膨胀土渠道边坡稳定性研究

边坡稳定性是岩土工程中的一个难点,其中膨胀土渠道边坡稳定性更是一个世界公认的难题。膨胀土在我国的分布范围十分广泛,许多工程建设项目都需要涉及到膨胀土的处理,膨胀土具有吸水膨胀失水缩小的特性,在经过反复干湿循环后会导致膨胀土内部出现裂隙,进而造成膨胀土强度降低,引起失稳现象。对此,文章分析了膨胀土的特性,阐述了膨胀土边坡失稳机理,最后对膨胀土边坡稳定性进行了实验分析。     

裂隙产状对膨胀土边坡稳定性的影响研究

裂隙性是膨胀土的重要特性之一,裂隙的长度、倾角等对膨胀土边坡的稳定性有着重要的影响。针对南水北调中线工程膨胀土典型渠道边坡的固有非膨胀裂隙,考虑裂隙强度、位置、倾角和长度等因素,利用极限平衡法计算和分析了膨胀土渠道边坡在不同裂隙产状下的边坡稳定性。结果表明,裂隙贯通率是影响边坡失稳形态及安全系数的重要因素,计算结果与现场观察相吻合,研究结论对南水北调中线工程膨胀土渠道边坡的设计具有指导意义。     

膨胀土边坡稳定性研究

阐述了近年来长江科学院在膨胀土边坡稳定性方面的研究成果。研究了南水北调中线工程膨胀土的裂隙形态及分布规律,在“大气影响深度”以上与以下区域膨胀土的裂隙形态存在差异,以下区域的裂隙具有明显的定向性;介绍了膨胀土的膨胀性,对于起始含水率一定的膨胀土,相同吸湿条件下的膨胀应变与平均应力在半对数坐标系下呈很好的线性关系;阐述了膨胀土的强度特性,提出了膨胀土强度试验新方法;研究分析了膨胀土边坡失稳机理,提出了膨胀土边坡的破坏模式及相应的稳定分析方法。研究成果表明：膨胀土边坡不仅存在重力作用下的整体稳定性,整体稳定性受裂隙面强度控制,而且在吸湿条件下会产生浅层失稳,浅层失稳的主要影响因素为土的膨胀变形;在膨胀土边坡的稳定分析中,膨胀土的强度,不需进行任何折减,直接采用强度试验值,稳定分析成果能正确地反映边坡的稳定状态。     

膨胀土边坡的稳定性分析研究

从膨胀土边坡稳定性分析中滑面的确定以及抗剪强度的选择这两个角度和相关方面出发，研究和探讨了膨胀土的特性、滑坡的一般规律、抗剪强度的选择以及稳定性分析，提出了适合于膨胀土应有特性的稳定性计算模式。     

膨胀土边坡的稳定性分析研究

从膨胀土边坡稳定性分析中滑面的确定以及抗剪强度的选择这两个角度和相关方面出发，研究和探讨了膨胀土的特性、滑坡的一般规律、抗剪强度的选择以及稳定性分析，提出了适合于膨胀土应有特性的稳定性计算模式。     

裂隙膨胀土边坡模型降雨变形破坏过程数值分析

为研究多裂隙膨胀土边坡在降雨浸水作用下变形及滑动破坏特征,对裂隙膨胀土边坡在降雨浸水条件下滑坡的离心模型试验进行计算对比分析;并利用放大裂隙侧向水压力法近似模拟膨胀力的作用,分析探讨在不同降雨历时和降雨强度下,不同的膨胀土边坡裂隙的分布位置和深度、膨胀力的大小等对边坡的变形破坏过程及稳定安全系数变化的影响规律。结果表明:膨胀土边坡的破坏由坡脚开始,随着降雨历时的增加逐渐向坡顶发展,最终表现出坡脚膨胀隆起、坡顶塌陷的破坏特征。同时,膨胀力是分析膨胀土边坡稳定性问题不可忽略的因素,不考虑膨胀力时往往会高估膨胀土边坡的稳定性;膨胀土边坡的安全系数受降雨强度、降雨历时影响较大;坡中存在裂隙的膨胀土边坡比坡顶存在裂隙的膨胀土边坡更危险。     

有荷条件下南阳膨胀土强度试验及其应用研究

进行了南阳膨胀土在不同竖向荷载作用下的浸水膨胀变形及其膨胀后试样的强度试验，得到了膨胀土浸水膨胀后的抗剪强度指标（c、φ值）与浸水膨胀过程中所受的竖向荷载的关系，将其应用于土工袋处理膨胀土边坡（表层处理的一种）的稳定性分析，验证了土工袋处理膨胀土边坡的有效性。     

