路基边坡坡面冲刷特性与加固材料性能探析

路基边坡坡面冲刷特性与加固材料性能探析

兰文雯吴玲玲

浙江大学建筑设计研究院有限公司浙江杭州310000

摘要：路基边坡冲刷是降雨期间坡面水流对路基边坡面造成破坏，将坡面表层土冲刷掉。在公路领域中路基边坡冲刷属于常见病害，但是我国对于路基边坡冲刷的研究却比较少。此次研究主要是探讨分析路基边坡坡面冲刷特性与加固材料性能，希望能够对相关人员起到参考性价值。

关键词：路基边坡；坡面冲刷特性；材料性能

在我国公路建设中路基边坡冲刷问题属于危害性比较大的问题。由于我国早期多数公路建设以低级公路为主，缺乏深挖高填，降低公路投资建设力度，这样就不会产生路基边坡失稳问题。随着社会经济的快速发展，我国高等级公路数量显著增加，因此出现大量深挖高填路基，逐渐突出边坡失稳问题。多数学者在研究公路路基边坡时主要是计算和分析高陡边坡的稳定性，并且探索加固施工的方法，效果显著。然而在高等级公路建设期间缺乏公路保护意识，在设计期间没有注重保护生态环境，导致公路建设区域存在较多环境问题。路基边坡冲刷涉及到水土保持，水力学，土质学以及地貌学等领域，因此在防治期间应当研究土地侵蚀规律，并且采取有效措施实现水土保持。

1、公路路基边坡冲刷特性

1.1冲刷类型

第一，按照冲刷阶段和形态特征划分包括溅蚀、细沟侵蚀和冲刷坍塌等类型。其中溅蚀主要是雨水直接击打坡面所造成的颗粒飞溅和分散，导致水流紊动加大，提升坡面水流的侵蚀能力。在降水天气中最常出现的就是坡面侵蚀，会存在于整个坡面。细沟侵蚀主要是薄层坡面水流和雨水滴溅的共同作用，导致土体飞溅和分散，坡面产生细小沟槽，从小沟和坑洼出会产生坡面径流，冲刷力不一致所造成的坡面土层的冲刷性也不同。冲刷坍塌主要是由于强冲刷作用导致冲沟两侧失去平衡，出现掉块和坍落等情况。该种冲刷不是由坡面流水力直接导致，然而由于坍塌物比较松散且具有较差的抗冲性，因此会迅速被坡面水流冲走。

第二，按照坡面运移方式划分包括悬移运动和推移运动，前者主要是坡面土体内细小颗粒在水流中为悬浮前进，顺水流运动速度等同于坡面流，会受到土粒和水流速度所影响。后者主要是在坡面径流作用下，较大粒径的土粒会沿着坡面滚动，并且呈现出间歇性运动。在运动期间土粒与坡面保持接触，随着水流的不断加速，会逐渐向深层运动。

1.2边坡特征对坡面冲刷的影响

第一，坡度影响：影响径流冲刷能力的主要因素在于坡度，地面坡度越大则径流速度也会越大，此时就会出现强烈的坡面冲刷。如果坡度超过一定范围之后，坡地增加时土侵蚀量会减少，因此边坡坡面冲刷存在临界坡度，所以明确临界坡度具有重要价值。

第二，坡长影响。坡面长度会影响坡面侵蚀强度，在降雨特征相同条件下，坡长与径流势能的平方呈正比，增加坡长会显著提升径流势能，相应加强侵蚀力。

第三，坡形影响。坡形影响主要是由坡长和坡度综合作用的结果。直线坡形下部径流较为集中，流速比较快，坡面动能比较大，因此坡面冲刷力会大于上部。若边坡为裸坡，则径流冲刷会影响边坡台阶外缘，导致其出现沟蚀现象，甚至会导致冲蚀性落水洞，形成冲沟的源头。

2、路基边坡土质加固材料性能试验

2.1试验原材料的物质组成和基本性质

第一，固化剂。由于土固化材料具有较多种类，能够应用于不同工程中，在经过对比筛选之后决定应用离子固化剂，水泥和石灰。

第二，土。此次研究主要采用山地土，土料定名为高液限粉土质砂，黏土矿物质成分主要为高岭石。

第三，水。此次试验使用饮用水。

2.2明确试验方案

为了了解高液限粉土质砂加固土的使用性能，此次研究从土的渗透性、强度、压实性，加固原理以及稳定性等方面进行试验分析。此次试验的项目主要包含击实试验、抗压强度试验，渗透试验，水稳定性试验以及化学成分分析等。

