冻胀土对土石坝护坡的破坏及防护措施
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土石坝滑坡的原因及预防防护措施和加固措施一、土石坝滑坡的原因土石坝滑坡是指土石坝坝体发生变形或破坏后,土石体沿坝面或坝底滑动的现象。
土石坝滑坡的原因主要有以下几点:1.1 自然因素•地震:地震是引发土石坝滑坡的重要因素之一。
地震会引起土石体震动和地下水压力的变化,进而导致土石坝的破坏和滑坡。
•断层活动:断层的活动会导致土石坝岩体的应力分布失稳,从而引发土石坝滑坡。
1.2 工程因素•施工质量:土石坝滑坡的发生与施工质量密切相关。
如施工过程中土体的均匀性、坝体的坍塌等问题,都可能导致土石坝滑坡。
•设计不合理:土石坝的设计参数如不当选用坝基土和坝体结构的材料,也会影响土石坝的稳定性,进而引发滑坡。
1.3 外界因素•水位上升:水位上升是引发土石坝滑坡的主要因素之一。
当坝前水位上升到一定程度时,会对土石坝施加水压力,进而导致其滑坡。
•水文变化:水文条件的变化,如降雨、融雪等,都可能影响土石坝的稳定性,从而引发滑坡。
二、土石坝滑坡的预防防护措施为了预防土石坝滑坡的发生,可采取以下预防防护措施:2.1 加密监测系统建立土石坝的监测系统,通过监测坝体的位移、应力、应变等参数,及时了解坝体的变形情况。
如发现异常变化,可及时采取相应的处理措施。
2.2 强化坝基处理在施工前,对土石坝的坝基进行强化处理,包括清除坝基的松软土层、加固基岩等。
同时,对坝基进行千斤顶试验,保证坝基的稳定性。
2.3 加固坝体结构采取加固措施,对坝体结构进行加强。
可采用灌浆、加固钢筋等手段,提高坝体的稳定性和抗滑坡能力。
2.4 控制坝前水位合理控制坝前水位,避免坝前水位过高导致土石坝滑坡。
可通过调整下泄流量、引导洪水等方式,控制坝前水位在安全范围内。
三、土石坝滑坡的加固措施当土石坝出现滑坡现象时,需要采取相应的加固措施,以确保坝体的稳定性。
3.1 加固坝基对滑坡部位的坝基进行加固处理,包括清除松软土层、加固基岩等。
同时,采用灌浆、加固钢筋等手段,提高坝基的稳定性。
浅谈冬季农田水利工程的冻胀破坏及防治措施随着我国农田水利工程数量与日俱增,逐渐的暴露出诸多问题,其中动机的冻胀破坏问题显得尤为重要,必须要积极的结合先进的技术加以防范,才能够保证农田水利工程的质量和安全。
本文主要讲述了冻胀和盐胀的基本概念,冻胀对农田水利工程带来破坏的主要原因以及相应的防范措施。
标签:冬季;水利工程;防治措施随着我国农村经济的快速发展,我国农田水利工程得到了进一步的发展,农业作为我国社会经济的重要组成部分,必须要重视农田水利工程的质量和安全,及时的采取措施避免质量和安全事故的发生,才能够促进我国农村经济的可持续性发展。
一、冻胀与盐胀的概念由于受到外界因素的影响,进而就会导致土体内的水分超过一定的数量,冻结土层的体积就会不断的增加,从而导致土体出现膨胀的现象,即冻胀。
土壤冻胀主要因素包括了气温、含水量以及压力等诸多因素的影响。
冻胀的过程中会产生相应的冻胀力,进而出现形态变化。
土的冻胀力主要就是含水体冻结的时候就会导致土体内的水变成冰体,体积膨胀受到一定的约束。
比如我国新疆地区的冻胀现象比较常见,土壤的温度越低,冻胀就会越严重,从而会对农田水利工程的影响越大。
一般情况下,黏性土壤不能进行建筑物的垫层使用,土壤中具有一定的硫酸钠,如果硫酸钠超过设计规定范围,并且温度降到一定数值的时候,含盐浓度就会超过硫酸钠的溶解度,从而会结晶,进而改变了土壤的形态,即盐胀。
