防護(hù)方式對(duì)膨脹土邊坡徑滲流的影響

蘇偉勝, 馬敏, 黃震,3*, 羅鵬, 邵羽

(1.廣西新發(fā)展交通集團(tuán)有限公司, 廣西南寧530029;2.廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院, 廣西南寧530004;3.特色金屬材料與組合結(jié)構(gòu)全壽命安全省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣西南寧530004;4.廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司, 廣西南寧530029)

0 引言

膨脹土是一種典型的特殊土,富含蒙脫石等親水礦物,具有顯著的水敏感性[1]。膨脹土在世界范圍內(nèi)廣泛分布,已經(jīng)有超過(guò)40個(gè)國(guó)家和地區(qū)發(fā)現(xiàn)了膨脹土[2]。我國(guó)膨脹土儲(chǔ)量較多,膨脹土的不良工程特性往往會(huì)給工程建設(shè)帶來(lái)巨大的威脅和挑戰(zhàn),因此膨脹土也被稱(chēng)為工程“癌癥”[3]。膨脹土邊坡失穩(wěn)滑坡主要發(fā)生在雨季,是一種常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害。有針對(duì)性地開(kāi)展降雨條件下膨脹土邊坡的有效防護(hù)研究十分重要。

膨脹土邊坡災(zāi)害的發(fā)生往往會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,關(guān)于膨脹土邊坡失穩(wěn)機(jī)制的相關(guān)研究引起了諸多學(xué)者的關(guān)注。模型試驗(yàn)、離心試驗(yàn)和數(shù)值模擬分析是主要研究手段[4]。研究普遍認(rèn)為,降雨入滲及其引發(fā)的邊坡水分變化是造成膨脹土邊坡滑坡的關(guān)鍵因素[5]。首先,周期性干濕交替導(dǎo)致坡面土體形成不規(guī)則且深淺不同的裂縫,破壞了土體的整體性,為雨水入滲提供了直接通道[6-7];其次,降雨后雨水沿裂隙滲入,使土體軟化膨脹,抗剪強(qiáng)度降低,同時(shí)增加了土體的滲透壓和下滑力,隨著降雨的進(jìn)行極易導(dǎo)致膨脹土邊坡發(fā)生滑坡破壞[8-9],因此,膨脹土邊坡的防護(hù)重點(diǎn)是加強(qiáng)排水和保濕的能力。

目前已有大量國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)膨脹土邊坡防護(hù)進(jìn)行了研究。Mohamed等[10]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)膨脹土對(duì)擋土墻結(jié)構(gòu)分布的側(cè)向膨脹壓力與土體深度、含水量及膨脹土類(lèi)型有關(guān)。張雪東等[11]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究了漿砌片石對(duì)膨脹土邊坡的防護(hù)效果,發(fā)現(xiàn)漿砌片石防護(hù)可降低雨水對(duì)坡體水分及膨脹變形的影響。呂建航等[12]通過(guò)開(kāi)展模型試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)土工格柵加筋可以減小膨脹土邊坡含水率的變化。Chen等[13]采用數(shù)值模擬對(duì)土工格柵加筋膨脹土邊坡進(jìn)行研究,得到了不同降雨和加固條件下膨脹土邊坡的安全系數(shù)和滑面深度。唐咸遠(yuǎn)等[14]對(duì)土工格柵和土工格室2種柔性支護(hù)方式進(jìn)行了分析和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。Liu等[15]將土工袋應(yīng)用于南水北調(diào)工程沿線(xiàn)膨脹土邊坡,總結(jié)出土工袋可防止水分遷移并抑制側(cè)向位移。此外,董宏源等[16]進(jìn)行了不同坡度下的膨脹土邊坡模型試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)僅靠放緩坡度并不利于邊坡水分的穩(wěn)定。上述針對(duì)膨脹土邊坡防護(hù)的研究取得了諸多有益的成果,然而,剛性防護(hù)協(xié)調(diào)變形能力較差,不合適對(duì)膨脹土邊坡進(jìn)行長(zhǎng)期支護(hù)。目前應(yīng)用較多的柔性防護(hù)也難以實(shí)現(xiàn)高效的防水、導(dǎo)排作用,無(wú)法從根本上解決降雨入滲引起的坡內(nèi)外水分變化,膨脹土邊坡工程的長(zhǎng)期穩(wěn)定性仍然面臨挑戰(zhàn)。馬少坤等[17]通過(guò)模型試驗(yàn)研究了護(hù)壁材料防護(hù)下邊坡的抗沖刷及抗入滲特性。Ma等[18-19]通過(guò)模型試驗(yàn)驗(yàn)證了高分子防水涂料對(duì)膨脹土邊坡的防護(hù)效果,并研究了防護(hù)層覆蓋率對(duì)雨水入滲特性的影響。相關(guān)研究均未考慮不同坡度下防護(hù)方式對(duì)膨脹土邊坡降雨徑流及入滲規(guī)律的影響,因此需進(jìn)一步進(jìn)行邊坡防護(hù)研究。

