曾坤翔，江麗君，張曉超，裴向軍

（1.地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（成都理工大學(xué)），成都 610059；2.九寨溝管理局，阿壩 623402）

派墨公路起于米林縣派鎮(zhèn)，穿越多雄拉山體后沿多雄河展線，經(jīng)汗密、老虎嘴隧道，止于墨脫縣解放大橋，全線長(zhǎng)約66.7km，是到達(dá)墨脫的重要交通要道。敏感脆弱的生態(tài)環(huán)境、復(fù)雜的地質(zhì)條件、多變的氣候條件都對(duì)派墨公路開挖邊坡的穩(wěn)定性防護(hù)和生態(tài)恢復(fù)工作提出了更高的要求。

多雄拉工業(yè)廣場(chǎng)邊坡是派墨公路沿線開挖面積最大、海拔最高的開挖邊坡。該區(qū)域氣候寒冷，全年凍結(jié)期可達(dá)6～7個(gè)月，年均氣溫較低，凍融侵蝕嚴(yán)重。開挖邊坡冰水堆積體膠結(jié)斷裂，結(jié)構(gòu)松散，植被無(wú)法生長(zhǎng)，水土流失嚴(yán)重。傳統(tǒng)的工程護(hù)坡技術(shù)以防災(zāi)救災(zāi)為主，能有效提高邊坡穩(wěn)定性，但大多結(jié)構(gòu)選擇以鋼筋、混凝土為主，易造成環(huán)境污染，破壞生態(tài)景觀。為認(rèn)真貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記在西藏和平解放70周年之際提出“加強(qiáng)重要江河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和修復(fù)，統(tǒng)籌水資源合理開發(fā)利用和保護(hù)”的精神，通過(guò)研發(fā)適用于高寒地區(qū)的生態(tài)加固技術(shù)，在提升邊坡淺表層穩(wěn)定性的同時(shí)，解決生態(tài)恢復(fù)難題。

目前，化學(xué)和物理加固技術(shù)用于土壤結(jié)構(gòu)改良的研究不斷增加。在化學(xué)加固技術(shù)上，夏海江等［4］提出聚丙烯酰胺（PAM）固化劑能有效降低坡面土壤侵蝕情況。陳濤等［5］選擇HEC固化劑提高土體強(qiáng)度和抗侵蝕能力。張麗萍［6］通過(guò)對(duì)比研究4種土壤固化劑對(duì)黃土力學(xué)特性的影響，總結(jié)出EN-1和LUKANG更適用于黃土邊坡坡面防護(hù)工程。裴向軍、楊晴雯等［12－13］用M-CMC土壤固化劑提高土體水穩(wěn)性和強(qiáng)度，研究其抗降雨侵蝕特性和抗凍融特性。在物理加固技術(shù)上，天然植物纖維作為物理加筋材料在土壤結(jié)構(gòu)改良的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，深受人們關(guān)注。植物纖維引入基材加固中可以提高抗壓強(qiáng)度［8］、抗剪強(qiáng)度［9］和保水性［11］。在邊坡防 護(hù) 措施中，化學(xué)加固技術(shù)和物理加筋固土技術(shù)都得到了廣泛的應(yīng)用，但在化學(xué)固化土中加入植物纖維的研究較少。

綜上所述，本文結(jié)合多雄拉工業(yè)廣場(chǎng)開挖邊坡氣候特征，選取改性材料和秸稈纖維加固砂土，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，測(cè)試不同配比下加固土的基礎(chǔ)物理力學(xué)性能，篩選主控因素，探尋次要因素的最優(yōu)摻量，并進(jìn)一步研究在主控因素為單一變量情況下的抗降雨特性，確定最優(yōu)摻量。結(jié)合掃描電鏡試驗(yàn)，探求秸稈纖維加筋固化土的內(nèi)在機(jī)制，以期解決高寒地區(qū)開挖邊坡降雨侵蝕嚴(yán)重、生態(tài)修復(fù)等難題。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料有砂土、改性材料、秸稈纖維和水，砂土取自多雄拉工業(yè)廣場(chǎng)開挖后的冰磧堆積物，經(jīng)自然風(fēng)干后過(guò)2mm篩使用，篩分后砂土的物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1；改性材料為成都理工大學(xué)裴向軍教授團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的土壤固化劑，是由多種有機(jī)溶液通過(guò)混合形成的生態(tài)修復(fù)材料；纖維選用長(zhǎng)度10mm的小麥秸稈；水為自來(lái)水。