二、冻胀对农田水利工程造成破坏原因及存在的问题1、对渠道混凝土板衬砌的破坏预制混凝土受到冻胀之后就会出现诸多问题,比如延伸缩缝以及沉降缝错位等诸多问题,其主要原因就是因为外界水源的补给,冻结土壤中的水分就会不断的增加,冻胀受到土壤含水量的影响。
一般情况下土壤含水量越大,冻结变形就会越大。
大部分灌溉渠道在冬季停水期的时候处于无水的状态,水分主要就是由衬砌板底部下层的回归水补充,从而会逐渐的形成冰晶,导致土体内部的冰晶数量不断的增多,水分结冰导致体积不断的膨胀,受到水平方向挤压或者推力产生水平位移,最终会导致结构发生变化。
严寒地区路堑边坡冻融破坏机理与防治措施严寒地区的路堑边坡常常受到冻融破坏的影响,这是由于气温的周期性波动导致土壤中水分的冻结和融化所引起的。
冻融作用会导致土体的体积变化,引起岩土体积的膨胀和收缩,从而使路堑边坡产生不稳定或破坏。
冻融破坏机理冻融破坏主要有两个机理:冻胀破坏和冻胀剥蚀。
1.冻胀破坏:在冬季,路堑边坡中土壤中的水分逐渐凝结成冰。
由于冰的体积比水大,当水分凝结成冰时,会引起土体的膨胀。
这种膨胀会产生巨大的应力,从而使路堑边坡发生裂缝和破坏。
2.冻胀剥蚀:在冬季,路堑边坡中土壤中的水分凝结成冰时,会通过冰晶的生长和运动引起土壤的变形和位移。
当冰晶运动到路堑边坡的近表面时,会给土体带来剥蚀作用,从而导致路堑边坡表面的土壤被剥离,形成凹陷和坑洼。
防治措施为了减少冻融破坏对路堑边坡的影响,需要采取相应的防治措施。
以下是一些常见的防治措施:1.强化路堑边坡的排水系统:为了避免路堑边坡土壤中水分的积聚和冻结,需要对路堑边坡进行排水处理,确保路堑边坡内部的土壤处于干燥状态。
可以采用排水沟、排水管等方式进行排水,提高路堑边坡的排水能力。
2.加强路堑边坡的护坡结构:为了增加路堑边坡的稳定性,可以加固路堑边坡的护坡结构,如增加防护网、加装护坡砖等。
这些结构能够提供额外的支撑和保护,减少冻融作用对路堑边坡的破坏。
3.提高路堑边坡的抗冻性能:可以通过改良土壤的方式来提高路堑边坡的抗冻性能。
常用的方式包括加入稳定剂、改良剂等,通过改变土壤的结构和组成,减少土壤中水分的冻结膨胀,并提高土壤的抗冻性能。
4.进行定期检查和维护:严寒地区的路堑边坡容易受到冻融破坏的影响,因此需要定期进行检查和维护。
定期检查可以及时发现冻融破坏迹象,采取相应的补救措施,维护可以修补或加固已经受损的路堑边坡。
总结起来,严寒地区的路堑边坡冻融破坏机理主要包括冻胀破坏和冻胀剥蚀两种形式。
为了减少冻融破坏的影响,需要采取一系列的防治措施,包括强化排水系统、加强护坡结构、提高土壤的抗冻性能以及定期检查和维护等。
防止土石坝粘性土料冻胀和龟裂的方法土石坝护坡的养护使长期的工作,所以应该定期的对其进行检查,及时发现问题,及时进行修理养护,尤其是在汛期的时候,更应该密切的关注护坡的安全性,就更不应该大意,不然会造成无法挽回的灾难。
标签:土石坝;粘性土料;冻胀;龟裂一、冻胀土的特性与冻胀力1.冻胀特性冻土是零摄氏度以下,并且含有冰的岩石和土壤,可以分为短时冻土和多年冻土,冻土是一种对温度十分敏感的土体介质,含有丰富的地下冰,所以冻土具有流变性,长期的强度远低于瞬时强度特征,由于土或者岩石产生了冻胀作用,使得构造遭受很大的破坏,土产生的冻胀会出现冻害造成破坏,影响土石坝的使用寿命,这就是冻胀土的现象。
