馬興業(yè)，楊秀娟，2，樊恒輝，2，湯朝鑫，石慶紅，孟敏強(qiáng)，2

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 巖土工程研究所／特殊巖土博物館，陜西 楊凌 712100）

我國西北地區(qū)因各類工程建設(shè)而形成的黃土邊坡，極易遭受雨水沖刷并發(fā)生剝落、溜滑、滑坡等水土流失現(xiàn)象［1－3］。玄武巖纖維是一種由天然玄武巖經(jīng)拉伸工藝生產(chǎn)的新型環(huán)保材料，具有強(qiáng)度高、耐腐蝕、可再生等優(yōu)點(diǎn)，摻入土體后可有效提高土體黏聚力和抗剪強(qiáng)度［4－8］，但會(huì)降低土體水穩(wěn)性［9－10］。木鈣（即木質(zhì)素磺酸鈣）是一種常見的造紙廢料，摻入土體后能有效提高土體的水穩(wěn)性和持水性［11－16］。木鈣與玄武巖纖維復(fù)合使用的效果如何、能否滿足黃土邊坡防護(hù)要求等，尚需進(jìn)一步研究。為此，筆者把木鈣和玄武巖纖維作為黃土改良劑，通過土工試驗(yàn)和人工降雨沖刷試驗(yàn)，研究了在黃土中單獨(dú)摻加木鈣、玄武巖纖維及二者復(fù)合摻加對黃土邊坡力學(xué)性能及抗蝕性的影響，以期為黃土邊坡防護(hù)及相關(guān)研究提供參考。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方案

試驗(yàn)所用黃土取自陜西省楊凌區(qū)，取土深度為2～3 m，其沙粒、粉粒、黏粒含量分別為0.6%、65.2%、34.2%，液限為33.9%、塑限為18.5%、塑限指數(shù)為15.4，最大干密度為1.72 g／cm3，將其自然風(fēng)干后碾碎、過2 mm篩備用。試驗(yàn)所用玄武巖纖維購自海寧安捷復(fù)合材料有限公司，根據(jù)前期預(yù)備試驗(yàn)的結(jié)果，選用對土體加固效果較好、長度為8 mm 的玄武巖纖維（為黑褐色的短切絲），其單絲直徑為17 μm、彈性模量為100 MPa；所用木鈣購自上海源葉公司，其外觀呈棕褐色、粉末狀，木鈣含量為96%。

本研究設(shè)置木鈣摻量（質(zhì)量占干土質(zhì)量的百分比）為0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%，玄武巖纖維摻量為0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%。首先進(jìn)行單一改良劑使用效果試驗(yàn)，然后進(jìn)行復(fù)合配比試驗(yàn)，配比試驗(yàn)方案為單一改良劑試驗(yàn)得出的木鈣最優(yōu)摻量＋玄武巖纖維摻量分別為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%?？紤]到養(yǎng)護(hù)齡期對土體強(qiáng)度和水穩(wěn)性的影響，養(yǎng)護(hù)齡期分別設(shè)置為1、7、15、30 d。

稱取試驗(yàn)所需黃土，按照試驗(yàn)方案稱取改良劑，進(jìn)行改良土試樣制作。為降低改良劑分布不均勻?qū)υ囼?yàn)結(jié)果的影響，制樣時(shí)，分層摻入玄武巖纖維和木鈣：稱取一定質(zhì)量的黃土，將相應(yīng)摻量的玄武巖纖維分散在土上并翻拌2～3 次，繼續(xù)取土覆蓋在翻拌好的土層上方，進(jìn)行第二層黃土與玄武巖纖維的翻拌，直到玄武巖纖維與土體混合完畢，保證纖維在土體中均勻分布；采用濕摻的方式摻加木鈣，即將木鈣先溶于蒸餾水再分層噴灑在黃土上。然后，噴灑蒸餾水使黃土達(dá)到最優(yōu)含水率17%，靜置24 h，采用千斤頂靜壓的方式完成制樣，試樣的壓實(shí)度為95%、干密度為1.63 g／cm3。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 直剪試驗(yàn)

土體黏聚力和內(nèi)摩擦角是土體抗剪強(qiáng)度的2 個(gè)力學(xué)指標(biāo)，通過直剪試驗(yàn)（快剪法）測定土體黏聚力和內(nèi)摩擦角，按照《土工試驗(yàn)規(guī)程》（GB／T 50123—2019）規(guī)定的干密度和含水率控制條件制備Φ61.8 mm×20 mm環(huán)刀試樣，利用南京土壤儀器公司生產(chǎn)的EDJ－1 型直剪儀進(jìn)行試驗(yàn)，剪切速率為0.12 mm／min，在垂直壓力分別為100、200、300、400 kPa 的情況下進(jìn)行快剪試驗(yàn)。