表1 砂土物理力學(xué)指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)制備

按設(shè)計(jì)配比稱取材料，將4種材料混合攪拌均勻，采用1.65g／cm3的制樣密度填充到不同的模具中，養(yǎng)護(hù)7d固結(jié)成型后，測(cè)定物理力學(xué)性質(zhì)。

1.3 試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析方法

1.3.1 基礎(chǔ)物理力學(xué)性能試驗(yàn)

在室內(nèi)試驗(yàn)中選用改性材料、水和秸稈纖維作為主要控制因素，通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，確定改性材料一般占土質(zhì)量比為0.144%～0.324%［5］、水占土質(zhì)量為12%～18%（根據(jù)砂土最優(yōu)含水率確定）和秸稈纖維占砂土質(zhì)量0.1%～0.3%［10］。參照加固土的最大干密度的90%和最優(yōu)含水率設(shè)計(jì)［19］，本次試驗(yàn)采用的因素與對(duì)應(yīng)的水平數(shù)見(jiàn)表2。設(shè)計(jì)L9（34）正交試驗(yàn)如表3所示，其中對(duì)照組ck只添加質(zhì)量占比為12%的水。為了研究材料配比對(duì)滲透性和強(qiáng)度的影響，本文對(duì)不同配比的加固土進(jìn)行滲透性測(cè)試和強(qiáng)度測(cè)試。

表2 試驗(yàn)因素與水平

表3 正交試驗(yàn)表

（1）滲透性試驗(yàn)

采用真空飽和儀使土樣完全飽和。取出土樣裝至儀器，記錄不同材料摻量下土樣的恒定水頭滲透系數(shù)數(shù)據(jù)。每個(gè)處理水平設(shè)置3個(gè)重復(fù)，計(jì)算其平均值。

（2）直接剪切試驗(yàn)

土的抗剪強(qiáng)度是反映固化材料對(duì)土壤膠結(jié)作用的重要指標(biāo)，成型試樣強(qiáng)度試驗(yàn)參照《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T 50123－2019）［20］進(jìn)行。

1.3.2 抗降雨沖刷試驗(yàn)

本次降雨模擬試驗(yàn)裝置主要由降雨器和降雨槽構(gòu)成。降雨器采用西安淼森電子科技有限公司生產(chǎn)的野外便攜式人工模擬降雨器MSR-S20-W1100（1500）型號(hào)。降雨槽選擇尺寸為50cm×50cm×10cm，底部均勻打孔的不銹鋼材質(zhì)制作而成，降雨槽前端焊接集沙槽，便于收集徑流和泥沙樣本。本次試驗(yàn)根據(jù)多雄拉工業(yè)廣場(chǎng)擾損邊坡所處地區(qū)的極端天氣，雨強(qiáng)分別選擇60mm／h、90mm／h和120 mm／h，分別代表中、大和特大暴雨，降雨方式為連續(xù)降雨，每個(gè)雨強(qiáng)下降雨時(shí)長(zhǎng)為30min，取樣間隔時(shí)間為2min。為保證雨滴以固定速度下降，降雨高度設(shè)置為3m。根據(jù)研究區(qū)地形地貌，室內(nèi)試驗(yàn)邊坡坡度取50°模擬。選擇坡面侵蝕過(guò)程、產(chǎn)流產(chǎn)沙量及強(qiáng)度作為分析指標(biāo)，探究纖維加強(qiáng)型基材與純土相比，在不同雨強(qiáng)下，抗侵蝕性能優(yōu)劣，并且得出最優(yōu)摻量配比。

1.3.3 SEM微觀結(jié)構(gòu)試驗(yàn)

SEM微觀結(jié)構(gòu)測(cè)試采用成都理工大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院的Prisma E掃描電鏡設(shè)備進(jìn)行。將養(yǎng)護(hù)后的試樣敲碎成小塊，用吸力球去除表面浮土，得到結(jié)構(gòu)完整的天然斷面，再放入鏡下觀察。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)性能指標(biāo)分析

2.1.1 滲透性試驗(yàn)