二、土石坝粘性土料冻胀和龟裂的原因1.干缩和冻融裂缝对于干缩裂缝主要是由于土体表面水分蒸发而收缩,但是土体的内部不会收缩,使得表层土受到约束,产生接应力而形成裂缝,所谓的冻融裂缝主要是由于土体冻结后气温骤降,表层冻土收缩时会受到内部的土体影响,所以表层出现裂缝,而且干缩和冻融裂缝呈现着龟裂状,纵横交错,这种裂缝主要在含水量高的细粒土中,没有护坡或者是保护层的粘性土上、下游坝坡,无法避免裂缝的产生,裂缝一般情况下对坝的安全没有什么影响,但是特殊情况下就会加剧土石坝的隐患,由于裂缝可能出现在水库泄空使得上游的防渗铺盖表面,如果没有对填土表面进行保护,会因为干缩而出现裂缝。
2.变形裂缝(1)纵向裂缝纵向裂缝是走向与坝轴平行的裂缝,主要出现在坝顶和坝坡,而且在坝顶很多,这主要是由于坝的横断面上坝身、坝基变形导致的。
(2)横向裂缝这种横向裂缝是一种走向与坝轴线垂直的裂缝,主要出现在坝体与岸坡接头的地方,但是由于沿着坝轴线的横断面坝高不一样,而且覆盖层的厚度也是不一样的,导致的沉降量也是不同的,还有就是坝体沿坝轴线水平位移使得坝顶拉裂,使其很容易出现横向的裂缝,并与下游相贯通,使得渗流出现,造成很大的危害性。
(3)水平裂缝水平裂缝主要是坝体内部的裂缝,形成集中渗漏的通道,这是一个严重的隐患,这主要是由于坝壳棱体密实的窄心墙坝、高压缩性地基上的土石坝及坝下埋管、坝身坝基内部塑流拉伸裂缝。
冻胀性土的原因分析及防治措施有哪些[工程类精品文档]本文内容极具参考价值,如若有用,请打赏支持,谢谢!【学员问题】冻胀性土的原因分析及防治措施有哪些?【解答】1.现象土在冻结状态时,有较高的承载力和较小的压缩性,甚至无压缩性,但冻融后承载力大大减弱,压缩性增高,产生大量融沉,对地基的稳定性影响很大,常造成建筑物裂缝、倾斜、倒塌。
2.原因分析在寒冷地区,当温度等于或低于0℃时,含有水的土,其孔隙中水结成冰使土体积产生膨胀;当气温升高,冰融化后体积缩小而下沉,由于融化、冻胀深浅不一,导致建筑物不均匀下沉造成裂缝、倾斜甚至倒塌。
这种冻胀融沉与土的颗粒大小和含水量有关,土颗粒愈粗,含水量愈小,冻胀融沉就愈小(如砂类土基本不冻胀),反之就愈大如粉砂粘性土)。
冻土按冻结状态又分季节性冻土和永冻土两类,前者有周期性的冻结融化过程,后者冻结状态持续多年或永久不融。
3.预防措施(1)地基宜选在干燥较平绥的高阶地上,或地下水位低、土冻胀性较小的建筑场地上。
尽量避开地下水发育地段(如有地面水流、地形低、易积水处)。
(2)基础宜深埋于季节影响层以下的永冻土或不冻胀土层上。
(3)加强结构刚度,或采用独立基础、桩基或砂垫层等措施,尽量减少冻胀融沉的不均匀变形。
(4)水是冻胀祸根,又是融化热源。
在施工和使用期间应做好建筑物的散水、排水、截水设施,防止雨水、地表水、生产废水和生活污水侵入地基。
在山区应做好截水沟,或在房屋和构筑物下设置暗沟,以排走地表水和潜水流,避免基础堵水而造成冻(5)基础梁下有冻胀性土时,应在梁下填以炉渣等松散材料,并留5~15cm空隙,以防止因土冻胀将基础梁拱裂。
室外台阶、散水坡宜与主体结构断开,散以非冻胀性材料。
(6)对冬期开挖的工程,要随挖、随砌,随回填土,严防地基受前不能交付正常使用的工程,应对地基采取相应的过冬保温措施。
以上内容均根据学员实际工作中遇到的问题整理而成,供参考,如有问题请及时沟通、指正。
冻胀土对土石坝护坡的破坏及防护措施摘要:土石坝护坡是土石坝重要的组成部分,但寒冷地区的水库土石坝护坡,
冬季受冻胀土作用, 普遍发生严重破坏.。
尤其是水浅、坝长、库区开阔的平原水库的土石坝护坡遭受破坏更为突出。
分析冻胀土的形成机理,以及冻胀土的特性。
提出防护措施
.
