毛細(xì)阻滯覆蓋層邊坡防護(hù)技術(shù)研究綜述

王甦宇 劉愛華 鄒家強(qiáng) 吳政洲 張巍

摘要：利用毛細(xì)阻滯覆蓋層（CB）對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)是減小降雨誘發(fā)滑坡危害的有效手段之一。毛細(xì)阻滯覆蓋層不僅在邊坡防滲方面有較好的表現(xiàn)，還能滿足生態(tài)護(hù)坡的需要。針對(duì)毛細(xì)阻滯覆蓋層的研究現(xiàn)狀，分析了不同因素對(duì)其防滲效果的影響，包括幾何構(gòu)造、內(nèi)部的滲流以及細(xì)/粗粒層材料的組成，指出了毛細(xì)阻滯覆蓋層邊坡防護(hù)技術(shù)的優(yōu)勢與不足，并進(jìn)一步討論了提高毛細(xì)阻滯覆層防護(hù)性能的改進(jìn)措施和途徑。研究表明：CB技術(shù)是未來邊坡防護(hù)與生態(tài)護(hù)坡的一個(gè)重要發(fā)展方向。

關(guān) 鍵 詞：毛細(xì)阻滯覆蓋層（CB）; 降雨滑坡; 邊坡防護(hù)技術(shù); 綜述

中圖法分類號(hào)： P642A

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.04.013

0 引 言

降雨是造成滑坡的一個(gè)重要誘因。國內(nèi)外對(duì)降雨誘發(fā)滑坡的研究顯示：降雨時(shí)，雨水會(huì)通過邊坡土體中的孔隙滲透入土體深處，滲入的雨水不僅僅會(huì)增加土壤自重，同時(shí)還會(huì)增大邊坡土壤飽和度，降低土壤基質(zhì)吸力和抗剪強(qiáng)度，最終引發(fā)滑坡[1-5]。人們根據(jù)降雨誘發(fā)滑坡的機(jī)理對(duì)滑坡防治的方法展開了大量的理論與實(shí)踐研究，提出了多種邊坡防護(hù)方法。這些傳統(tǒng)的邊坡防護(hù)方法已具有較高的可靠性以及較為成熟的施工技術(shù)，但其在生態(tài)環(huán)保以及耐久性方面則面臨著一些新挑戰(zhàn)[6-7]。

大量研究表明防治降雨誘發(fā)滑坡的關(guān)鍵在于所用的防護(hù)措施能夠在降雨期間實(shí)現(xiàn)有效的排水與抗?jié)B。因此，有學(xué)者提出使用毛細(xì)阻滯覆蓋層（Capillary Barrier，CB）來充當(dāng)邊坡防護(hù)層。CB在研發(fā)之初主要被用作填埋廢棄物時(shí)的防滲層，但其優(yōu)秀的抗?jié)B能力也引起了人們的注意，于是科研人員開始嘗試將其應(yīng)用于邊坡防滲中。傳統(tǒng)CB是由一層細(xì)粒層與一層粗粒層相疊加而組成。當(dāng)土體處在非飽和狀態(tài)時(shí)，隨著土體基質(zhì)吸力的增大，土體的滲透系數(shù)會(huì)隨之減小。當(dāng)細(xì)/粗粒層交界面處的基質(zhì)吸力高于進(jìn)水壓力值（即粗粒層材料的滲透系數(shù)等于細(xì)粒層材料的滲透系數(shù)時(shí)的基質(zhì)吸力值）時(shí)，粗粒層的滲透系數(shù)會(huì)低于細(xì)粒層的滲透系數(shù)[8]，同時(shí)，細(xì)粒層材料具有滲透系數(shù)低，飽和含水率高的特點(diǎn)，故入滲雨水會(huì)積蓄在細(xì)粒層中而難以滲入粗粒層，從而實(shí)現(xiàn)了阻止雨水下滲。上述這些因素使得CB能在降雨期間控制下方坡體的土壤含水率和孔隙水壓力，起到抗?jié)B與維持坡體穩(wěn)定性的作用。同時(shí)CB之上允許植被生長，能夠滿足邊坡綠化與環(huán)境保護(hù)的需要，最終實(shí)現(xiàn)邊坡安全防護(hù)與生態(tài)護(hù)坡的目的。

CB邊坡防護(hù)技術(shù)在近20多年內(nèi)發(fā)展迅速，人們逐步根據(jù)實(shí)際需要對(duì)CB進(jìn)行了多種改進(jìn)。本文在歸納總結(jié)國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有關(guān)于毛細(xì)阻滯覆蓋層的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了歸納，分析了不同因素對(duì)毛細(xì)阻滯覆層及其防滲效果的影響，總結(jié)了毛細(xì)阻滯覆蓋層邊坡防護(hù)技術(shù)的優(yōu)勢與不足，并討論了提高毛細(xì)阻滯覆層防護(hù)性能的有效改進(jìn)措施與途徑?？偟膩碚f，CB技術(shù)是未來邊坡防護(hù)與生態(tài)護(hù)坡的一個(gè)重要發(fā)展方向。