1.2.2 崩解試驗(yàn)

通過崩解試驗(yàn)測定土體在靜水作用下的崩解率、崩解速率，進(jìn)而分析土體的水穩(wěn)性。按照《土工試驗(yàn)規(guī)程》，參考樊恒輝等［17］研制的測定土體濕化、崩解與分散試驗(yàn)方法，制備Φ40 mm×38.1 mm 圓柱形試樣，進(jìn)行崩解試驗(yàn)。崩解率和崩解速率計(jì)算公式如下：

式中：Pt為試樣在t時(shí)刻的崩解率；ws為試驗(yàn)開始時(shí)（或稱零時(shí)刻）測力計(jì)的讀數(shù)；wt為t時(shí)刻測力計(jì)的讀數(shù)；wf為崩解完成時(shí)（或試驗(yàn)結(jié)束時(shí)）測力計(jì)的讀數(shù)；v為試樣崩解速率；V為試樣的體積；T為試樣完全崩解所用時(shí)間。

1.2.3 滲透試驗(yàn)

按照《土工試驗(yàn)規(guī)程》制備?61.8 mm×40 mm 環(huán)刀試樣，采用南55 型滲透儀，進(jìn)行變水頭滲透試驗(yàn)，測定土體的滲透系數(shù)。

1.2.4 人工降雨沖刷試驗(yàn)

采用自制的人工模擬降雨及邊坡試驗(yàn)裝置（見圖1）進(jìn)行黃土邊坡沖刷試驗(yàn)。

圖1 試驗(yàn)裝置示意

根據(jù)陜西省近50 a 來的暴雨情況，設(shè)定人工降雨雨強(qiáng)為50 mm／h、降雨時(shí)長為3 h。參考《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》（JTG／T 3610—2019）［18］，設(shè)定邊坡坡比為1︰1.5；模型箱底部留置排水小孔并鋪設(shè)3 cm 厚的沙層，用于模擬雨水在邊坡內(nèi)部的滲流；邊坡土層厚度為15 cm，其中埋設(shè)建大仁科公司生產(chǎn)的RS485 水分傳感器，傳感器埋置于土層底部與沙層交界面（交界面處經(jīng)過一定厚度土層的滲流，體積含水率較為穩(wěn)定），坡腳、坡中和坡頂?shù)乃謧鞲衅骶幪?hào)分別為W1、W2、W3，具體布置如圖2 所示。

圖2 水分傳感器布置示意

試驗(yàn)于2022 年3 月在西北水利科學(xué)研究所試驗(yàn)大廳進(jìn)行。試驗(yàn)過程中通過電腦采集裝置獲取土體含水率數(shù)據(jù)，利用高清照相機(jī)記錄坡面沖蝕情況，每隔15 min 收集一次沖刷泥沙（靜置24 h 后進(jìn)行干燥處理和稱重）。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 單一改良劑最優(yōu)摻量

2.1.1 單一改良劑對黃土抗剪強(qiáng)度的影響

2 種改良劑單摻對黏聚力和內(nèi)摩擦角的影響見圖3。由圖3 可知：單摻玄武巖纖維或木鈣均可大幅度提高土體的黏聚力和內(nèi)摩擦角；隨著玄武巖纖維摻量的增加，土體黏聚力呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢、內(nèi)摩擦角逐漸增大并趨于穩(wěn)定，當(dāng)摻量為0.4%時(shí)黏聚力達(dá)到最大值90.57 kPa、內(nèi)摩擦角為18.58°（比不摻改良劑的素土分別提高201.6%、18.8%）；隨著木鈣摻量的增加，土體的黏聚力呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢、內(nèi)摩擦角大致呈現(xiàn)線性增大趨勢，摻量為1.0%時(shí)黏聚力達(dá)到最大值66.35 kPa、內(nèi)摩擦角為16.66°（比素土分別提高120.9%、6.5%）。

