專利名稱：一種提高膨脹土邊坡穩(wěn)定性和控制膨脹土結(jié)構(gòu)破壞的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了膨脹土邊坡治理方法，屬于巖土工程領(lǐng)域，具體涉及一種提高膨脹土邊坡穩(wěn)定性和控制膨脹土結(jié)構(gòu)破壞的方法防止膨脹土膨脹造成邊坡裂隙的方法。
背景技術(shù)：
由于膨脹土所具有的吸水膨脹、失水收縮的特性，使其土體極容易形成裂隙，而裂隙的形成與發(fā)展又是邊坡失穩(wěn)的主要影響因素。我國(guó)膨脹土分布較廣，且我國(guó)正處于高速發(fā)展建設(shè)期，難免工程項(xiàng)目就選在膨脹土分布區(qū)。膨脹土邊坡經(jīng)常會(huì)發(fā)生崩塌、滑坡等災(zāi)害，一旦發(fā)生，其對(duì)當(dāng)?shù)厝嗣?、建筑物、工程的影響是巨大的。所以?duì)膨脹土邊坡進(jìn)行處理以防止其發(fā)生失穩(wěn)等破壞是極有必要的。目前工程上對(duì)膨脹土邊坡的處理一般是打錨釘，砌混凝土加固和加強(qiáng)排水等。以上技術(shù)措施治理膨脹土邊坡雖有一定效果，但長(zhǎng)時(shí)間后仍然會(huì)出現(xiàn)裂隙等影響膨脹土邊坡穩(wěn)定的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種提高膨脹土邊坡穩(wěn)定性和控制膨脹土結(jié)構(gòu)破壞的方法。技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的一種提高膨脹土邊坡穩(wěn)定性和控制膨脹土結(jié)構(gòu)破壞的方法，其步驟依次為:(I)將待處理的膨脹土邊坡開(kāi)挖至設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)明的高程；(2)對(duì)膨脹土邊坡表面采用土工膜包蓋，土工膜根據(jù)需要分為若干臺(tái)階鋪設(shè)，當(dāng)邊坡高差較大時(shí)，應(yīng)分級(jí)放坡；( 3 )在開(kāi)挖出的膨脹土邊坡表面鋪設(shè)擋墻；除駁岸擋墻外，其余各級(jí)擋墻均采用柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)各級(jí)擋墻內(nèi)側(cè)坡腳處進(jìn)行超挖，各級(jí)擋墻內(nèi)側(cè)橫向開(kāi)挖長(zhǎng)度d不小于非膨脹土或者改良膨脹土的覆蓋厚度h ；(4)在土工膜上覆蓋厚度h的非膨脹土或改良膨脹土，通過(guò)膨脹土脹縮表征參數(shù)的測(cè)量裝置測(cè)量膨脹土的發(fā)生脹縮變形而引起結(jié)構(gòu)破壞的臨界荷載，所覆蓋土的荷載須大于臨界荷載，使土工膜下的膨脹土結(jié)構(gòu)能長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，達(dá)到強(qiáng)度不顯著降低的目的；(5)再在各級(jí)柔性擋墻后和土工膜上鋪設(shè)一層透水砂礫料，并用非膨脹土或改良土回填覆蓋邊坡，回填土和柔性結(jié)構(gòu)面層通過(guò)分層鋪設(shè)有土工格柵連接成一個(gè)整體加筋土邊坡或加筋土擋土結(jié)構(gòu)形式。本發(fā)明通過(guò)在膨脹土邊坡鋪設(shè)土工膜且覆蓋一定厚度的非膨脹土或改良膨脹土，阻止了膨脹土與外面空氣的接觸，且在膨脹土表層覆蓋防水土工膜并設(shè)排水設(shè)施，可有效降低膨脹土中含水率變化幅度和脹縮變形量以及防止裂隙的產(chǎn)生與發(fā)展；各級(jí)擋墻采用柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，可避免膨脹土與結(jié)構(gòu)間的不協(xié)調(diào)變形使擋土結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，具有較強(qiáng)適應(yīng)能力和抗傾覆能力，且可達(dá)到生態(tài)美觀的效果。施工簡(jiǎn)單、方便，效果好。作為優(yōu)選，所述步驟(I)中對(duì)膨脹土邊坡開(kāi)挖時(shí)，對(duì)于綜合坡比較大，易滑動(dòng)的膨脹土邊坡采用階梯形開(kāi)挖；若坡面較緩，防水土工膜不會(huì)滑動(dòng)，膨脹土表面也可采用斜坡形式。作為優(yōu)選，所述步驟(2)中土工膜為防水性土工膜。