关键词:冻胀土,土石坝护坡,防护措施
1.冻胀土的特性与冻胀力
1.1冻胀特性
冻土是指零摄氏度以下,并含有冰的各种岩石和土壤。
一般可分为短时冻土(数小时/数日以至半月)/季节冻土(半月至数月)以及多年冻土(又称永久冻土,指的是持续二年或二年以上的冻结不融的土层)。
地球上多年冻土/季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地面积的50%,其中,多年冻土面积占陆地面积的25%。
冻土是一种对温度极为敏感的土体介质,含有丰富的地下冰。
因此,冻土具有流变性,其长期强度远低于瞬时强度特征。
正由于这些特征,在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险:冻胀和融沉。
随着气候变暖,冻土在不断退化。
寒土是指在0℃或0℃以下冻结,但不含冰的岩土。
致密的岩体和干土在0℃或0℃以下时,既不含冰也不含水,称为干寒土。
岩石裂隙和土孔隙含有咸水或盐水时仅在很低的负温时才冻结,这种具有高于其冻结温度的负温、不含冰但含有未冻咸水或盐水的岩土,称为湿寒土。
冻土和寒土统称冷土。
上述观点为中国和俄罗斯的多数学者所采用。
在北美则将低于0℃的土,不管是否含冰,均称为冻土。
冬季冻结、夏季全部融化的岩土为季节冻土;冬季冻结、仅在继后的夏季不融化的岩土为隔年冻土;冻结时间达3年或3年以上的岩土为多年冻土。
在寒冷地区,铺筑高级路面的道路或砂石路面及其附属构造物、隧道、挡土墙、人行道和坡面等,由于土或岩石中产生的冻胀作用,常常使这些构造遭受较大的破坏。
土所产生的冻胀引起道路的冻害造成道路破损,因而影响车辆的通行,降低道路的使用寿命,称之为冻胀土现象。
冻土是一个复杂的多相和多成分体系,至少由气相、固相、液相三相组成。
非冻胀粘性土,地表平坦、裸露、城市之外的空旷场地中,不少于10年实测最
大冻深的平均值,就是标准冻深。
冻深是冬季时自地平面以下冻结的深度。
非冻胀土是指非季节性冻土地区寒季被冻胀的土。
冻胀量是指冻结前后的地基表面的高低差值,大致等于地基产生霜柱的冰晶体厚度总和。
在冻胀现象中,地下水对水分的补给起着重要的作用。
初期含水量大的土比含水量小的土,一般来说,冻胀量也大。
地下水位对地基产生的冻胀量有很大的影响。
对颗粒较大的透水性较高的土,如果荷载作用力小到可以忽略不计时,冻胀量与距地下水位距离的平方成反比。
同时,当地下水位在大于2米时,冻胀现象很小,或基本不发生冻胀现象。
另外,接近地下水位的土质条件,对是否产生冻胀也有很大的影响。
土体冻胀变形基本特征值是冻胀量。
冻胀量是土体冻结时引起地面的总上升量;分层冻胀量是某土层土体冻结时引起该土层垂直向上的位移变形值。
还有一种常用的表明土体冻胀变形的特征值,称冻胀率或冻胀系数用(η)表示,
式中:△hi———某冻结土体厚度!Zi 时的冻胀增量值m,;△hi
= hi - H
△Zfi———某冻结土体厚度m;
hi———土体冻结到某深度!Z 时某地点标高m;H———冻结前的标高m。
为了评价土体冻结时位移变形增大的程度将冻胀土分为四个等级:
非冻胀性土冻胀系数η≤1
弱冻胀性土1 <η≤3
冻胀性土3 <η≤6
强冻胀土η> 6
据野外观测资料表明,季节冻结区土体冻胀量沿冻结深度的分布状态是上大下小,地表层冻胀量最大,其冻胀率的最大值出现在1/3 - 2/3 最大冻深的地方。
土冻胀必须具备下列三个条件:一是,具备冻胀敏感性的土;二是,初始水分及外界水分(包括地下水、大气降水和人为活动引起的水)的供给;三是,适当的冻结条件和时间。
当人们采取措施去削弱其中的一个条件便可以抑制冻胀,达到防冻害的目的。
土冻结过程中水分迁移和冰析作用是产生土体冻胀的直接因素。
它们的强弱主要取决于土颗粒的大小、矿物成分、土中水分及补给来源、冻结条
件、外荷作用以及交换盐基等因素。
1.2冻胀力
