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《成都理工大学》 2015年
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旱寒区公路边坡土体防渗固化新材料研究

杨晴雯  
【摘要】:公路路基边坡破坏大多是雨水冲刷、雨水下渗以及坡面径流作用下坡面表层土体被冲走或是坡体整体滑移。路基边坡冲刷是公路领域最为常见的一种灾害,传统防治措施旨在加强边坡稳定性,而忽略了变形破坏的本质因素。本文结合西北地区旱寒的气候特征和荒漠化生态环境特征,特针对缓倾角土质边坡提出防渗加固与生态恢复的防护新思路,开展旱寒地区公路边坡土体防渗固化新材料研究。采用室内土壤物理力学性质试验和人工模拟路基边坡冲刷试验的研究方法,系统研究了双聚材料掺量(0、0.125%、0.175%、0.225%、0.275%、0.325%)对细粉砂入渗性、抗崩解性及土壤抗剪强度的影响,最佳掺量(0.275%)时,不同土壤的入渗性、抗崩解性及强度的变化规律,冻融循环作用对双聚材料加固土入渗性、抗崩解性及强度的影响。探讨了双聚材料(0.275%)掺入15cm时,细粉砂路基边坡坡面侵蚀规律、水土流失特征及抗冲刷性能,结合微观电镜扫描阐明了双聚材料对坡面土质的加固机理。针对细粉砂,通过正交试验,得出了双聚材料中添加剂1#、2#、3#对加固土渗透性能、抗剪抗压强度的影响规律,得到了材料最佳掺量,使最终配制的加固土具有防渗性能好、强度高、抗崩抗冻性能好的特征。材料掺量越高,影响越大。试验得到材料掺量在0.275%~0.325%(其中1#:0.2%~0.25%,2#:0.045%,3#0.03%,均为与干土的质量比)时,细粉砂具有最佳的土壤防渗性和抗崩解性,最大的抗剪抗压强度,较好的结构稳定性。针对粉质粘土、粉土、中砂等不同土层,掺量在0.275%时土壤具有较小的入渗能力,较好的抗崩解性和较高的抗剪强度。双聚材料抵抗极端寒冷条件的能力较强,具体表现为粉质粘土和粉砂在零下10℃、20℃、30℃饱水循环冻融12次后的质量损失率不足1%,强度损失率不超过25%,体积增大不明显,仅在一定循环次数后出现微裂隙,对土壤入渗性能有一定影响,但加固土整体结构稳定;双聚材料增加了土壤持水能力,冻融循环过程中,随着循环次数的增加,土壤含水量不断增大,粉质粘土可达30%以上,细粉砂可至27%。扫描电镜的结果揭示了双聚材料与土颗粒之间的物理化学作用。双聚材料加固土壤的孔隙面积和孔隙数量对比非加固土都有所减小,并观察到双聚材料呈薄膜(包被效应)或丝状(织网效应)作用在土颗粒上,使得微细颗粒通过这些大分子链相互连结起来,成为一个整体,正是这种胶结关系的建立,使得土壤水理和力学性能得到改善和提高。土壤中加入双聚加固材料后,坡面抗冲刷能力明显提高,坡面侵蚀不发育,入渗量低,产沙量少,坡体稳定性较好。具体表现如下:(1)砂土中材料掺量为0.275%时,加固边坡雨水下渗慢,坡面产流时间提前,基本不出现面蚀和沟蚀,同一深度土壤含水量增长速度小于对比层。(2)非加固土边坡以沟蚀为主,产沙最大峰值是随着沟蚀的发生而出现的,由于双聚材料处理后的边坡冲刷过程中以轻微面蚀为主或面蚀不发育,土壤饱水后的强度较高,颗粒团聚粒大,抗冲蚀性增强,产沙量远小于非加固土。(3)双聚材料能减缓土壤水分蒸发,增强土壤的保水性;其次材料能减缓水分下渗速度,减小下渗量,抑制土壤孔压的上升,增强土壤防渗性;最后材料能改善土壤结构,增强土壤稳定性;而增大降雨强度,增加了雨水下渗速度和最终的稳定含水量,但坡面侵蚀仍不明显,加固土抗冲刷性能优良。双聚材料自身的亲水性能提高土壤水分有效性,促进植被的生长发育。对比非加固土边坡,加固边坡草种发芽率更高,植被生长优良,雨水冲刷后,加固边坡植株保存完好,非加固边坡植株坡面侵蚀过程中根系裸露被冲毁;植被幼苗时期,双聚材料能稳固植被根系,植被成长后力学效应(根系网络)和水文效应(叶片防水)增强,又能辅助双聚材料加强边坡防护。双聚材料在松散、破碎、坍塌、水敏等复杂地层钻探取芯中应用效果显著,同时在西北旱寒地区公路路基边坡防护中也得到了很好的应用,使用效果明显。
【学位授予单位】:成都理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:U416.14

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