本研究基于防滲護(hù)壁材料開(kāi)展3種防護(hù)類(lèi)型及3種坡度下的膨脹土邊坡模型試驗(yàn),監(jiān)測(cè)并分析邊坡產(chǎn)流時(shí)間、徑流量、徑流速率和土體含水率隨時(shí)間的變化規(guī)律,探討防護(hù)方式對(duì)膨脹土邊坡徑滲流的影響,研究成果可為不同坡度下的膨脹土邊坡防護(hù)及控制邊坡含水率穩(wěn)定提供指導(dǎo)和借鑒意義。

1 試驗(yàn)材料

1.1 膨脹土

研究區(qū)域位于中國(guó)華南地區(qū),雨熱資源豐富,膨脹土分布廣泛。本試驗(yàn)所用膨脹土取自南寧市興寧區(qū),土體干燥后呈灰白色。根據(jù)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50123—2019)對(duì)膨脹土的基本物理參數(shù)進(jìn)行測(cè)定。試驗(yàn)膨脹土的基本物理指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)膨脹土的基本物理指標(biāo)Tab.1 Basic physical indices of test expansive soil

1.2 防滲護(hù)壁材料

試驗(yàn)所用的防滲護(hù)壁材料是一種具有高固體質(zhì)量濃度的水性橡膠基高分子防水涂料,液態(tài)外觀呈灰黑色膏狀,干燥固化后形成具有一定彈塑性的黑色防水涂層,防滲護(hù)壁材料如圖1所示。護(hù)壁材料的主要原材料包括固體橡膠、軟化劑、增黏樹(shù)脂、抗老化劑、抗氧劑及填料等。制作護(hù)壁材料的主要工序包括混合改性、乳化及攪拌等。護(hù)壁材料具有優(yōu)異的防水性能、抗竄水性能、耐熱性能及延展性能。根據(jù)《建筑構(gòu)件連接處防水密封膏》(JG/T 501—2016)對(duì)護(hù)壁材料的物理力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試,護(hù)壁材料的基本物理力學(xué)性能見(jiàn)表2。

(a) 液態(tài)

表2 護(hù)壁材料的基本物理力學(xué)性能Tab.2 Basic physical and mechanical properties of polymer waterproof coating material

此外,選用徑厚比較大、呈片狀結(jié)構(gòu)的云母粉作為填料,當(dāng)護(hù)壁材料固化時(shí),片狀結(jié)構(gòu)在表面張力作用下逐漸平行、堆疊排列,最終形成致密的層狀結(jié)構(gòu)涂層,使得水分難以在涂層中進(jìn)行遷移和滲透,同時(shí)護(hù)壁材料的吸水率(48 h)僅為3.8%,說(shuō)明護(hù)壁材料不易變形和滲水,耐水性能優(yōu)異。

