CN109339075A - 一种滑坡应急防治技术治理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于滑坡治理技术领域，公开一种滑坡应急防治技术治理方法；首先布置钻孔，钻孔内插入保温输液管，插入钻孔的输液管分为钻孔孔壁封闭段和钻孔孔壁透气段两部分，用输液管将空气压缩机及液氮罐车和插入钻孔的输气管连接；向各钻孔压入液氮，对潜在滑坡体进行直接冷冻，通过超低温液氮对潜在滑体滑面进行直接冷冻，实现地层加固，当钻孔周边土体达到设定冻结区域且温度达到预计温度时，降低灌入液氮速度，调整液氮灌入速度使周围岩土体温度保持额定低温，达到利用土体冻结提高滑坡稳定性的作用。本发明抢险治理的工程造价低，治理工程实施过程操作简便，治理过程不涉及土石方开挖工程，能快速产生加固效果，在滑坡抢险处置中的效果尤为明显。

Description

一种滑坡应急防治技术治理方法

技术领域

本发明属于滑坡防治技术领域，尤其涉及一种滑坡应急防治技术治理方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：滑坡为多见的地质灾害之一，尤其在西南山区工程建设过程中，此种灾害常常给工程建设造成重大的损失，是限制地区发展的重要因素。绝大部分滑坡多与降雨联系紧密，由于降雨软化坡体控制结构面物理力学参数减小抗滑力从而发生滑坡。西南片区滑坡多呈群发性特点，尤其在雨季或者库区水位变幅较大区域。且坡体物质为残坡积土、古崩塌或古滑坡堆积体，其稳定性与受滑面物理参数控制。从时间尺度上看，滑坡失稳是一期或者多期降雨的最终结果，且降雨或者水位变幅的最终影响在于滑体和滑带土的力学参数不断降低，在滑坡稳定性分析过程中，滑带的抗滑参数对稳定性分析的结果起到决定作用。氮占大气的体积比78.03％，重量比75.5％。惰性，无色，无臭，无腐蚀性，不可燃，在常压下，液氮温度为-196℃汽化时可大量吸热。土体冻结后，整体物理力学强度提高较大，冻土的强度主要由冰的强度、土骨架强度以及冰-未冻水-土颗粒三者之间的相互作用决定，其中冰的强度及土颗粒对冰的强化在冻土强度中发挥着重要作用。因此，如果能够将危害滑坡稳定性的水的因素变害为利，采取人工冻结手段提高滑面和滑体抗滑参数，就可极大程度的减小滑坡发生可能，并大大提高降雨因素的触发阀值。目前滑坡灾害处置通常采用抗滑桩、挡墙、锚索、地表和地下排水、削坡卸荷等间接工程措施，较少利用岩土体的温度-强度变化特征从根本上直接提高滑坡的抗滑自稳能力的有效手段。抗滑桩、挡墙等抗滑措施治理滑坡的费用较高，对环境污染和影响不可逆，地下排水洞、水平排水孔、集水井、地表排水沟和排水盲沟等排水措施滑坡的费用较低，但多依靠重力场势能，排水环境要求高，而温度场则不同，相同接触材料主要受距离影响。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)抗滑计算多依赖于现有滑带参数，将滑带参数默认为固有条件，为提高稳定性系数，不得不极大增加治理成本。

(2)支挡措施成本较高，对地貌改动较大，措施不可逆，施工易对环境造成污染。

(3)排水措施对坡体的排水环境要求较高，许多边坡往往缺乏有利的地貌环境，导致排水措施的有效性难以保证。

解决上述技术问题的难度和意义：

1、常规防治多在滑面处设置人工支挡措施，抗滑能力取决于介入的支挡性能；由于滑面一般埋深较大，多级滑动，不易确定，不宜扰动，普通手段和措施很难直接精准作用于有效位置，故一般在滑坡抗滑段增加外部支挡工程提高稳定性；本次将温度场理论引入滑坡防治，温度场作用主要受传导材料和距离影响，利用氮气超低沸点直接作用于潜在滑面，实现急速冻结，此方法对原位土体扰动小，容易操作，冻结后且滑面附近土体冻结后强度参数提高明显，可直接提高滑坡原有抗滑稳定性，直接提高滑带自身强度，

2、目前滑坡防治技术对原有坡体的改变是永久的，如锚杆，桩板墙等，对局部地区形成白色建筑污染，支挡工程也会影响后续工程规划工作，本方法提供一种快速可以再一定时间内保障滑坡稳定的应急处理方法，前期操作简便，后期撤出后不会对地貌产生影响。