膨胀土边坡稳定性分析及治理研究

湖北省鄂北地区水资源配置工程是大型调水工程,主要建筑物袁冲暗涵段处于膨胀土分布区域,基坑开挖深度20～30 m,基坑边坡存在膨胀土边坡稳定问题。将膨胀土边坡划分为胀缩裂隙带区域、弱膨胀土区域、中等膨胀土区域。依据膨胀土强度理论对不同区域地层进行力学参数取值,采用有限元强度理论对边坡稳定性进行分析。确定了边坡开挖完成后的潜在塑性变形区域,并布置了测斜管等监测手段对边坡塑性变形区域进行了验证。根据计算结果,对沿线膨胀土边坡治理采用了抗滑桩、伞形锚杆、削坡减载等治理措施,各治理措施互有优劣,相互补充,均起到了治理膨胀土边坡的良好效果。     

膨胀土边坡稳定中的吸力预测

膨胀土边坡土体中的吸力变化直接影响到其边坡的稳定性，而吸力的测量却非常困难.本文采用人工神经网络技术进行吸力的预测研究，研究结果表明其预测效果十分有效，可在实际工程中推广应用，这对膨胀土边坡稳定的早期预报非常有利。     

渠道膨胀土边坡土体强度参数取值原则初探

南水北调中线干线工程遇有较多的膨胀土渠段,通过对这些膨胀土宏观结构的分析,提出了无结构面控制的膨胀土层状结构边坡和受软弱结构面控制的层状结构边坡的概念,并提出了膨胀土体具有与岩体相似的宏观结构,膨胀土边坡的深层抗滑稳定性受结构面(带)控制的观点.渠坡土体强度仅依据规范取值可能与实际情况不符,从膨胀土的基本性质,土体结构,水文地质环境,大气影响深度等分析,提出了膨胀土边坡土体强度分区的概念.     

南水北调中线工程膨胀土渠坡稳定问题及对策

重点分析了非饱和膨胀土边坡失稳的原因,在降雨入渗的条件下,膨胀土常发生浅层滑动,这种滑动与通常饱和土的边坡失稳的原因是不同的.为了弄清膨胀土边坡滑动(主要是浅层滑动)的机理,在南水北调中线工程渠道附近进行了大型人工降雨试验,得到了有意义的结论.由此认为,采用通常饱和土边坡稳定分析方法来校核非饱和膨胀土边坡的稳定,对于深部过于保守,而对浅部则不够安全,因此是不合适的.根据非饱和膨胀土边坡失稳的机理提出了防止边坡浅层滑动的对策措施.     

鄂北调水工程膨胀土渠道滑坡破坏机理及处置措施研究

基于鄂北调水工程109+620—109+800段典型膨胀土渠道滑坡现场调研资料与试验数据,从裂隙、大气降雨、施工及防护措施等方面对膨胀土渠道滑坡原因进行了探讨,研究了膨胀土滑坡的破坏机理,同时采用刚体极限平衡法(M-P法)对优化设计施工前后的边坡抗滑稳定安全系数进行了模拟分析验证。结果表明:该膨胀土渠道滑坡主要受土体裂隙控制,雨水的劈裂作用起到连通贯穿裂隙的作用;上部弱膨胀土在大气降雨影响下发育陡倾角裂隙,往往形成滑坡体后缘下挫变形;坡脚及基底中等膨胀土发育无规则缓倾角长大裂隙,为边坡滑动提供软弱滑动面或滑动带,形成滑坡前缘;久强降雨软化边坡表层土体,降低其强度,同时雨水进入裂隙中对土体起到破裂作用;多次干湿循环贯通土体各向异性裂隙,生成深层软弱滑动面或滑动带;施工不当与防护措施不足是导致此次膨胀土滑坡的人为因素。为保障工程后期膨胀土边坡稳定,应遵循快速施工、地质预测、动态设计、及时封闭、尽早回填的原则,选择合理边坡坡比,建设有效排水系统并硬化顺延覆盖一级边坡,对边坡垮塌或滑动进行实时监控量测。     

饱和-非饱和渗流下膨胀土坡稳定性评估的有限元法

总结了膨胀土坡饱和-非饱和渗流场中影响边坡稳定性的一些因素,建议了饱和-非饱和渗流下考虑强度降低、密度变化等稳定性影响因素的膨胀土坡稳定性评估三维强度折减有限元方法,研制相应的强度折减有限元程序。通过与传统极限平衡法分析结果对比研究,对抗剪强度折减有限元法分析边坡稳定问题的适用性进行了评价,得出采用三维强度折减有限元法确定考虑饱和-非饱和渗流场的膨胀土边坡稳定性安全系数是可行的结论。     

南水北调中线一期工程膨胀土渠坡渗流系统分类及其控制措施

由于膨胀土对于水的敏感性,膨胀土渠坡及其衬砌结构的稳定性是南水北调中线一期工程建设和运行遇到的重要挑战之一。在地层结构分类基础上,开展了膨胀土地区的渗透结构分类、渗流系统分类以及膨胀土渠坡渗流系统分类研究。针对各类膨胀土渠坡渗流系统,分析了渠道工程对渗流场的改造作用,归纳了各自的渗流控制任务,提出了渗流控制措施的应用原则:非饱和带设置排水垫层以利于含水率的长效控制,合理设计马道以减轻对渗流控制的负效应,合理运用排水孔和减压井控制地下水流场及水压力,地下水动态变化与渠道水位变化范围交叉渠段应合理设置逆止阀并保障其灵敏性和可靠性,工程长期运行过程中跟踪研究渗流控制效果和适时有效调控渗流场。     

