渗透性路基缺失灾害形成原因浅析

(四川公路桥梁建设集团有限公司勘察设计分公司 四川 成都 610041)

绪论

根据现有研究，广义的公路水毁是指在气候、水文、地质因素和人类活动作用下沿着公路所发生的一系列工程损坏现象，水并不是唯一的原因。是包括一切内外力作用下使公路遭到破坏的灾害现象[1-4]。

狭义的公路水毁即是指公路工程结构直接受到降雨、洪水的作用而失去正常的使用功能。

公路路基缺失灾害发生的频率高、分布范围广、灾害作用强烈，在汛期期间集中爆发。每年造成数百亿的直接经济损失，对于路基缺失灾害作出准确分类并且进行灾害成因分析意义重大，对于有效积极地防治公路路基缺失灾害也有重要意义。

一、路基破坏特征

路堤中常常受到因季节性或者长期浸水的沿河路堤、河滩路堤称之为浸水路堤。浸水路堤要承受外力、重力还要承受浮力和渗透动水压力的作用。尤其是在汛期，水位的升高和下降将会对路堤造成严重的影响，对其造成严重的损坏。

渗流作用使路基土体发生渗水，造成险情，在渗水过程中路基本体慢慢破坏，路基渗流出来的水由清水逐渐变浑浊，表明水中土体小颗粒逐渐增多，渗流通道逐渐拓宽导致土体小颗粒流失加快，路基的主体部分已经和外部的水流贯通。

路基出现集中渗漏、渗水量剧烈增加等都是发生渗流破坏的表现。路基缺失灾害基本特征如下：

(1)发生频率高。公路路基缺失大多是由于连续的强降雨造成，在平原丘陵地区，每年的汛期为4—9月，降雨总量可以达到全年的最大值，6—8月份是路基缺失的高发期。

(2)速度快，时间短。公路毁坏主要是由于突降暴雨，水流流速过大，瞬间对公路和桥涵构造物产生巨大的冲刷和冲击，直接导致公路毁坏造成路基缺失。

(3)直接经济损失严重，社会影响大。公路缺失不仅会使得交通基础设施损坏，还会造成严重的经济损失，影响区域发展和社会稳定。

(4)复发率高。到目前为止，虽然各部门采取各种防治措施来降低路基缺失发生的概率，但是不能从根本上消除其发生的可能。

(5)随机性强。公路缺失灾害发生的时间和地点具有随机性。影响公路缺失的因素众多，且相互之间的关系复杂，不能预测其发生的时间和位置。

二、渗透性路基缺失灾害形成原因

(一)成因过程分析

高填土路堤由于暴雨或者洪水产生的水流的冲刷是破坏路基的一种原因，不仅仅由于水流作用在了路基的边坡坡面，使得上面大量的泥沙颗粒被带走，从而形成坡面冲刷，加之水流冲刷坡脚改变了坡面的高度和坡度，在路基本身的重力作用下毁坏，丘陵地区公路路基缺失和浸水路堤的路基缺失的灾害。

汛期时，暴雨和洪水有较大冲击动能和侵蚀能力，由于雨水冲刷和潜蚀等作用对路基的土体造成一定的影响。当地下渗流产生的动水压力小于土体的有效重度，渗流水力坡度小于临界水力坡度，土中的细小颗粒穿过大颗粒之间的孔隙被水带走，时间长了，土体中形成空洞，土体被破坏，强度降低使得路基缺失，影响通车安全。

潜蚀渗流是影响边坡和路基稳定性的重要原因之一，水的渗入使土体质量增大，土体抗剪强度降低，孔隙水压力升高，渗流将对土体产生动水力，水位的升高将产生浮托力，渗流作用几乎在所有的气候条件和土壤中都可能会发生，分布范围很广。容易引起路基失稳。管涌等是路基垮塌的原因之一，而水是诱发其产生缺失的主要因素之一。

(二)渗透性路基缺失灾害成因分析

由于人们对渗流的认识不够或者是地下水的处理不当而引发渗透性路基缺失灾害。本次主要从渗流流场的特征和实际分布状态进行分析渗透性路基缺失灾害成因：

(1)水位变化。水位的突然上升和下降引起了非稳定渗流，进而产生了不利于路基稳定的孔隙水压力；岩土体含水量和容重增加，在这个方面作用下通过水来改变路基的力学性质，进而影响其稳定性。

(2)降雨入渗和表面径流，坡面表层形成局部饱和渗流区和下面的非饱和渗流区，降低基础的稳定性。

渗透破坏对于路基的破坏可分为整体破坏和局部破坏，整体破坏就是在渗流作用下路基滑坡稳定性的问题，在做整体稳定性分析时，需要考虑水在土体上的渗流作用。渗流的局部破坏主要是地下水的集中渗出点，在路基薄弱的部位。渗流的不同方向、高度、渗出点等都会产生不同程度的渗漏、管涌、流土和接触冲刷等。

水位降低阶段产生的动水压力是路基失稳破坏的重要因素。路基土体内外地下水龙头差在土体内部形成渗透力，路基会沿着破坏面滑动形成路基缺口，这种作用下的路基缺口具有整段性，有可能会造成大段缺失。在汛期内，路基内土体被浸泡土体饱和，地基土体在渗流压力作用下发生变形破坏的现象，谓之渗透变形。

总结来看，路基受到水的作用，水位有高有低，水流也随着时间不断在变化，其过程为以下三个阶段。

第一阶段上涨的水流从路堤的两侧浸入路堤之中，第二阶段因路堤上下游的水位差很大，水流会随着时间从上游渗流到下游，第三阶段是水流通落，水从路堤内向外渗流。

在第一阶段内，一侧的水位上涨时，水从路堤两侧向路堤内渗入，水压力只在路堤内，对路堤稳定有利，但是水浸入路堤，土体饱和，抗剪强度降低，对于路堤稳定不利。第二阶段由于水从路堤的上游一侧向下游一侧渗流，形成水位差在路堤内形成水位差，形成渗透压力(动水压力)其方向指向下游，使得下游边坡增加一个推力，使得下游的滑动。第三阶段，河水退落，水流自然从路堤内向外渗流，动水压力指向路堤边坡两侧。河水迅速降落时，路堤内的土体饱和度很高，抗剪强度低，加上如果土体是粘性土，孔隙水不能向外及时排出，容易使路堤的稳定性降低，使其塌滑。在洪水骤然下落时，为其最不利情况。

三、结论

从平原丘陵地区典型的路基横断面形式入手，结合横断面的形式和地理位置选取了可能最会发生路基缺失灾害的两种路基形式——浸水路堤和陡峻山坡上的路堑两类路基进行分析，研究在渗流的影响下发生路基缺失灾害内部发生的过程，从渗流方向简要分析了渗透性路基缺失灾害成因，为后续研究提供支撑。