广西基础勘察工程有限责任公司
摘要：膨胀岩土是一种具有特殊性能的土质结构，其自身强度较低，无法作为基础地基直接进行工程施工，一旦出现边坡失稳、滑坡等现象，不仅使整个地基出现严重质量问题，同时也会对地面工程造成极大危害，对周边环境及居民的生命安全造成严重威胁，曾被美国工程队成为“隐藏的危害”，同时也是我国工程施工项目中的重难点环节。而在各项研究中发现，影响膨胀岩土边坡的稳定性的主要因素就是其中存在的裂隙现象。本文对裂隙在膨胀土边坡失稳中产生的影响作用及其具体计算方法进行简要阐述，并举例进行算例分析，对提出的计算方法进行进一步验证。
关键词：膨胀土；边坡稳定性；裂隙；影响分析
一、在边坡失稳中裂隙所产生的影响作用
1.裂隙导致边坡岩土强度低下
根据对各类边坡失稳的情况进行分析后可以发现，不仅是极为陡峭的边坡出现失稳现象，部分较为平缓的膨胀岩土边坡也会发生失稳现象，而对其主要原因进行分析时，应首先考虑该边坡岩土的整体强度。但众所周知，膨胀岩土的整体强度并不低，但在一定时间、季节点内的整体强度又较低，后经过各类研究发现，导致这种情况出现的主要原因就是裂隙的存在。通过对膨胀岩土进行干湿实验后发现，岩土在干燥时的强度远高于湿润时的强度。例如，刘华强和徐彬在针对这一现象进行实验时不仅做了文字详述，同时还利用摄像技术将其现象拍摄了下来，照片中的图像可显示出，膨胀岩土内部的裂隙在受到干湿循环的作用下得到逐渐发展，而在干燥时，即便没有水分进入，岩土因存在裂隙也使其强度无法得到提升，由此可见，裂隙时导致边坡失稳现象发生的主要影响因素。
2.裂隙可将膨胀土分成上方裂缝层和下方无裂缝层
裂隙在不断扩大的同时，不仅会对其内部结构产生影响，同时会将原本整体化的岩土边坡直接分成上下两部分，其中上方部分具有较多裂隙，且整体强度较低，而下方部分则不存在裂隙，整体强度较高。而当出现边坡失稳滑落现象时，其一般作用与岩土中具有较多裂隙的上方，由于其滑动所带有的剪力无法穿透至下方，因此在失稳时只出现上方及表面滑落的现象，对下方几乎没有什么影响。我国廖世文曾在论文中提出，边坡滑面、裂隙发育以及风化作用在边坡中均能够发展到一定深度，且三者所发展的深度基本相同，也就是说，其发展区域基本就在裂缝层与无裂缝层分隔的下限处。
3.裂隙可大量积水最终形成渗流
膨胀岩土边坡出现失稳的一大特点就是季节性。但深入研究后可发现，所谓季节性就是指膨胀岩土在阴雨季节中极易出现失稳现象。在阴雨季节当中，由于降雨持续增多，雨水会沉积在膨胀岩土的裂隙中，且在不断积累的过程中最终导致边坡失稳。一方面，由于岩土中包含较多亲水性粘土，而在大量吸收雨水后使其土质逐渐饱和，导致岩土整体强度降低，但在具体计算其安全指数时，该饱和强度是不用再计算中反映出来的；另一方面，当积水不断增多时就会形成渗流现象，而渗流过程中因其带有一定渗透力，逐渐增强岩土滑动力矩，导致边坡稳定性及安全指数有所降低，因此该作用力必须加入计算当中。
二、针对裂隙影响程度的具体计算方法
1.条分法
仍然采用现有的条分法，如瑞典法、毕肖普法等。若考虑滑面是非圆弧的，也可用杨布法、摩根斯坦法。这些方法有广泛使用的经验，也有许可安全系数的确定标准。
2.区域划分法
所谓区域划分法就是将岩土层进行划分，而划分依据则是裂隙程度。上述中提到，由于裂缝在发育时并未对下层岩土产生影响，导致岩土出现了上层裂隙层和下层无裂隙层，其强度存在较大差异，因此在具体划分区域时可依照此条件进行划分。首先可将裂隙深度定为hc。在对临时性边坡稳定性具体评价时，可针对其裂缝寿命时间内可能发展到达的裂缝深度进行分析，而对非临时性裂隙进行评价时则需要对其可能达到的最大深度进行分析。hc可依据现场实际情况及参数进行确定。而在进行评价时，必须确保土层裂隙表面形成的时间在25a以上。
由于我国并没有具有较高可靠性及科学性的探测数据及资料，因此，在对其他文献内容进行分析与思考后，可将近似值取hc=4m。通常情况下，由于风化作用对岩土各个部分产生的作用力不同，因此膨胀岩土的具体风化程度也有所差异，例如岩土上层的裂隙发育较为充足，但下部分区域岩土中却几乎不包含裂隙现象，因此上下层之间的强度差值也较大。为此，根据此分析可将岩土层具体分为上、中、下三层，分别用a、b、c来表示。其中a为上层，其裂缝情况较为严重；b为中层，且裂缝发育尚未完全，c为下层，该层中无缝隙，如图1所示。
