土质、岩质边坡冻害机理分析
发布时间:2023-07-18
高纬度或高海拔地区有时气温会降至零度以下时，在一定的条件下会形成边坡的冻害问题。1、对于粘性土质为主的边坡，气温下降造成坡体出现冻结时，由于冻结形成的压力差原因，往往会使坡体深部的地下水向冻结锋面聚集，造成坡体一定范围内的土体含水量增加。从而构成坡体的土体发生冻胀，并在气温上升时，由于期间冻结锋面周边部位的高含冰量造成坡体含水量偏高，从而导致坡体发生溜滑为主的变形。
图1 粉质粘土边坡的冻融溜滑
2、对于粗颗粒为主的土质或类土质边坡，气温下降造成坡体出现冻结时，由于冻结形成的固态冰体积变形，会挤压周边坡土体，从而导致地下水向坡体的更深部位转移，造成坡体一定范围内的土体含水量减小，甚至出现脱水干燥现象。因此，在气温上升时，粗颗粒为主的坡体病害较粘性土坡体轻，这也是工程中常采用边坡渗沟治理富水冻害边坡的原因。1、对于岩体完整性较好坡体，由于坡体中的含水量是相对较小而冻害现象是相对轻微的。譬如华山西峰是由于完整性相当好的花岗岩构成，因此，历经漫长的地质年代，其冻害现象也是并不突出的。因此，对于使用年限多不超过百年的人类工程而言，这种完整性较好的岩质边坡冻害多是可以忽略的。2、对于岩体完整性较差，如果坡体的节理、裂隙发育，则随着气温的下降，往往会造成存在液态水冻结形成固态冰造成岩体发生冰劈作用，导致岩体完整性破坏而可能出现边坡变形。如高山冰雪地区山峰多呈怪石嶙峋状，这除了气温变化造成岩体内外的温度差导致的风化外，主要是由于温度降低固态冰逐渐形成导致体积增大形成的压力所致。这种边坡病害现象多发生在气温下降造成固态冰形成阶段，这与土质边坡病害多发生在气温上升阶段是不一样的。
图2 高山区的冰劈风化
从以上分析可以看出，不同的岩土体性质，不同的坡体结构，边坡冻害的危害程度是不一样的。而冻害导致的边坡变形规模，也与边坡所在地区的土体冻结线深度、岩体的节理裂隙形态与深度密切相关，但多直接形成浅层边坡病害，很少由于冻害导致边坡发生深层变形。需要说明一点，冻融有时也会造成较大规模的坡体变形，如老滑坡春融期间的复活。但这并非坡体冻害直接作用的结果，而多为春融时坡体地下水在滑面部位富集、润滑的结果，这是冻害的间接作用，而非冻害对边坡的直接作用。此外，边坡要发生冻害，当然要有水的存在，没有水的参与，冻害对工程边坡的危害就往往可以忽略。但有水，也不一定就会发生边坡冻害现象。这是因为如果地下水位埋藏较深，超过了边坡所在地区的冻结深度时，则由于深层地下水的形态由于不会发生变化，故对边坡冻害贡献往往是可以忽略的。因此：对于土质边坡设置边坡渗沟进行冻害处治的机理，就是降低冻结范围内的土体含水率和降低坡体的地下水位，这也是边坡渗沟须按依据土质渗透性按一定间距布置，以及渗沟底部设置于冻结线以下不小于0.5m的原因。对于岩质边坡，须尽量封闭地表附近的节理、裂隙，或对孔隙、空洞中的地下水进行疏排，并通过水泥浆等进行充填，从而避免气温下降时造成冰劈作用的形成而导致坡体浅层稳定性的降低。
您当前所在位置：