加固土的滲透性能與植被水肥補(bǔ)給和穩(wěn)定性密切相關(guān)。滲透性過(guò)低時(shí)，降雨或灌溉水分易沿坡面徑流流失，土壤板結(jié)，影響植被生長(zhǎng)。滲透性過(guò)高時(shí)，土體易飽和，孔隙水壓力增加，強(qiáng)度減弱，易失穩(wěn)。通過(guò)研究加固土與純土的滲透性能，對(duì)比改性材料和秸稈纖維對(duì)土滲透性的影響。

正交試驗(yàn)不同試樣滲透系數(shù)如圖1所示。在天然狀況下，對(duì)照組ck試樣滲透系數(shù)為9.344×10－4cm／s，不同配比加固土的滲透系數(shù)均小于對(duì)照組ck。1＃試樣在3個(gè)變量都為低摻量的情況下，滲透系數(shù)接近純土，降低幅度最小，約為8%。4＃、7＃和8＃試樣滲透系數(shù)降低幅度較小且較為接近，其改性材料和秸稈纖維兩者都為高摻量，改性材料使細(xì)顆粒聚集，土體孔隙增大。秸稈纖維作為1cm粗顆粒拌入土體后，致使土體粘結(jié)作用減弱，基質(zhì)吸力減少，滲透性較高。2＃和5＃試樣滲透系數(shù)中等，在同樣含水率的土體中，摻入低摻量的改性材料和秸稈纖維，土中膠結(jié)作用增強(qiáng)，基質(zhì)吸力增大，水分運(yùn)移通道受阻，滲透性更低。3＃、6＃和9＃試樣在高含水率情況下，土體內(nèi)一部分孔隙被填充，滲透路徑減少，滲透系數(shù)偏低，降低幅度分別為60%、55%和67%。

圖1 不同試樣滲透速率對(duì)比圖

2.1.2 直接剪切試驗(yàn)

將根土復(fù)合剪切儀的數(shù)據(jù)按《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行處理，獲得試樣黏聚力c和內(nèi)摩擦角φ，結(jié)果如下圖2所示。

圖2 不同試樣抗剪強(qiáng)度對(duì)比圖

與純土試樣相對(duì)比，所有加固土試樣黏聚力均大于純土，其中1＃和9＃試樣，提高效果不明顯。1＃試樣的3個(gè)變量都為最低，加固效果不明顯。9＃試樣秸稈纖維為低摻量，改性材料為高摻量，抗剪強(qiáng)度提高不明顯。剩余試樣黏聚力顯著提高，其中5＃試樣黏聚力最大為107kPa，與未加固土相比，黏聚力提高幅度為70%。

內(nèi)摩擦角變化范圍為32.33°～36.96°，變化范圍不大，可知改性材料和秸稈纖維對(duì)內(nèi)摩擦角幾乎無(wú)影響，這與現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外研究結(jié)論一致。

2.1.3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)SPSS軟件，選擇一般線性分析，分析各因素對(duì)加固土試驗(yàn)性能的影響。

（1）A－改性材料

由表4可知，在滲透性試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果中，極差居中，改性材料對(duì)滲透系數(shù)影響居中。在直剪試驗(yàn)中，改性材料極差最小，對(duì)抗剪強(qiáng)度影響最小。

由圖3可知，當(dāng)摻量為0.234%時(shí)，黏聚力c存在極大值，滲透系數(shù)中等，存在最優(yōu)摻量可能性。擾損邊坡生態(tài)修復(fù)中，加固土強(qiáng)度增加，土體的孔隙變小，滲透性能減弱，不利于植物生長(zhǎng)。因此，改性材料摻量不宜過(guò)高，選擇占土質(zhì)量的0.234%為最優(yōu)摻量。

（2）B－水

由表4可知，在滲透性試驗(yàn)中，RB＞RA＞RC，極差最大，對(duì)土體滲透性能影響最大，是該指標(biāo)的主要影響因素。在直剪試驗(yàn)中，極差居中，對(duì)抗剪強(qiáng)度影響居中。

表4 測(cè)試結(jié)果極差分析

由圖3可知，在滲透性試驗(yàn)中，當(dāng)初始含水率為18%時(shí)，滲透系數(shù)最小。其原因?yàn)楦吆始庸掏恋囊徊糠挚紫侗凰畛?，氣體滲透路徑減少，致使加固土滲透系數(shù)降低。在直剪試驗(yàn)中，當(dāng)摻量為15%時(shí)，c值存在極大值，可視為最優(yōu)摻量。φ值變化范圍為33.2°～35.7°，變化幅度不大，對(duì)內(nèi)摩擦角幾乎無(wú)影響。綜合考慮，水摻量占土體質(zhì)量的15%時(shí)抗剪強(qiáng)度最優(yōu)，滲透系數(shù)居中，視為最優(yōu)摻量。