1.3 土工材料

試驗(yàn)中用到的土工材料如圖2所示。圖2中的高性能無(wú)紡布是一種皮芯結(jié)構(gòu)的材料,其延伸性和強(qiáng)度性能優(yōu)異。在實(shí)際工程應(yīng)用中,一般將高性能無(wú)紡布與護(hù)壁材料結(jié)合使用,以形成更高強(qiáng)度、更耐磨損的護(hù)壁材料防護(hù)層。該護(hù)壁材料防護(hù)層為夾心結(jié)構(gòu),即最上和最下層為護(hù)壁材料,中間層為無(wú)紡布。試驗(yàn)所用三維植被網(wǎng)的主要成分為高密度聚乙烯,其表層為波浪狀的泡網(wǎng),底部2層為雙向拉伸的平面網(wǎng)。土工材料的性能參數(shù)見(jiàn)表3。

(a) 無(wú)紡布

表3 土工材料的性能參數(shù)Tab.3 Performance parameters of geosynthetics

2 試驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)裝置

本試驗(yàn)采用自行設(shè)計(jì)的降雨裝置如圖3所示。降雨裝置的尺寸為1 660 mm×1 220 mm×2 400 mm(長(zhǎng)度×寬度×高度)。降雨裝置主要由降雨架、降雨噴淋系統(tǒng)、模型箱以及雨水收集裝置等構(gòu)成。降雨架主體由不同規(guī)格的型鋼焊接而成,降雨噴淋系統(tǒng)包括蓄水箱、水泵、輸水管及霧化噴頭。模型箱的尺寸為1 350 mm×400 mm×250 mm(長(zhǎng)度×寬度×高度)。模型箱的端部設(shè)置梯形出水口模塊,高度為50 mm,寬度為150 mm。在模型箱另一側(cè)端部擋板上預(yù)留引線(xiàn)孔,便于埋設(shè)傳感器時(shí)將導(dǎo)線(xiàn)引出。在模型箱接縫處涂刷防水涂料,以減小對(duì)邊坡水分及徑流量的影響。

圖3 降雨裝置Fig.3 Rainfall test device

降雨架頂部安裝輸水管及霧化噴頭,每個(gè)模型箱正上方均勻設(shè)置3個(gè)噴頭。降雨架中層通過(guò)焊接預(yù)設(shè)3個(gè)活動(dòng)框,用以放置并固定模型箱,可通過(guò)上下轉(zhuǎn)動(dòng)活動(dòng)框以模擬不同角度的膨脹土邊坡。降雨裝置四周安裝防水布,減小外界環(huán)境及空氣流動(dòng)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的影響。

2.2 邊坡模型填筑

將膨脹土進(jìn)行曬干、粉碎處理,過(guò)孔徑為2 mm篩。測(cè)定膨脹土的風(fēng)干含水率,再均勻加水使膨脹土達(dá)到試驗(yàn)所需的含水率(15.1%),在密封箱中燜制24 h。采用分層壓實(shí)的方法進(jìn)行邊坡模型的填筑,每層土體壓實(shí)高度為25 mm。邊坡模型填筑過(guò)程中控制膨脹土的壓實(shí)度為90%,土體密度為1.8 g/cm3。

膨脹土邊坡模型的尺寸為1 200 mm×400 mm×200 mm (長(zhǎng)度×寬度×高度),邊坡坡面與出水口齊平,便于雨水排出。試驗(yàn)共填筑3種類(lèi)型的膨脹土邊坡,膨脹土邊坡模型如圖4所示。第一種為裸露無(wú)防護(hù)邊坡(一類(lèi)邊坡)。第二種為護(hù)壁材料防護(hù)的邊坡(二類(lèi)邊坡),該類(lèi)邊坡依次在坡面進(jìn)行噴涂護(hù)壁材料、鋪設(shè)PET無(wú)紡布、再次噴涂護(hù)壁材料的工序,形成厚度約為1.5 mm的護(hù)壁材料防護(hù)層并完全覆蓋坡面。第三種為三維植被網(wǎng)和護(hù)壁材料共同防護(hù)的邊坡(三類(lèi)邊坡),該類(lèi)邊坡首先鋪設(shè)并固定三維植被網(wǎng),然后再?lài)娡孔o(hù)壁材料,形成三維植被網(wǎng)+護(hù)壁材料防護(hù)層。由于三維植被網(wǎng)表層泡網(wǎng)的存在,在噴涂護(hù)壁材料的過(guò)程中涂料無(wú)法完全覆蓋網(wǎng)格,因此在表面形成少量孔隙。護(hù)壁材料每平方米的用量為2.5 kg,均勻施工,施工結(jié)束后需對(duì)其養(yǎng)護(hù)72 h。

