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。     

受裂隙影响的膨胀土边坡稳定性分析

为分析膨胀土边坡的坡表裂隙深度及裂隙中水压力对边坡稳定性的影响,采用严格的极限平衡条分法对边坡进行定值法计算,在此基础上采用蒙特卡罗模拟法对边坡进行可靠度分析。结果表明,当裂隙中无水压时,边坡的安全系数及可靠指标随着裂隙深度的增加而缓慢减小;在裂隙中充满水时,边坡的安全系数及可靠指标随着裂隙深度的增加而快速减小。实践中应及时采取有效措施防止裂隙的产生与发展,同时避免地表水进入裂隙。     

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。     

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。     

滴灌作用下膨胀土边坡表层含水量影响因素分析

含水量是影响膨胀土裂隙开展的关键因素,基于控制含水量(后称"控水")的思路治理膨胀土边坡的方法具有重要的工程意义。提出利用滴灌加湿作用控制膨胀土边坡裂隙的理念。运用有限元分析方法,研究滴灌作用下膨胀土表层初始含水量、滴灌量、滴灌历时以及坡度等关键敏感性因素对边坡表层含水量的影响规律。研究结果表明:膨胀土具备较强的保水性能;初始含水量低、持时短、大间距的滴灌,不利于土体水分重分布;多点源交汇滴灌下的坡度越大,滴灌浸润范围越大。因此,可通过开启较高的滴灌临界含水量、设置较大坡度以及合理的滴头水平间距来增强膨胀土边坡表层土体的加湿效果。     

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。     

裂隙对膨胀土强度影响的试验研究

通过对膨胀土样进行不同次数的无约束干湿循环,得到了不同裂隙开展程度的膨胀土样,对不同裂隙开展程度的膨胀土饱和试样进行了直剪试验,并首次进行了三轴试验,研究了膨胀土饱和强度随裂隙开展而变化的规律。试验结果表明,膨胀土饱和强度随干湿循环次数呈双曲线关系衰减。对不同裂隙开展程度的膨胀土试样进行拍照,反映了试样裂隙的开展过程,结合直剪试验和三轴试验结果说明,正是裂隙的开展使得膨胀土强度降低。通过对试验结果的分析,指出膨胀土强度指标的选取应考虑裂隙开展的影响,并给出了选取标准。     

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。     

基质吸力对黄河大堤非饱和土边坡稳定的影响

在以往的边坡分析中，一般采用土的有效抗剪强度参数（C^1和ψ），对于地下水位以上由负孔隙水压力提供的部分抗剪强度通常不予考虑，主要是测量负孔隙水压力并把其纳入稳定分析中比较困难。基于上述情况，本文根据黄河大堤非饱和土工程特性的试验结果，用极限平衡法分析黄河大堤边坡稳定性，得出基质吸力对边坡影响的规律，具有重要的工程意义。     

大气影响带对膨胀土边坡稳定的影响及对策

以南水北调中线南阳某段膨胀土渠坡工程为依托,针对大气影响带深度对膨胀土边坡的影响及应对措施,采用GTS-NX岩土有限元数值计算软件建立有限元模型并进行边坡抗滑稳定分析。结果表明,当大气影响急剧层深度大于1.0 m后,边坡安全系数明显下降,当深度到达2.0 m,边坡接近极限平衡状态,水泥改性土换填厚度宜取2.0 m。     

水位升降速度及降雨对膨胀岩边坡稳定性的影响

为研究水对膨胀岩边坡失稳的影响,以南水北调中线工程河南安阳第一施工标段渠坡为工程实例,利用GEO-SLOPE软件中的seep/w模块和slope/w模块,研究在蓄水条件下,不同水位升降速度及降雨对膨胀岩边坡渗流场和稳定性的影响。结果表明：水位变化速度对膨胀岩边坡的渗流场有较大影响,较大水位上升速度对膨胀岩边坡稳定性有利,但过快的水位下降速度不利于膨胀岩边坡的稳定性,降雨会显著降低膨胀岩边坡的稳定性。     

