非饱和膨胀土边坡破坏机理与稳定性分析

膨胀土具有胀缩性、裂隙性、超固结性,其工程性质特殊,即使很缓的边坡也可能失稳,南水北调中线工程膨胀岩土渠段长达340 km,渠坡的处理技术、分析方法与长期稳定性是关键问题.分析了非饱和膨胀土边坡的破坏特点、破坏机理与影响因素,并对处理措施的作用机理与模拟方法进行了分析,在此基础上探讨了非饱和膨胀土边坡稳定性的分析方法,并对南水北调中线工程新乡段膨胀岩土渠坡进行了分析,得到了初步成果.     

考虑裂隙分布及强度的膨胀土边坡稳定性分析

为完善现有膨胀土边坡稳定分析方法中概化处理土体结构,特别是裂隙面、软弱夹层等因素的局限,将边坡视为均质土层、裂隙充填薄层及张拉裂隙的组合,将现场勘测得到的典型控制性裂隙的空间信息(高程、倾角、厚度、长度)纳入模型,同时考虑裂隙面夹层的强度参数,建立膨胀土裂隙边坡地质模型。基于Slide程序中能够满足条块间作用力与力矩平衡,并且适合于折线滑动面的边坡稳定分析的Janbu、Spencer和Morgenstern方法,以南水北调中线工程典型滑坡为稳定性分析算例,分析含裂隙膨胀土边坡的稳定性及其特征。结果表明,边坡地质模型与真实边坡的吻合度越高,其稳定性亦越接近。在考虑了地表垂直裂隙、地下水及坡脚缓倾裂隙后,边坡的安全系数显著降低,并产生了由坡顶的垂直裂隙与从此裂隙底部开始发展、剪出口在坡脚的滑面组合而成的折线型滑动面,该滑动面型式与现场典型滑坡破坏特征基本一致。     

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。     

南水北调中线工程膨胀土渠段边坡变形研究

南水北调中线工程干渠渠坡或渠底涉及膨胀土(岩)的渠段约占明渠段的1/3,工程地质条件复杂。膨胀土渠道工程最重要的是边坡稳定问题,如果发生边坡滑塌影响到南水北调中线工程正常通水运行,则社会影响巨大,因此需要开展膨胀土边坡变形控制研究。通过对一般边坡变形控制要求的分析,结合南水北调中线膨胀岩土渠道的特点提出南水北调中线工程膨胀土边坡变形控制要求以及监测数据异常风险研判标准。分析表明:提出的南水北调中线膨胀土边坡变形控制要求及风险预警标准基本合理,可对边坡的变形过程进行合理把控;累计位移速度法能全面反映边坡变形的整个过程,可判断边坡所处的变形阶段,在膨胀土边坡预警中有很强的实用性。对监测资料进行分析可以推断出边坡的变形趋势和变形规律,据之对边坡的变形进行预报,为南水北调中线渠道正常通水运行提供保障。     

陶岔-沙河南渠段膨胀土试验成果统计分析

南水北调中线一期工程总干渠陶岔-沙河南渠段沿线大部分为膨胀土地区,工程地质条件复杂,由于膨胀性土具有胀缩性、裂隙性、超固结等特殊的工程特性,对渠道边坡的施工及工后运营影响极大.针对南水北调中线一期工程总干渠陶岔-沙河南渠段膨胀土的工程特性,进行了大量原状膨胀土的物理、力学及胀缩特性试验,试验内容丰富、系统,试验规模大,具有较大的工程实用价值,为南水北调中线一期工程膨胀土渠坡段的设计施工提供了科学依据.     