1 CB邊坡防護(hù)技術(shù)主要研究成果

在早期，有關(guān)CB的研究主要集中在其作為廢棄物覆蓋層的防滲效果上[9-12]。而在2003年后，研究的重心轉(zhuǎn)向了分析不同因素對(duì)CB防滲效果的影響上，進(jìn)而擴(kuò)展到研究其作為邊坡防護(hù)層的有效性。

近些年，國內(nèi)外學(xué)者從多個(gè)角度對(duì)CB的抗?jié)B能力進(jìn)行了更系統(tǒng)深入的研究，主要?dú)w納為以下3個(gè)方面：幾何構(gòu)造對(duì)CB的影響，各層內(nèi)的滲流對(duì)CB的影響，細(xì)/粗粒層材料的組成對(duì)CB的影響。

1.1 幾何構(gòu)造對(duì)CB的影響

影響CB的幾何構(gòu)造因素有：鋪設(shè)坡度、鋪設(shè)長度以及粗粒層的厚度。對(duì)CB抗?jié)B性的研究指出：隨著CB坡度的增大，入滲雨水穿透CB所需的時(shí)間就越長，CB下方土壤含水率變化就越小[13]。CB的鋪設(shè)長度雖然對(duì)坡頂處含水率的影響不大，但對(duì)土壤中沿斜坡方向的水分變化有著較大的影響[13]。同時(shí)，隨著粗粒層厚度的增大，CB的毛細(xì)阻滯作用也會(huì)增強(qiáng)，但增強(qiáng)程度較為有限[14]。此外，當(dāng)覆蓋層的初始孔隙水壓力越高時(shí)，孔隙水壓力增長的速度就越快，CB被雨水擊穿的時(shí)間就越短[15]。說明在CB施工過程中需要對(duì)鋪設(shè)坡度進(jìn)行計(jì)算，且需注意控制水分入滲下方土體，避免造成初始孔隙水壓力過高，以盡可能增強(qiáng)CB的抗?jié)B效果。

1.2 各層內(nèi)的滲流對(duì)CB的影響

在CB防滲的過程中，入滲的雨水會(huì)在細(xì)粒層中形成滲流，而針對(duì)CB內(nèi)部滲流現(xiàn)象的研究[16-17]指出：入滲細(xì)粒層中的雨水主要沿著飽和邊緣橫向流動(dòng)，在滲透速率較低時(shí)，雨水會(huì)均勻流過細(xì)粒層，而當(dāng)滲透速率較高時(shí)出現(xiàn)的優(yōu)先流會(huì)使?jié)B流模式變得不規(guī)則，同時(shí)，CB的水力特性決定了滲透水側(cè)向運(yùn)移時(shí)的流型以及壓力水平，還決定了達(dá)到臨界基質(zhì)吸力時(shí)的滲透速率的大小[16]。此外，發(fā)生在細(xì)粒層中的優(yōu)先流會(huì)使細(xì)粒層的實(shí)際儲(chǔ)水量略小于理論值，因此在計(jì)算細(xì)粒層的實(shí)際最大儲(chǔ)水量時(shí)，需要考慮到優(yōu)先流對(duì)儲(chǔ)水量的影響[17]。

1.3 細(xì)/粗粒層材料的組成對(duì)CB的影響

CB的抗?jié)B性能與其細(xì)/粗粒層材料的組成具有密切關(guān)系。CB的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，覆蓋在粗粒層之上的細(xì)粒層在降雨期間起著積蓄雨水的作用，故其蓄水能力的強(qiáng)弱將影響到CB抗?jié)B性能的強(qiáng)弱;而細(xì)粒層的蓄水能力強(qiáng)弱又與細(xì)/粗粒層的材料組成有著一定的關(guān)系。針對(duì)不同粒徑的細(xì)/粗粒層材料組成的CB的研究[18]指出，粗粒層材料的顆粒的質(zhì)地越均勻，表面越粗糙，細(xì)粒層的最終蓄水量就越大，細(xì)/粗粒層間的阻滯效應(yīng)就越明顯。此外，對(duì)構(gòu)筑在室外CB土柱的監(jiān)測實(shí)驗(yàn)的結(jié)果[19]指出，CB的細(xì)粒層與粗粒層存在臨界含水率，只有當(dāng)細(xì)/粗粒層的含水率超過臨界含水率時(shí)，CB才會(huì)被雨水擊穿。細(xì)粗粒層的臨界含水率可作為一個(gè)安全指標(biāo)，幫助人們有效監(jiān)測與評(píng)估CB的安全狀況，在CB失效前及時(shí)做出相應(yīng)的防范措施。

