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。     

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。     

深层裂隙发育型膨胀土边坡变形演化特征研究

深层原生裂隙在膨胀土地层中普遍存在，沿裂隙面的深层滑动是膨胀土边坡失稳的重要模式。为掌握深层裂隙性失稳模式下膨胀土高边坡的变形演化特征，开展了高边坡开挖卸荷的现场原型试验。由试验测得了从稳定发展至破坏过程中边坡的水平位移，获得了滑裂面几何形态，进而推导了深层裂隙性失稳模式的力学机制；采用位移速率幂指数作为边坡变形演化趋势的量化参数，分析了开挖速率及降雨对边坡变形状态的影响；按变形发展快慢趋势，将边坡变形划分为缓慢稳定、缓慢失稳、短时失稳和快速失稳4种状态类别，并提出定量判别阈值；根据不同变形状态下边坡的位移速率及其幂指数的分布规律，提出了适用于膨胀土深层裂隙性滑坡的预警方法。所得成果为膨胀土边坡变形控制和滑坡预警提供了理论和试验依据。     

降雨情况下裂隙膨胀土边坡渗流稳定性的影响分析

为探究降雨条件下膨胀土边坡的渗流稳定特性,以某高速公路膨胀土边坡为背景,对不同裂隙深度、位置的裂隙膨胀土边坡进行降雨环境下渗流及稳定性数值模拟分析。研究结果表明,膨胀土边坡中裂隙的存在对渗流和稳定性有重要影响。裂隙越深,雨水入渗范围越大,稳定性逐渐降低,且呈幂函数型减小;裂隙位于坡顶时含水量差异最小,在坡脚时含水量差异最大,且裂隙位于坡顶、坡脚处的安全系数较低;裂隙位置的存在对边坡潜在滑移面的影响并不大,而裂隙发育程度是影响边坡潜在滑移面的主要因素。     

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。     

南水北调中线一期工程膨胀土渠坡稳定分析

膨胀土渠坡由于膨胀土的胀缩性、裂隙性、超固结性,渠坡滑动破坏模式与一般土质边坡有很大差别。膨胀土渠坡的滑动通常沿结构面发生,并且大多为浅层滑动,采用常规的土质渠坡稳定分析方法不能完全反映膨胀土渠坡破坏的特性。根据膨胀土的工程特性,并针对南水北调中线工程膨胀土渠坡的8种典型工况,分析了其破坏模式。对常规分析方法进行改进,提出了适合膨胀土渠坡稳定分析的方法,计算结果有助于南水北调中线工程膨胀土渠段的边坡设计。     

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。     

膨胀土裂隙、强度及其与边坡稳定的关系

以南水北调中线工程、鄂北调水、引江济淮等大型调水工程中的膨胀土问题为研究对象,从膨胀土裂隙性、强度特性和破坏特征等方面,论述了膨胀土边坡稳定的影响因素、边坡破坏机理和强度特性。研究表明,膨胀土的裂隙为胀缩裂隙和非胀缩裂隙两类,非胀缩裂隙是地层中的“原生裂隙”,胀缩裂隙是干湿循环引起的“次生裂隙”。降雨和强度衰减是大多数膨胀土边坡浅层滑动的主要因素,而非胀缩裂隙面的倾向、倾角及强度是控制膨胀土边坡整体稳定的主要因素。膨胀土边坡的失稳,可归纳为“膨胀变形引起的浅层滑动”和“裂隙强度控制的整体滑动”两种破坏模式,膨胀土的边坡稳定分析也应充分考虑膨胀变形和裂隙分布状态的影响;膨胀土的强度指标不能简单地用土体的“综合强度”,而应根据实际地层情况,分别以土块强度和裂隙面强度进行描述。在此基础上,应针对不同的破坏机理进行膨胀土边坡的处治。     

暴雨情形下含裂隙土质边坡的瞬态稳定性

以山西省安太堡露天煤矿某地质剖面为例,采用Slide软件对暴雨情形下含裂隙土质边坡的稳定性进行分析,确定边坡潜在滑动面的位置,合理布置促使边坡发生推移式滑坡和牵引式滑坡的裂隙,应用MIDAS/GTS软件模拟分析降雨条件下的坡体应变规律和边坡稳定情况。结果表明:随着降雨入渗,边坡塑性区自坡脚向上部不断发展,直至形成贯通的塑性区;在持续降雨1.5 d时,边坡的稳定性最差,存在表层滑动可能;所提出的边坡裂隙布置方式更能反映含裂隙土质边坡在暴雨情形下的实际情况。     

大型输水渠道膨胀土(岩)渠段边坡稳定分析

膨胀土(岩)工程特性特殊,易造成边坡失稳、滑塌,因此对膨胀土(岩)渠坡的稳定性进行分析尤为重要。针对膨胀土(岩)渠段不同的破坏模式提出了相应的边坡稳定分析方法,并给出了边坡稳定分析时参数取值的经验方法:对于有明显裂隙面的裂隙强度控制下的渠坡滑动采用极限平衡法中的摩根斯坦-普拉斯法(Morgenstein-Price Method)进行计算(滑裂面为裂隙结构面),对于无明显裂隙面的渠坡采用极限平衡法中的毕肖普法(Bishop)进行计算(搜索最危险滑动面)。以南水北调中线工程干渠某膨胀土(岩)渠段为例进行渠坡稳定分析,指出:对于南水北调中线工程土体参数,弱膨胀土黏聚力取峰值强度,中、强膨胀土(岩)体强度采用分带选取原则,在大气影响带(0～2.5 m)范围内取残余强度,在过渡带(2.5～4.5 m)范围内黏聚力按峰值强度的0.5～0.7倍取值、内摩擦角按峰值强度对应内摩撑角的0.7～0.8倍取值,4.5 m以下非影响带黏聚力取峰值强度。