作為優(yōu)選，所述步驟(3)中對(duì)墻內(nèi)側(cè)水平向開(kāi)挖長(zhǎng)度d應(yīng)能保證坡非膨脹土或改良土的水平向抗剪強(qiáng)度大于坡內(nèi)膨脹土的側(cè)向土壓力。作為優(yōu)選，所述 步驟(4)中非膨脹土或改良膨脹土厚度的確定需通過(guò)膨脹土脹縮表征參數(shù)的測(cè)量裝置試驗(yàn)測(cè)量得到膨脹土保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的臨界上覆荷載得到，測(cè)量裝置通過(guò)對(duì)膨脹土試樣施加設(shè)定達(dá)法向應(yīng)力，待試樣變形穩(wěn)定后測(cè)量其變形量；對(duì)膨脹土試樣進(jìn)行滲水飽和膨脹，待試樣膨脹穩(wěn)定后測(cè)定其膨脹變形量；在保持法向壓力不變的情況下再對(duì)前述滲水膨脹后的試樣進(jìn)行電加熱，使其失水收縮，當(dāng)試樣達(dá)到預(yù)定含水率后測(cè)量其收縮變形量；具體步驟如下:(I)膨脹變形:將制好的原狀樣裝入膨脹土脹縮表征參數(shù)的測(cè)量裝置中，待準(zhǔn)備工作一切就緒后，調(diào)節(jié)氣壓調(diào)壓筒，施加豎向荷載，待土樣壓縮穩(wěn)定，開(kāi)始向水槽內(nèi)注入純水，記錄數(shù)據(jù)至膨脹穩(wěn)定；(2)收縮變形:對(duì)膨脹穩(wěn)定的試樣，保持法向應(yīng)力不變，打開(kāi)溫度測(cè)控儀，對(duì)其進(jìn)行電加熱，使試樣失水至飽和度達(dá)到50%到70%，記錄數(shù)據(jù)計(jì)算收縮變形；(3)臨界荷載的確定:根據(jù)試樣在不同豎向荷載作用下，干濕循環(huán)過(guò)程中的脹縮變形試驗(yàn)，可以得到試樣的膨脹率、收縮率與荷載的變化關(guān)系曲線.試驗(yàn)結(jié)果表明在干濕循環(huán)過(guò)程中，收縮率和膨脹率都不超過(guò)3%時(shí)，土體結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生明顯破壞，土體長(zhǎng)期強(qiáng)度較高，由收縮率和膨脹率都不超過(guò)3%即可確定土體上覆臨界荷載Pra，如圖2和圖3所示的土體臨界荷載P。，為60kPa.
(4)非膨脹土或改良膨脹土厚度的確定:根據(jù)所求上覆臨界荷載Ρ ，算出換填土的厚度h SPcr/Y，其中Y為覆蓋土的重度，覆蓋土的重度可根據(jù)相關(guān)設(shè)備測(cè)定，一般覆蓋土的重度可取值20kN/m3。作為優(yōu)選，所述步驟(2)中，在土工膜覆蓋層上側(cè)設(shè)有排水設(shè)施，防止水滲入膨脹土內(nèi)。作為優(yōu)選，在填土坡面種植草皮或者植被，形成生態(tài)護(hù)坡，即美觀又可防止沖刷滑坡。有益效果:本發(fā)明通過(guò)在膨脹土邊坡鋪設(shè)土工膜且覆蓋一定厚度的非膨脹土或改良膨脹土，阻止了膨脹土與大氣直接的接觸，有效防止膨脹土風(fēng)化；在膨脹土表層覆蓋防水土工膜并設(shè)排水設(shè)施，可有效減小膨脹土中含水率變化范圍，降低膨脹土脹縮變形量；上覆荷載作用進(jìn)一步限制膨脹土的脹縮變形和裂隙的產(chǎn)生與發(fā)展，防止膨脹土結(jié)構(gòu)破壞和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低；各級(jí)擋墻采用柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，可避免膨脹土與結(jié)構(gòu)間的不協(xié)調(diào)變形使結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，使護(hù)坡結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)適應(yīng)變形能力和抗傾覆能力；發(fā)明的結(jié)構(gòu)施工簡(jiǎn)單、方便，效果好。


圖1是本發(fā)明得到的穩(wěn)定膨脹土邊坡的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2有荷條件下膨脹土的膨脹變形與干濕循環(huán)次數(shù)的關(guān)系。