2 CB邊坡防護(hù)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 優(yōu) 勢

（1） 更好的耐久性。這是因?yàn)镃B主要是依靠細(xì)/粗粒層間的毛細(xì)阻滯效應(yīng)來阻止雨水下滲，而粗粒層在高基質(zhì)吸力下的低滲透性正是毛細(xì)阻滯效應(yīng)形成的重要原因之一。由于構(gòu)成粗粒層的粗顆粒（例如礫石，砂）之間并不是相互粘結(jié)，因此粗粒層既不會(huì)像黏土覆蓋層一樣容易因降雨后的干濕循環(huán)而出現(xiàn)裂隙，也不會(huì)像混凝土板或是水泥砂漿層一樣容易因熱脹冷縮而開裂;同時(shí)，相較于一些土工膜或土工織物，粗顆粒的性質(zhì)更穩(wěn)定，因此粗粒層不會(huì)輕易隨時(shí)間推移而出現(xiàn)破損，這使得CB具有更好的耐久性。

（2）? 更好地抑制下方土層開裂。這是因?yàn)镃B的粗粒層相當(dāng)于鋪設(shè)在細(xì)粒層與邊坡土體之間的夾砂層，而當(dāng)土體中存在夾砂層時(shí)，夾砂層不僅僅會(huì)影響毛管水上升的速度，還會(huì)影響毛管水上升的高度，使下層土壤滯留更多的水分，能夠有效抑制下層土壤中水分的蒸發(fā)強(qiáng)度和蒸發(fā)量[20-21]，降低下方邊坡土層因蒸發(fā)作用而開裂的風(fēng)險(xiǎn)。孫志忠等[22]針對(duì)粒徑不同的兩種塊石層的研究顯示塊石層的孔隙性大，能夠?qū)ο虏客馏w起到熱屏蔽作用。粗粒層的顆粒間存在大量的孔隙，同時(shí)粗粒層在基質(zhì)吸力低時(shí)排水速度快，在基質(zhì)吸力高時(shí)雨水不易滲入，因此粗粒層的含水量一般較低[8]，孔隙中往往充盈著氣體，能夠?qū)ο路酵馏w起到保溫隔熱的作用，從而降低了下方邊坡土層因熱脹冷縮而開裂的風(fēng)險(xiǎn)。

（3） 更好地滿足環(huán)境保護(hù)的需求。在進(jìn)行邊坡防護(hù)時(shí)，若使用噴射砂漿或混凝土來覆蓋坡面的方法或是往邊坡土壤中加入土壤固化劑的方法，不僅會(huì)限制植物的生長，有時(shí)還會(huì)對(duì)邊坡的土壤環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。而不同于上述防護(hù)方法，CB之上允許植物生長，對(duì)生態(tài)環(huán)境影響較小。同時(shí)可將CB與一些植物防護(hù)的方法結(jié)合起來，在利用CB實(shí)現(xiàn)排水抗?jié)B的同時(shí)，CB上生長的植物根系亦能對(duì)細(xì)/粗粒層起到一定的加固作用，且植物的蒸騰作用對(duì)于CB在強(qiáng)降雨過后功能的恢復(fù)也有著重要幫助[23]。CB在實(shí)現(xiàn)邊坡防護(hù)的同時(shí)，還能兼顧到邊坡的生態(tài)保護(hù)，更好地滿足環(huán)境保護(hù)的需求。

同時(shí)，亦可將CB與一些傳統(tǒng)的邊坡防護(hù)方法或排水方法結(jié)合起來，進(jìn)一步提高其整體穩(wěn)定性、使用范圍以及排水能力。幾種邊坡防護(hù)技術(shù)的對(duì)比如表1所示。

2.2 不 足

傳統(tǒng)CB的基本結(jié)構(gòu)只包含了一層細(xì)粒層與粗粒層，CB主要是利用了細(xì)粒層蓄水能力強(qiáng)和粗粒層在高基質(zhì)吸力時(shí)滲透性較小的特性來阻止雨水下滲，雖然這種雙層結(jié)構(gòu)能夠有效地阻止雨水下滲，但其也存在一些不足。

（1） 陡峭邊坡上鋪設(shè)存在較大限制。這是因?yàn)镃B為兩種土層相互堆疊的結(jié)構(gòu)，當(dāng)邊坡的坡度較大時(shí)，CB的鋪設(shè)會(huì)較為困難，同時(shí)，CB在陡峭邊坡上的穩(wěn)定性也需要進(jìn)一步提高。

