高聚物注浆在滑坡治理中的应用研究

王玉成

（甘肃省地质矿产勘查开发局水文地质工程地质勘察院，甘肃 张掖 734000）

高聚物诞生于20个世纪70年代末期，其是将树脂和固化剂按照一定的比例调和，并注入一定的混合试剂，使其迅速膨胀，形成一种具有抗压性、抗拉性和高强度的泡沫固体，有助于高聚合注浆效果。结合其生产条件，高聚物注浆具有高强度、高膨胀性以及耐久性质和灌注效能。该注浆高聚合物注浆技术灵活，运输方便，可以完成多种设备的装配和运输管理，适合于多种工程建设管理，甚至是人力运输方式。目前，高聚物材料已经被广泛运用于建筑工程和道路工程，如地基加固、地下结构防渗漏和堤坝加固处理等。

1 国内外应用高聚物注浆治理滑坡的情况

基于高聚物材料及其注浆技术的一系列优势，高聚物注浆已经被广泛应用于国内外工程实践中。国外研究中针对高聚物注浆铁路道渣进行试验，研究表明，注浆技术的应用可以显著降低路基沉降量，也可通过体积膨胀的机理降低土体结构孔隙，发挥对上部荷载作用力的承担作用，并且对地震作用下地基基础液化问题也有一定的处理效果。国内也有研究人员围绕高聚物注浆材料的基本力学特性进行试验研究，并在此基础之上概括分析此项技术在宜万铁路野三关隧道、上海苏州河堤防工程、南水北调工程中的应用效果，收效理想。

2 高聚物的特点

聚合物或高聚物又称有机高分子材料，是一类由一种或几种分子或分子团（结构单元或单体）以共价键结合成具有多个重复单体单元的大分子，其分子量高达104～106。其可以是天然产物，如纤维、蛋白质、天然橡胶等；也可以是用合成方法制得的产物，如合成橡胶、合成树脂、合成纤维等非生物高聚物。聚合物的特点是种类多，密度小（仅为钢铁的1/7～1/8），比强度大，电绝缘性、耐腐蚀性好，加工容易，可满足多种特种用途的要求，包括塑料、纤维、橡胶、涂料、黏合剂等领域，可取代部分金属、非金属材料。

对比其他材料，高聚物材质具有稳定的理化性能，这些特性为其优化生产、提升运用范围有重要的作用。针对高聚物注浆运用特点，其分为以下几类。

（1）高弹性。高弹性轻度交联的高聚物具有典型的高弹性，即变形大、弹性模量小，而且弹性随温度升高而增大。橡胶是典型的高弹性材料。

（2）强黏接性。黏弹性高聚物的黏弹性是指高聚物材料既具有弹性材料的一般特性，又具有黏性流体的一些特性，即受力的同时发生高弹性变形和黏性流动，主要表现在蠕变和应力松弛、滞后和内耗等现象上。

（3）稳定性。在恒定温度和应力作用下，应变随时间延长而增加的现象称为蠕变。应力松弛是在应变恒定的情况下，应力随时间延长而衰减的现象。在外力的作用下，高聚物大分子链由原来的卷曲态变为较伸直的形态，从而产生蠕变；随时间的延长，大分子链构象逐步调整，趋向于比较稳定的卷曲状态，从而产生应力松弛。

（4）耐久性。高聚物透明材料由于透光度高、相对密度小、绝缘性能良好，而且具有一定的强度和韧性，不似无机玻璃那样容易破碎，加工成型工艺比较简单，可以制成透明的板、管、棒以及各种物罩、器皿、光学镜片、透明模型等。缺点是使用温度低，表面硬度小，不耐磨损。

3 高聚物注浆对滑坡治理的效果和作用

高聚合材质在我国工业建设中运用广泛，常见的工程有高速铁路、隧道以及堤坝等基础建设工程，且在多个领域有着明显的运用价值。将其运用在滑坡治理中，主要体现在增大滑坡抗滑力、增强滑面阻水性、提高滑坡完整性、加固已有重力型治理工程等方面。

（1）增大滑坡抗滑力。高聚物注浆材料灌入滑坡面后可以起到黏结作用，体积膨胀，减小已产生沉降，形成圆柱状高聚物桩体，与桩基周边土体产生黏结作用，并通过增加界面摩擦的方式达到提高承载力水平以及滑坡抗滑力的目的。

（2）增强滑面阻水性。高聚物注浆材料具有良好的隔水性特点，可以通过灌入滑坡面的方式在短时间内凝结，预防地下水贯穿滑面进而导致长期浸润性滑面产生的问题。

（3）提高滑坡完整性。高聚物注浆材料灌入滑坡已有裂缝中，可以对裂缝进行有效充填，并使其黏连形成整体，有效提高滑坡滑弧深度与路径，避免了浅层滑坡问题的产生，对减小边坡变形、提高滑坡完整性有重要意义。