3、排水措施多依靠原有地貌，且容易排水通道易堵塞，渗入滑体，通过本方法可将滑体中非饱和土低温冻结为强度更高的冻土，利用非饱和土中水的作用，在滑面附近形成冻结体，从而提高滑坡稳定性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种滑坡应急防治技术治理方法。

本发明是这样实现的，一种滑坡应急防治技术治理方法步骤为：

第一步：在滑坡上钻孔，钻孔的间隔一般为横向5m～10m、纵向10m～20m，钻孔深度为潜在滑坡体厚度的1.2～1.3倍；

第二步：钻孔内插入输液管和温度计，输液管与液氮车相连，分为钻孔孔壁封闭段和钻孔孔壁透液段两部分，孔壁封闭段和孔壁透液段的长度比2:1；

第三步：钻孔冻结，向各钻孔压入液氮，对潜在滑坡体进行滑面局部直接冷冻，加液氮压力逐渐增加，当钻孔周边土体温度达到预计温度时，或者说冻结壁达到设计位置时，降低液氮供液压力，将液氮来源由液罐车改至常用钢制液罐瓶，保持冻结温度恒定，根据监测孔温度变化数据，进行下一个钻孔冻结。

第四步：根据工程需要，确定冻结过程持续时间，设备离场；

进一步，所述滑坡应急防治技术治理方法的冻结系统由冻结管、液氮分配器、不锈钢软管、控制阀门和液氮罐等组成.液氮经液氮分配器进入冻结管内，液氮去路输液管保温措施采用3层1cm厚的聚乙烯保温材料和3层密封薄膜交替包裹，保证温度损失低于0.070℃/m；通过冻结管壁吸收周围土层热量，气化成氮气后直接排入大气中；液氮储存在液氮罐中，通过阀门控制冻结管内的液氮注入量，系统内各部分之间采用不锈钢软管连接；直接在供液管上开孔以便极大减小冻结管壁的温差，采用较小的开孔间距200mm至300mm，将供液管底部封堵后，使得液氮直接与滑带土接触。

进一步，所述滑坡应急防治技术治理方法具体包括：

(1)根据设定安全系数，计算出滑带处需要提供的抗滑力，以此来决定对滑带土冻结程度及空间分布间距；用土体中水的冻结温度T₀-土体实际温度T_xy来描述土体的冻结程度即T＝T₀-T_xy，盐度较小区域可简化计算按T₀＝0℃；

即有：

C_i＝[T]+[w]＝f(T，W)；

回归统计表明粉质粘土的抗剪强度参数内聚力随温度及初始含水率有：

C_i＝f(T，W)＝9.71T+21.88W-184.7；

(2)根据已有初始含水率及安全系数可反算滑带土额定冻结强度，根据对应冻结温度，确定液氮供应的时间特征及供应强度；冻结过程中出气口氮气的温度-60℃.输液管口温度不低于170℃冻结管壁的温度测点间隔200mm布置，液氮沿供液管直接灌入，冻结管底部位于潜在滑带位置下部附近；

根据单排直线布置的冻结管交圈后所形成的冻结壁温度场分布的理论公式t(x，y)：

t_CT为冻结管外表面的温度，℃；

t₀为冻结壁表面的温度，即土层冻结温度，℃；

r为计算点到冻结管轴线的距离，m；

ξ为单管冻结壁在土层冻结温度t₀时的半径，m；根据；

r₀为冻结管外半径，m；

冻结土体温度场与冻结管距离关系按上述模型分布，将T(x，y)代入Ci(T，W)则有：

滑面冻结后每延米增加抗滑力

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明采用向各钻孔压入液氮的方法，通过液氮直接接触滑体滑带，实现急速冻结，通过冻结提高滑坡滑带土强度从而达到提高稳定性的目的。应用本发明，滑坡治理的工程造价较低，治理工程实施过程操作简便，治理过程不涉及土石方开挖工程，可以快速产生加固效果，在滑坡抢险处置中的效果尤为明显。

附图说明

图1是本发明实施例提供的滑坡应急防治技术治理方法流程图。

图2是本发明实施例提供的冻结壁温度场示意图。

图3是本发明实施例提供的应急防治技术治理方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术治理成本较高；支挡措施成本较高；易对环境造成污染；导致排水措施的有效性难以保证的问题。本发明采用向各钻孔压入液氮的方法，通过液氮直接接触滑体滑带，实现急速冻结，通过冻结提高滑坡滑带土强度从而达到提高稳定性的目的。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的滑坡应急防治技术治理方法包括以下步骤：

