大连市季节性冻土对边坡稳定性的影响

(辽宁师范大学城市与环境学院 辽宁 大连 116021)

一、选题背景及目的

(一)季节冻土指的是地表土层冬季冻结、夏季全部融化的土层。

大连属于季节性冻土，在温寒带和一些垂直地带广泛分布着季节冻土，大约占陆地面积的30%，季节冻土层的深度随着纬度和海拔的升高而增大，深度范围大约是0.1m至3m.近年，我国的公路、铁路因冻融滑坡引起的事故频频出现，2013-2016年3年时间里，由于季节冻土区边坡渗流问题导致将近5万起滑坡事故，并以每年5000起递增，经济损失也在逐年升高，从中不难看出，由于社会经济的增长，国家建设的投入，季节冻土边坡稳定问题所引起的工程危机已经成为必须解决的问题之一。

(二)大连地区是暖温带半湿润的季风气候兼有海洋性的气候特点。

大连地区年降水量550-950毫米，2013年日照总时数为2500-2800小时。其中8月最热，平均气温24℃，日最高气温超过30℃的天数只有10至12天。1月最冷，平均气温-5℃，极端最低气温可达-21℃左右。60%-70%的降水集中于夏季，多暴雨，且夜雨多于日雨。大连处于北半球中纬度地带，所受太阳辐射一年四季比较大，大气环流以西风带和副热带系统为主，再加上一面依山、三面靠海的地理环境影响，所以本区的气候特点是：四季分明、气候温和、空气湿润、降水集中、季风明显、风力较大。

二、大连市季节性冻土边坡体的水分迁移及其对边坡的影响

(一)水分迁移原理

通过对大连市冻土中的水分重分布现象看，冻结过程中冻结前缘的水分迁移是以毛细水和薄膜水的迁移为主，已冻结土体的水分迁移则以薄膜水迁移为主。土体在冻结的过程中，自由水结晶同时也构成相应的质点。土温降低，吸附水膜结晶，厚度减薄，导致土粒表面的电力势发生了变化。未冻水含量高的一端温度高，土颗粒外层水膜厚度大，土水势绝对值小，未冻水含量低的一端温度低，土颗粒外层水膜厚度小，土水势绝对值大，造成薄膜水从温度高处向温度低处迁移。每当土的相态平衡破坏时，土体冻与未冻界面上的势差就成为土中水分向冻结缘迁移的驱动力。

(二)水分迁移对边坡稳定性的影响

造成道路工程中边坡冻胀的根本原因是边坡岩土体中水分的迁移、相变。因此，水是造成边坡岩土体发生冻胀、融沉破坏的基本条件，边坡岩土体中的水主要来自于附近的地表水及浅层地下水。处于季冻区的边坡在冻融循环过程中，水对边坡稳定性的影响主要表现为：秋末多雨，原始含水量在边坡冻结前较大，河堤区域里上层滞水和丘陵区域的层间水丰富，地下水位偏高；土质边坡的土层冻结具有“开系统”条件，地下水位接近或位于冻土层；边坡体及其周围积雪，春融期再次遇到降水加重了冻融层的湿度恶化；大量的地表积水或路堤陷槽积水等向边坡渗透集聚。

三、大连市季节性冻土冻融循环对边坡的影响及防治

如果边坡防排水想从根本上解决问题，仅仅靠工程设计是远远不够的，还需要把沿线水文地质条件、不同土质岩性、坡度、高度以及当地气候特征结合到一起，适当的种植不同种类的植物，将植树和工程设计相结合，才能进行治水综合防护，因为只有这样才能使边坡稳定性得到提高。种植防护措施。种植防护是一种特别好的方式。即在边坡上种植树草的手段进行防护，选择植树方面，应当优先选择当地一些比较容易成活的树种，而在草的选择方面，通常选取多年生、根系发达并且比较耐旱、耐寒的草种。植被的根系使边坡土体的安全性、稳定性得到了加固。除此之外，坡面上的植被也有效避免了地表径流和雨水对边坡的正面冲刷。如果在不适合植物生长的地方并且也不能保证其稳定性的时候，此时再将经济效益和施工效果考虑进去，进行工程防护。比较常见的形式有网格骨架支撑以及植草防护配合，在能减少工程造价、绿化环境的同时又可以减缓水流速度、提高边坡表面粗糙系数、防止雨水侵蚀边坡产生沟槽。在岩质边坡的防护网格中，同时也能进行移土植草美化。由于坡面风化快、坡面平整度差、发育的裂隙或节理等因素，应该对岩质边坡采用喷射砂衆或喷混凝土保护措施。这种措施能够及时将岩体中的裂隙填补，阻止雨水或坡面水对坡体内部的侵蚀，能够有效阻碍岩体裂缝间的水分压力和冰胀力，减缓岩土体风化速度，从而避免坡体的滑石坍塌。在易受水流冲刷的边坡中通常采取工程防护措施。在边坡体水流的速度过快或水流破坏较严重的情况时，沿着边坡体设置砌石、石笼、混凝土预制板等，从而阻止水流的冲刷。在碰到水流冲刷非常严重的情形时可以采取筑现、改变水流运动方向等综合措施进行治理。

四、结语

综上所述，在大连地区，对边坡的稳定性影响相当大的两个因素分别是水分迁移和冻融循环，若使季节性冻土地区边坡的稳定性得到提高，必须运用到上述的各种治水措施。做好防排水工作是治理季节性冻土区边坡的关键所在，要针对不同情况分别采取不同的措施，从而使季节性冻土边坡稳定性得到更加的提高。