非饱和-饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响研究

土质边坡在降雨条件下发生的破坏失稳与土体的非饱和-饱和状态变化存在必然的内在关联。考虑土质边坡的非饱和-饱和状态变化,以此建立非饱和土抗剪强度与基质吸力之间的函数关系,并结合基质吸力的理论分布规律,运用非饱和土边坡的稳定性分析方法研究边坡安全系数,分析土体由非饱和状态向饱和状态的转变过程中边坡安全系数的变化规律。结果表明,雨水入渗使得土体由非饱和状态向饱和状态进行转变;在坡脚处最先出现塑性区,并逐渐向坡顶发展,直至形成贯通塑性区而使土体破坏;土质边坡的滑移面由浅层滑移向深层滑移发展;结合不同的入渗深度下边坡的瞬态安全系数值的变化规律,能够量化计算边坡失稳的临界入渗深度值,为实际工程提供合理的判断依据。     

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。     

新开挖边坡膨胀土膨胀变形量模拟方法研究

膨胀土膨胀变形量的量测对边坡的变形累积研究具有十分重要的意义。新开挖边坡土样的膨胀变形受到卸载及含水率变化的综合影响,而现行规范中线膨胀率测定方法的含水率变化较小,无法模拟新开挖边坡含水率实际状态。为此,按新开挖边坡的含水率及荷载变化方式设计了模拟试验,并将试验结果与现行规范方法的结论进行对比分析。分析结果表明:采用规范试验方法测得的线膨胀量值偏高;土体位置越浅,含水率及上覆荷载的变化方式对线膨胀率的测定影响越大,对新开挖边坡土体线膨胀率的测定应考虑含水率的变化。研究结果可为膨胀土边坡工程建设提供理论支持。     

膨胀土渠坡破坏机理及处理措施研究

膨胀土渠坡失稳破坏频率大,是渠道运行的最大安全隐患。通过对膨胀土渠坡破坏机理深入分析认为,土体膨胀性及结构面发育程度是控制渠坡稳定的内因,雨水、地表水、渠水入渗是引起渠坡失稳的主要外因。结合国内外大量工程实例分析,特别是南水北调中线南阳段膨胀土试验成果,指出了针对膨胀土渠坡不同的破坏机理与地质环境条件,所采取的坡面防护、工程抗滑、坡顶防渗等综合措施,以及加强观测与反馈分析,深入进行工程研究的建议。     

干湿循环下膨胀土边坡稳定性的离心模型试验

通过离心模型试验,研究了干湿循环下膨胀土边坡的变形和稳定性．分析了裂缝的发生和发展过程,以及水份入渗对膨胀土边坡稳定性的影响．揭示了膨胀土边坡失稳的破坏机理．     

植物根系对土质边坡浅层稳定性影响分析

植被护坡工程中,先锋植物发达的根系能对边坡土体产生一定程度加筋作用而提高边坡的浅层稳定。用理正岩土软件和Ansys10.0数值计算软件,计算分析了一简单土坡潜在薄弱面的位置和状态。再以根系加筋理论为基础考虑边坡坡顶加筋、坡脚加筋和全坡面加筋3种工况,分析了根系加筋对边坡土体稳定性提高的幅度以及根系加筋对边坡体影响范围,以此来评价护坡植被根系提高土质边坡浅层稳定的效应,并为先锋物种的选取和搭配提供相应理论依据。     

土水特征曲线对降雨条件下边坡稳定性影响分析

基于多孔介质饱和-非饱和渗流理论和非饱和土抗剪强度理论,采用极限平衡法与降雨渗流有限元相结合的方法,研究土水特征曲线对降雨边坡渗流场和稳定性的影响。采用不同的土水特征曲线对边坡渗流场和安全系数的计算影响较大,其影响程度随土体亲水性能的增加而增加,黏土类类边坡安全系数下降幅度为24.4%。安全系数的降低主要是由于边坡土体基质吸力的丧失而引起,同时,滑动体的形状也与基质吸力下降的情况有很大关系。黏土类类边坡在强降雨之初容易发生浅层破坏,随着降雨入渗的继续,滑动面由浅层转为深层。