图1 区域划分
3.强度指标
强度指标的试验确定可分两类：
第一，原状的未风化的膨胀土——作饱和固结不排水剪试验确定强度参数，以c0和ϕ0表示；第二，裂隙充分发展的膨胀土——对试样作5次干湿循环后，再作饱和固结不排水剪试验确定参数，以cf和ϕf表示
一次干湿循环的方法为，室内阴干5～6d后，连续喷水至表面积水10min后停止。如果能取到裂隙充分发展的原状膨胀土，作饱和固结不排水剪试验也是可以的。当然取原状的裂隙土而又不破碎较难，须特别小心或有恰当的取土方法。
此外，试验还表明，残余强度参数虽不同于此参数，但相差并不悬殊，故也可用残余强度指标近似地作为cf和ϕf。毕竟要做干湿循环试验费很长时间，而作残余强度试验要快得多。坡体几个区域的抗剪强度指标以如下方法选用：
a区裂隙发育充分，取cf和ϕf。
b区裂隙发育不充分，还有许多微细裂隙肉眼难以看到，处于过渡阶段，故可假定，cb=(c0+cf)/2，ϕb=(ϕ0+ϕf)/2。
c区为无裂隙的原状膨胀土，取c0和ϕ0。
4.渗透力
在对渗透力进行计算时，需要对岩土中雨水的浸润度及线位进行准确勘查。但由于不同地区的降水量、降水时长等均存在差异化，同时同一地区的降雨量及时长也因季节具体情况也存在较强随机性，因此在进行计算时只能对其数值进行假定并取近似值。
当出现降雨时长较长且降雨量较大时，则极易导致整体裂隙内部出现全部浸润饱和的状态，此时浸浸润线沿着坡面不断作用，带来的危险程度也最大，如图3（a）所示。
其中工况1为目前工程中常用计算方法，即不考虑裂隙作用，将土体看作是均一的膨胀土，用饱和无裂隙土强度指标作了计算，相应断面及危险。
用土工膜在坡面和坡顶覆盖的方法加固膨胀土边坡。土工膜覆盖后下面的膨胀土蒸发受阻，裂隙不能开展，则强度不会降低，故稳定性计算时可将坡体视为均一的无裂隙膨胀土。工况4是这种情况，其计算结果与工况1相同。
由表2可见：
（1）饱和膨胀土的强度是不低的，如果没有裂缝的开展，图中所示均质边坡的安全系数超过2.0，是相当安全的。作为均质土坡，如果用残余强度计算，整体滑动的安全系数为1.2左右，要小得多。但如前面所说采用残余强度并不符合边坡失稳机理，整体的深层滑动也与大多数膨胀土滑坡为浅层的不一致。
（2）可采用换土法，考虑裂隙发展程度，分层取用不同的强度指标，对所分析的边坡，未加固，最小安全系数1.34，远低于作为均一膨胀土层的安全系数。可见裂隙存在对边坡稳定性影响的严重性。
（3）所提出的膨胀土边坡稳定分析方法，考虑裂隙程度分层选用强度指标，恰当地反映了膨胀土性质，模拟了膨胀土边坡失稳的各种特征。裂隙层强度指标相当低，就能模拟平缓的边坡也失稳；由于裂隙层深度在4m左右，在该范围内的滑动面最危险，就能反映滑坡的浅层性。
表2中的结果还表明，局部滑动比整体更危险，坡脚处首先发生局部滑动；接着其相邻的上部土体失去支撑又会滑动，逐步发展就表现为牵引性。但由于算法存在一定假定性，而对于实际状况中的部分因素仍旧无法准确计算，因此在裂隙具体深度的确定及强弱划分方面还需要进一步研究。
四、结论
第一，裂隙是影响膨胀岩土边坡稳定性最重要的因素，而当裂隙出现水分饱和甚至渗流时对边坡稳定性的影响最大，此时强度也逐渐降低至最小，而在具体分析时，需要对裂隙程度、深度、十分饱和程度以及渗流的存在性等进行分析，并提出计算方法进行计算，通过结合实际案例对计算方法进行了研究与评价。
第二，通过以上内容及计算结果评价分析，可知该计算方法具有较强合理性。
第三，由于多数计算数据只能取近似值，且存在较多随即性，因此在对裂隙具体深度的确定及强弱划分方面仍需要加强研究。
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论文作者:覃绪坚
论文发表刊物:《防护工程》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/23
标签：裂隙论文; 岩土论文; 强度论文; 裂缝论文; 稳定性论文; 现象论文; 深度论文; 《防护工程》2018年第17期论文;