基于强度折减法的膨胀土渠道边坡稳定分析

以南水北调中线工程总干渠陶岔渠首至沙河南段工程鲁山段边坡工程实践为基础,建立膨胀土边坡稳定分析模型,对膨胀土渠道进行有限元分析,提出浅层滑坡是膨胀土边坡失稳的主要形式,应根据膨胀土的特性来进行膨胀土边坡稳定计算分析。     

高地下水位膨胀岩渠坡稳定性分析研究

膨胀岩渠道边坡稳定性问题是南水北调中线工程中的关键性技术问题。膨胀岩具有吸水膨胀、失水收缩的特殊性质,反复胀缩变形导致强度衰减,易对渠道边坡造成危害。文章以南水北调中线工程安阳段为例,在强降雨导致地下水位升高的影响下,渠道边坡发生失稳破坏,在考虑膨胀岩特殊性质的基础上,运用极限平衡理论和有限元理论进行分析计算,对失稳原因做出分析。     

南阳盆地弱、中、强膨胀土特征对比分析

南水北调中线工程通过的南阳盆地广泛分布有膨胀土,而膨胀土是影响渠道边坡稳定的主要工程地质问题之一。以大量试验成果为基础,对弱、中、强膨胀土的矿化成分、颗粒组成、物理力学特性、膨胀性等进行了统计和分析;系统阐述了膨胀土的微观结构、裂隙发育状况和工程特性。针对弱、中、强膨胀土(岩)的关联性及差异性,提出了大型渠道工程弱、中、强膨胀土处理的工程措施建议。对类似输水工程的膨胀土判断及施工控制有参考作用。     

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。     

南水北调中线渠道工程关键技术研究

针对南水北调中线渠道工程中膨胀土渠道、大型渡槽设计难题,开展技术攻关,取得了系列创新成果。在强降水区深挖高填膨胀土渠道方面,开展了多裂隙膨胀土边坡综合抗剪强度取值方法、原生裂隙面控制的深层滑动稳定分析方法、坡面保护与坡体加固的新型结构及其控制标准、填方渠堤剩余沉降量预测与控制方法、水泥改性土等关键技术研究,形成了膨胀土边坡设计理论方法和标准体系。在超大型渡槽结构设计方面,开展了低耗水头新型渡槽型式、温度荷载模式、预应力设计方法等研究,发展了超大型渡槽设计理论方法、设计控制标准。南水北调中线工程渠道关键技术的研发,解决了渠道工程设计技术难题,缩短了关键工期,保证了工程顺利建设和按期通水,取得了显著的经济、社会和生态效益。     

水流剪切对细颗粒泥沙絮凝作用实验研究的综述

综述了实验揭示的水流剪切条件与絮团特征参数(尺寸、分形维数)之间的关系,总结了同向絮凝的机理研究,并就絮凝实验研究过程中的一些问题提出了建议.     

微电解水处理器的杀菌作用研究

研究了微电解方法对工业循环水中厌氧或兼性厌氧细菌的杀灭作用 ,结果显示 ,杀菌率的大小与施加的电流密度和处理时间成正比。在适宜的电流密度和适当的处理时间下 ,对硝酸盐还原菌、铁细菌的杀菌率可以达到 99%以上 ,并初步证实 ,微电解时水体中产生的·OH自由基是主要的杀菌因子。     

海涂冲刷观测工艺实践

海涂冲刷观测在使用声纳测深、测量仪器测量不甚合理的情况下，设计了一套适用于海涂冲刷观测、制作结构简单、使用成本低、具有自沉功能的冲刷观测装置工艺。     

对工程竣工图编制的思考

分析竣工图单纯由施工单位或设计单位编制存在的问题，以及由参建各方协同编制竣工图的优势，提出了参建各方协同作战才能编制出高质量的竣工图的思想，并提出参建各方协同编制竣工图的建议。     

煤炭采空区对水库渗漏影响研究

结合咸阳市某拟建水库的工程地质条件及采空区赋存状况,通过现场试验,探查了采空区边缘裂隙带分布特征,在分析采动对岩体完整性及渗漏性影响的基础上,评价了采空区的稳定性及其对水库渗漏性的影响。评价结论认为,水库水体荷载不会引起采空区"活化",采空区对拟建水库渗漏影响较小。现阶段,采空区引起的水库增加的极限渗漏量为1 004.41 m3/d,约占水库设计年平均流域径流量的0.87%,随着时间推移,采空区将逐步趋于稳定,渗漏量将逐步降低。鉴于此,建议对采空区加强监测。     