冻胀力是在土体发生冻胀时,在土体内部由水相变成冰体积膨胀而产生的一种内应力。
当土中含水量小于起始冻胀含水量时,水相变体积的膨胀主要用于填充土的孔隙,尚不能使土体增大,也即在宏观上不表现冻胀。
当土中含水量大于起始含水量,尤其是有外界水源补充时,原驻水相变化产生的体积膨胀以及迁移水结冰占据了土体的部分空间,从而引起土体膨胀。
参与相变水的数量越多,土体积增加的越甚,冻胀量越大。
如果这种体积膨胀受到约束,即产生冻胀力。
为此冻胀和约束是产生冻胀力的两个必要条件。
建筑物的修建,将使地基的冻胀变形受到约束,使地基上的冻结条件发生变化,进而改变基础周围的温度状态,且将外部荷载传递到地基中,改变了地基土冻结时的约束力,地基土冻结时产生的冻胀力将反映在对建筑物的作用上,引起建筑物位移、变形。
冻胀力是有方向、大小和作用点的。
沿着基侧周边表面向上作用的冻胀力叫做切向冻胀力";作用在基础底面且垂直底面的冻胀力叫法向冻胀力;作用于基侧且垂直于基侧的冻胀力称为水平冻胀力。
2土石坝护坡的破坏形式
2.1裂缝
土石坝裂缝一般是指土石坝防渗体(粘土心墙或粘土斜墙)内出现裂缝,这是土石坝常见隐患。
由于裂缝的出现,使水库效益不能充分发挥,甚至使整个坝体溃决,造成严重灾害。
护坡在冻胀和冰的作用下隆起。
2.3冻胀破坏
由于护坡基土采用冻胀性粘土, 填筑土的压实密度通常较低, 或迎水坡没有防冻保护层或其厚度不够( 即护坡和反滤、垫层总厚度小于冻深), 或护坡的自重轻, 连续性和整体性较差, 刚度、强度低, 又有水分的充分补给, 故在负温时产生冻胀, 尤其在冰面上以 2 m 范围内冻胀更大( 常称为主冻胀带), 坝面不均匀冻胀使护坡发生隆起, 拱翘( 架空)、胀裂、错位, 砌体间隙加大。
2.3冰压力破坏
当冰压力和冰与坝坡面之间的冻结力大于坝坡抗冰推强度时, 冰压力将护坡推起, 称为冰推。
这是寒冷( 季节冻土) 地区护坡冰害较突出的问题。
3.防治措施
3.1破冰
破冰,防止冰压力破坏护坡。
3.2塑料薄膜引滑
薄膜铺设方法是一种利用塑料薄膜的物理学性质: 表面光滑、不透水、与冰不冻结, 具有一定的柔性, 从而使坝坡和冰体之间完全分开,在气温变化冰体膨胀时, 减小其形变所受的阻力, 因势引冰上滑, 冰体膨胀时, 使冰盖膨胀所蓄积的机械能, 转化为水体位移作功, 使冰盖层成为自由面, 削减直接作用于坝坡上的冰压力,避免坝坡不被破坏,
3.3加热法
在建筑物的基础底部或四周设置隔热层,增大热阻,以推迟地基上的冻结,提高土温,减少冻结深度,进而起到防冻胀作用。
3.4机械法
架空筛网消能、架空扬水站,两侧不填土墙和U 型槽。
3.5调节水位法
为降低地下水位和排除基础周围的水,可在基础两侧(或底部)填砾石料并与基础外排水沟或无压排水管路相连接;
用粗砂、砾石、煤渣、矿渣、石灰渣等非冻胀性材料,置换冻胀性土,以消除或基本消除冻胀。
3.7抛石护坡
加大外荷压力使护坡抵御冻胀。
3.8干砌石
使用干砌石技术增强护坡的整体性以抵抗冰压力。
3.9混凝土护坡
增强护坡的整体性以抵抗冰压力、冰拔、冰拉及动冰撞击。
3.10土木织物膜袋防护坡
缺少砂砾石的地区,可采用土工织物代替砂砾石的反滤、垫层,兼做防冻层。
4.结论
护坡是土石坝外部结构的重要组成部分,它的主要作用是保护坝体免受波浪淘刷、顺坡水流冲刷、漂浮物危害,以及防止坝体受到雨水、大风、尾水部位的风浪、冰层和水流的损害及动物、冻胀干裂因素的破坏作用。
但是在寒冷地区土石坝护坡遭受冻胀土破坏普遍而严重。
所以深入分析冻胀土的形成机理, 制定护坡冻胀、冰推等破坏的分类标准; 研究的观测、预报方法; 探讨防治冻胀土的新型结构型式、新材料和新技术等等, 对消减的破坏作用、保证工程质量、无疑是重要的。
参考文献:
1.中华人民共和国行业标准,S2 2011-98
水工建筑物抗冻设计规范,中国计划出版社,2011
2.王英华,陈晓东,叶兴,水工建筑物,北京,中国水利水电出版社,2004.7。