duì)于降低工程損害，保障施工企業(yè)效益也有著顯著作用。只有不斷深化凍融作用的內(nèi)容與防治方法探索，并將獲得的有益經(jīng)驗(yàn)積極利用到施工中，才能使得基巖邊坡能夠獲取優(yōu)異的穩(wěn)定效果，進(jìn)而促進(jìn)整個(gè)行業(yè)的繁榮發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]周志東，劉武.高原寒區(qū)凍融作用對(duì)水利工程基巖邊坡穩(wěn)定性影響分析[J].冰川凍土，2015，05：1268-1274.

[2]劉杰，王飛，楊渝南，雷嵐等.凍融循環(huán)中低應(yīng)力水平加卸載作用下砂巖物理特性研究[J].水利水電技術(shù)，2016，11：129-135.

第一作者簡(jiǎn)介：陳宗明 （1966年01月01日）， 漢族，男，青海省海東市平安區(qū)人，專科，水利工程師：從事水利水電工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)工作。