4 高聚物注浆和水泥注浆对比分析

针对边坡注浆处理的方法，注浆加固是治理边坡滑坡问题的重要措施。由于水泥硬化时候的干缩性和水泥浆液凝结时间较长的特点，往往会导致整个注浆效果处理不明显。目前，边坡注浆加固处理的主要途径包括高聚物注浆及水泥注浆这两种类型。与水泥注浆加固技术对比，高聚物注浆的整体效果更为确切。待注浆材料充分混合后可在短时间内产生化学反应，自由膨胀比达到20∶1，对松散基层的填充效果更为确切，可显著改善结构强度，且固结体有良好的弹性，不易产生脆裂现象，水分不易渗透至内部，因而整体加固效果较好。而且高聚物注浆材料前期准备不复杂，施工过程中所需机械设备较少，整体难度明显更低，施工全程有更好的可控性。除此之外，高聚物注浆加固的费用低廉，用于边坡注浆加固处理无须养生周期，大幅度节约工期，减少了交通干扰。这些优势是水泥注浆加固措施所不具备的。

5 高聚物材料注浆的滑坡治理技术数值模拟分析

以往的滑坡研究多是分析高聚物材料的使用时效性，针对高聚物注浆技术的基本性能及滑坡的运用条件来看，可以采用针对性的方式，优化滑坡治理效果，也有助于优化高聚物材料应用管理，对比其他高聚物材料，相应的单位也要做好数据处理，并针对高聚物的注浆管理，做好对应的加固管理和效果分析。此外，根据高聚物材料的使用特点，若贸然进行实验可能会造成不必要的损失，采用边坡有限元分析及数据模拟计算的方式，有助于推算边坡安全系数，做好对应的变形管理，实现加固处理质量。

此次研究针对高聚物的材质特点，结合有限元分析及参数化模拟方式检验高聚物的作用。首先，建立单元厚度为基准的有限元模型，假设虚拟边坡尺寸为高20m，边坡比例为1∶1，设计虚拟边坡为26.3°，将其细化为5000个单元和8000个节点。整个模型的底部采用铰支处理方式，控制其左右位移；整个模型也采用轴向唯一管理方式。对比整个高聚物加固处理方式，土体材料参数采用摩尔-库伦模型处理方法，运用强度拆减的计算方式了解边坡的稳定性。为了保证计算的针对性，整个高聚物设计成了柱状的模式，高聚物边坡土体的加固采用混合土颗粒黏结，以此来提升土层的强度。

经过虚拟模拟后，整个高聚物的注浆加固前后安全系数对比明显。研究结果显示，土体黏凝聚力差，整个应变最大位置仅位于边坡表面，经过高聚物注浆加固后，边坡滑动模式也从以往的浅层控制转向成为深层次滑动模式。加固后，整个边坡的稳定性系数提升，结构的安全系数也从原来的1.32增强到了1.39。该方式也表示了高聚物注浆滑坡运用的价值和有效性。经过数据处理分析，加强高聚物注浆滑坡处理，是增加边坡深度和弧度的重要途径，也是提高边坡系数的重要方式。经过高聚物注浆前后的位置移动分析，浅表层滑动趋势明显，边坡变形集中于坡面，且位移水平高的地方，其滑弧运动基本一致，整个唯一的变动也会有所改变。边坡的位移增加，经过一段时间的运动后，坡面的位置和位移运动变化明显，这表示高聚物注浆处理后，可以控制滑坡的位移量，有效控制了滑坡的运动问题。

6 结果和评价

分析高聚物注浆加固的变形情况，虚拟实验中，技术人员要分析加固前后坡体的稳定性，采用有限元分析方式，观察注浆对整个边坡的深度以及路径影响，要不断减少前表面滑坡问题，增加整个体系的安全系数，减少边坡位移问题。经过有限元论证分析，可以加强高聚物的浓度注浆，增加滑弧的深度和路径，避免严重的二次滑坡问题，更能够减少1/3的位移。经过对应论证分析，采用合理可行的加固方式也对优化高聚物材料的生产使用有重要价值。经过相应的研究阐述可知，为减少二次滑坡，建议技术人员设计更为精准、具体的计算模型，做好参数计算工作，并根据不同的尺寸、坡度以及非均值边坡进行对应的数据计算，不断验证边坡数据计算的合理性，保证人们的生命及财产安全。

针对滑坡问题及独特的地质条件来看，要对处理环境采用可行的治理方法和手段。高聚物材料在岩土工程中有一定的运用价值，其具有化学性能稳定、材质性能强度高、凝结时间短以及隔水性、耐久性好的特点，创新高聚物注浆治理工程技术，有助于增大滑坡抗滑力、增强滑面阻水性、提高滑坡完整性、加固已有重力型治理工程，达到有效治理滑坡的目的。