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1、季节性冻融作用下土钉支护边坡稳定性的分析ok3增至2.0m,乃至更深[1-2],且寒区季节性冻土面积在气候温室效应的影响下也呈现逐年增加的趋势[3-4]。最大冻土深度从冻土气象观测资料显示:杭州0.05m;合肥0.11m;北京0.85m;上海、武汉0.08-0.1m;济南、西安0.45m;兰州、银川1.03m;呼和浩特、沈阳1.2m以上;哈尔滨2.0m;长春1.5m;丹东、大连0.9m。当年平均气温一般低于?5?C,在高原或者海拔较高的山上,永久冻土就会存在,如西藏北部以及青藏公路昆仑山北坡地区永久冻土层深达80-100m。研究发现土钉支护边坡在季节性冻融循环作用下,
2、很容易造成冻融滑塌,这种破坏已成为边坡支护工程中的重要危害之一[5-8]。季节性冻土地区的基坑边坡、公路边坡以及铁路边坡等因冻融循环作用导致的边坡失稳现象极为普遍,这对于基坑工程建设和道路的安全以及正常运行相当不利。据记录,从2008年到2014年,因季节冻融作用导致边坡滑坡事件出现近5万起,其中涉及了90%的季节冻土地区,直接经济损失达几十亿,且季节冻土边坡冻融滑塌灾害有逐年上升的趋势[9-14]。随着我国建筑、铁路以及公路交通事业的迅猛发展,开展季节性冻融循环作用对边坡冻融滑坡机理的基础性研究,降低冻土地区冻融滑坡灾害的出现频率,降低事故损失,寻找有效的防治季节冻
3、土层边坡冻融滑坡的工程技术,是当前亟待解决的课题。此外,气候的波动,边坡土水系受温度因素的影响,使得冻土地区边坡极不稳定,故对季节性冻土边坡的稳定性研究就显得更加重要。........1.2国内外研究现状土钉支护的历史可追溯到1835年,英国泰晤士河隧道的施工开挖中,当时用的土钉是扁铁,设计者用的方法是用以新的盾构置换旧的盾构,盾构工作面的挡板采用木板,其辅助支护采用扁铁,以及在后期开挖中,较弱地层就采用扁铁来减轻挡板上的土压。扁铁从木挡板之间的缝中打入土体,端部用楔块固定。为了比较各形状筋材作为土钉的效果,当时对圆铁筋和扁铁筋各自进行了抗拔试验[15-16]。在20
4、世纪50年代后期,锚杆式挡墙得到了很好的发展。20世纪60年代出现了钢筋墙,其做法是通常在填充区域,如道路和土地平整回填土方时,用土工织物与混凝土面板有效的结合。20世纪70年代形成了土钉墙,于1972年法国凡尔赛铁路承包商在边坡开挖中,进行了成功的应用。经过1979年巴黎国际土体加固会议后,土钉墙支护在西方得到了广泛使用,并于1990年在美国举行的关于挡土墙的国际学术会议里,将土钉墙与锚杆挡墙并列,看作独立的主题,使之成为土体加固学科的独立的分支。土钉支护技术在岩石和土坡中,从20世纪50年代后期至今已被广泛使用。边坡防护措施通常是基于被动控制机制牵住护坡结构,可以
5、承受后续的侧向土压力,防止损坏土体的整体稳定性。土钉墙技术是分布一定长度的土钉在土体内,用土体与土钉两者之间相互作用来增强边坡的强度。采用土钉支护后边坡土体整体刚度提高,土体抗拉、抗剪强度低的弱点得到弥补降低了边坡破坏和变形,使得整体稳定性得到明显提高,并使土钉墙在受荷载作用下塑性变形得到延迟,不会出现素土边坡突然性的滑塌。在复合土体内,土钉作用机理如下[17]:(1)土钉构成的箍束骨架,限制了复合土体的变形,有效的构成了一个整体。(2)因土钉抗拉抗剪强度很高[1][2][3][4]下一页,当土体进入塑性状态时,土钉支护边坡所承担的外载和土体自身体力,其土钉分担作用尤
6、为突出,应力逐渐向土钉转移。(3)土钉支护边坡开裂区域的形成与发展也受土钉应力的扩散与传递作用而延迟。(4)边坡变形的约束,坡面开挖卸荷变形受到土钉支护边坡上钢筋网混凝土面板限制,边界的约束得到加强。.......第2章冻融作用下土钉支护边坡力学性能分析和防治2.1冻融作用及其表现形式寒冷天气下,岩土中水冻结和融化等所引发的若干作用,称为冻融作用。在季节性冻融地区,岩土中水晚上冻结,白天融化,或者冬季期间冻结,春夏期间融化,冻融现象也一般出现在高山地带、冰川区以及冻土地区。冻融循环作用主要随季节变化而反复发生,这个过程中,冻融作用会使得岩土体破坏,其内部结构发生变化,
7、从而引起细小土颗粒与矿物的破坏,使土粒粒径变小,引起这样的变化叫冷生水化风化。岩土体在反复冻融循环影响下,另一种变化是胶体与粘粒形成微聚合体,引起土体粒径增大。岩土的粉粒在以上两种作用下,其粉粒含量都会逐渐随冻融的反复作用而增加。冻融风化、冻融泥流以及冻融扰动等是冻融作用的三大表现形式。冻融风化主要是岩土层中的缝隙水,在冻结期间因冻胀使岩土体破坏,岩土体附近出现更多的块石和更细的岩土粒,这是冻土地区最常见的一种冻融作用形式;冻融扰动是岩土体受冻胀挤压,引起的土层结构的塑性变形现象,多发生在多年冻土活动层内;冻融泥流是冻土层上部土体融化过程,融化的水使