（3）C－秸稈纖維

由表4可知，在滲透試驗(yàn)中，極差最小，秸稈纖維對(duì)滲透性影響最小。在直剪試驗(yàn)中，RC＞RB＞RA，極差最大，對(duì)抗剪強(qiáng)度影響最大。是該指標(biāo)的主要影響因素。但內(nèi)摩擦角變化范圍不大，對(duì)內(nèi)摩擦角幾乎無(wú)影響。

由圖3可知，秸稈摻量提高，加固土黏聚力增加，當(dāng)摻量為最大值0.3%時(shí)，c值最大，但未出現(xiàn)極大值。綜合考慮，秸稈摻量的3種配比中，0.3%為最優(yōu)。在滲透性和強(qiáng)度試驗(yàn)中，與其他材料相比，秸稈纖維對(duì)土體抗剪強(qiáng)度影響最大。

圖3 物理力學(xué)性能與各因素變化趨勢(shì)圖

針對(duì)多雄拉工業(yè)廣場(chǎng)擾損邊坡存在淺表層崩落特征，為進(jìn)一步提高基材穩(wěn)定性，應(yīng)將強(qiáng)度試驗(yàn)作為首要考慮因素。通過(guò)以上試驗(yàn)結(jié)果分析可以得出：主控因素依次為C（秸稈纖維）＞B（水）＞A（改性材料）。次要因素A和B的最優(yōu)摻量為占砂土質(zhì)量比的0.234%和15%。

2.2 抗降雨沖刷試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)前文秸稈纖維加筋固化土基本物理力學(xué)性質(zhì)的研究，已確定次要因素的最優(yōu)摻量，但主控因素秸稈摻量從0.1%到0.3%的提高，c值并未出現(xiàn)極大值。因此，為進(jìn)一步研究秸稈纖維加筋固化土的抗降雨沖刷性能，提高秸稈摻量，將秸稈摻量設(shè)計(jì)為0.3%、0.6%、0.9%，其余改性材料和水摻量設(shè)定為最優(yōu)摻量0.234%和15%。試驗(yàn)號(hào)按秸稈摻量由少至多設(shè)定為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，設(shè)置不同對(duì)照試驗(yàn)組ck，觀察降雨沖刷后產(chǎn)流產(chǎn)沙和坡面侵蝕情況。

2.2.1 坡面產(chǎn)沙量分析

如圖4所示，當(dāng)雨強(qiáng)為60mm／h時(shí)，不同配比的加固土和純土產(chǎn)沙量相比，累計(jì)產(chǎn)沙量變化接近，最終累計(jì)產(chǎn)沙量依次為：ck（3.05g）＞Ⅰ（3.65g）＞Ⅱ（2.49g）＝Ⅲ（2.49g）。

圖4 不同雨強(qiáng)累計(jì)產(chǎn)沙圖

當(dāng)雨強(qiáng)為90mm／h時(shí)，累計(jì)產(chǎn)沙量剛開始5 min內(nèi)變化接近，但隨著降雨時(shí)間，最終累計(jì)產(chǎn)沙量純土與加固土相差較大，而加固土累計(jì)產(chǎn)沙量接近，分別依次為：ck（97.87g）＞Ⅱ（34.71g）＞Ⅰ（28.31g）＞Ⅲ（16.13g），最小值Ⅲ＃試樣累計(jì)產(chǎn)沙量約為純土ck的0.16倍。

雨強(qiáng)為120mm／h時(shí)，純土產(chǎn)沙強(qiáng)度增加劇烈，累計(jì)產(chǎn)沙量遠(yuǎn)大于加固土，不同配比加固土中，Ⅰ＃和Ⅱ＃累計(jì)產(chǎn)沙量變化接近，Ⅲ＃稍大于其他兩組加固土，最終累計(jì)產(chǎn)沙量依次為：ck（751.66g）＞Ⅲ（203.141g）＞Ⅰ（106.941g）＞Ⅱ（97.991g），最小值Ⅱ＃試樣累計(jì)產(chǎn)沙量約為純土ck的0.13倍。

