王玉成

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院，甘肅 張掖 734000）

高聚物誕生于20個世紀70年代末期，其是將樹脂和固化劑按照一定的比例調(diào)和，并注入一定的混合試劑，使其迅速膨脹，形成一種具有抗壓性、抗拉性和高強度的泡沫固體，有助于高聚合注漿效果。結(jié)合其生產(chǎn)條件，高聚物注漿具有高強度、高膨脹性以及耐久性質(zhì)和灌注效能。該注漿高聚合物注漿技術(shù)靈活，運輸方便，可以完成多種設(shè)備的裝配和運輸管理，適合于多種工程建設(shè)管理，甚至是人力運輸方式。目前，高聚物材料已經(jīng)被廣泛運用于建筑工程和道路工程，如地基加固、地下結(jié)構(gòu)防滲漏和堤壩加固處理等。

1 國內(nèi)外應(yīng)用高聚物注漿治理滑坡的情況

基于高聚物材料及其注漿技術(shù)的一系列優(yōu)勢，高聚物注漿已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外工程實踐中。國外研究中針對高聚物注漿鐵路道渣進行試驗，研究表明，注漿技術(shù)的應(yīng)用可以顯著降低路基沉降量，也可通過體積膨脹的機理降低土體結(jié)構(gòu)孔隙，發(fā)揮對上部荷載作用力的承擔作用，并且對地震作用下地基基礎(chǔ)液化問題也有一定的處理效果。國內(nèi)也有研究人員圍繞高聚物注漿材料的基本力學(xué)特性進行試驗研究，并在此基礎(chǔ)之上概括分析此項技術(shù)在宜萬鐵路野三關(guān)隧道、上海蘇州河堤防工程、南水北調(diào)工程中的應(yīng)用效果，收效理想。

2 高聚物的特點

聚合物或高聚物又稱有機高分子材料，是一類由一種或幾種分子或分子團（結(jié)構(gòu)單元或單體）以共價鍵結(jié)合成具有多個重復(fù)單體單元的大分子，其分子量高達104～106。其可以是天然產(chǎn)物，如纖維、蛋白質(zhì)、天然橡膠等；也可以是用合成方法制得的產(chǎn)物，如合成橡膠、合成樹脂、合成纖維等非生物高聚物。聚合物的特點是種類多，密度?。▋H為鋼鐵的1/7～1/8），比強度大，電絕緣性、耐腐蝕性好，加工容易，可滿足多種特種用途的要求，包括塑料、纖維、橡膠、涂料、黏合劑等領(lǐng)域，可取代部分金屬、非金屬材料。

對比其他材料，高聚物材質(zhì)具有穩(wěn)定的理化性能，這些特性為其優(yōu)化生產(chǎn)、提升運用范圍有重要的作用。針對高聚物注漿運用特點，其分為以下幾類。

（1）高彈性。高彈性輕度交聯(lián)的高聚物具有典型的高彈性，即變形大、彈性模量小，而且彈性隨溫度升高而增大。橡膠是典型的高彈性材料。

（2）強黏接性。黏彈性高聚物的黏彈性是指高聚物材料既具有彈性材料的一般特性，又具有黏性流體的一些特性，即受力的同時發(fā)生高彈性變形和黏性流動，主要表現(xiàn)在蠕變和應(yīng)力松弛、滯后和內(nèi)耗等現(xiàn)象上。

（3）穩(wěn)定性。在恒定溫度和應(yīng)力作用下，應(yīng)變隨時間延長而增加的現(xiàn)象稱為蠕變。應(yīng)力松弛是在應(yīng)變恒定的情況下，應(yīng)力隨時間延長而衰減的現(xiàn)象。在外力的作用下，高聚物大分子鏈由原來的卷曲態(tài)變?yōu)檩^伸直的形態(tài)，從而產(chǎn)生蠕變；隨時間的延長，大分子鏈構(gòu)象逐步調(diào)整，趨向于比較穩(wěn)定的卷曲狀態(tài)，從而產(chǎn)生應(yīng)力松弛。