圖3 2 種改良劑單摻對黏聚力和內(nèi)摩擦角的影響

對比圖3（a）和圖3（b）可知，對于提升黃土抗剪強(qiáng)度的效果，玄武巖纖維優(yōu)于木鈣。隨著改良劑摻量的增加，黃土的黏聚力呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，其原因主要是：過量的玄武巖纖維容易產(chǎn)生團(tuán)聚效應(yīng)并形成軟弱滑動(dòng)面［19－20］，使試樣強(qiáng)度被削減、黏聚力減?。贿^大的木鈣摻量會(huì)增大土顆粒間的距離，因而土顆粒間易產(chǎn)生相對滑動(dòng)，導(dǎo)致土體黏聚力下降［14］。

2.1.2 單一改良劑對黃土水穩(wěn)性的影響

2 種改良劑單摻對黃土崩解率的影響見圖4。由圖4（a）可知，玄武巖纖維僅在摻量為0.2%時(shí)對黃土水穩(wěn)性略有提升（崩解率略有下降），隨著其摻量的增加黃土水穩(wěn)性反而變差（摻量越大崩解率越高），原因是纖維的加入使土體內(nèi)部形成了較多的滲水通道［20－21］，促進(jìn)了黃土的崩解。由圖4（b）可知，木鈣的摻入使黃土的水穩(wěn)性顯著提升（崩解率明顯下降），其摻量小于1.5%時(shí)隨摻量的增加崩解速率不斷下降，摻量為1.5%時(shí)崩解速率最低、抗崩解效果最好，摻量為2.0%時(shí)崩解速率較摻量為1.5%時(shí)有所下降，原因是過大的摻量使土體大顆粒間的木鈣增多、距離增加，因而減弱大顆粒間的連接、導(dǎo)致水穩(wěn)性下降。

在試驗(yàn)過程中觀察到2 種改良劑單摻試樣崩解情況明顯不同：單摻玄武巖纖維試樣表現(xiàn)出很差的水穩(wěn)性，遇水后試樣表層迅速脫落，裸露的纖維處不斷有氣泡冒出，隨著浸水時(shí)間的延長纖維逐漸脫離土體，在試樣上留下眾多溝壑，大量土塊崩離、脫落，整個(gè)試樣在130 s 內(nèi)快速完成崩解；單摻木鈣試樣浸水后逐漸吸水軟化，上表面邊緣處開始有碎屑顆粒掉落，崩解緩慢且過程穩(wěn)定，完全崩解時(shí)間約為500 s。

2.1.3 單一改良劑對黃土滲透性的影響

如圖5 所示，黃土滲透系數(shù)隨玄武巖纖維摻量的增加而增大，原因是玄武巖纖維在土體中隨機(jī)交錯(cuò)分布，增加了土體內(nèi)滲水通道，使?jié)B透系數(shù)增大；黃土滲透系數(shù)隨木鈣摻量的增加呈先減小后增大的趨勢，在木鈣摻量為1.0%時(shí)最?。ㄓ伤赝恋?.16×10－5cm／s 降至8.78×10－6cm／s，降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)）。

圖5 2 種改良劑單摻對黃土滲透系數(shù)的影響

2.1.4 改良劑單摻綜合評價(jià)

綜上所述，單摻玄武巖纖維對土體強(qiáng)度的提升效果優(yōu)于單摻木鈣但使黃土的水穩(wěn)性變差、滲透性增強(qiáng)，單摻木鈣對土體強(qiáng)度的提升效果有限但可顯著改善黃土的水穩(wěn)性。采用雷達(dá)圖分析法［22］確定改良劑單摻的最優(yōu)摻量，以土體的黏聚力、內(nèi)摩擦角、崩解時(shí)間、崩解速率、滲透系數(shù)為評價(jià)指標(biāo)，定義評價(jià)值為改良土與素土各指標(biāo)的比值，各項(xiàng)評價(jià)值均大的摻量即為最優(yōu)摻量。結(jié)果表明：玄武巖纖維的最優(yōu)摻量為0.4%，木鈣的最優(yōu)摻量為1.5%。

2.2 改良劑復(fù)合配比試驗(yàn)結(jié)果

按照試驗(yàn)方案，對木鈣最優(yōu)摻量1.5%＋玄武巖纖維摻量分別為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的黃土試樣進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測試。