(a) 一類(lèi)邊坡

2.3 傳感器布置

每個(gè)邊坡模型中均埋設(shè)有4個(gè)土壤水分傳感器,可監(jiān)測(cè)土壤體積含水率的變化規(guī)律。傳感器尺寸為70 mm×45 mm×18.5 mm (長(zhǎng)度×寬度×高度),其探針長(zhǎng)度為62 mm。土壤水分傳感器分別埋設(shè)在靠近坡腳和坡中的位置,埋設(shè)深度分別為垂直坡面以下50 mm和150 mm,傳感器編號(hào)及具體布置方式如圖5所示。圖5中M1、M2、M3、M4分別為埋設(shè)的含水率傳感器。傳感器的導(dǎo)線(xiàn)通過(guò)引線(xiàn)孔引出后連接數(shù)據(jù)采集儀,可避免導(dǎo)線(xiàn)從坡面引出時(shí)雨水沿導(dǎo)線(xiàn)滲入邊坡從而影響含水率變化規(guī)律。

圖5 水分傳感器布置圖Fig.5 Moisture sensor arrangement diagram

2.4 試驗(yàn)方法

3類(lèi)邊坡均分別填筑30°、45°和60°這3個(gè)坡度進(jìn)行模型試驗(yàn),共計(jì)填筑9組邊坡模型。根據(jù)《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50085—2007)提出的公式對(duì)降雨噴灑均勻系數(shù)進(jìn)行測(cè)定,其表達(dá)式為

(1)

式中：Cu為降雨噴灑均勻系數(shù),%;Δh為降雨噴灑水深的平均離差,mm;h為降雨噴灑水深的平均值,mm。其中,參數(shù)Δh和h可分別通過(guò)公式(2)和公式(3)計(jì)算得到。

(2)

(3)

式中hi為測(cè)點(diǎn)的降雨噴灑水深,mm。經(jīng)測(cè)定降雨噴灑均勻系數(shù)大于80%,滿(mǎn)足降雨均勻性要求。

從打開(kāi)降雨裝置開(kāi)始計(jì)時(shí),到出水口有水流產(chǎn)出的時(shí)間記為坡面產(chǎn)流時(shí)間,即坡面徑流匯聚產(chǎn)生的時(shí)間。試驗(yàn)過(guò)程中每間隔5 min更換一次模型箱出水口下方的集水箱,試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)集水箱中的過(guò)濾清水進(jìn)行測(cè)定,得到的結(jié)果即為坡面徑流量。單次降雨持續(xù)時(shí)間為150 min,降雨結(jié)束后繼續(xù)對(duì)邊坡含水率進(jìn)行監(jiān)測(cè),一次完整試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)為720 min。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 膨脹土邊坡產(chǎn)流時(shí)間變化規(guī)律