圖3有荷條件下膨脹土的收縮變形與干濕循環(huán)次數(shù)的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。一種對(duì)膨脹土邊坡穩(wěn)定控制的方法，其步驟依次為:(1)將待處理的膨脹土邊坡開(kāi)挖至設(shè)計(jì)高程，對(duì)于坡比、上覆荷載較大或坡面較不穩(wěn)定，易滑動(dòng)的膨脹土邊坡采用階梯形開(kāi)挖；若坡面較穩(wěn)定，可直接沿平行于原坡面方向向下開(kāi)挖；(2)對(duì)膨脹土邊坡表面采用土工膜包蓋，土工膜根據(jù)需要分為若干臺(tái)階鋪設(shè)，當(dāng)邊坡高差較大時(shí)，應(yīng)分級(jí)放坡；( 3 )在開(kāi)挖出的膨脹土邊坡表面鋪設(shè)擋墻；除駁岸擋墻外，其余各級(jí)擋墻均采用柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)各級(jí)擋墻內(nèi)側(cè)坡腳處進(jìn)行超挖，各級(jí)擋墻內(nèi)側(cè)橫向開(kāi)挖長(zhǎng)度d不小于非膨脹土或者改良膨脹土的覆蓋厚度h ;墻內(nèi)側(cè)水平向開(kāi)挖長(zhǎng)度d應(yīng)能保證坡非膨脹土或改良土的水平向抗剪強(qiáng)度大于坡內(nèi)膨脹土的側(cè)向土壓力；(4)在土工膜上覆蓋一定厚度的非膨脹土或改良膨脹土，通過(guò)膨脹土脹縮表征參數(shù)的測(cè)量裝置測(cè)量膨脹 土的發(fā)生脹縮變形而引起結(jié)構(gòu)破壞的臨界荷載，所覆蓋土的荷載須大于臨界荷載，使土工膜下的膨脹土結(jié)構(gòu)能長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，達(dá)到強(qiáng)度不顯著降低的目的；非膨脹土或改良膨脹土厚度的確定需通過(guò)膨脹土脹縮表征參數(shù)的測(cè)量裝置試驗(yàn)測(cè)量得到膨脹土保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的臨界上覆荷載得到，測(cè)量裝置通過(guò)對(duì)膨脹土試樣施加設(shè)定達(dá)法向應(yīng)力，待試樣變形穩(wěn)定后測(cè)量其變形量；對(duì)膨脹土試樣進(jìn)行滲水飽和膨脹，待試樣膨脹穩(wěn)定后測(cè)定其膨脹變形量；在保持法向壓力不變的情況下再對(duì)前述滲水膨脹后的試樣進(jìn)行電加熱，使其失水收縮，當(dāng)試樣達(dá)到預(yù)定含水率后測(cè)量其收縮變形量；具體步驟如下:①膨脹變形:將制好的原狀樣裝入膨脹土脹縮表征參數(shù)的測(cè)量裝置中，待準(zhǔn)備工作一切就緒后，調(diào)節(jié)氣壓調(diào)壓筒，施加豎向荷載，荷載梯度依次為0、30kPa、60kPa，0kPa下的膨脹率試驗(yàn)即為無(wú)荷膨脹率試驗(yàn)，試驗(yàn)儀器采用膨脹儀，待土樣壓縮穩(wěn)定，開(kāi)始向水槽內(nèi)注入純水，記錄數(shù)據(jù)至膨脹穩(wěn)定，如圖1所示；②收縮變形:膨脹穩(wěn)定的試樣,保持荷載不變,采用電加熱的方法使試樣失水收縮，再稱量試樣質(zhì) 量，計(jì)算試樣含水率，至試樣飽和度達(dá)到50%到70%時(shí)的變形計(jì)算收縮變形量，記錄數(shù)據(jù)，如圖2所示；③臨界荷載的確定:根據(jù)試樣在不同豎向荷載作用下，干濕循環(huán)過(guò)程中的脹縮變形試驗(yàn)，可以得到試樣的膨脹率、收縮率與荷載的變化關(guān)系曲線.試驗(yàn)結(jié)果表明在干濕循環(huán)過(guò)程中，收縮率和膨脹率都不超過(guò)3%時(shí)，土體結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生明顯破壞，土體長(zhǎng)期強(qiáng)度較高，由收縮率和膨脹率都不超過(guò)3%即可確定土體上覆臨界荷載Pra，如圖2和圖3所示的土體臨界荷載P 為60kPa ；④非膨脹土或改良膨脹土厚度的確定:根據(jù)所求上覆臨界荷載，算出換填土的厚度h SPcr/Y，其中Y為覆蓋土的重度，覆蓋土的重度可根據(jù)相關(guān)設(shè)備測(cè)定，一般覆蓋土的重度可取值20kN/m3 ；(5)再在各級(jí)柔性擋墻后和土工膜上鋪設(shè)一層透水砂礫料，并用非膨脹土或改良土回填覆蓋邊坡，回填土和柔性結(jié)構(gòu)面層通過(guò)分層鋪設(shè)有土工格柵連接成一個(gè)整體加筋土邊坡或加筋土擋土結(jié)構(gòu)形式，在填土坡面種植草皮或者植被，形成綠色護(hù)坡。如圖1所示，就是本發(fā)明得到的膨脹土邊坡結(jié)構(gòu)示意圖，其中，1、柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)；