（2） 極端降雨條件下失效風(fēng)險(xiǎn)增大。當(dāng)降雨時(shí)間較長時(shí)，雨水會(huì)使細(xì)粒層與粗粒層界面處的基質(zhì)吸力逐漸下降，一旦粗粒層表面的基質(zhì)吸力下降至進(jìn)水壓力值時(shí)，雨水便會(huì)開始入滲粗粒層，最終滲入下方坡體。

（3） 潮濕氣候下防滲效果受到削弱。在氣候較為濕潤的情況下，細(xì)粒層的飽和度會(huì)較高，這會(huì)造成其蓄水能力的下降。同時(shí)，細(xì)粒層與粗粒層之間的界面的基質(zhì)吸力也會(huì)因濕潤的氣候而有所下降，增大了CB在降雨時(shí)失效的風(fēng)險(xiǎn)。此外，較為濕潤的氣候也會(huì)減弱蒸騰作用，不利于CB在降雨后防滲功能的恢復(fù)。

2.3 改進(jìn)方案

針對(duì)上述問題，研究人員對(duì)CB的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多種改進(jìn)，主要的改進(jìn)方案有以下幾種。

（1） 不改變CB原有結(jié)構(gòu)，通過將CB與一些現(xiàn)有的土工材料相結(jié)合的方式，來進(jìn)一步提高CB的整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。目前的改進(jìn)方案主要有兩類：一類是通過將細(xì)粒層材料填充壓實(shí)在土工編織袋中，并利用土工格柵對(duì)CB下方土層進(jìn)行加固，以此來構(gòu)成Geo Barrier System （GBS）;另一類是在CB的細(xì)粒層與粗粒層中均加入土工格柵，通過加固CB的細(xì)粒層與粗粒層的方式來提高CB整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，針對(duì)覆蓋有GBS的邊坡與原始邊坡的對(duì)比實(shí)驗(yàn)[24]和針對(duì)利用土工格柵加固的CB與原始邊坡的對(duì)比實(shí)驗(yàn)[25]均指出，相較于原始邊坡，這兩類CB均能在降雨期間起到控制雨水入滲，維持下方土層孔隙水壓力的作用。同時(shí)，在Rahardjo等[24]對(duì)GBS的實(shí)驗(yàn)中，邊坡坡度達(dá)到了70°，說明GBS既能對(duì)邊坡起到防滲作用，又能對(duì)近乎垂直的土坡起到一定的支擋作用，此方法使CB能被構(gòu)筑在較為陡峭的邊坡之上，大大提高了CB的實(shí)用性。

（2） 在粗粒層下方增加一層滲透系數(shù)更低的防護(hù)層，以構(gòu)成下伏防護(hù)層的CB。在防滲效果方面，針對(duì)下伏黏土防護(hù)層的CB土柱滲透實(shí)驗(yàn)[26]與下伏黏土層的CB坡體降雨實(shí)驗(yàn)[27]的結(jié)果指出：當(dāng)雨水擊穿粗粒層時(shí)，由于黏土防護(hù)層的滲透性較低，雨水難以入滲其中。同時(shí)，由于黏土防護(hù)層與粗粒層之間的界面的水力傳導(dǎo)度遠(yuǎn)大于防護(hù)層，因此雨水便能沿著粗粒層與防護(hù)層之間的界面快速排出。下伏防護(hù)層的CB克服了以往傳統(tǒng)CB不耐潮和在長時(shí)間連續(xù)降雨時(shí)容易失效的缺點(diǎn)，應(yīng)用在潮濕地區(qū)的邊坡防護(hù)工程中，進(jìn)一步提高了CB的安全性。此外，由于防護(hù)層位于細(xì)粒層與粗粒層之下，未與外部大氣直接接觸，且粗粒層又能對(duì)下方水分的蒸發(fā)起到一定的阻隔作用[21]，故防護(hù)層因干濕循環(huán)而開裂的風(fēng)險(xiǎn)較低，防滲的可靠性較高[28]。在排水效果方面，下伏防護(hù)層的CB的排水效果與粗粒層的粒徑和級(jí)配有著密切的關(guān)系[29]，具體規(guī)律表現(xiàn)為：在同等條件下，隨著粗粒層材料粒徑變小，顆粒級(jí)配變好，CB的穩(wěn)定排水率呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢，而綜合排水率則呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。