2.2.1 改良劑復(fù)合使用對黃土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的影響

改良劑復(fù)合使用對黃土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的影響見圖6。2 種改良劑復(fù)合使用，使黃土抗剪強(qiáng)度進(jìn)一步得到了提升（黏聚力和內(nèi)摩擦角均較改良劑單摻時(shí)有所增大），在木鈣摻量為1.5%的情況下，隨著玄武巖纖維摻量的增加，黏聚力先增大后減小、內(nèi)摩擦角一直增大，玄武巖纖維摻量為0.4%時(shí)黏聚力達(dá)到最大值103.64 kPa（相應(yīng)的內(nèi)摩擦角為20.41°），與單摻1.5%木鈣相比黏聚力增大了67.2%、內(nèi)摩擦角增大了17.8%，與單摻0.4%玄武巖纖維相比黏聚力增大了14.4%、摩擦角增大了9.8%。因此，可把木鈣摻量為1.5%＋玄武巖纖維摻量為0.4%作為最優(yōu)配比進(jìn)行進(jìn)一步分析。

圖6 改良劑復(fù)合使用對黃土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的影響

2.2.2 改良劑復(fù)合使用對黃土水穩(wěn)性的影響

由圖7 可以看出，木鈣和玄武巖纖維復(fù)合使用，使黃土的水穩(wěn)性得到了顯著提升，隨著玄武巖纖維摻量的增加試樣完全崩解所需時(shí)間先增大后減小，其中摻量為0.4%時(shí)試樣完全崩解所需時(shí)間最長、改善水穩(wěn)性的效果最佳，其平均崩解速率為0.083 cm3／s，也表明木鈣摻量為1.5%＋玄武巖纖維摻量為0.4%可作為最優(yōu)配比。

圖7 玄武巖纖維不同摻量與木鈣復(fù)合使用的黃土崩解情況

2.2.3 改良劑復(fù)合使用對黃土滲透性的影響

由圖8 可知，2 種改良劑復(fù)合使用時(shí)，黃土滲透系數(shù)隨玄武巖纖維摻量的增加呈先減小后增大的趨勢，玄武巖纖維摻量為0.4%時(shí)滲透系數(shù)最?。?.86×10－6cm／s，較素土降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)）。其原因主要是低摻量的玄武巖纖維不易聚集，分散度較好，加上木鈣的黏結(jié)，纖維和土體的咬合作用加強(qiáng)，使?jié)B水通道變小，從而降低了滲透系數(shù)；而摻量過大時(shí)，產(chǎn)生了相對較多且較大的滲水通道，使?jié)B透系數(shù)增大。

俗話說“事無巨細(xì)”，高質(zhì)量的酒店服務(wù)都非常關(guān)注細(xì)節(jié)，因?yàn)榧?xì)節(jié)到位往往能給客人留下深刻的印象，為客人口口相傳打下較好的基礎(chǔ)。細(xì)心服務(wù)是在服務(wù)中關(guān)注細(xì)節(jié)，在細(xì)節(jié)中尋找服務(wù)時(shí)機(jī)，使賓客感到細(xì)致入微的服務(wù)。細(xì)心服務(wù)也體現(xiàn)了對賓客服務(wù)的廣度和深度，賓客想到的，能夠?yàn)橘e客做好，賓客沒有想到的，也要替賓客想到并做到。實(shí)踐證明，當(dāng)今酒店在這方面做的不是很到位，比如在住客房客人在房間休息的時(shí)候，服務(wù)員敲門問客人的房間是否需要清掃。希望酒店今后在細(xì)節(jié)方面更進(jìn)一步的加強(qiáng)。在越來越趨個(gè)性化的消費(fèi)市場，熱情，真誠地為顧客利益著想的服務(wù)，往往會(huì)給顧客帶來更大的滿足。個(gè)性化服務(wù)正是順應(yīng)世界酒店業(yè)的這種潮流而提出的。

2.2.4 改良劑復(fù)合配比綜合評價(jià)

采用雷達(dá)圖分析方法，對玄武巖纖維不同摻量與木鈣復(fù)合使用的效果進(jìn)行綜合評價(jià)，結(jié)果表明：玄武巖纖維摻量為0.4%與木鈣復(fù)合使用時(shí)各項(xiàng)指標(biāo)的評價(jià)值均最大，即木鈣摻量為1.5%＋玄武巖纖維摻量為0.4%是最佳配比，其在有效提高土體強(qiáng)度的同時(shí)兼顧了水穩(wěn)性，彌補(bǔ)了改良劑單摻的不足。

