黄土地区路基病害类型与成因

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1、黄土地区路基病害类型与成因  1.黄土陷穴成因  黄土地区修筑的路基,在雨季时大面积汇集的雨水,沿着黄土的垂直节理和大孔隙向路基内部渗透、潜流,溶解了黄土中的易溶盐,破坏了黄土结构,土体不断崩解,水流带走黄土颗粒,形成暗穴,在水的浸泡和冲刷作用下,洞壁坍塌,逐渐扩大形成更大的暗穴或出露于地表的其他形态的陷穴。特别是在地形起伏多变、地表径流容易汇集的地方,而土质松散、垂直节理较多的新黄土中最易形成陷穴。典型的路基陷穴如图7-1所示。黄土陷穴的产生是黄土的湿陷性及水的潜蚀淋溶作用的结果。黄土的湿陷性是产生陷穴的内在原

2、因,水的潜蚀作用是产生陷穴的外部诱因。湿陷性黄土是一种质地松疏,具有大孔隙和裂隙的土,水较容易在黄土中渗流,当渗透水流的水力梯度较大时,水流将黄土中的黏土粒和粉土粒带走,从而扩大了黄土的裂隙或大孔管道。渗透的水流断面扩大后,渗透流速加快,更加提高了水流的侵蚀和搬运作用。这种由于渗透水流从黄土中携带走细颗粒的过程称为机械潜蚀。除此之外,水在渗透过程中,将土中易溶盐溶解并带走,使黄土固结强度下降,这种作用称为化学溶蚀作用。  黄土的自身特点,为陷穴产生提供了本质条件。(1)湿陷性黄土是一种土质疏松,主要成分为粉土颗粒

3、组成的特殊土,其细微颗粒极易遭受潜蚀;(2)黄土中易溶盐含量丰富,对强度起作用的结构状碳酸钙,在含CO2的水或酸性环境中,易受水溶蚀,破坏黄土的内部结构,使之变得松软,有利于地下水渗透,加速了渗流作用和机构潜蚀作用;(3)大孔隙和裂隙发育,为水的渗透提供了便利通道,加速了机械潜蚀。  黄土地区特殊的水文气候条件,为陷穴的产生提供了有利的外部条件。该地区雨量很少,但较集中,全年暴雨多发生在7、8、9三个月,尤其在暴雨后,大量地表水迅速积聚,且有一定的水压力,水透过黄土像通过一个小吸管被吸下去。陷穴一般中间大,进口和

4、出口小,有直入的也有斜进的,随着水的下渗方向变化各异。水钻进大孔隙后,先就近下渗,挤压临近土体形成空洞,尔后空洞不断扩大,待下层土颗粒逐渐密实,水向下渗的速度变慢。若水源继续有补给,则向横向渗流,待水力逐渐减弱,洞穴出口就变小。由于水开始下渗时冲击力大,直接下渗,向两边扩散小,因而进口也小。  微地形地貌特征,对陷穴产生也有一定影响。一般陷穴多发生在一边靠山,一边临深沟的地段,有时也发生在半填半挖路堑与路堤衔接处、桥涵台背填土处或者填土施工接岔处等,在地形起伏波折变化多的地方,特别是缓坡突然转为陡坡钓地段,也易形

5、成陷穴。另外黄土地区,由于植被不发达,也为水的渗透提供了有利条件。图7-1为西吉一海原公路红羊段出露的典型黄土路基陷穴病害。  2.黄土陷穴类型  (1)根据黄土陷穴的成因划分  ①由地表浸水形成的陷穴:黄土经水浸润,可溶盐溶解,同时水对黄土颗粒产生润滑作用,使黄土在水的冲力作用下发生变形位移和机械潜蚀,导致黄土下陷产生陷穴。  ②暗流的侵蚀作用形成的陷穴:地下暗流溶解了黄土中的可溶盐,使黄土结构遭受破坏,暗流又使细颗粒带走,在这种溶蚀和潜蚀作用下,使黄土中产生暗穴、暗洞、暗沟等。  ③因动植物和微生物作用引起的

6、洞穴:植物根系深入土体,当植物枯死后,根系腐败遗留而成洞穴。也可以是老鼠、蛇、蚂蚁等动物挖掘出的洞穴等。  ④人为的洞穴:如坟墓、采矿的坑道、掏砂坑、窑洞等。  (2)根据黄土陷穴的形态划分  ①碟形地:具有直径数十米的椭圆形碟状凹地,深度一般为2-3m,边缘较陡。多发生在黄土塬部分或没有排水坡度的地方。由于降水不断聚集,并沿着孔隙和节理逐渐下渗,黄土不断浸湿,由重力作用下陷而成。  ②漏斗状陷穴:产生在黄土塬边缘,或谷坡附近,常见成群分布,口径不过数米,底部有时还散布着小孔穴。由于坡面上径流的集中,水沿节理下渗

7、潜蚀而成。  ③竖井状陷穴:陷穴边缘陡峭,口径与深度相差数倍。由于陷穴底部堆积着崩塌下的土块,随着地下水进一步的冲刷搬运逐渐加深,有时可达20多米,多发生在阶地的边缘径流汇合处。  ④串珠状陷穴:多沿沟床分布,一般发生在沟床的变坡处。沟壁塌落下来的土堆,成为地表水径流的障碍物,当洪水季节,上游水流到此遭受堵塞,遂向下渗流而成。  ⑤暗穴:形态多种多样,可直可曲,忽大忽小,通常为陷穴的通道,也有单独成盲沟、暗河存在的。由地下水的溶蚀和潜蚀而成。有些特殊的暗穴是人为因素造成的。  3.黄土陷穴的分布规律  黄土陷穴的

8、分布具有一定的规律性。从地貌看,在黄土塬的边缘、河谷阶地的边缘、冲沟两岸及河床中都常有陷穴分布。阶地边缘、河谷两侧多为坡积的松散黄土,易被冲蚀,因而离阶地斜坡和沟谷斜坡越近,陷穴越多。阶地高差越大,沟谷越深,由于地表水通过阶地边缘斜坡地带和沟谷斜坡地带时下渗越厉害,因而陷穴也越深,有的可深达20余米。从地层上看,在疏松的新黄土层中,尤其是现代上层湿陷性黄土地层,陷穴越多越

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