2、土工格柵；3、透水砂礫料；4、不透水土工膜；通過(guò)在膨脹土邊坡鋪設(shè)土工膜且覆蓋一定厚度的非膨脹土或改良膨脹土，阻止了膨脹土與大氣直接的接觸，有效防止膨脹土風(fēng)化，在上覆壓力作用下，減小膨脹土脹縮變形量，保護(hù)其不發(fā)生明顯結(jié)構(gòu)破壞；在膨脹土表層覆蓋防水土工膜并設(shè)排水設(shè)施，可有效減小膨脹土中含水率變化范圍，降低膨脹土脹縮變形量；上覆荷載作用進(jìn)一步限制膨脹土的脹縮變形和裂隙的產(chǎn)生與發(fā)展，防止膨脹土結(jié)構(gòu)破壞和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低；各級(jí)擋墻采用柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，可避免膨脹土與結(jié)構(gòu)間的不協(xié)調(diào)變形使結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，使護(hù)坡結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)適應(yīng)變形能力和抗傾覆能力；發(fā)明的結(jié)構(gòu)施工簡(jiǎn)單、方便，效果好。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種提高膨脹土邊坡穩(wěn)定性和控制膨脹土結(jié)構(gòu)破壞的方法，其特征在于:其步驟依次為: (1)將待處理的膨脹土邊坡開(kāi)挖至設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)明的高程； (2)對(duì)膨脹土邊坡表面采用土工膜包蓋，土工膜根據(jù)需要分為若干臺(tái)階鋪設(shè)，當(dāng)邊坡高差較大時(shí)，應(yīng)分級(jí)放坡； (3)在開(kāi)挖出的膨脹土邊坡表面鋪設(shè)擋墻；除駁岸擋墻外，其余各級(jí)擋墻均采用柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)各級(jí)擋墻內(nèi)側(cè)坡腳處進(jìn)行超挖，各級(jí)擋墻內(nèi)側(cè)橫向開(kāi)挖長(zhǎng)度d不小于非膨脹土或者改良膨脹土的覆蓋厚度h ; (4)在土工膜上覆蓋厚度h的非膨脹土或改良膨脹土，h通過(guò)膨脹土脹縮表征參數(shù)的測(cè)量裝置測(cè)量膨脹土的發(fā)生脹縮變形而引起結(jié)構(gòu)破壞的臨界荷載確定，所覆蓋土的荷載須大于臨界荷載； (5)再在各級(jí)柔性擋墻后和土工膜上鋪設(shè)一層透水砂礫料，并用非膨脹土或改良土回填覆蓋邊坡，回填土和柔性結(jié)構(gòu)面層通過(guò)分層鋪設(shè)有土工格柵連接成一個(gè)整體加筋土邊坡或加筋土擋土結(jié)構(gòu)形式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高膨脹土邊坡穩(wěn)定性和控制膨脹土結(jié)構(gòu)破壞的方法，其特征在于:所述步驟(I)中對(duì)膨脹土邊坡開(kāi)挖時(shí)，易滑動(dòng)的膨脹土邊坡采用階梯形開(kāi)挖；若坡面較緩，土工膜不會(huì)滑動(dòng)，膨脹土表面采用斜坡形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高膨脹土邊坡穩(wěn)定性和控制膨脹土結(jié)構(gòu)破壞的方法，其特征在于:所述步驟(2)中土工膜為防水性土工膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高膨脹土邊坡穩(wěn)定性和控制膨脹土結(jié)構(gòu)破壞的方法，其特征在于:所述步驟(3)中對(duì)墻內(nèi)側(cè)坡腳進(jìn)行超挖時(shí)，超挖至墻底深度，對(duì)墻內(nèi)側(cè)水平向開(kāi)挖長(zhǎng)度d應(yīng)能保證坡非膨脹土或改良土的水平向抗剪強(qiáng)度大于坡內(nèi)膨脹土的側(cè)向土壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