（3） 在細(xì)粒層與粗粒層之間增設(shè)非飽和排水層（Unsaturated Drained Layer，UDL），通過提高CB的排水能力，來降低細(xì)粒層與粗粒層之間的防護(hù)界面失效的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)含UDL的CB模型進(jìn)行模擬降雨實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明UDL層在排水時(shí)存在最大排水速率，當(dāng)穿過細(xì)粒層入滲UDL層的雨水量小于UDL的最大排水速率所能排出的水量時(shí)，雨水將沿著UDL層側(cè)向排出CB，而不會(huì)繼續(xù)下滲，因此增強(qiáng)細(xì)粒層對(duì)雨水滲入量的控制能力能有效提高含UDL層CB的抗?jié)B效果[30]。此外，針對(duì)含UDL層CB的數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)指出，含UDL層的側(cè)向?qū)砰L度與CB的細(xì)/粗粒層界面坡度成正比[31]。同時(shí)針對(duì)含UDL層CB，傳統(tǒng)CB以及下伏防護(hù)層CB的對(duì)比實(shí)驗(yàn)[32]表明，含UDL層CB在輸水排水以及維持下方土體孔隙水壓力和邊坡安全系數(shù)方面均優(yōu)于傳統(tǒng)CB。含UDL層CB在排水防滲方面具有更好的效果，更適用于氣候濕潤多雨的南方地區(qū)。

（4） 將多個(gè)CB在垂直方向進(jìn)行疊加，構(gòu)成多層CB防護(hù)層（Dual Capillary Barriers，DCB）來提高其蓄水與導(dǎo)排的能力。CB的防滲效果與其細(xì)粒層的蓄水能力有著密切關(guān)系，而濕潤氣候會(huì)使細(xì)粒層材料的飽和度升高，從而降低了細(xì)粒層的蓄水能力。而針對(duì)DCB和

傳統(tǒng)單層CB（即Single Capillary Barrier，SCB）的一維土柱滲透試驗(yàn)[33]表明，一方面，DCB中包含兩層細(xì)粒層與粗粒層，位于細(xì)粒層下方的粗粒層能使兩者在交界面處產(chǎn)生毛細(xì)阻滯效應(yīng)，從而減緩雨水下滲的速度。同時(shí)，由于位于粗粒層下方的細(xì)粒層滲透系數(shù)要小于粗粒層，因此當(dāng)雨水透過上方的粗粒層時(shí)，下方的細(xì)粒層也能起到阻止雨水下滲的作用，因此雨水會(huì)積蓄于DCB中而難以繼續(xù)下滲。另一方面，由于DCB中各層細(xì)粒層厚度均小于SCB的細(xì)粒層，因此DCB中的細(xì)粒層頂部的孔隙水壓力值更容易接近其進(jìn)氣值，故其細(xì)粒層在被雨水穿透前的含水率更容易達(dá)到其飽和含水率，故DCB的細(xì)粒層在被雨水穿透前的儲(chǔ)水量要高于SCB的細(xì)粒層，因此DCB整體的蓄水能力要強(qiáng)于SCB。Rahardjo等[34]對(duì)覆蓋有DCB的邊坡進(jìn)行的數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)也證明了在降雨時(shí)，DCB能夠有效阻止雨水下滲至DCB下方土層，大部分雨水將順著坡度側(cè)向排出。因此DCB的防滲能力要優(yōu)于SCB，其在強(qiáng)降雨的情況下失效的風(fēng)險(xiǎn)更低，進(jìn)一步提高了CB在降雨量較大且集中的地區(qū)使用時(shí)的安全性。

3 提高CB防護(hù)的主要措施

提高CB防護(hù)性能的關(guān)鍵在于提高細(xì)粒層的蓄水能力、增強(qiáng)細(xì)/粗粒層間的毛細(xì)阻滯作用以及減小氣候因素對(duì)其的影響?，F(xiàn)有的研究成果指出，可以通過在細(xì)粒層中加入生物炭等吸水材料的方式[35]來提高細(xì)粒層的蓄水能力，同時(shí)可以通過適當(dāng)增大CB的鋪設(shè)坡度[13-15]和適當(dāng)增大粗粒層厚度的方式[14]來增強(qiáng)細(xì)粗粒層之間的毛細(xì)阻滯作用。針對(duì)氣候因素的影響，人們也提出了多種改進(jìn)CB結(jié)構(gòu)的方案，通過在粗粒層下方增設(shè)防護(hù)層[26-29]來提高CB在強(qiáng)降雨條件下的抗?jié)B與排水能力;通過在細(xì)粒層與粗粒層之間增設(shè)不飽和導(dǎo)排層[30-32]來提高CB的排水能力;以及通過將多個(gè)單層CB在豎直方向進(jìn)行疊加以構(gòu)成多層CB[33-34]以增強(qiáng)CB的抗?jié)B性能。

