膨胀土边坡的破坏机理及防治措施

常晓蕾

摘 要：在将膨胀土应用于实际工程之前，需要采取一定的技术措施来处理其独特的吸水膨胀、失水收缩的特性。在处理过程中，需要运用正确的处理方法，否则会带来严重的隐患问题，造成不必要的损失。本文首先分析膨胀土边坡的破坏特征与机理，然后阐述膨胀土边坡防治的原则，最后提出膨胀土边坡防治措施。

关键词：膨胀土;边坡;破坏机理;防治原则;防治措施

中图分类号：TU443 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）25-0103-02

Abstract： Before applying expansive soil to practical engineering， some technical measures should be taken to deal with its unique characteristics of water absorption expansion and water loss shrinkage. In the process of treatment， we need to use the correct treatment method， otherwise it will bring serious hidden trouble and cause unnecessary loss. This paper first analyzes the failure characteristics and mechanism of expansive soil slope， and then expounds the prevention and control principles of expansive soil slope， and finally puts forward the prevention and control measures of expansive soil slope.

Keywords： expansive soil;side slope;failure mechanism;prevention and control principle;prevention and control measures

1 膨胀土边坡的破坏特征

1.1 季节性

由于膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩的物理特性，因此雨水会影响膨胀土的工程性能。据统计显示，膨胀土边坡坍塌、溜塌、滑坡及失稳等现象往往出现在降雨期间。由于雨水的持续渗入与供给，导致膨胀土出现膨胀、松软的现象，严重影响工程应用。因此，雨季对膨胀土边坡的破坏性极大，膨胀土边坡的破坏呈现出季节性特点。

1.2 浅层性

膨胀土边坡的破坏特征还具有浅层性的特点。受恶劣环境的影响，膨胀土会发生胀缩、风化等现象，促使土体出现裂隙与风化带，严重影响基体材料的力学性能，造成边坡失稳的现象，且滑面较浅。

1.3 渐进性或牵引性

膨胀土边坡的破坏特征具有明显的渐进性或牵引性。膨胀土边坡在坍塌、溜塌、滑坡及失稳时，往往是从边坡的底部或腰部开始的。由于底部或腰部的松动，导致上层土体支撑不足，从而引发上层土体的滑落，形成渐进性滑坡。

2 膨胀土边坡破坏机理

由于膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩的物理特性，因此水在膨胀土边坡的破坏机理中发挥着重要作用。研究表明，雨水的持续渗入是膨胀土边坡破坏的重要因素。在降雨期间，雨水持续渗入土体中，导致孔压升高，从而造成土体强度降低。同时，还需要注意膨胀土的裂隙结构，在处理边坡破坏问题时，采取的处理方式不同于一般土体，需要特殊处理处置。

雨水与裂隙的存在，在膨胀土边坡失稳方面发挥着协同的作用。首先，由于雨水的持续渗入，导致边坡开始胀缩，形成裂缝。其次，裂缝的存在会降低土体的抗剪切强度，还会使雨水快速渗入，增强了雨水的渗透力，进一步加深了裂缝的深度、宽度与数量，导致土体的承压力越来越低。可见，雨水与裂缝协同增效，促使边坡破坏的加剧。

3 膨胀土边坡的防治原则

膨胀土边坡防治原则主要是“四防”，即防水、防胀缩循环、防风化、防强度衰减[1]。

3.1 防水

雨水的持续渗入是膨胀土边坡破坏的重要因素，因此膨胀土边坡在防治过程中要以“治坡先治水，防滑先防水”为原则。在防治阶段，要做到表面及时疏水、排水，避免雨水在坡体表面囤积，造成雨水的大量入渗。

3.2 防胀缩循环

膨胀土的胀缩循环特性会导致土体的抗剪切能力降低，影响土体的强度与结构性。在防治阶段，要尽量避免膨胀土的胀缩循环。例如，可以提高土体的层次性，杜绝干湿循环的发生。

3.3 防风化

风力的作用会导致土体结构面出现软弱层、断层，进而会引发膨胀土坡体失稳、滑坡。在防治阶段，要加强对风化作用的控制，可通过提高绿植覆盖率、增设支架护坡等手段来进行防风化。

