寒区护坡工程界面摩擦特性试验研究

摘要

寒区护坡结构由于受冷生作用的影响,导致冻融后其摩擦界面力学性质发生变化。在寒区进行路堑开挖、新削边坡和路基修建等工程活动时,会使土体新近暴露于冻融作用之下,在相关的变形和稳定性分析中,必须考虑其物理力学性质的变化。随着水利工程和道路工程的修建以及其他冻土地区工程建设的广泛开展,我国的寒区护坡工程建设将遇到同样的问题。目前,冻融作用对土物理性质影响的研究已经比较深入,而冻融作用对护坡结构以及与土体共同作用下的性质的影响却缺乏系统的研究,也没有综合的规律性提出,有待进一步深入研究。本文以护坡结构室内模型为研究对象,考虑护坡材料与粘性土之间的粘聚力(c)和内摩擦角(ψ)两个影响因素来研究渠道护坡结构摩擦界面参数变化,详细研究了混凝土铰接块、混凝土预制板、碎石聚氨酯护坡材料在常温状态下作用在粘性土上的斜面摩擦抗剪强度参数的变化规律以及冻融循环后斜面摩擦抗剪强度参数的变化规律。
　　 1)为研究在常温状态下土体含水率对混凝土铰接块、混凝土预制板、碎石聚氨酯护坡材料抗剪强度的影响,本文运用自制斜面摩擦仪进行斜面摩擦抗剪试验。通过试验分别测得三种护坡材料作用在不同含水率粘性土上抗剪强度指标,即粘聚力(c)和内摩擦角(ψ)值,最后对测得数据进行定性分析。
　　 2)为了研究冻融作用对护坡结构的影响,本文对粘性土样进行室内冻融循环摩擦试验。通过混凝土铰接块、混凝土预制板护坡材料分别作用在含水率为18％与饱和状态的粘性土上,经过相同冻结时间与融化时间后,进行摩擦仪斜面试验,测得抗剪强度指标,每五次冻融循环测得一组护坡结构的抗剪强度指标,共进行十次,最后对测得数据进行了分析。
　　 试验分析表明,在常温状态下混凝土铰接块、混凝土预制板、碎石聚氨酯护坡材料与粘土体组合下的护坡结构其粘聚力(c)和内摩擦角(ψ)性质的变化规律很大,主要表现在土体随含水率的增加其粘聚力(c)和内摩擦角(ψ)逐渐减小,呈现良好的线性关系。在护坡材料的选取时,优先考虑基土含水率,当基土含水率小于20％,三种护坡材料都能满足护坡结构抗滑移要求;当基土含水率超过22％,三种护坡材料抗滑能力明显减小,护坡结构易破坏。抗滑能力表现为混凝土铰接块优于其他两种材料,因此护坡结构设计时应优先选取混凝土铰接块;而经多次冻融循环后,三种护坡结构的粘聚力、内摩擦角随着冻融循环次数的增加逐渐减小。土体中水分发生迁移,表面含水率富集增多,5cm、15cm、25cm各层都有不用程度水量损失,其中浅层土体迁移比较明显,深层变化微弱。影响护坡结构稳定性的主要原因是土体中水分迁移,在设计护坡结构时,除考虑护坡材料,还应该注重基土含水率以及基土类型。虽然目前取得的只是特定条件下的试验结论,但这对后续的寒区护坡结构稳定性的室内试验研究提供了有益的借鉴。
　　 通过此次室内试验数值化分析为以后的护坡结构修建提供技术支持。