現(xiàn)有的改進(jìn)方式均能在一定程度上提高CB的防護(hù)效果，但在未來的研究中還可以通過將一些土工材料或支護(hù)結(jié)構(gòu)與CB相結(jié)合，來提高CB抗?jié)B性與整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性;或者是通過將植被加入CB設(shè)計(jì)中或是改進(jìn)CB的材料組成來提高CB的抗?jié)B與排水能力。這些改進(jìn)措施能有效提高CB的穩(wěn)定性和排水抗?jié)B性，減小環(huán)境因素對(duì)CB使用的影響，讓CB邊坡防護(hù)技術(shù)在邊坡防護(hù)工程中具有更高的使用價(jià)值。

3.1 將CB與防滲土工材料結(jié)合

現(xiàn)有的研究中，往往都是采用普通黏土和礫石土作為CB的構(gòu)成材料，較少采用其他土工材料作為CB的構(gòu)成材料。為了進(jìn)一步提高CB的防護(hù)效果，有學(xué)者嘗試將土工材料加入CB之中，Rahardjo等[36]就曾采用土工塑料排水帶作為CB的粗粒層材料，并利用現(xiàn)場實(shí)測的方式，驗(yàn)證了其作為防滲層的有效性。故在未來的研究中，可以根據(jù)不同類型CB的防護(hù)特點(diǎn)，將一些防滲土工材料加入CB中，以提高CB的防護(hù)性能。

例如，下伏防護(hù)層的CB利用粗粒層下方增設(shè)的防護(hù)層來增強(qiáng)CB在強(qiáng)降雨條件下的抗?jié)B性，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。針對(duì)此特點(diǎn)，可以考慮使用紅黏土與膨潤土混合物作為防護(hù)層材料，以進(jìn)一步提高防護(hù)層的抗?jié)B性。目前國內(nèi)的學(xué)者針對(duì)紅黏土與膨潤土混合物作為防滲層的抗?jié)B性進(jìn)行了許多實(shí)驗(yàn)[37-39]，這些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示：膨潤土可以在吸水膨脹時(shí)進(jìn)一步填充紅黏土顆粒之間的間隙，提高了紅黏土的抗?jié)B性，膨潤土的摻入也能彌補(bǔ)紅黏土賦水性差的缺點(diǎn)，降低了紅黏土-膨潤土防護(hù)層在降雨結(jié)束后的干濕循環(huán)中開裂的風(fēng)險(xiǎn)。紅黏土在中國南方地區(qū)分布較為廣泛且容易獲取，而膨潤土不容易隨環(huán)境變化而出現(xiàn)老化或是腐蝕現(xiàn)象，具有較好的耐久性。此外，膨潤土既不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害，對(duì)環(huán)境的影響也較小，相對(duì)安全環(huán)保[40]。因此，在未來的研究中可以考慮以紅黏土-膨潤土作為CB防護(hù)層而進(jìn)行研究，對(duì)其防滲與導(dǎo)排效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

3.2 將CB與支護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合

將CB與支護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，也是CB設(shè)計(jì)中的一種創(chuàng)新，目前多數(shù)CB都鋪設(shè)在坡度相對(duì)較小的邊坡上，而對(duì)于坡度較大的坡面，要想鋪設(shè)CB是較為困難的，對(duì)于此類邊坡而言，除了要預(yù)防降雨帶來的滑坡，坡體自身也需要一定的支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固?，F(xiàn)實(shí)中很大一部分的邊坡的坡度都較大，如何在較為陡峭的邊坡上，使CB較好地發(fā)揮出加固與防護(hù)功能是CB在實(shí)際應(yīng)用中的一個(gè)難點(diǎn)。針對(duì)這一問題，Rahardjo等[24]將 CB細(xì)粒層材料填充進(jìn)土工袋中，并將土工袋鋪設(shè)在用土工格柵加固的坡面上，以構(gòu)成GBS，這樣使得CB既能夠?qū)崿F(xiàn)降雨時(shí)的抗?jié)B，還能起到

支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用，其結(jié)構(gòu)如圖3[24]所示。故將CB與支護(hù)結(jié)構(gòu)相結(jié)合進(jìn)行設(shè)計(jì)，也將是未來研究的一個(gè)重要方向。目前，這種堆疊土工袋構(gòu)筑的支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度還有待進(jìn)一步提高，在未來的研究中可以考慮在坡面上現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架，并在框架內(nèi)部構(gòu)筑CB，或是使用錨桿框架梁對(duì)構(gòu)筑有CB的邊坡進(jìn)行二次加固，從而將兩者的優(yōu)勢相結(jié)合，既能解決剛性支護(hù)結(jié)構(gòu)在控制邊坡土體內(nèi)水分變化以及邊坡土體排水的問題上的不足，又能解決CB在整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性上的不足，具有重要的研究價(jià)值。