降雨雨滴下落時(shí)，首先濺起邊坡干燥時(shí)的土顆粒；隨降雨時(shí)間的增長(zhǎng)，水分開始滲入土體，表層土顆粒逐漸飽和，此時(shí)濺起的土顆粒包括濕土；其次，土壤團(tuán)粒受雨滴擊濺而破碎，出現(xiàn)泥漿狀態(tài)，阻塞水分下滲，導(dǎo)致地表徑流產(chǎn)生。土體顆粒在降雨作用下發(fā)生破碎、分散及飛濺破壞現(xiàn)象。伴隨降雨時(shí)間的增加，雨水在土體表層匯集，形成薄層水流現(xiàn)象。土顆粒在薄層水流和重力作用下，開始下搬運(yùn)和遷移。此時(shí)，邊坡由降雨雨滴濺蝕逐漸發(fā)育成面蝕。伴隨雨強(qiáng)的增加，加固土中最小累計(jì)產(chǎn)沙量與純土的比值在逐漸減小，其累計(jì)產(chǎn)沙量與純土相比，逐漸擴(kuò)大。其原因主要為改性糯米基在土壤中形成團(tuán)聚體，將細(xì)顆粒包裹在粗顆粒中，增加了水膠程度。當(dāng)雨水滴濺打擊坡面時(shí)，土顆粒未被擊散，未發(fā)生搬運(yùn)現(xiàn)象，土壤顆粒流失現(xiàn)象減弱。秸稈纖維的加入，其三維網(wǎng)狀纏繞結(jié)構(gòu)，提高了土體的抗剪強(qiáng)度和抗崩解性。土顆粒在濺蝕和面蝕作用下，破碎程度減弱，邊坡抗沖蝕性進(jìn)而提高。

2.2.2 坡面產(chǎn)流量分析

如圖5所示，當(dāng)雨強(qiáng)為60mm／h時(shí)，純土累計(jì)產(chǎn)流量較低，其原因?yàn)榻涤曛写罅康乃譂B入土體，不同配比加固土累計(jì)產(chǎn)流量變化趨勢(shì)一致，最終累計(jì)產(chǎn)流量依次為：Ⅱ（2 672.4g）＞Ⅲ（2 474.021g）＞Ⅰ（1 970.03g）＞ck（291.82g），最大值Ⅱ＃試樣累計(jì)產(chǎn)流量約為ck＃的9.2倍。

圖5 不同雨強(qiáng)累計(jì)產(chǎn)流圖

當(dāng)雨強(qiáng)為90mm／h時(shí)，累計(jì)產(chǎn)沙量剛開始5 min內(nèi)變化接近，但隨著降雨時(shí)間，最終累計(jì)產(chǎn)沙量純土與加固土相差較大，而加固土累計(jì)產(chǎn)沙量接近，分別依次為：Ⅲ（6 114.438g）＞Ⅱ（4 358.24g）＞Ⅰ（3 675.82g）＞ck（2 668.89g），最大值Ⅲ＃試樣累計(jì)產(chǎn)流量約為ck＃的2.3倍。

雨強(qiáng)為120mm／h時(shí)，純土產(chǎn)沙強(qiáng)度增加劇烈，累計(jì)產(chǎn)沙量遠(yuǎn)大于加固土，不同配比加固土中，Ⅰ＃和Ⅱ＃累計(jì)產(chǎn)沙量變化接近，Ⅲ＃稍大于其他兩組加固土，最終累計(jì)產(chǎn)沙量依次為：Ⅲ（11 010.27g）＞Ⅱ（8 559.749g）＞Ⅰ（7 982.579g）＞ck（6 919.30 g），最大值Ⅲ＃試樣累計(jì)產(chǎn)流量約為ck＃的1.6倍。

