黄土边坡两种防护材料防护效应差异性研究

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近年来,黄土高原地区开展了一系列重大工程建设活动,形成了大量裸露边坡。在降雨的等因素的干扰下,这些裸露边坡极易产生浅层破坏病害。此类病害不仅影响边坡美观,而且还会诱发潜在的边坡稳定性问题。因此,工程界迫切需要效果良好、费用低廉的护坡材料投入实践应用。本文将A纤维加筋土和B胶拌和土两种护坡材料应用于黄土边坡防护工作中。通过进行野外调查工作,研究黄土边坡浅层破坏发育特征;开展野外边坡防护监测试验,探究两种坡面防护材料条件下的边坡水分运移规律差异以及表面劣化特征差异;并依据室内试验分析两种防护材料在干湿循环条件下物理力学特性劣化规律,从材料特性角度对护坡材料的防护效应差异性进行解释;主要研究内容和成果如下:(1)开展野外调查,统计试验区域内雨季产生的剥落破坏45处。通过测量剥落体内壁厚度、观察内壁形态特征等调查手段,探究边坡剥落破坏的发育特征。调查结果表明原位试验场周边黄土边坡剥落体的壁厚较薄,降雨入渗过程对黄土边坡的力学性能有效影响深度可能较浅,边坡浅表水分变化特征值得关注。同时,调查结果还表明剥落体内壁两种部位形态特征两种,顶壁总体表现出拉破坏特征,侧壁总体表现出剪破坏特征,分析护坡材料的力学性能时应当关注抗剪强度、抗拉强度两方面的特征。(2)在延安市某治沟造地项目一处裸露边坡内埋设土壤水势传感器、土壤水分传感器,开展两种坡面防护材料条件下边坡内水分运移监测试验,探究两种坡面防护材料条件下坡体水分运移规律差异。试验共持续13个月,结果表明两种防护材料条件下边坡浅表含水率在监测期内均波动剧烈;但二者的持水性与透水性表现有所两种,A纤维加筋土防护边坡具有更优良的持水性,而B胶拌和土防护边坡透水性更佳。B胶拌和土的透水性可能与多次降雨后坡面逐渐出现贯通的裂缝有关。(3)两种坡面防护材料条件下的坡体水分运移规律效应不仅表现出差异性,在季节因素、降雨类型以及边坡部位等条件影响下二者还表现出一定的相似性。首先,边坡表层总体上受山体内部的水分补给,两种季节水分补给特征表现两种。其次,降雨历时影响边坡的水分入渗过程,降雨历时越短水分入渗越少,短时强降雨时几乎没有水分渗入坡体内。最后,两种坡面防护材料条件下边坡的下坡段蓄存总是较多水分,降雨时水分波动剧烈。(4)运用三维激光扫描技术开展两种坡面防护材料条件下边坡表面劣化监测试验。监测期内共进行七次扫描作业,通过点云配准、模型生成、模型合并等步骤可实现各次扫描间边坡表面破坏定量化计算。计算结果表明虽然两种护坡材料在一定程度均能减缓边坡表面破坏发育,但二者仍存在些许问题;B胶拌和土防护边坡抵御浅层破坏的能力在短期时表现优良,然而长效性不佳,该种护坡材料防护条件下边坡在7月16日前共产生侵蚀破坏量2876.75g,但此后受上坡段表层脱落影响,短时间内产生破坏量5905.25g;A纤维加筋土防护边坡抗冲蚀能力相对较差,该边坡在监测后期坡面发育至沟蚀破坏阶段。(5)通过干湿循环条件下的室内试验,从材料物理力学劣化特征角度对两种护坡材料防护效应差异性进行解释。为了与原位试验保持一致,试验时土样的含水率变化幅度设置为10%~20%,循环次数设置为0、2、4、6、9、14、16次。试验结果表明多次循环后B胶拌和土力学性能力劣化明显,这可能是该种防护边坡抵御浅层破坏能力长效性不佳的诱因;A纤维加筋土抗崩解性能较差,这能解释该种防护边坡冲蚀破坏发育较为剧烈;B胶拌和土在干湿循环过程中逐渐出现裂缝,这会影响其水分运移规律效应。
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