不同防護(hù)類(lèi)型膨脹土邊坡的產(chǎn)流時(shí)間及其擬合曲線(xiàn)如圖6所示。從圖6中可看出,防護(hù)方式對(duì)坡面產(chǎn)流時(shí)間的影響顯著,二類(lèi)邊坡的產(chǎn)流時(shí)間明顯短于一類(lèi)、三類(lèi)邊坡。二類(lèi)邊坡為防滲護(hù)壁材料防護(hù)邊坡,防水性能較好,雨水無(wú)法滲透護(hù)壁材料防護(hù)層。當(dāng)降雨開(kāi)始后,雨水直接在防護(hù)層表面凝聚并順坡面排出。一類(lèi)邊坡無(wú)防護(hù),雨水首先滲入土體,當(dāng)表層土體接近飽和、持水能力減弱后,坡面才逐漸形成徑流,因此其產(chǎn)流時(shí)間顯著長(zhǎng)于其他邊坡。三類(lèi)邊坡的三維植被網(wǎng)與護(hù)壁材料結(jié)合形成了凹凸形狀的防護(hù)層,雨水在防護(hù)層上產(chǎn)生徑流時(shí)其流向不斷被改變導(dǎo)致形成大量的小渦流,徑流向下的勢(shì)能受到損失,流速下降[20]。同時(shí),防護(hù)層存在的孔隙允許少量雨水入滲,因此三類(lèi)邊坡雖具有良好的防水性能,但坡面產(chǎn)流時(shí)間較長(zhǎng)。

由圖6可知,在相同防護(hù)方式下,邊坡坡度越大,產(chǎn)流時(shí)間越短。坡度越大,坡面徑流受到的下滑力更大,從而使流速增加,產(chǎn)流時(shí)間變短。對(duì)邊坡產(chǎn)流時(shí)間與坡度之間的關(guān)系進(jìn)行擬合,擬合效果較好。一類(lèi)、三類(lèi)邊坡的產(chǎn)流時(shí)間與坡度之間呈冪函數(shù)關(guān)系,二類(lèi)邊坡產(chǎn)流時(shí)間與坡度之間近似呈線(xiàn)性關(guān)系,說(shuō)明坡度越大具有越好的截水導(dǎo)排性能;但陡坡穩(wěn)定性較差,緩坡導(dǎo)排速度慢易積水,均不利于邊坡穩(wěn)定,因此實(shí)際工程中宜對(duì)膨脹土邊坡適當(dāng)放緩坡度,并加強(qiáng)坡面防水。此外,二類(lèi)邊坡在不同坡度下的產(chǎn)流時(shí)間相差較小,主要原因是由于護(hù)壁材料防護(hù)層的防水性較好,表面粗糙度較低。試驗(yàn)結(jié)果表明,坡面防護(hù)方式及防護(hù)層形態(tài)對(duì)產(chǎn)流時(shí)間的影響顯著。

3.2 膨脹土邊坡徑流規(guī)律

不同防護(hù)類(lèi)型不同坡度膨脹土邊坡在降雨過(guò)程中徑流量的變化規(guī)律如圖7所示。由圖7可知,3種邊坡徑流量變化規(guī)律一致,均隨時(shí)間的增加而增大。二類(lèi)邊坡的徑流量最大,三類(lèi)邊坡的徑流量與二類(lèi)邊坡的接近。一類(lèi)邊坡的徑流量最小,與坡面防護(hù)層的防水抗入滲性能相關(guān)。此外,在相同防護(hù)方式下,徑流量隨坡度的增加表現(xiàn)出減小趨勢(shì)。在本試驗(yàn)中,降雨噴頭位置固定,在向上旋轉(zhuǎn)模型箱以增加邊坡坡度的同時(shí),坡面在水平面上的投影范圍逐漸縮小。與此同時(shí),豎直方向上雨水落在坡面的量減少,相當(dāng)于有效降雨范圍減小,因此導(dǎo)致坡度增大后徑流量有減小趨勢(shì)。

(a) 30°邊坡

為了更好地反映邊坡坡面徑流量的大小和增加程度,考慮將單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位坡面面積的徑流量定義為徑流速率,其計(jì)算公式為

(4)