S101：布置钻孔，液氮准备；

S102：输液管和温度监测布置；

S103：液氮灌入，局部冻结；

S104：确定持续时间及设备离场。

下面结合附图对滑坡应急防治技术治理方法做进一步的描述。

第一步：在滑坡上钻孔，钻孔的间隔一般为横向5m～10m、纵向10m～20m，钻孔深度为潜在滑坡体厚度的1.2～1.3倍；

第二步：钻孔内插入输液管和温度计，液氮车和输液管连接，输液管分为钻孔孔壁封闭段和钻孔孔壁透液段两部分，孔壁封闭段和孔壁透液段的长度比2:1；

第三步：钻孔冻结，向各钻孔压入液氮，对潜在滑坡体进行局部直接冷冻，加液氮压力逐渐增加，当钻孔周边土体温度达到预计冻结温度时，降低液氮供液压力，将液氮来源由液罐车改至常用钢制液罐瓶，根据监测温度数据，进行下一个钻孔冻结；

第四步：滑面区域冻结壁达到设计位置后根据需要及实际工程地质条件确定冻结时间，工程结束后，液氮车及其他设备离场。

下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。

本发明实施例的冻结系统由冻结管、液氮分配器、不锈钢软管、控制阀门和液氮罐等组成.液氮经液氮分配器进入冻结管内，液氮去路输液管保温措施采用3层1cm厚的聚乙烯保温材料和3层密封薄膜交替包裹，保证温度损失低于0.070℃/m，通过冻结管壁吸收周围土层热量，气化成氮气后直接排入大气中.液氮储存在液氮罐中，通过阀门控制冻结管内的液氮注入量，系统内各部分之间采用不锈钢软管连接；直接在供液管上开孔以便极大减小冻结管壁的温差，采用较小的开孔间距(200mm至300mm)，将供液管底部封堵后，使得液氮直接与滑带土接触；

加固力学原理：

由于冻结后土体冻结，地下水对土体的渗透压力消失，对土体主要影响为粘聚力的极大提高，基于极限平衡理论和库伦土压力理论，则平行滑面方向抗滑力F：

冻结前：

冻结后：

滑带冻结提供抗滑力ΔF＝F`-F

假定冻结前后内摩擦角变化不大，则简化为：

ΔF＝F`-F

当地下水不发育时有：

简化为：

△F＝(C`_i-C_i)×L_i

可知此种方法对滑面处地下水发育的一类滑坡，抗剪能力提高最为明显。

(1)根据设定安全系数，计算出滑带处需要提供的抗滑力，以此来决定对滑带土冻结程度及空间分布间距。

由于土体冻结对土体抗剪强度参数中内聚力的影响较大，且一般土体粘聚力Ci与初始含水率和土体的冻结程度成正相关；

考虑土体中水的盐度不同，用土体中水的冻结温度T₀-土体实际温度T_xy来描述土体的冻结程度即T＝T₀-T_xy，一般盐度较小区域可简化计算按T₀＝0℃；

即有：

C_i＝[T]+[w]＝f(T，W)

回归统计表明一般粉质粘土的抗剪强度参数内聚力随温度及初始含水率有：

C_i＝f(T，W)

＝9.71T+21.88W-184.7

(spss回归分析)

(2)根据已有初始含水率及安全系数可反算滑带土额定冻结强度，根据对应冻结温度，来确定液氮供应的时间特征及供应强度。

冻结过程中出气口氮气的温度建议控制在-60℃.输液管口温度不低于170℃冻结管壁的温度测点间隔200mm布置，液氮沿供液管直接灌入，冻结管底部位于潜在滑带位置下部附近；由于不同区域土体导热系数差异，冻结壁形成时间特点不尽相同，在首个孔冻结过程中，为保证实际效果和冻结效率，可以布置温度监测钻孔，以此监测孔达到冻结时间为准确定冻结时间及效果，之后其余孔冻结工作可依据该冻结时间开展。

