深挖方膨胀土渠道边坡变形特征分析与预测

膨胀土边坡滑坡具有长期性和反复性特点,加固处理后渠坡的长期稳定性仍值得关注。某长距离调水工程一膨胀土渠段渠坡虽采取了表层换填措施,但仍未阻断膨胀土与外界水汽交换,在通水运行两年后发生了较严重变形,采取了伞形锚加固和排水孔增设等处理措施。基于加固处理后的监测数据,通过主成分聚类分析法对渠坡变形测点分区,进而分析渠坡时空变形特征;在此基础上,选取典型测点,应用指数平滑法、自回归移动平均模型和多因素非线性回归模型对变形进行了分析和预测。结果表明:伞形锚加固处理后的渠坡变形经过近2个月调整后趋于平稳,现阶段主要表现为受外界环境影响下的波动;渠坡变形存在空间不均衡性,以原变形体为中心向两侧减小;渠坡变形主要受时效影响,降雨、地下水位和温度也有一定的影响。鉴于膨胀土变形滑坡的长期反复等特点,后续应继续加强巡查。     

深挖方膨胀土渠道变形破坏形式及成因探讨

深挖方膨胀土渠道在施工开挖过程中及渠坡基本成型后的一段时间内,时常出现渠坡变形破坏现象,影响到正常的工程施工及工程后期的安全运行。为了研究深挖方膨胀土渠道的变形破坏形式,以南水北调中线工程为例,从膨胀土性质、地质成因入手并结合开挖揭露的地质情况及渠坡变形的长期监测成果,对深挖方膨胀土渠道变形破坏形式进行了分析研究,总结出了失水干裂-吸水崩解、冲蚀雨淋沟、脱坡及土溜、滑坡等变形破坏形式,有针对性地提出了膨胀土渠道加固处理的措施建议。     

深挖方膨胀土边坡伞形锚加固处理及效果监测

深挖方膨胀土边坡某段在雨季后坡脚出现隆起,排水沟局部发生挤压,并伴有断续性次生裂缝;监测成果也显示"区段边坡四级马道垂直方向持续向下沉降、水平方向背向边坡方向位移、二级马道持续向上抬升"的膨胀土浅层滑移特征。经研究决定采用伞形锚等进行局部渠段应急加固处理,并全程进行监测与监控。从监测成果来看,加固处理后,伞形土锚经历了初设期、调整期和稳定运行期3个阶段,边坡表面和内部土体经过近2个月的调整变形,目前锚索轴向应力稳定,变形趋于平衡稳定。全过程的加固处理与效果监测,为工程的风险管控与应急处理提供了科学依据、积累了经验。鉴于膨胀土深挖方边坡滑移的潜伏性、反复性以及长期性特点,后续要继续加强观测,对边坡的长期稳定性和伞型锚的长期效果进行研究。     

高地下水位深挖方膨胀土渠坡运行期变形特征及其影响因素

以一调水工程南阳盆地一段高地下水位深挖方膨胀土渠坡为例,依据地质勘察、施工期和运行期资料,总结渠坡变形后的外观病害特征,阐述变形体潜在剪切变形带深度和几何形态,从工程与水文地质(土体膨胀性、裂隙结构面和地下水)、降雨等内外因素综合分析剪切变形机制,评判常用的防渗排水和加固支护处理措施的效果。结果表明:变形渠段地下水为上层滞水,埋深较浅,运行期受降雨影响明显,在多年反复湿胀干缩效应作用下,滞水区中短小裂隙逐步贯通,抗剪强度降低,渠坡产生侧向蠕动变形；潜在剪切变形带底面近水平、后缘面陡倾；防渗和排水措施能排出地下水并降低地下水位,抗滑桩和伞形锚等加固支护措施阻滑效果较好。     

南水北调中线膨胀土边坡变形破坏类型及处理

南水北调中线工程干线有387 km为膨胀土或膨胀岩渠段,施工期间累计发生有一定规模的滑坡超过100处。通过对工程施工期滑坡的大量解剖、变形位移监测、土体水理指标原位观测,揭示膨胀土渠坡变形破坏主要有浅表胀缩型和较深层结构面控制型滑坡破坏两类。采用水泥改性土换填覆盖处理可以有效减少渠坡膨胀土受大气环境改造的作用,采用地面截渗和地下引排措施可以减少水对土体及结构面的不利影响。当坡体存在长大缓倾角结构面或层间软弱带时,为防止沿结构面产生滑动并维持渠坡长期稳定,必须采取结构抗滑措施。     