伞型锚在鄂北调水工程膨胀土临时边坡加固中的应用

膨胀土地层具有深层裂隙发育的地质特征,导致膨胀土高边坡在开挖过程中出现边坡稳定问题。常用的加固或防护措施对膨胀土临时高边坡的变形适应能力较差,且经济性较低,新型预应力伞型锚加固技术是一种新的解决途径。针对鄂北地区水资源配置工程中膨胀土渠坡开挖过程中出现的工程问题,开展了预应力伞型锚加固膨胀土高边坡现场试验及应用推广评价。结果表明:预应力伞型锚施工快速且抗拔力大,可有效地控制边坡变形发展趋势、保证边坡临时稳定;结合推广应用段边坡的安全监测数据,验证了伞型锚在膨胀土临时边坡快速加固中具有较好的推广应用价值。     

引江济汉工程中膨胀土的危害及防治措施

引江济汉工程膨胀土区段出现了渠道边坡失稳,边坡承载力降低,混凝土渠道衬砌变形、开裂等技术问题。本文在说明现场地质条件、阐述膨胀土工程危害的基础上,总结论述了当前膨胀土区段的工程施工治理措施。针对膨胀土在水下及地下水位变动区易发生渗透变形而影响基础稳定的特点,提出了采用柔性沥青混凝土边坡的设想,以提高渠坡的稳定性。     

大气作用下膨胀土边坡的动态响应数值模拟

采用热湿耦合非等温流方程，结合实际蒸发和植物蒸腾的边界条件，通过考虑水分迁移所引发的非饱和土应力变形行为，建立了大气-非饱和土相互作用模型。采用该模型，分析了在气候变化条件下，不同坡比和不同覆盖条件下非饱和膨胀土边坡的各种动态响应。计算结果表明，该模型能较好分析计算非饱和土表层的蒸发量及草皮对边坡土层含水率和变形的影响；采用分阶段变渗透系数的方法，能有效反映出降雨入渗和蒸发蒸腾过程中膨胀土所表现的不同渗透特性；而边坡的安全系数随气候变化而波动，降雨时边坡的稳定性比蒸发时低，蒸发可提高表层土体吸力，草皮覆盖亦有利于边坡的稳定性。     

裂隙和土体软化效应双重影响下膨胀土边坡的稳定性分析

天然膨胀土经历长期干湿循环,反复胀缩使其具有多裂隙性和超固结性。在膨胀土边坡稳定分析中,应考虑上述性质的共同作用对边坡稳定性的影响。采用FLAC3D中的双线性应变硬化/软化遍布节理模型,对不同裂隙面位置和土体软化效应共同影响下的膨胀土边坡进行了稳定性分析。结果表明:裂隙面的存在会显著降低膨胀土边坡的稳定性。随着裂隙面与水平正向夹角的减小,边坡安全系数呈现出"增—减—增—减—增"的波形关系,峰值安全系数出现在20°和115°,谷值安全系数出现在80°和160°。考虑在裂隙面位置和土体软化效应的双重影响下,边坡稳定性会进一步降低,其中土体软化效应对边坡稳定性的影响要小于裂隙面的影响。反倾向小倾角的裂隙面一定程度上可提高边坡的整体稳定性,其与裂隙面的强度参数及土体的软化效应密切相关。     

土工袋修复膨胀土边坡抗滑稳定分析与摩擦特性试验

通过引入单一安全系数,基于极限平衡法,推导土工袋修复体两种滑动模式的抗滑稳定性计算公式。通过土工袋摩擦试验,研究不同袋内材料、土工袋排列方式、竖向压重以及运行环境（水上或水下）等条件下的土工袋袋体层间和袋土之间的摩擦特性,试验结果表明：袋装膨胀土土工袋堆叠为交错排列的过程中形成的咬合作用和嵌固作用将土工袋袋体无缝排列的层间摩擦因数0.714提升至0.920;土工袋浸泡于水下进行摩擦试验,水的润滑作用会导致土工袋袋体层间以及土工袋袋土之间的摩擦因数从0.920降低至0.901。采用土工袋抗滑稳定公式与摩擦试验得出的摩擦因数,对南水北调中线工程中土工袋修复膨胀土边坡案例的两种滑动形式进行抗滑稳定性分析,得出土工袋修复体最小安全系数为1.25,论证了土工袋修复膨胀土边坡的效果。     

膨胀土的干湿循环性状及其在边坡稳定性分析中的应用

膨胀土的干湿循环性状在膨胀土边坡的稳定性分析中占有重要地位。通过膨胀土的干湿循环试验,得出膨胀土性状变化的基本规律:干湿循环导致膨胀土性状的衰减,在经过4~5次干湿循环之后,其性状改变趋于稳定。从土的微观结构出发,对这些基本规律给出解释;并将这些基本规律应用到膨胀土边坡的稳定分析中,得出了符合工程实际的计算结果。