雨水降落至坡面時(shí)，其滴濺作用，導(dǎo)致部分土顆粒和水分擊落。當(dāng)降雨時(shí)長(zhǎng)增加，水分開始被土壤吸收下滲，其土壤入滲率伴隨降雨時(shí)長(zhǎng)的增加而減弱，此時(shí)坡表徑流不會(huì)發(fā)生。當(dāng)降雨量大于以上消耗時(shí)，雨水在坡面匯集，發(fā)生徑流現(xiàn)象。伴隨降雨時(shí)長(zhǎng)的增加，邊坡漫流狀態(tài)出現(xiàn)，徑流呈分散狀，水流多股分散在坡面，時(shí)分時(shí)合，此時(shí)流速較慢。當(dāng)雨強(qiáng)增加或降雨時(shí)間增加，徑流量增大，坡面呈現(xiàn)全面漫流現(xiàn)象。水流沿坡而下，并結(jié)合降雨形成較大沖蝕力的徑流，坡面粗糙度減弱，徑流流速進(jìn)一步增強(qiáng)。最終地表的沖蝕力大于土壤的抗蝕能力時(shí)，地表徑流產(chǎn)生的剪應(yīng)力大于土壤抗剪強(qiáng)度。

2.2.3 坡面發(fā)育特征對(duì)比分析

如圖6所示，當(dāng)邊坡坡度為50°時(shí)，不同配比加固邊坡與砂土邊坡在經(jīng)歷1.5h連續(xù)降雨后，其坡面侵蝕發(fā)育特征呈現(xiàn)不同現(xiàn)象。Ⅰ＃和Ⅱ＃邊坡在降雨結(jié)束后，降雨侵蝕以面蝕為主，坡腳處未發(fā)生失穩(wěn)破壞。Ⅲ＃邊坡坡角處積水，局部出現(xiàn)砂土液化現(xiàn)象，但未發(fā)生失穩(wěn)破壞。ck＃邊坡最終坡角處發(fā)生局部失穩(wěn)，邊坡出現(xiàn)滑塌破壞。

圖6 固化土與純坡面發(fā)育特征圖

從連續(xù)不同雨強(qiáng)降雨來(lái)看，不同配比加固土和純土在坡面產(chǎn)流產(chǎn)沙和形貌對(duì)比上，有顯著區(qū)別，在60mm／h的雨強(qiáng)時(shí)，降雨水分入滲，這時(shí)主要以雨滴濺蝕為主。如圖所示，邊坡在濺蝕過(guò)程中，分別出現(xiàn)干土和泥漿濺散現(xiàn)象，其中ck＃邊坡濺蝕現(xiàn)象更劇烈。當(dāng)降雨強(qiáng)度大于水分下滲強(qiáng)度時(shí)，坡面開始出現(xiàn)沿坡度流動(dòng)的細(xì)小水流即漫流，表面松散的土顆粒開始被沖刷搬運(yùn)，形成面蝕。由于雨滴的擊濺、震蕩和浸潤(rùn)，膜狀水層和土體混合成泥漿狀態(tài)，沿坡面而下，將地表土層均勻地?fù)p失，形成層狀面蝕。此時(shí)土壤厚度減小，肥力減弱。

當(dāng)雨強(qiáng)為90mm／h時(shí)，面蝕加劇，產(chǎn)流產(chǎn)沙強(qiáng)度增加，其對(duì)應(yīng)量也增加。其中Ⅰ＃和Ⅲ＃邊坡局部發(fā)生細(xì)溝狀面蝕，Ⅱ＃邊坡形成明顯濺蝕坑。ck＃邊坡由于坡面徑流在坡角處匯集，土體飽和，其孔隙水壓力接近于有效應(yīng)力，導(dǎo)致坡腳處土體出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象。

當(dāng)雨強(qiáng)為120mm／h時(shí)，加固土邊坡秸稈纖維出露，但整體坡面侵蝕發(fā)育特征不明顯，產(chǎn)沙量與降雨前相比，未發(fā)生明顯變化。純土邊坡由于坡度較陡，坡腳處滑塌破壞現(xiàn)象加劇。此時(shí)降雨水分主要以徑流形式沿坡面向下運(yùn)動(dòng)，其匯集的面積不斷增加，中途又接納降雨，導(dǎo)致徑流流量和流速不斷增加，土體破碎和泥沙搬運(yùn)現(xiàn)象更明顯。

對(duì)于加固土，改性糯米基材在邊坡表面發(fā)生“結(jié)皮”現(xiàn)象，防止雨水沖刷邊坡，但同時(shí)滲透性能降低，入滲水分減少。秸稈纖維的加入，提高邊坡抗剪強(qiáng)度與抗崩解性，降低了土體滲透性能，降雨中大部分水分以坡面徑流排除。改性糯米基材料和秸稈纖維的加入，共同提高了邊坡穩(wěn)定性能。