3.3 在CB設(shè)計(jì)中加入植被

CB之上允許植物生長，這也是CB的優(yōu)勢之一。分析植被對(duì)CB的影響是目前一個(gè)重要的研究方向，將植被的影響因素進(jìn)行量化分析，并加入CB的設(shè)計(jì)之中也是提高CB防護(hù)性能的關(guān)鍵之一。因?yàn)橹参锏闹θ~能夠減弱雨水對(duì)于CB表面的直接沖刷，植被的根系亦能起到加固CB土層的作用。國內(nèi)一些關(guān)于植被根系對(duì)邊坡土壤加固作用的研究指出，植被的根系能夠?qū)吰峦馏w起到錨固與加筋的作用[41-42]，根系對(duì)邊坡的加固作用如圖4[42]所示，這對(duì)提高CB細(xì)粒層的抗剪強(qiáng)度有著一定的作用。更為重要的一點(diǎn)是，植被的蒸騰作用能夠?qū)⒔涤赀^后積聚在土層中的雨水帶出[42]，這有助于加快CB的排水過程，從而加快CB在強(qiáng)降雨后功能的恢復(fù)，張文杰等[23]的研究結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。但植被過于繁盛的根系也可能在CB中形成優(yōu)先流通道，加快雨水的滲透，增加CB失效的風(fēng)險(xiǎn)。植被的根系、葉面積以及植被覆蓋率對(duì)于CB功能的提高有著較為復(fù)雜的影響，目前關(guān)于這方面的數(shù)值模擬或是物理實(shí)驗(yàn)較少，現(xiàn)有的研究主要集中在通過直接監(jiān)測種植有植被的CB模型在降雨前后土中含水率、孔隙水壓力等參數(shù)的變化，來對(duì)植被對(duì)CB的影響進(jìn)行定性分析。目前這項(xiàng)研究的難點(diǎn)在于將植被因素對(duì)CB的影響進(jìn)行量化分析。在未來的研究中，如何量化分析植被對(duì)CB的影響將是一個(gè)研究重點(diǎn)，將植被的影響因素進(jìn)行量化分析并加入CB的設(shè)計(jì)中，也有利于提高CB設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

3.4 對(duì)細(xì)/粗粒層材料的改進(jìn)

CB的抗?jié)B能力與細(xì)粒層的蓄水能力有著密切的聯(lián)系，故改進(jìn)細(xì)粗粒層材料來提高細(xì)粒層蓄水能力是提高CB排水抗?jié)B性能的有效方法之一。在細(xì)粒層中加入具有較強(qiáng)吸水能力的材料是提高細(xì)粒層的蓄水能力的有效手段，例如楊克[35]在CB的細(xì)粒層中摻入了生物炭，分別通過物理實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方式對(duì)生物炭復(fù)合土毛細(xì)阻滯層的抗?jié)B性能展開研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明生物炭

能夠有效提高土壤的固水能力，且隨著生物炭的摻量的增加，生物炭復(fù)合土毛細(xì)阻滯層的蓄水能力也隨之增強(qiáng)，其抗?jié)B性能也有所提高。在未來的研究中還可以考慮將丙烯酰胺-丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物加入細(xì)粒層中。這種物質(zhì)常被用作客土噴播的保水劑，具有較強(qiáng)吸水能力，可以在降雨期間將入滲細(xì)粒層的雨水吸附其中，有效提高細(xì)粒層的蓄水能力。同時(shí)，還能在干旱時(shí)期為生長在細(xì)粒層上的植被提供部分水分，可以在一定程度上增強(qiáng)植被對(duì)CB的加固作用。

3.5 其他環(huán)境友好型CB技術(shù)

綠色環(huán)保是CB邊坡防護(hù)技術(shù)的一個(gè)重要優(yōu)勢，因此開發(fā)更多的環(huán)境友好型CB也會(huì)是未來的一個(gè)重要研究方向。目前，國內(nèi)外的一些研究者正在嘗試將一些建筑廢料制成CB的組成材料，以實(shí)現(xiàn)變廢為寶、綠色環(huán)保的目的。

Rahardjo等[36，43]通過對(duì)覆蓋有以再生混凝土碎骨料（Recycled Crushed Concrete Aggregates，RCA）為粗粒層的CB的邊坡以及原始邊坡進(jìn)行監(jiān)測和分析來驗(yàn)證RCA作為CB粗粒層材料的有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：相較于原始邊坡，覆蓋有CB的邊坡的孔隙水壓力在降雨前后變化幅度更小，表明CB能有效維持下方土層的孔隙水壓力值[36]。同時(shí)，覆蓋有CB的邊坡的安全系數(shù)在降雨前后，均高于原始邊坡的安全系數(shù)[43]。這些實(shí)驗(yàn)均采用現(xiàn)場實(shí)測的形式去研究以RCA材料為粗粒層的CB在降雨條件下對(duì)邊坡所起的防護(hù)作用，所獲取的數(shù)據(jù)能較為真實(shí)地反映RCA作為CB粗粒層材料的有效性，為今后RCA作為CB的組成材料的應(yīng)用提供了重要參考。