式中：Kr為徑流速率,L/(min·m2);V為單次收集得到的徑流量,L;T為單次徑流量收集的持續(xù)時(shí)間,min;S為降雨坡面的面積,m2。邊坡徑流速率越大則表示該段時(shí)間內(nèi)徑流量越大,徑流速率的增減幅度可反映徑流量的增加快慢。

不同防護(hù)類(lèi)型及坡度膨脹土邊坡在降雨過(guò)程中徑流速率的變化規(guī)律如圖8所示。從圖8中可看出,二類(lèi)邊坡前期的徑流速率遠(yuǎn)大于一類(lèi)、三類(lèi)邊坡。一類(lèi)邊坡前期雨水入滲量較大導(dǎo)致徑流量較小,同時(shí)三類(lèi)邊坡前期由于三維立體防護(hù)層的截水阻流作用、孔隙處雨水下滲同樣致使徑流量較小,因此這2類(lèi)邊坡前期的徑流速率較小。一類(lèi)、三類(lèi)邊坡的徑流速率在前15 min從較小的值迅速增加,說(shuō)明這段時(shí)間徑流量的增加幅度較大。二類(lèi)邊坡的徑流速率在前15 min小幅增加,然后基本保持穩(wěn)定,說(shuō)明護(hù)壁材料防護(hù)層具有高效且穩(wěn)定的導(dǎo)排水效果。一類(lèi)邊坡降雨中期的徑流速率基本保持穩(wěn)定,但在降雨后期呈現(xiàn)出小幅增加趨勢(shì),原因可能是此時(shí)表層土體趨于飽和、雨水不再入滲所致。此外,在相同防護(hù)方式下,坡度越大,徑流速率越小,這是由徑流量的變化規(guī)律而導(dǎo)致。

(a) 30°邊坡

由上述分析可知,一類(lèi)邊坡徑流速率的變化模式為迅速大幅增加→基本穩(wěn)定→緩慢增加;二類(lèi)邊坡徑流速率的變化模式為小幅增加→基本穩(wěn)定;三類(lèi)邊坡徑流速率的變化模式為迅速大幅增加→基本穩(wěn)定。3類(lèi)邊坡的徑流速率最終趨于相同,但使用護(hù)壁材料進(jìn)行防護(hù)的二類(lèi)、三類(lèi)邊坡能更早地達(dá)到穩(wěn)定的徑流速率。由此可見(jiàn),加強(qiáng)膨脹土邊坡坡面防護(hù)結(jié)構(gòu)的防水性能意義重大,可加速坡面雨水的排出,使邊坡快速達(dá)到高效穩(wěn)定的排水狀態(tài),保持邊坡水分穩(wěn)定。

3.3 膨脹土邊坡含水率變化規(guī)律

邊坡防護(hù)方式的防水性能是影響雨水入滲量的重要因素,同時(shí)雨水入滲會(huì)直接引起土體含水率變化。3種不同防護(hù)方式下30°膨脹土邊坡含水率隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖9所示。從圖9中可見(jiàn),降雨對(duì)一類(lèi)邊坡土體含水率的影響較大,且淺層土體含水率的變化幅度顯著大于深層土體。一類(lèi)邊坡測(cè)點(diǎn)的含水率最早從140 min開(kāi)始顯著增加,三類(lèi)邊坡測(cè)點(diǎn)的含水率從400 min開(kāi)始小幅增加,說(shuō)明降雨引起的含水率變化具有滯后性。二類(lèi)邊坡含水率無(wú)明顯變化。邊坡含水率變化主要集中在50 mm埋深處,且一類(lèi)邊坡50 mm深度處土體含水率的變化值顯著大于其他邊坡。含水率變化幅度可間接反映雨水的入滲程度,試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明一類(lèi)邊坡的雨水入滲量顯著大于二類(lèi)、三類(lèi)邊坡的。

(a) 坡腳測(cè)點(diǎn)

