(遼寧師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院 遼寧 大連 116021)
(一)季節(jié)凍土指的是地表土層冬季凍結(jié)、夏季全部融化的土層。
大連屬于季節(jié)性?xún)鐾?,在溫寒帶和一些垂直地帶廣泛分布著季節(jié)凍土,大約占陸地面積的30%,季節(jié)凍土層的深度隨著緯度和海拔的升高而增大,深度范圍大約是0.1m至3m.近年,我國(guó)的公路、鐵路因凍融滑坡引起的事故頻頻出現(xiàn),2013-2016年3年時(shí)間里,由于季節(jié)凍土區(qū)邊坡滲流問(wèn)題導(dǎo)致將近5萬(wàn)起滑坡事故,并以每年5000起遞增,經(jīng)濟(jì)損失也在逐年升高,從中不難看出,由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng),國(guó)家建設(shè)的投入,季節(jié)凍土邊坡穩(wěn)定問(wèn)題所引起的工程危機(jī)已經(jīng)成為必須解決的問(wèn)題之一。
(二)大連地區(qū)是暖溫帶半濕潤(rùn)的季風(fēng)氣候兼有海洋性的氣候特點(diǎn)。
大連地區(qū)年降水量550-950毫米,2013年日照總時(shí)數(shù)為2500-2800小時(shí)。其中8月最熱,平均氣溫24℃,日最高氣溫超過(guò)30℃的天數(shù)只有10至12天。1月最冷,平均氣溫-5℃,極端最低氣溫可達(dá)-21℃左右。60%-70%的降水集中于夏季,多暴雨,且夜雨多于日雨。大連處于北半球中緯度地帶,所受太陽(yáng)輻射一年四季比較大,大氣環(huán)流以西風(fēng)帶和副熱帶系統(tǒng)為主,再加上一面依山、三面靠海的地理環(huán)境影響,所以本區(qū)的氣候特點(diǎn)是:四季分明、氣候溫和、空氣濕潤(rùn)、降水集中、季風(fēng)明顯、風(fēng)力較大。
(一)水分遷移原理
通過(guò)對(duì)大連市凍土中的水分重分布現(xiàn)象看,凍結(jié)過(guò)程中凍結(jié)前緣的水分遷移是以毛細(xì)水和薄膜水的遷移為主,已凍結(jié)土體的水分遷移則以薄膜水遷移為主。土體在凍結(jié)的過(guò)程中,自由水結(jié)晶同時(shí)也構(gòu)成相應(yīng)的質(zhì)點(diǎn)。土溫降低,吸附水膜結(jié)晶,厚度減薄,導(dǎo)致土粒表面的電力勢(shì)發(fā)生了變化。未凍水含量高的一端溫度高,土顆粒外層水膜厚度大,土水勢(shì)絕對(duì)值小,未凍水含量低的一端溫度低,土顆粒外層水膜厚度小,土水勢(shì)絕對(duì)值大,造成薄膜水從溫度高處向溫度低處遷移。每當(dāng)土的相態(tài)平衡破壞時(shí),土體凍與未凍界面上的勢(shì)差就成為土中水分向凍結(jié)緣遷移的驅(qū)動(dòng)力。
(二)水分遷移對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響
造成道路工程中邊坡凍脹的根本原因是邊坡巖土體中水分的遷移、相變。因此,水是造成邊坡巖土體發(fā)生凍脹、融沉破壞的基本條件,邊坡巖土體中的水主要來(lái)自于附近的地表水及淺層地下水。處于季凍區(qū)的邊坡在凍融循環(huán)過(guò)程中,水對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響主要表現(xiàn)為:秋末多雨,原始含水量在邊坡凍結(jié)前較大,河堤區(qū)域里上層滯水和丘陵區(qū)域的層間水豐富,地下水位偏高;土質(zhì)邊坡的土層凍結(jié)具有“開(kāi)系統(tǒng)”條件,地下水位接近或位于凍土層;邊坡體及其周?chē)e雪,春融期再次遇到降水加重了凍融層的濕度惡化;大量的地表積水或路堤陷槽積水等向邊坡滲透集聚。
如果邊坡防排水想從根本上解決問(wèn)題,僅僅靠工程設(shè)計(jì)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,還需要把沿線水文地質(zhì)條件、不同土質(zhì)巖性、坡度、高度以及當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鹘Y(jié)合到一起,適當(dāng)?shù)姆N植不同種類(lèi)的植物,將植樹(shù)和工程設(shè)計(jì)相結(jié)合,才能進(jìn)行治水綜合防護(hù),因?yàn)橹挥羞@樣才能使邊坡穩(wěn)定性得到提高。種植防護(hù)措施。種植防護(hù)是一種特別好的方式。即在邊坡上種植樹(shù)草的手段進(jìn)行防護(hù),選擇植樹(shù)方面,應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇當(dāng)?shù)匾恍┍容^容易成活的樹(shù)種,而在草的選擇方面,通常選取多年生、根系發(fā)達(dá)并且比較耐旱、耐寒的草種。植被的根系使邊坡土體的安全性、穩(wěn)定性得到了加固。除此之外,坡面上的植被也有效避免了地表徑流和雨水對(duì)邊坡的正面沖刷。如果在不適合植物生長(zhǎng)的地方并且也不能保證其穩(wěn)定性的時(shí)候,此時(shí)再將經(jīng)濟(jì)效益和施工效果考慮進(jìn)去,進(jìn)行工程防護(hù)。比較常見(jiàn)的形式有網(wǎng)格骨架支撐以及植草防護(hù)配合,在能減少工程造價(jià)、綠化環(huán)境的同時(shí)又可以減緩水流速度、提高邊坡表面粗糙系數(shù)、防止雨水侵蝕邊坡產(chǎn)生溝槽。在巖質(zhì)邊坡的防護(hù)網(wǎng)格中,同時(shí)也能進(jìn)行移土植草美化。由于坡面風(fēng)化快、坡面平整度差、發(fā)育的裂隙或節(jié)理等因素,應(yīng)該對(duì)巖質(zhì)邊坡采用噴射砂衆(zhòng)或噴混凝土保護(hù)措施。這種措施能夠及時(shí)將巖體中的裂隙填補(bǔ),阻止雨水或坡面水對(duì)坡體內(nèi)部的侵蝕,能夠有效阻礙巖體裂縫間的水分壓力和冰脹力,減緩巖土體風(fēng)化速度,從而避免坡體的滑石坍塌。在易受水流沖刷的邊坡中通常采取工程防護(hù)措施。在邊坡體水流的速度過(guò)快或水流破壞較嚴(yán)重的情況時(shí),沿著邊坡體設(shè)置砌石、石籠、混凝土預(yù)制板等,從而阻止水流的沖刷。在碰到水流沖刷非常嚴(yán)重的情形時(shí)可以采取筑現(xiàn)、改變水流運(yùn)動(dòng)方向等綜合措施進(jìn)行治理。
綜上所述,在大連地區(qū),對(duì)邊坡的穩(wěn)定性影響相當(dāng)大的兩個(gè)因素分別是水分遷移和凍融循環(huán),若使季節(jié)性?xún)鐾恋貐^(qū)邊坡的穩(wěn)定性得到提高,必須運(yùn)用到上述的各種治水措施。做好防排水工作是治理季節(jié)性?xún)鐾羺^(qū)邊坡的關(guān)鍵所在,要針對(duì)不同情況分別采取不同的措施,從而使季節(jié)性?xún)鐾吝吰路€(wěn)定性得到更加的提高。