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。     

深挖方膨胀土渠道边坡运行期变形成因分析

深挖方膨胀土渠坡运行期存在失稳风险。以一长距离调水工程中的膨胀土渠段为例开展研究,该段渠坡共6级、坡高超40 m。通过安全监测数据分析、隐患地球物理探测和稳定性数值模拟等手段,考虑工程与水文地质、降雨与地下水位等内外因素,综合分析渠坡运行期的变形机制,评判渠坡稳定性以及处置措施效果。得到如下结论：表层改性土未能隔绝膨胀土与大气的水汽交换,汛期降雨补给渠坡上层滞水导致地下水位上升,旱季少雨地下水位下降,多个干湿循环后,膨胀土体反复胀缩引起渠坡裂隙发育贯通,因裂隙面影响和过水断面抗滑桩作用,二—四级渠坡沿裂隙面蠕变变形,渠坡局部抗滑稳定性不满足规范要求;潜在滑动面表现出前缘缓倾角和后缘陡倾角折线组合滑动面特征,潜在剪出口在一级马道;为降低地下水位,提高渠坡的稳定性,采取的排水沟和排水井措施较为有效。研究成果可为类似工程运行管理和加固治理提供参考。     

南水北调中线南阳段工程水泥改性土施工探析

南水北调中线南阳段工程大部分为膨胀土渠段。膨胀土含有较多强亲水性矿物质,强度受土体含水量和结构面发育程度的控制,一旦含水量发生变化土体迅速膨胀变形和开裂。如处理不好,会导致局部渠坡浅层边坡失稳和深层滑动失稳现象,影响渠坡稳定性和建筑物安全,给施工带来极大的技术难度。膨胀土处理设计方案多为换填水泥改性土及设置抗滑桩,文章主要针对南阳段水泥改性土施工中存在的问题及采取的对应措施进行了阐述。     

膨胀土渗水层对渠坡稳定的影响分析

南水北调中线工程总干渠陶岔渠首至沙河南段分布有大量膨胀土,在降水作用下,渗水层可对膨胀土渠坡的稳定产生极为不利的影响。在现场试坑渗水试验、室内渗透试验和钻孔注水试验分析的基础上,对膨胀土渠坡的防护措施进行了研究。根据研究成果,施工中采取了设置导渗沟、换填改性土、土工防渗膜、渠坡排水板等措施。施工完成后检查表明,所采取的措施有效地保护了膨胀土渠坡。     

南水北调中线工程渠坡膨胀土含水率监测及分析

为了分析渠坡膨胀土含水率变化对渠坡稳定性的影响,对现场自动采集的含水率、吸力、降雨量、土温和气温等数据进行初步分析和灰关联分析。初步认为强膨胀土含水率变化的主要影响因素依次为温度、降雨量、蒸发量和吸力等。现场监测结果和灰关联分析得到:受降雨入渗过程滞后影响,大气降雨3 d后,才能渗入到1.6 m深的强膨胀土中,影响深度＜6.1 m;渗入到1.4 m深的强膨胀岩中需要4～7 d时间,影响深度＜5.1 m。对渠坡膨胀土含水率变化的长期监测及其数据分析,为南水北调工程渠坡膨胀土胀缩变形的分析及渠道安全运行提供了依据。     

冻融过程对膨胀土渠道边坡劣化模式的影响

干湿作用和冻融作用是季冻土地区复杂环境的两种基本形式,深刻影响着输水渠道的长期稳定性。以北疆膨胀土渠道边坡为研究对象,开展了湿干循环及湿干冻融耦合循环作用下膨胀土渠道边坡劣化过程离心模型试验,探讨了湿干冻融耦合循环作用中的冻融过程对膨胀土渠道边坡劣化模式的影响。试验结果表明:湿干循环作用下膨胀土渠道边坡的劣化模式主要为浅层土体强度衰减和表面裂隙发育,同时伴随着显著的土体崩解剥落特征;湿干冻融耦合循环作用下膨胀土渠道边坡劣化过程中则未出现明显的土体崩解剥落现象,主要劣化模式为渠顶区域土体裂隙拓展、连通;湿干冻融耦合循环作用中的冻融过程使得渠顶处的渠水入渗量大幅增长,造成渠顶土体的干湿循环幅度增大,诱使膨胀土渠道边坡的劣化过程由浅层土体往深层土体发展,在宏观上表现为渠顶及渠坡水位线以上区域内裂隙的连通程度增高、拓展宽度及深度增大,并最终发展为贯穿渠顶的横向张拉裂隙。膨胀土渠道边坡在湿干冻融耦合循环作用下有着自贯穿渠顶的横向裂隙发生失稳破坏的趋势。     