高膨脹土邊坡穩(wěn)定性和控制膨脹土結(jié)構(gòu)破壞的方法，其特征在于:所述步驟(4)中非膨脹土或改良膨脹土厚度的確定需通過(guò)膨脹土脹縮表征參數(shù)的測(cè)量裝置試驗(yàn)測(cè)量得到膨脹土保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的臨界上覆荷載得到，測(cè)量裝置通過(guò)對(duì)膨脹土試樣施加設(shè)定達(dá)法向應(yīng)力，待試樣變形穩(wěn)定后測(cè)量其變形量；對(duì)膨脹土試樣進(jìn)行滲水飽和膨脹，待試樣膨脹穩(wěn)定后測(cè)定其膨脹變形量；在保持法向壓力不變的情況下再對(duì)前述滲水膨脹后的試樣進(jìn)行電加熱，使其失水收縮，當(dāng)試樣達(dá)到預(yù)定含水率后測(cè)量其收縮變形量；具體步驟如下: (1)膨脹變形:將制好的原狀樣裝入膨脹土脹縮表征參數(shù)的測(cè)量裝置中，待準(zhǔn)備工作一切就緒后，調(diào)節(jié)氣壓調(diào)壓筒，施加固定的豎向荷載，待土樣壓縮穩(wěn)定，開(kāi)始向水槽內(nèi)注入純水，記錄數(shù)據(jù)至膨脹穩(wěn)定； (2)收縮變形:膨脹穩(wěn)定的試樣，保持荷載不變，采用電加熱的方法使試樣失水收縮,再稱量試樣質(zhì)量，計(jì)算試樣含水率，至試樣飽和度達(dá)到50%到70%時(shí)的變形計(jì)算收縮變形量； (3)臨界荷載的確定:采用若干個(gè)試樣在不同豎向荷載作用下進(jìn)行膨脹、收縮試驗(yàn)，根據(jù)試樣在不同豎向荷載作用下的脹縮變形試驗(yàn)結(jié)果，得到試樣在干濕循環(huán)過(guò)程中膨脹率和收縮率與荷載的變化關(guān)系曲線，試驗(yàn)結(jié)果表明在干濕循環(huán)過(guò)程中，收縮率和膨脹率都不超過(guò)3%時(shí)，即可確定土體上覆臨界荷載Pra ；(4)非膨脹土或改良膨脹土填土厚度的確定:根據(jù)所求上覆臨界荷載[PcJ,算出換填土的厚度h彡P(guān)cr/Y ,其中Y為覆蓋土的重度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)膨脹土邊坡穩(wěn)定控制的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，在土工膜覆蓋層上和擋土結(jié)構(gòu)面層后設(shè)有排水設(shè)施。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)膨脹土邊坡穩(wěn)定控制的方法，其特征在于:在填土坡面種植草皮或者植 被 。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種提高膨脹土邊坡穩(wěn)定性和控制膨脹土結(jié)構(gòu)破壞的方法，通過(guò)本發(fā)明得到的膨脹土邊坡形式，阻止了膨脹土與大氣直接的接觸，有效防止膨脹土風(fēng)化；在膨脹土表層覆蓋防水土工膜并設(shè)排水設(shè)施，可有效減小膨脹土中含水率變化范圍，降低膨脹土脹縮變形量；上覆荷載作用進(jìn)一步限制膨脹土的脹縮變形和裂隙的產(chǎn)生與發(fā)展，防止膨脹土結(jié)構(gòu)破壞和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低；各級(jí)擋墻采用柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，可避免膨脹土與結(jié)構(gòu)間的不協(xié)調(diào)變形使結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，使護(hù)坡結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)適應(yīng)變形能力和抗傾覆能力；發(fā)明的結(jié)構(gòu)施工簡(jiǎn)單、方便，效果好。
文檔編號(hào)E02D1/00GK103088834SQ20131004075
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月1日
發(fā)明者王保田, 張文慧, 俞海洲, 杜妍平, 趙辰洋 申請(qǐng)人:河海大學(xué)