不同防護(hù)方式下45°和60°邊坡含水率的變化規(guī)律分別如圖10、11所示。從圖10中可分別看出,45°和60°邊坡含水率的變化模式與30°邊坡相似,一類(lèi)邊坡含水率的變化幅度遠(yuǎn)大于其他邊坡的。不同坡度下各類(lèi)邊坡50 mm埋深處測(cè)點(diǎn)含水率變化值見(jiàn)表4。以30°邊坡測(cè)點(diǎn)M1為例,一類(lèi)邊坡的含水率變化值為13.01%,而二類(lèi)、三類(lèi)邊坡的含水率變化值僅為0.07%和1.22%。同時(shí),同一邊坡坡腳含水率的變化幅度大于坡中的,這是由于雨水在重力作用下向下滲流所致。此外,隨著邊坡坡度的增大,測(cè)點(diǎn)含水率的變化幅度呈減小趨勢(shì)。

(a) 坡腳測(cè)點(diǎn)

(a) 坡腳測(cè)點(diǎn)

表4 各邊坡50 mm埋深處測(cè)點(diǎn)含水率變化值Tab.4 Variation of water content at 50 mm depth of measuring points of each slope %

結(jié)合圖9—11可看出,一類(lèi)、三類(lèi)邊坡3個(gè)坡度下的土體含水率僅在50 mm埋深處表現(xiàn)出明顯變化,這是由于膨脹土的滲透系數(shù)較小,雨水難以入滲所致,深層土體含水率基本保持穩(wěn)定。二類(lèi)邊坡3個(gè)坡度下的含水率均無(wú)明顯變化,說(shuō)明通過(guò)有效的防護(hù)方式抑制雨水滲入邊坡的重要性。降雨入滲及其引起的土體含水率變化是造成膨脹土邊坡滑坡的關(guān)鍵因素。通過(guò)采用防滲護(hù)壁材料對(duì)膨脹土邊坡進(jìn)行防護(hù),即使在降雨條件下,各個(gè)坡度下膨脹土邊坡的含水率均能保持穩(wěn)定,有利于邊坡穩(wěn)定。

4 結(jié)論

采用防滲護(hù)壁材料對(duì)膨脹土邊坡進(jìn)行防護(hù),通過(guò)開(kāi)展9組不同防護(hù)方式以及不同坡度下的膨脹土邊坡模型試驗(yàn),研究了降雨條件下邊坡雨水徑流和入滲的相關(guān)特性及變化規(guī)律,得到以下主要結(jié)論：

①膨脹土邊坡坡面防護(hù)方式對(duì)邊坡產(chǎn)流時(shí)間的影響顯著,坡面防護(hù)層防水性能越好,產(chǎn)流時(shí)間越短。同時(shí),邊坡坡度越大,坡面產(chǎn)流時(shí)間越短。一類(lèi)、三類(lèi)邊坡的產(chǎn)流時(shí)間與坡度呈冪函數(shù)關(guān)系,二類(lèi)邊坡的產(chǎn)流時(shí)間與坡度呈線(xiàn)性關(guān)系。

②在相同降雨條件下,二類(lèi)邊坡的總徑流量最大,三類(lèi)、一類(lèi)邊坡次之。3種邊坡的徑流速率具有不同的變化模式。使用防滲護(hù)壁材料防護(hù)的膨脹土邊坡表現(xiàn)出更好的截水導(dǎo)排性能,可保證邊坡在雨季及時(shí)將坡面徑流高效排出。

③降雨入滲對(duì)二類(lèi)邊坡含水率的影響顯著小于其他2類(lèi)邊坡的。使用護(hù)壁材料進(jìn)行防護(hù)效果顯著,防護(hù)層可有效抑制雨水入滲。護(hù)壁材料防護(hù)邊坡在多種坡度下均表現(xiàn)出較好的水穩(wěn)性能,有利于保持膨脹土邊坡的穩(wěn)定性。從高效排水及防滲的角度考慮,建議在實(shí)際工程中增強(qiáng)膨脹土邊坡坡面防護(hù)結(jié)構(gòu)的防水和導(dǎo)排性能。