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。     

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。     

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。     

引水渠道边坡变形特征及变形预测的研究

文章以农村引水渠道边坡为例,通过对锚杆加固后的渠道边坡变形进行监测,分析渠道边坡变形规律,结合预测模型,对渠道边坡变形进行预测。研究表明,受气温、降雨等不同因素的影响,渠道边坡变形规律复杂,如不隔绝温度、降雨、地下水位等影响,运营期的渠道存在滑坡风险;通过锚杆、排水孔对渠道进行加固后,渠道边坡变形前期变化显著,随后变形趋于稳定,采取的加固措施效果显著;指数平滑法适用于对加固处理后渠道变形初期的波动性和趋势性进行分析,而自回归移动平均模型和多因素非线性回归模型,可对渠道变形进行预测。     

膨胀土边坡新型支护结构设计

常见的抗滑桩支护结构在膨胀土渠坡的加固工程中效果不佳,且投资较大。借鉴锚拉桩的结构形式,设计了一种由抗滑桩、坡面支撑梁和渠底横梁组成的新型组合支护结构,该结构将传统的悬臂式抗滑桩由悬臂结构变为简支结构,提高了结构承载力。工程实例表明,新的支护结构对渠坡坡面变形和渠底回弹变形具有抑制作用,而且相比传统双排抗滑桩支护方案,工程投资显著减小,为膨胀土渠坡支护设计提供了一种新的永久支护形式。     

膨胀土渠坡兼有排水功能的双层结构防护方案

渠坡防护对于南水北调膨胀土渠坡变形控制和稳定是非常必要的。通过工程背景和膨胀土特性的分析,认为膨胀土渠坡防护的目标是控制膨胀土的含水量变化,从而抑制膨胀土的裂隙性;指出仅考虑防渗功能的防护方案存在局限性。基于饱和非饱和渗流理论,提出了兼有排水功能的双层结构防护方案;并充分利用非饱和粗、细粒土之间渗透性对比关系随着吸力的变化可以转变的规律,从多种途径实现控制膨胀土边坡含水量变化的目标,从而保证防护方案的长期有效性。     

膨胀土(岩)渠道破坏机理和处理技术研究

通过多种研究手段综合研究了南水北调中线工程总干渠膨胀土（岩）渠坡破坏机理,提出了适合的膨胀土（岩）渠坡稳定性分析方法;针对性地研究了膨胀土（岩）渠道的处理措施,主要措施在试验渠段进行了现场验证比较,提出了经济可行的处理方案。研究成果不仅为南水北调中线工程膨胀土（岩）渠坡处理提出更为可靠合理的解决方案,其研究思路和成果也可供类似研究和工程应用参考。     

非饱和土力学理论在南水北调工程中的应用

简要回顾了非饱和土力学的研究历史及研究意义.结合南水北调中线工程中的膨胀土问题,探讨了非饱和土理论在渠道工程设计中的应用前景,重点论述了非饱和土抗剪强度理论及其简化计算方法,并从膨胀土的破坏机理、变形特点和强度特征出发,探讨了膨胀土渠坡工程处理措施和处理原则,为南水北调中线工程膨胀土渠段的设计和施工开拓了新的思路.     

膨胀土挖方渠道预支护多排微型抗滑桩设计

通过对南水北调中线工程膨胀土挖方渠道边坡滑坡特点的研究,提出了一种渠道边坡预支护多排微型抗滑桩的加固方式。该桩桩体施工与开挖同时进行,设置多排微型桩分级提供抗滑力。在施工过程中,当开挖至桩顶高程时采用静压设备将微型抗滑桩打入土体,然后再进行下一步开挖。这种支护方式已运用于南水北调中线工程南阳段膨胀土渠坡的加固施工中,监测资料显示加固后边坡位移逐步稳定,加固方式可靠、有效,为类似膨胀土挖方渠道的加固提供了参考。     

膨胀土(岩)渠坡自动化综合监测系统研究

膨胀土(岩)是一种多裂隙性、胀缩性地质体,其黏土矿物具有强亲水性,土体胀缩作用对渠道工程具有严重破坏性。因此,在对膨胀土渠坡监测过程中,除传统的渠坡变形等监测项目外,土壤含水量、吸力等是一个新的重要监测量,此外,膨胀土(岩)受含水量变化产生的反复胀缩变形以及开挖和降雨等因素引起的变形规律的研究,都是传统监测方法和手段无法完成的任务。研究提出了一种基于传感器、互联网、土木工程和计算机等技术的渠坡位移、水位、水分、水势、土温、气温、降雨量以及坡面梁结构钢筋计等多传感器的自动化综合监测系统。实现对膨胀土(岩)渠坡(或边坡)进行实时在线自动化监测、无线数传、数据的电脑和手机客户端管理与浏览以及预警等功能,为研究膨胀土(岩)渠坡变形破坏机理及处理设计有效性评价提供了基础资料和依据。     

弱膨胀土三轴膨胀模型及其应用

膨胀土渠坡往往因吸湿膨胀而发生浅层失稳，上覆压重换填水泥改性土成为处理浅层失稳的常用手段。以引江济淮工程弱膨胀土为研究对象，采用GDS三轴仪开展初始含水率为20%,压实度为96%的弱膨胀三轴膨胀试验，获得体应变和吸湿终了含水率随平均主应力变化关系式，建立了考虑含水率增量的三轴膨胀模型并探讨其工程应用，分析了引江济淮弱膨胀土渠坡稳定性及处理措施。研究结果表明：渠坡浅层吸湿膨胀引起一定深度范围内的土体发生非均匀膨胀变形是引起边坡失稳的主要因素。对于弱膨胀土低渠坡段(深度H≤8.7 m),采用0.3 m的压重荷载即可保障工程运行期安全。研究成果为优化工程设计、节省工程投资提供理论和设计依据。     

膨胀土渠坡混凝土斜墙防护的稳定及变形分析

针对南水北调中线一期工程总干渠邯邢段膨胀土渠坡的滑坡问题,对采用混凝土斜墙防护方案进行了探讨。采用几何非线性有限元法,对膨胀土渠段某典型断面斜墙的稳定、膨胀变形进行模拟,计算分级施工、运行的3种工况。计算结果表明,强度折减有限元法算得渠坡安全系数大于规范规定,斜墙膨胀量不致影响渠道安全。     

膨胀土渠坡降雨入渗现场试验研究

探讨了降雨入渗对膨胀土渠坡稳定的影响.研究表明,膨胀土的裂隙是控制膨胀土渠坡稳定的重要因素,降雨是诱发滑坡的直接原因.同时,还证明了降雨对膨胀土具有一定的影响范围.