3.4 防强度衰减

雨水的持续渗入等恶劣环境会导致土体强度急剧降低，破坏土体结构的完整性，造成大面积的坍塌、滑坡等现象。为了避免上述情况的发生，要做好防止强度衰减的措施。

4 膨胀土边坡防治措施

4.1 换填法

干湿循环会导致膨胀土反复胀缩，从而引发裂缝延伸，导致土体强度下降、抗剪切能力降低。因此，可以以干湿循环为出发点，防止自然气候的干湿变化对膨胀土造成不良影響。在工程应用中，往往采用换填法。所谓换填法就是挖出部分膨胀土，选择非膨胀土或石灰土进行填充，再用预制块或植草皮防护坡面。换土的深度往往由当地的环境条件及膨胀土的类型决定。换填法是一种简单有效的方法，但需要大量的非膨胀土或石灰土，会造成资源浪费和环境破坏，不符合如今社会绿色、环保的主题。

4.2 化学改性法

为了改善膨胀土性能，可以从材料本身出发，利用化学改性的方法，在膨胀土中添加一些特定的化学物质，通过物理化学反应，改善膨胀土本身的缺陷问题，提高材料性能。目前常用的处理方法有石灰改良与水泥改良。

4.2.1 石灰改良。石灰与膨胀土互掺使用，在雨水渗入时，石灰会与膨胀土中的水分反应，生成Ca（OH）2和Mg（OH）2。产物遇到二氧化碳，又会生成CaCO3和MgCO3结晶。这些结晶会增强土体之间的黏结力，加强土体强度。同时，石灰与水分反应会放出大量的热量，促进石灰与膨胀土的反应，促使两者紧密胶结在一起[2]。

4.2.2 水泥改良。水泥与膨胀土互掺使用，在水泥水化后会析出钙离子，钙离子会与膨胀土中的钾、钠离子发生交换作用，促进膨胀土颗粒的团聚。水泥中Ca（OH）2的存在，也会进一步促进颗粒的团聚，加强膨胀土的强度。同时，Ca（OH）2遇到二氧化碳又会生成CaCO3结晶;钙离子与土壤中的SiO2、Al2O3反应，也会生成纤维状结晶矿物钙矾石。这些结晶的出现，会增强土体之间的黏结力，加强土体的强度。

虽然化学改性法可以显著改善膨胀土存在的弊端，但也不可避免地增加了中间产物的产生，对环境造成负担，不利于绿色发展。今后还需要进一步探究绿色、无污染的膨胀土改性。

4.3 支挡法

可以采用支档法来稳定边坡，通过增设支护来提高膨胀土边坡的稳定性。目前，边坡支护的方法有挡土墙防护、抗滑桩、锚杆。

4.3.1 挡土墙防护。挡土墙是支撑边坡土体、防止边坡失穩的一种构造物。在应用过程中，可以加强膨胀土边坡的稳定性，在两者之间还可以增添缓冲带，进行疏水、排水。

4.3.2 抗滑桩。抗滑桩是一种穿过膨胀土滑坡体深入于滑床的桩柱。在应用过程中，可以支档滑坡体的移动，从而起到稳定边坡的作用。

4.3.3 锚杆。锚杆支护是通过锚杆在膨胀土中的抗拔力来实现的。在应用过程中，锚杆的一端深入膨胀土边坡土体中，另一端与工程构筑物连接，从而阻挡膨胀土边坡的变形。

5 结语

通过了解膨胀土边坡的破坏特征，依照膨胀土边坡的防治原则，采取换填法、化学改性法、支档法等技术措施来解决膨胀土边坡坍塌、滑坡、失稳等问题。但是，换填法存在资源浪费的问题;化学改性法对环境带来了一定的负担，不利于绿色发展;锚杆属于刚性支护，不利于较大的土体变形的支护。未来在膨胀土边坡防治过程中，还需要进一步探究绿色、无污染、柔性的防护措施。

参考文献：

[1]苏丕辉，陈仕阔，赵晓彦，等.南昆铁路钢管格栅膨胀土挡墙边坡加固机理模型试验研究[J].工程地质学报，2020（3）：658-666.