3 加固作用機(jī)理研究

掃描結(jié)果如下圖7所示，將掃描后加固土與未加固土在不同倍數(shù)鏡頭下對(duì)比分析，可以看出，純砂土結(jié)構(gòu)松散，粗顆粒棱角分明，細(xì)顆粒與粗顆粒之間孔隙較多，填充膠結(jié)物較少，孔隙較大。加固土在72倍鏡頭下，能明顯觀察秸稈纖維與土體接觸，其中凹陷處，秸稈纖維發(fā)揮其抗拉性能，提高土體穩(wěn)定性。在500倍鏡頭下，秸稈纖維表層被細(xì)顆粒包裹擠壓，其彎曲部位還會(huì)對(duì)土顆粒產(chǎn)生約束作用，限制土體的變形。片狀石英（SiO2）的表層被細(xì)顆粒包裹，同時(shí)細(xì)顆粒表層形成一道“織網(wǎng)”。

圖7 掃描電鏡對(duì)比圖

纖維屬于塑性材料，其優(yōu)越的抗拉性能導(dǎo)致彈性模量遠(yuǎn)高于土體，當(dāng)外部施加荷載時(shí)，土顆粒與秸稈纖維同時(shí)受力，兩者變形的差距導(dǎo)致兩者發(fā)生錯(cuò)位摩擦，纖維產(chǎn)生界面力，其大小主要取決于界面摩擦力和黏結(jié)力。同時(shí)，界面力對(duì)纖維的相對(duì)滑動(dòng)起限制作用，土體剪切變形時(shí)產(chǎn)生的裂縫使土體中的纖維能承受一定的拉應(yīng)力，從而起到分擔(dān)外部荷載和防止應(yīng)力集中的作用［23］。此外，秸稈纖維在土體中的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)約束了土體變形，防止破壞面的形成，這有利于提高土體的力學(xué)性質(zhì)。

改性材料的加入，使細(xì)顆粒間形成微觀致密的網(wǎng)狀膜結(jié)構(gòu)，纏繞約束土顆粒。存在于固化劑中的活性官能團(tuán)吸附在土顆粒表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，黏粒之間的公共水化膜增多，公共反離子層變薄，從而水膠連接增強(qiáng)，土粒聚集明顯，連接力加強(qiáng)，力學(xué)性能就會(huì)提高。但改性材料的摻量過(guò)多時(shí)，細(xì)顆粒大量聚集，反而導(dǎo)致大的孔隙在土體中形成，孔隙結(jié)構(gòu)分布不均勻，其水穩(wěn)性和力學(xué)性能降低。不同摻量的改性材料和秸稈纖維在受力作用時(shí)，呈現(xiàn)不同加強(qiáng)機(jī)理，改性材料主要參與土體內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)，增加水化膜膠結(jié)作用。秸稈纖維主要提高物理力學(xué)強(qiáng)度，起抗拉作用約束土體變形。兩者相互結(jié)合，在合適配比區(qū)間，共同增強(qiáng)秸稈纖維加筋固化土基本物理力學(xué)性能。

4 結(jié)論

本文采用秸稈纖維和改性材料作為土壤改良劑，增強(qiáng)砂土的物理力學(xué)性能，通過(guò)加固土性能指標(biāo)測(cè)試和抗降雨性能測(cè)試，結(jié)合掃描電鏡試驗(yàn)分析揭示改良機(jī)理，得出結(jié)論如下：

（1）在基本力學(xué)性能方面，加入改性材料和秸稈纖維后，降低了土體滲透性，增加了土體的黏聚力，內(nèi)摩擦角基本保持不變。

（2）初始含水率對(duì)土體滲透性能影響顯著，秸稈纖維對(duì)土體抗剪強(qiáng)度影響顯著。

（3）當(dāng)改性材料、水、秸稈纖維分別占砂土質(zhì)量的0.234%，、15%和0.2%時(shí)，秸稈纖維加筋固化土的抗降雨沖刷侵蝕性能最佳。

（4）改性材料主要參與土體內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)，增加水化膜膠結(jié)作用。秸稈纖維主要提高物理力學(xué)強(qiáng)度，起抗拉作用約束土體變形。兩者相互結(jié)合，在合適配比區(qū)間，共同增強(qiáng)秸稈纖維加筋固化土的物理力學(xué)性能。