膨胀岩渠坡变形和破坏特征研究

膨胀岩的边坡稳定主要受地层岩性、地质结构和构造、膨胀等级、地下水环境等因素控制,由于岩和土的生成历史不同,导致它们的矿物成分、胶结强度也有所不同。根据南水北调中线工程新乡潞王坟膨胀岩现场试验段裸坡试验区的人工降雨试验,分析了膨胀岩渠坡的变形和滑动特征。试验成果显示：膨胀岩渠坡的变形和破坏特征主要表现为雨淋沟、坡面隆起和局部浅层滑动;造成破坏的主要外在因素是施工卸荷、干旱 半干旱气候和降雨。研究成果为膨胀岩渠坡设计和破坏机理的分析提供了基础。     

背河坑塘水力条件对河道边坡稳定性的影响

靠近渠堤的坑塘是影响和危害河渠工程安全的严重隐患之一。以引江济淮工程中涉及坑塘和膨胀土的某一河道为例,运用GeoStudio软件建立了耦合渗流和稳定性分析的河道边坡计算模型,并对该边坡提出了相应的支护方案,分析了边坡支护前后的抗滑稳定性,并研究了填塘范围、坑塘水深及土体渗透性对边坡渗流和稳定性的影响。研究结果表明:按支护方案进行支护后,各种工况下的渠道边坡稳定性均满足规范要求;填塘处理能够显著降低坑塘渗流在坡面的出溢点高程、减小渗漏单宽流量,进而提升河道边坡的稳定性;不同河道水位工况下,坑塘水深对坑塘水分在边坡内渗流和边坡稳定性的影响均较小;膨胀土渗透系数越低,坑塘渗流在坡面的出溢点高程越低,渗漏单宽流量也越低,安全系数越高,膨胀土渗透性对坑塘水分在边坡内渗流和边坡稳定性的影响均十分显著。研究成果可为类似河道边坡的支护设计、填塘处理提供参考和借鉴。     

基于DDA 的膨胀土边坡破坏过程模拟

采用非连续变形分析方法 DDA 模拟膨胀土边坡的破坏过程。根据膨胀土边坡浅层破坏特征和 Mohr-Coulomb 准则,设置了 3 组潜在剪切破坏面,它们互相切割形成块体系统。基于试验数据,假定了土体变形参数和抗剪强度参数与含水量的关系。土体的吸湿膨胀作用按初应变考虑。计算结果表明,膨胀土边坡在吸湿膨胀和强度降低后发生浅层顺坡向滑动破坏,与工程实际破坏现象吻合。建立的计算模型,为进一步研究膨胀土边坡的稳定性和加固措施奠定了基础。     

南水北调中线工程浅层滑坡综合防治研究

为研究南水北调中线工程膨胀土渠坡浅层滑坡的问题,以淅川深挖方膨胀土渠道一级马道以上渠坡为研究对象,分别开展了现场边坡破坏调查、室内试验、数值模拟,对膨胀土渠坡的破坏特征和机理进行了分析。在此基础上,研究提出并实施了边坡土工格栅加筋结合内部排水的综合支护方案,并通过渗流分析、边坡稳定性分析以及模型试验分析了该结构的有效性。研究结果表明,地下水是造成膨胀土渠坡内部土体孔隙水压力增大、有效应力降低以及边坡浅层滑坡的主要原因之一,从而综合支护结构基底和背部排水垫层能有效疏排地下水,降低坡体孔隙水压力。     

膨胀土边坡失稳特点及防治措施研究

介绍了膨胀土边坡的失稳特点和膨胀土滑坡防治的原则与方法,并根据膨胀土的实验结论,总结了膨胀土边坡的防治措施,主要包括绿色护坡,支挡结构和卸土反压等,对膨胀土边坡的防治具有重要的指导意义.     

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。     

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。