透视地球工程对全球陆地不同重现期极端降雨强度的潜在影响

全球气候持续增暖背景下地球工程逐渐成为国际气候谈判中的焦点话题。基于2020—2099年BNU-ESM模式地球工程和RCP 4.5情景下的非地球工程日值降水数据,采用超阈值取样和韦伯分布计算极端降雨强度,并对比两种情景下的极端降雨强度差异特征;最后对比地球工程实施的2020—2069年和结束后的2070—2099年的极端降雨量差异特征。结果表明:(1)2020—2099年两种情景下的极端降雨(包括强降雨和极端强降雨)强度的空间格局并未出现根本差别,反而具有较好的一致性,表明地球工程实施未对极端降雨强度的空间高低分异格局产生颠覆性影响。(2)地球工程对低强度极端降雨影响较小,对高强度极端降雨影响较大,并呈现出区域差异性,且随着重现期增加,差异特征逐渐增大。(3)地球工程使得强降雨强度在干旱地区减弱,而在湿润地区增强,且对北半球陆地的影响明显高于南半球陆地。(4)2020—2069(2070—2099)年地球工程实施期间南半球陆地极端降雨量趋于增多(减少),北半球陆地趋于减少(增多);整体而言地球工程实施的2020—2069年抑制了极端降雨量增多,而2070—2099年则促进了极端降雨量增多。研究成果对于认识地球工程对极端天气气候的影响具有一定的参考价值。     

红柳根系对塔里木河岸坡土体起动规律影响研究

为了研究红柳根系对塔里木河岸坡土体起动的影响规律,对不同植被根系体积密度及不同的根系分布方式下的根-土复合体进行起动特性试验,并分析植被根系影响下起动切应力变化规律,得到了根系影响下河岸土体起动切应力与植被根系体积密度及土体干密度的定量关系式。试验结果表明:不同根系放置形式土体抗水流冲刷的由大到小分别为相交放置,竖直放置,倾斜放置。当有红柳根系覆盖河岸土体时,土体的起动切应力得到了明显提高。     

深层岩石二次人工致裂缝效果影响因素分析

针对深层岩石二次人工致裂缝过程中影响因素复杂、施工技术界限模糊等问题,以泌阳凹陷赵安鼻状构造 HTY 三段地层为例,采用二维二相油藏 － 裂缝系统模型结合正交试验方法,定量分析含水饱和度、地层压力、有效渗透率、压裂规模等因素对岩石二次人工致裂缝效果的影响,确定深层岩石二次人工致裂缝施工过程中的关键因素,确立施工技术界限。结果表明: 岩石二次人工致裂缝效果与地层压力、储层渗透率、施工规模、地层含油饱和度及油层有效厚度成正比,影响该区块二次人工致裂缝效果的主要因素为含水饱和度、有效渗透率、地层压力和人工致裂缝长度; 岩石二次致缝技术界限为地层压力保持水平 ＞ 70% 、含水饱和度≤50% 、有效渗透率≥0. 5 × 10^ － 3μm^2。以此作为该区块人工致裂缝选井选层依据,配套施工工艺,现场单井二次人工致裂缝效果良好。     

斜坡上封闭水平板波浪上托力试验研究

波浪对平板的上托力是海上透空结构物设计的重要依据，不同布置形式的平板波浪上托力有不同的变化规律。本文通过系列模型试验，对斜坡上尾部封闭的水平板波浪上托力产生的机理进行了详细的分析和论述，认为影响其大小的直接因素与尾部透空情况相同，仍为几何因素、动力因素和空气垫层因素，但各因素对波浪上托力的影响程度发生了很大变化。试验结果表明，板下最大冲击压强与最大总上托力并不总是同步发生，其压强分布形式也不尽相同，应分别考虑。     

淤堵作用对于高原水库坝基土体渗透性影响的试验研究

借鉴其他领域对淤堵作用的定义，归纳了水库坝基防渗方面淤堵作用的相关概念和定义．用自行设计研制的渗透淤堵仪进行了一系列试验，在试验的基础上，分析了淤堵作用的存在和降低土体渗透性的作用过程．从而论证了淤堵作用对坝基防渗或减渗的意义。