（4）耐久性。高聚物透明材料由于透光度高、相對密度小、絕緣性能良好，而且具有一定的強度和韌性，不似無機玻璃那樣容易破碎，加工成型工藝比較簡單，可以制成透明的板、管、棒以及各種物罩、器皿、光學(xué)鏡片、透明模型等。缺點是使用溫度低，表面硬度小，不耐磨損。

3 高聚物注漿對滑坡治理的效果和作用

高聚合材質(zhì)在我國工業(yè)建設(shè)中運用廣泛，常見的工程有高速鐵路、隧道以及堤壩等基礎(chǔ)建設(shè)工程，且在多個領(lǐng)域有著明顯的運用價值。將其運用在滑坡治理中，主要體現(xiàn)在增大滑坡抗滑力、增強滑面阻水性、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。高聚物注漿材料灌入滑坡面后可以起到黏結(jié)作用，體積膨脹，減小已產(chǎn)生沉降，形成圓柱狀高聚物樁體，與樁基周邊土體產(chǎn)生黏結(jié)作用，并通過增加界面摩擦的方式達到提高承載力水平以及滑坡抗滑力的目的。

（2）增強滑面阻水性。高聚物注漿材料具有良好的隔水性特點，可以通過灌入滑坡面的方式在短時間內(nèi)凝結(jié)，預(yù)防地下水貫穿滑面進而導(dǎo)致長期浸潤性滑面產(chǎn)生的問題。

（3）提高滑坡完整性。高聚物注漿材料灌入滑坡已有裂縫中，可以對裂縫進行有效充填，并使其黏連形成整體，有效提高滑坡滑弧深度與路徑，避免了淺層滑坡問題的產(chǎn)生，對減小邊坡變形、提高滑坡完整性有重要意義。

4 高聚物注漿和水泥注漿對比分析

針對邊坡注漿處理的方法，注漿加固是治理邊坡滑坡問題的重要措施。由于水泥硬化時候的干縮性和水泥漿液凝結(jié)時間較長的特點，往往會導(dǎo)致整個注漿效果處理不明顯。目前，邊坡注漿加固處理的主要途徑包括高聚物注漿及水泥注漿這兩種類型。與水泥注漿加固技術(shù)對比，高聚物注漿的整體效果更為確切。待注漿材料充分混合后可在短時間內(nèi)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，自由膨脹比達到20∶1，對松散基層的填充效果更為確切，可顯著改善結(jié)構(gòu)強度，且固結(jié)體有良好的彈性，不易產(chǎn)生脆裂現(xiàn)象，水分不易滲透至內(nèi)部，因而整體加固效果較好。而且高聚物注漿材料前期準備不復(fù)雜，施工過程中所需機械設(shè)備較少，整體難度明顯更低，施工全程有更好的可控性。除此之外，高聚物注漿加固的費用低廉，用于邊坡注漿加固處理無須養(yǎng)生周期，大幅度節(jié)約工期，減少了交通干擾。這些優(yōu)勢是水泥注漿加固措施所不具備的。

5 高聚物材料注漿的滑坡治理技術(shù)數(shù)值模擬分析

以往的滑坡研究多是分析高聚物材料的使用時效性，針對高聚物注漿技術(shù)的基本性能及滑坡的運用條件來看，可以采用針對性的方式，優(yōu)化滑坡治理效果，也有助于優(yōu)化高聚物材料應(yīng)用管理，對比其他高聚物材料，相應(yīng)的單位也要做好數(shù)據(jù)處理，并針對高聚物的注漿管理，做好對應(yīng)的加固管理和效果分析。此外，根據(jù)高聚物材料的使用特點，若貿(mào)然進行實驗可能會造成不必要的損失，采用邊坡有限元分析及數(shù)據(jù)模擬計算的方式，有助于推算邊坡安全系數(shù)，做好對應(yīng)的變形管理，實現(xiàn)加固處理質(zhì)量。