表1各监测处温度控制指标

输液管出口温度	出气口温度	监测孔温度	透液段管壁温度
				＜-170℃	＞-60℃	＜0℃(冻结温度)	＜-120℃

根据单排直线布置的冻结管交圈后所形成的冻结壁温度场分布的理论公式t(x，y)：

t_CT为冻结管外表面的温度，℃；

t₀为冻结壁表面的温度，即土层冻结温度，℃；

r为计算点到冻结管轴线的距离，m；

ξ为单管冻结壁在土层冻结温度t₀时的半径，m；根据

r₀为冻结管外半径，m；

可知，冻结土体温度场与冻结管距离关系按上述模型分布，将T(x，y)代入Ci(T，W)则有

滑面冻结后每延米增加抗滑力

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种滑坡应急防治技术治理方法，其特征在于，所述滑坡应急防治技术治理方法包括：布置钻孔，钻孔内插入保温输液管，插入钻孔的输液管分为钻孔孔壁封闭段和钻孔孔壁透气段两部分，用输液管将空气压缩机及液氮罐车和插入钻孔的输气管连接；向各钻孔压入液氮，对潜在滑坡体进行直接冷冻，通过超低温液氮对潜在滑体进行直接冷冻，实现地层加固；当钻孔周边土体达到设定冻结区域且温度达到预计温度时，降低灌入液氮速度，调整液氮灌入速度使周围岩土体温度保持额定低温。

2.如权利要求1所述的滑坡应急防治技术治理方法，其特征在于，所述滑坡应急防治技术治理方法具体包括：

(1)根据计算布置钻孔，液氮车进场；

(2)输液管，并与液氮车、空气压缩机相连后插入钻孔内，布置温度监测；

(3)灌入液氮，滑面局部冻结，根据温度监测数据调整供液量；

(4)滑面达到设计冻结温度及强度后，根据险情确定滑带冻结持续时间，冻结结束后液氮车离场。

3.如权利要求2所述的滑坡应急防治技术治理方法，其特征在于，所述钻孔的间隔为横向5m～10m、纵向10m～20m，钻孔深度为潜在滑坡体厚度的1.3～1.5倍。

4.如权利要求2所述的滑坡应急防治技术治理方法，其特征在于，所述输液管分为钻孔孔壁封闭段和钻孔孔壁透液段两部分，孔壁封闭段和孔壁透液段的长度比2:1。

5.如权利要求2所述的滑坡应急防治技术治理方法，其特征在于，向各钻孔压入液氮，对潜在滑坡体进行局部直接冷冻，加液氮压力逐渐增加，当钻孔周边土体温度达到预计温度时，降低液氮供液压力，将液氮来源由液罐车改至常用钢制液罐瓶，根据监测温度数据，进行下一个钻孔冻结。

6.如权利要求1所述的滑坡应急防治技术治理方法，其特征在于，所述滑坡应急防治技术治理方法的冻结系统由冻结管、液氮分配器、不锈钢软管、控制阀门和液氮罐等组成.液氮经液氮分配器进入冻结管内，液氮去路输液管保温措施采用3层1cm厚的聚乙烯保温材料和3层密封薄膜交替包裹，保证温度损失低于0.070℃/m；通过冻结管壁吸收周围土层热量，气化成氮气后直接排入大气中；液氮储存在液氮罐中，通过阀门控制冻结管内的液氮注入量，系统内各部分之间采用不锈钢软管连接；直接在供液管上开孔以便极大减小冻结管壁的温差，采用较小的开孔间距200mm至300mm，将供液管底部封堵后，使得液氮直接与滑带土接触。

7.如权利要求6所述的滑坡应急防治技术治理方法，其特征在于，所述滑坡应急防治技术治理方法具体包括：

(1)根据设定安全系数，计算出滑带处需要提供的抗滑力，以此来决定对滑带土冻结程度及空间分布间距；用土体中水的冻结温度T₀-土体实际温度T_xy来描述土体的冻结程度即T＝T₀-T_xy，盐度较小区域可简化计算按T₀＝0℃；

即有：

C_i＝[T]+[w]＝f(T，W)；

回归统计表明粉质粘土的抗剪强度参数内聚力随温度及初始含水率有：

C_i＝f(T，W)＝9.71T+21.88W-184.7；

(2)根据已有初始含水率及安全系数可反算滑带土额定冻结强度，根据对应冻结温度，确定液氮供应的时间特征及供应强度；冻结过程中出气口氮气的温度-60℃.输液管口温度不低于170℃冻结管壁的温度测点间隔200mm布置，液氮沿供液管直接灌入，冻结管底部位于潜在滑带位置下部附近；

根据单排直线布置的冻结管交圈后所形成的冻结壁温度场分布的理论公式t(x，y)：

t_CT为冻结管外表面的温度，℃；

t₀为冻结壁表面的温度，即土层冻结温度，℃；

r为计算点到冻结管轴线的距离，m；

ξ为单管冻结壁在土层冻结温度t₀时的半径，m；根据；

r₀为冻结管外半径，m；

冻结土体温度场与冻结管距离关系按上述模型分布，将T(x，y)代入Ci(T，W)则有：

滑面冻结后每延米增加抗滑力