梅冬捷[44]根據(jù)再生混凝土集料的水力特性，以渣土與再生混凝土集料為材料制作了CB，通過模型槽實(shí)驗(yàn)研究其在持續(xù)降雨的條件下的水分運(yùn)移狀況，并以數(shù)值模擬的方式探討了不同的粗粒層材料、細(xì)粒層厚度以及持續(xù)降雨時(shí)間對(duì)毛細(xì)阻滯覆蓋層穩(wěn)定性所產(chǎn)生的影響，其成果顯示以再生混凝土集料作為粗粒層的CB在排水抗?jié)B方面比傳統(tǒng)CB具有更佳的性能。在未來的研究中還可以對(duì)一些與再生混凝土集料類似的建筑廢料的水力特性與力學(xué)特性進(jìn)行研究，尋找更多可以用于制造CB組成材料的建筑廢料，以充分實(shí)現(xiàn)“以廢治害”的目的。

4 結(jié) 論

在降雨的影響下，滑坡發(fā)生的頻次會(huì)更高，破壞力會(huì)更強(qiáng)，影響范圍會(huì)更大。對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)是減小降雨誘發(fā)滑坡危害的有效手段之一。雖然毛細(xì)阻滯覆蓋層在實(shí)際邊坡工程防護(hù)中的使用還處于研發(fā)利用階段，但毛細(xì)阻滯覆蓋層在坡體防滲及生態(tài)護(hù)坡方面的良好表現(xiàn)，勢必成為未來邊坡防護(hù)工程技術(shù)措施的重要發(fā)展方向。通過對(duì)現(xiàn)有關(guān)于毛細(xì)阻滯覆蓋層的研究成果進(jìn)行綜合分析，可以得出以下主要結(jié)論：

（1） 目前對(duì)毛細(xì)阻滯覆蓋層的研究已經(jīng)從分析其作為廢棄物的覆蓋層的抗?jié)B性擴(kuò)展到研究其作為邊坡防護(hù)層的有效性方面。此外，人們也從不同角度研究得到了一些關(guān)鍵性因素對(duì)其抗?jié)B性的影響規(guī)律，為該技術(shù)在邊坡防護(hù)領(lǐng)域的運(yùn)用奠定了良好基礎(chǔ)。

（2） 相較于目前已有的多種人工邊坡防護(hù)方法，毛細(xì)阻滯覆蓋層在耐久性和生態(tài)環(huán)保方面具有更多的優(yōu)勢，且能對(duì)下方土層的開裂起到較好的抑制作用。但傳統(tǒng)毛細(xì)阻滯覆蓋層在陡峭邊坡上的使用還存在較多限制，極端降雨與潮濕氣候也會(huì)增大其失效的風(fēng)險(xiǎn)。

（3） 目前針對(duì)毛細(xì)阻滯覆層的不足所做出的改進(jìn)主要可以歸納為：利用土工材料加強(qiáng)整體穩(wěn)定性與通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)與材料來提高排水防滲能力兩方面。在未來，如何優(yōu)化毛細(xì)阻滯覆蓋層的材料組成與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以提高其排水抗?jié)B能力與整體穩(wěn)定性，減小氣候因素對(duì)其性能的影響，增強(qiáng)其在不同環(huán)境下的適應(yīng)能力，仍需進(jìn)一步研究。

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（編輯：黃文晉）

Review on slope protection technique of capillary barrier

WANG Suyu，LIU Aihua，ZOU Jiaqiang，WU Zhengzhou，ZHANG Wei

（College of Water Conservancy and Civil Engineering，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China）

Abstract：

Using capillary barrier to protect the slope is one of the effective means to reduce the damage of rainfall-induced landslide.Capillary barrier has a good performance in slope anti-seepage，and can meet the needs of ecological slope protection.According to the research status of capillary barrier，the influence of different factors on capillary barrier and its anti-seepage effect，including geometric structure，internal seepage and the composition of fine/coarse grained materials were analyzed.The advantages and disadvantages of this technique were pointed out.The main improvement measures and ways to enhance the protective performance of capillary barrier were discussed as well.The results show that capillary barrier technology is an important development direction of slop protection and ecological slop protection in the future.

Key words：

capillary barrier;rainfall-induced landslide;slope protection technique;review