2.3 改良劑復(fù)合使用對邊坡含水率及抗蝕性的影響

按照木鈣與玄武巖纖維最佳配比（木鈣摻量為1.5%＋玄武巖纖維摻量為0.4%）對黃土進(jìn)行處理后填筑到邊坡模型箱，在室外條件下養(yǎng)護(hù)7 d 后（前述試驗(yàn)表明，按最佳復(fù)合配比處理的土樣在養(yǎng)護(hù)7 d 后不再發(fā)生崩解），進(jìn)行素土和改良土邊坡人工降雨沖刷試驗(yàn)，進(jìn)而分析木鈣與玄武巖纖維復(fù)合使用對黃土邊坡抗蝕性的影響。

2.3.1 對含水率的影響

素土試驗(yàn)結(jié)果表明：雨水到達(dá)水分傳感器W1、W2、W3 的時(shí)間分別為1.2、1.4、1.2 h，降雨結(jié)束時(shí)傳感器W1、W2、W3 周圍土體體積含水率分別為32.33%、29.19%、31.45%，降雨結(jié)束后5 h 左右含水率趨于穩(wěn)定（傳感器W1、W2、W3 周圍土體體積含水率分別為30.13%、27.26%、26.48%）；坡腳含水率最大（原因主要是降雨徑流在坡腳聚積），因此坡腳處易受到嚴(yán)重沖刷。

改良土試驗(yàn)結(jié)果表明：雨水到達(dá)水分傳感器W3的時(shí)間為1.8 h，比素土的時(shí)間長，說明改良土抗?jié)B能力提高、減緩了雨水入滲；降雨結(jié)束時(shí)傳感器W1、W2、W3 周圍土體體積含水率分別為31.81%、28.15%、28.03%，均較素土的低，原因是改良土滲透系數(shù)較小、雨水入滲量少。

人工降雨沖刷試驗(yàn)結(jié)果見圖9，可以看出：

1）素土邊坡沖刷可以分為2 個(gè)階段，第一階段為降雨開始后135 min 以前（累計(jì)沖刷量很小，僅22.09 g），第二階段為降雨開始后136～180 min（隨著降雨的持續(xù)，沖刷量急劇增加，降雨結(jié)束時(shí)累計(jì)沖刷量達(dá)2 482.47 g，原因是隨著雨水不斷滲入，邊坡破壞形式從地表受雨水沖蝕剝落發(fā)展為坡面滑動(dòng)破壞、坡腳滑動(dòng)破壞和整體崩塌）。

2）改良土邊坡沖刷量一直較?。ㄔ诮涤杲Y(jié)束時(shí)累計(jì)沖刷量僅5.43 g，與素土累計(jì)沖刷量相比減幅達(dá)99.8%），表明木鈣與玄武巖纖維的復(fù)合使用顯著增強(qiáng)了黃土邊坡的抗蝕性。據(jù)試驗(yàn)過程中觀察，改良土邊坡僅在降雨開始后29 min 時(shí)在坡面上出現(xiàn)一個(gè)雨滴濺蝕坑，此后濺蝕坑稍有擴(kuò)大，但坡面整體上保持完整，未發(fā)生剝落及滑動(dòng)破壞現(xiàn)象。

3 結(jié)論

1）玄武巖纖維和木鈣作為黃土改良劑均可大幅度提高土體的黏聚力和內(nèi)摩擦角，玄武巖纖維摻量為0.4%時(shí)改良土的黏聚力、內(nèi)摩擦角分別比素土提高201.6%、18.8%，木鈣摻量為1.0%時(shí)黏聚力、內(nèi)摩擦角分別比素土提高120.9%、6.5%；玄武巖纖維的摻加使土體抗崩解性變差、滲透系數(shù)變大，木鈣的摻加使土體水穩(wěn)性增強(qiáng)、崩解速率降低、滲透系數(shù)減小。

2）玄武巖纖維和木鈣復(fù)合使用可使黃土的力學(xué)指標(biāo)進(jìn)一步提升，木鈣摻量為1.5%＋玄武巖纖維摻量為0.4%是二者復(fù)合使用的最佳配比，此配比改良土的黏聚力、內(nèi)摩擦角與單摻1.5%木鈣相比分別增大67.2%、17.8%，與單摻0.4%玄武巖纖維相比分別增大14.4%、9.8%，且崩解速率較素土顯著降低。

3）按玄武巖纖維和木鈣復(fù)合使用最佳配合比改良的黃土邊坡，抗?jié)B能力提高、滲透系數(shù)減小、雨水入滲減緩、抗蝕性顯著增強(qiáng)，在雨強(qiáng)為50 mm／h、降雨時(shí)長為3 h 的情況下累計(jì)沖刷量比素土邊坡累計(jì)沖刷量減少99.8%。