此次研究針對高聚物的材質(zhì)特點，結(jié)合有限元分析及參數(shù)化模擬方式檢驗高聚物的作用。首先，建立單元厚度為基準的有限元模型，假設(shè)虛擬邊坡尺寸為高20m，邊坡比例為1∶1，設(shè)計虛擬邊坡為26.3°，將其細化為5000個單元和8000個節(jié)點。整個模型的底部采用鉸支處理方式，控制其左右位移；整個模型也采用軸向唯一管理方式。對比整個高聚物加固處理方式，土體材料參數(shù)采用摩爾-庫倫模型處理方法，運用強度拆減的計算方式了解邊坡的穩(wěn)定性。為了保證計算的針對性，整個高聚物設(shè)計成了柱狀的模式，高聚物邊坡土體的加固采用混合土顆粒黏結(jié)，以此來提升土層的強度。

經(jīng)過虛擬模擬后，整個高聚物的注漿加固前后安全系數(shù)對比明顯。研究結(jié)果顯示，土體黏凝聚力差，整個應(yīng)變最大位置僅位于邊坡表面，經(jīng)過高聚物注漿加固后，邊坡滑動模式也從以往的淺層控制轉(zhuǎn)向成為深層次滑動模式。加固后，整個邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)提升，結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)也從原來的1.32增強到了1.39。該方式也表示了高聚物注漿滑坡運用的價值和有效性。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理分析，加強高聚物注漿滑坡處理，是增加邊坡深度和弧度的重要途徑，也是提高邊坡系數(shù)的重要方式。經(jīng)過高聚物注漿前后的位置移動分析，淺表層滑動趨勢明顯，邊坡變形集中于坡面，且位移水平高的地方，其滑弧運動基本一致，整個唯一的變動也會有所改變。邊坡的位移增加，經(jīng)過一段時間的運動后，坡面的位置和位移運動變化明顯，這表示高聚物注漿處理后，可以控制滑坡的位移量，有效控制了滑坡的運動問題。

6 結(jié)果和評價

分析高聚物注漿加固的變形情況，虛擬實驗中，技術(shù)人員要分析加固前后坡體的穩(wěn)定性，采用有限元分析方式，觀察注漿對整個邊坡的深度以及路徑影響，要不斷減少前表面滑坡問題，增加整個體系的安全系數(shù)，減少邊坡位移問題。經(jīng)過有限元論證分析，可以加強高聚物的濃度注漿，增加滑弧的深度和路徑，避免嚴重的二次滑坡問題，更能夠減少1/3的位移。經(jīng)過對應(yīng)論證分析，采用合理可行的加固方式也對優(yōu)化高聚物材料的生產(chǎn)使用有重要價值。經(jīng)過相應(yīng)的研究闡述可知，為減少二次滑坡，建議技術(shù)人員設(shè)計更為精準、具體的計算模型，做好參數(shù)計算工作，并根據(jù)不同的尺寸、坡度以及非均值邊坡進行對應(yīng)的數(shù)據(jù)計算，不斷驗證邊坡數(shù)據(jù)計算的合理性，保證人們的生命及財產(chǎn)安全。

針對滑坡問題及獨特的地質(zhì)條件來看，要對處理環(huán)境采用可行的治理方法和手段。高聚物材料在巖土工程中有一定的運用價值，其具有化學(xué)性能穩(wěn)定、材質(zhì)性能強度高、凝結(jié)時間短以及隔水性、耐久性好的特點，創(chuàng)新高聚物注漿治理工程技術(shù)，有助于增大滑坡抗滑力、增強滑面阻水性、提高滑坡完整性、加固已有重力型治理工程，達到有效治理滑坡的目的。