南水北调中线工程总干渠膨胀土边坡稳定问题

本文分析了膨胀土的超固结,裂隙及膨胀特性。论述了膨胀土地区滑坡发生的机理。提出几种边坡分析方法,边坡防护和滑坡处理的措施。     

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。     

膨胀土裂隙问题研究现状及展望

从膨胀土的基本特性出发,阐述了膨胀土裂隙的萌生与发展过程,分析指出了裂隙对膨胀土强度的控制作用。在对已有膨胀土裂隙研究方法和研究成果总结归纳的基础上,指出今后应改进裂隙量测手段和计算描述方法。建议采用电阻率法、超声波法、CT法、流液法、理论推算法、光学图像分析法探讨裂隙的量测手段;通过相关力学理论和土工试验,建立裂隙萌生与发展的数学物理模型;进一步改进膨胀土裂隙的观测方法,确定裂隙量化指标,加强有关软件的二次开发,将研究成果应用于实际工程中。     

南水北调中线工程中的膨胀土研究

南水北调中线工程总干渠全长1240余公里，其中，在河南、河北等地有120余公里的渠线经过膨胀土地区。膨胀土是一种十分特殊的粘性土，它遇水膨胀，失水收缩，力学性质随含水量的变化极为复杂，是非饱和土力学的主要研究对象。近十余年来，随着科学技术的发展，尤其是量测技术的发展，非饱和土研究呈现了蓬勃发展的趋势。从国内外非饱和土研究现状出发，对南水北调中线工程膨胀土渠坡的稳定分析方法、膨胀土强度取值、渠坡坡比和支护的合理设计以及滑坡预报问题进行了分析。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

南水北调中线膨胀土工程问题研究与进展

回顾了长江科学院自建院以来在南水北调中线工程膨胀土问题中所开展的研究工作,系统总结了长江科学院在膨胀土理论和试验技术方面所取得的主要成果.重点介绍了“十一五”期间长江科学院围绕国家科技支撑课题“膨胀土地段渠道破坏机理及处理技术研究”所开展的研究工作,以及在膨胀土渠坡破坏机理、膨胀土现场快速判别、膨胀土强度指标试验方法、...     

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。     

南水北调中线膨胀土开挖边坡破坏特点与机制

南水北调中线工程沿线分布有近387 km长的膨胀土(岩),渠道边坡开挖施工期内共出现百余处大小不一的滑坡。针对施工期膨胀土开挖边坡稳定性差异,从时空分布、气候环境、地质条件、岩土结构以及膨胀性等级多个方面,分析总结了渠道边坡的破坏特点和形成机制。研究表明,渠道开挖过程中滑坡发生频度主要受控于岩性、膨胀性、结构面、岩土体结构及气候环境等因素,且土体结构和气候环境是造成施工期边坡稳定性差异的主要因素,而长大结构面的发育程度则直接影响和控制着滑坡形成的规模及数量。     

膨胀土水泥改性掺灰量测定的龄期效应研究

南水北调中线工程采用水泥改性的方法对膨胀土进行改良,而水泥掺量是决定膨胀土改性质量的重要指标,因此确保掺灰量检测的准确性尤为关键,而采用EDTA(乙二胺四乙酸二钠)滴定法测定水泥掺量时存在龄期效应。为了研究水泥改性土龄期对EDTA二钠滴定结果的影响,讨论该法在南水北调中线工程膨胀土地区水泥改性土掺灰量检测中应注意的问题及解决方案,选取了南阳地区中膨胀土放置不同时间后进行EDTA滴定检测。试验结果表明龄期大于2h且目标掺灰量大于4%时,水泥改性土有效钙量明显衰减,EDTA滴定法检测结果将小于实际水泥掺量,此时需用对应时间的EDTA二钠消耗标定曲线测定或用该土样有效钙量衰减曲线校正滴定结果,以确保检测结论的准确性。     

南水北调中线工程若干土力学问题研究

介绍了长江科学院为南水北调中线工程所开展的土力学问题研究工作,重点阐述了大型穿黄隧洞土力学问题和膨胀土渠坡稳定问题及处理技术的研究情况和成果.这些成果不仅对南水北调中线工程的顺利建设和可靠运用十分重要,而且对其它类似工程也有重要参考价值.     

南水北调中线工程膨胀土渠坡柔性衬砌技术探讨

膨胀土是一个世界范围内的问题，其危害性大，工程建设中应采取有效的工程措施对其进行处理。结合南水北调中线工程输水干渠膨胀土的工程特性深入论证了进行渠坡柔性衬砌的必要性，并提出了系统的设计思路。重点论证膨润土防水毯作为防渗垫层的技术可行性和优越性。对于衬砌面层，重点探讨了混凝土模袋，特别是新型带种植孔混凝土模袋的技术可行性以及使用方法。     

水泥石灰复合改良膨胀土试验

南水北调东线穿过的苏北中部地区的开挖渠道和泵站(泗洪站、邳州站和刘老涧二站)都存在膨胀土问题。若泵站地基直接坐落在膨胀土层上,泵站运行过程中可能存在地基土不均匀胀缩变形而引起泵站建筑物破坏问题。在东线存在的更普遍问题是泵站开挖出的膨胀土综合利用问题,如刘老涧二站开挖出8万多m3膨胀土,堆放在现场需要占用宝贵的耕地,而泵站上下游引水渠道的挡土墙后又需要大量符合要求的填土。将开挖废弃的膨胀土改良后作为挡土墙后的填土,是一项综合利用工程,现研究了膨胀土综合改良方法和改良土的力学性质。     

南水北调中线工程膨胀土初步判定试验研究

膨胀土作为一种特殊土,其胀缩特性所带来的危害受到工程界普遍关注。自由膨胀率是反映粘性土的膨胀性的指标之一,对初步判定膨胀土有较大参考价值。该文主要以南水北调中线一期工程总干渠河北邯郸段所取膨胀土样为例,通过室内试验,得到了膨胀土自由膨胀率,从而为膨胀土的初步判定提供依据。