2.3加固土的强度特性研究

第一，养生方法影响：在自然养生条件下，没有浸水试件具有较高的无侧限抗压强度，然而在浸水之后试件全部甭解，水稳定性比较差。在标准养生箱条件下，没有浸水试件在无侧限抗压强度方面表现较差，然而却具有较高的水稳定性，在养生14天之后试件浸水未崩解。在塑料密封袋养生条件下，没有浸水试件无侧限抗压强度明显高于标准养生箱，水稳性在自然养生条件和标准养生箱条件之间。从上述研究成果能够看出，保温保湿养生条件会直接影响高液限粉土质砂加固土的稳定性。在符合养生条件基础上，该加固土才具有良好的稳定性和强度。

第二，加固土剂量的影响。按照此次研究能够看出，在素土中添加加固土，在常温条件下均提升加固土强度和素土强度，并且加固土的增强效果与剂量有直接关系。当水泥掺加量为3%时，不同龄期水泥加固土强度显著高于加固土。在将加固土添加到石灰土中，不同龄期水泥加固土强度显著高于加固土，并且龄期不断加长，强度越显著。

第三，养生龄期的影响：在水泥加固土不同配比条件下，强度与龄期增长率一致；在石灰加固土中，前期强度增长比较快，在一个月之后会逐渐减慢。

第四，压实度的影响。无侧限抗压强度与压实度之间具有密切关联，随着压实度不断增加，会明显加大强度。当石灰加固土的压实度在90%时，未浸水强度显著增加；当水泥加固图的压实度在95%时，其未浸水强度显著增加；

第五，试件成型时间的影响：延时成型试件能够降低加固土的无侧限抗压强度，增加延时时间会持续降低浸水强度，从而降低水稳定性，在龄期28d后浸水试件会全面崩解，完全丧失强度。若碾压时间比较长，也会影响加固土结构层强度。

第六，固化材料掺入法的影响。为了确保路堑边坡加固顺利性，可以将固化材料稀释液喷洒在边坡表面。所以在室内进行试验时需要分析固化材料稀释液对加固土强度的影响。使用该种方法掺入固化材料之后会加固土料，并且将试件浸水之后不会出现崩解情况。

2.4加固土收缩特性

使用收缩试验方法对加固土实施干燥收缩试验，按照研究结果显示，石灰土的收缩系数最大，在掺入加固土之后会明显降低加固土收缩系数，，改善石灰土收缩性能。

2.5加固土的水稳定性

将不同剂量的加固土掺加到素土中，浸水稳定性较差，并且各个龄期试件在浸水之后24h后均出现崩解情况；在加入加固土两个月之后，明显减慢了试件浸水崩解速度，这就表明在经过一段时间后，加固土会提升土的抗水冲刷性。随着加固土剂量增大，会减低浸水膨胀量，此时吸水量会逐渐变得复杂，表现为前期会随着加固土掺加量减少，之后会随着加固土掺加量减少。在相同剂量条件下，随着龄期的增长，浸水膨胀量会逐渐减少。

3、结束语

综上所述，此次研究主要是围绕路基边坡坡面冲刷特性与加固材料性能展开讨论，首先分析了公路路基边坡冲刷特性，包括冲刷类型和边坡特征对坡面冲刷的影响，在此基础之上进行了路基边坡土质加固材料性能试验，包括试验原材料的物质组成和基本性质、加固土的强度特性研究、收缩特性以及水稳定性，希望通过此次对路基边坡冲刷问题以及加固材料的研究，可以对后续路基边坡施工提供借鉴参考价值。

参考文献：

[1]魏蜀吴.公路路基边坡防护施工技术的应用研究[J].交通世界，2018，23（20）：59-60.

[2]冯维韬.兰海高速公路扩容工程路基边坡的综合防护设计[J].交通世界，2018，18（10）：16-17+19.

[3]顾大凯.浅析公路路基边坡病害的成因及防治措施[J].居舍，2018，25（09）：3.

[4]邹锐，王玉杰，任少峰，陶明.含水土质边坡的爆破振动响应及破坏模式研究[J].爆破，2018，35（01）：27-34.

[5]李汝晓.高速铁路几种常用的路基边坡防护施工方法浅析[J].水利水电施工，2015，23（02）：52-54.