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。     

膨胀土渠道滑坡治理的探讨

膨胀土中粘粒成分主要由亲水性矿物组成,是同时具有显著的吸水膨胀和失水收缩两种变形特性的粘性土。膨胀土在我国分布甚广,有许多水利工程建筑在膨胀土中,昭平台灌区也有部分膨胀土渠道工程。这些渠道的膨胀土特性、力学性能都存在差异性,建设运行中,渠道边坡的变形、破坏形式也不尽相同,因而相应的治理方案也不相同。经治理,现时多数渠道工程处于稳定或基本稳定状态。文章对昭平台灌区膨胀土渠道边坡失稳原因与治理措施、以及使用情况等进行调研分析并提出意见和建议。     

引江济汉2标渠道边坡膨胀土换填试验研究与应用

南水北调中线一期引江济汉工程渠道2标,根据详细的地质素描,渠道边坡部分为弱偏中膨胀土,存在膨胀土渠坡胀缩变形问题,渠道衬砌前需对渠坡进行换填处理。为了解决渠道边坡稳定性,设计要求渠道边坡进行3.00 m宽膨胀土换填。由于边坡膨胀土不能满足换填要求,计划渠道边坡换填土料主要为渠底开挖土料或边坡开挖混合料,局部土料不足就近从渠道开挖作业面调运,对素土参加一定量水泥进行试验研究。根据试验研究成果,经设计同意,采用路拌法进行施工,换填质量满足设计要求。     

裂隙产状对膨胀土边坡稳定性的影响研究

裂隙性是膨胀土的重要特性之一,裂隙的长度、倾角等对膨胀土边坡的稳定性有着重要的影响。针对南水北调中线工程膨胀土典型渠道边坡的固有非膨胀裂隙,考虑裂隙强度、位置、倾角和长度等因素,利用极限平衡法计算和分析了膨胀土渠道边坡在不同裂隙产状下的边坡稳定性。结果表明,裂隙贯通率是影响边坡失稳形态及安全系数的重要因素,计算结果与现场观察相吻合,研究结论对南水北调中线工程膨胀土渠道边坡的设计具有指导意义。     

水泥改性土作业面存在的问题及工程处理措施

在南水北调中线工程膨胀土地区,挖方渠道边坡设计一般要求采用一定掺量、一定厚度的水泥改性土换填进行保护。对膨胀土边坡进行水泥改性土换填时,常常会遇到作业面换填工作中止、边坡土体风化干裂、换填层冲刷破坏及地下水导排不畅等问题。若对上述问题处理不当,有可能对边坡换填质量产生影响,较严重时可能引起渠坡发生变形破坏危及渠道安全。针对水泥改性土作业面在施工中存在的问题进行了深入分析研究,提出了相应的工程处理措施,并总结出施工过程的要点,对今后的膨胀土工程建设具有一定的指导意义。     

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。     

膨胀土水泥改性拌和工艺研究与实践

南水北调中线一期引江济汉工程渠道5标施工项目膨胀土区段全长3.6 km,膨胀土属中等膨胀土。设计采用掺6%水泥改性换填的方法进行膨胀土边坡处理。为达到膨胀土水泥改性的实际效果,确保工程质量,曾采用旋耕机拌和法及路拌机拌和法进行膨胀土水泥改性拌和现场试验,拌和效果不好,经过研究与探索,结合工程实际及土料特性等最后采用厂拌法(破碎+拌和)取得满意效果。     

季冻区膨胀土的工程特性及冻害防治措施研究

季节冻土区分布大量的膨胀土,渠道边坡面临极端的气候环境和特殊的土质,其治理防护措施与其他区域不同。本文通过室内试验及野外观测,研究了中国东北中部地区膨胀土的工程特性及边坡失稳破坏特性,揭示了研究区域内膨胀土的矿物与化学成分、微观结构特征,阐明了季节冻土区膨胀土的冻胀机制,提出了渠道边坡冻害防治措施。根据土体的冻胀和膨胀特性,提出了在进行冻胀性测试时,需要先充分补水饱和后再开展试验,得到的试验结果更贴近工程实际,更能真实反映渠道边坡运行时期的状态。研究成果可以为我国季节冻土区膨胀土渠道边坡的设计及长期安全运行提供技术支撑。     

土工材料在膨胀土渠道边坡的应用

近年来随着水利工程大规模的建设,越来越多的渠道工程涉及到膨胀土这一特殊土体。膨胀土边坡稳定问题又是膨胀土危害较大、影响较为严重的问题。随着新型土工材料的发展,一些新的施工方法和工艺也应用到了渠道边坡防护上。文章在分析膨胀土工程特性的基础上,初步研究了利用先进的工程技术、新型材料及施工技术对膨胀土渠坡进行防护的可行性,对类似工程具有重要的借鉴意义。     

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。     

引江济汉工程渠坡膨胀土分级评判量化模型及现场监测设计

介绍了正在开展的南水北调中线引江济汉工程膨胀土渠坡快速分级判定及现场监测试验工作。分析了基于未确知均值聚类理论根据多项分级指标综合判定单一土样膨胀潜势的方法,选取土样野外判别因子,根据单样品分级方法评价结果,反分析各因子分级敏感度及分级权重程度,建立膨胀土野外快速判定多因子权重专家打分系统。提出了对渠道断面整体膨胀潜势进行分级的厚度分层统计分析法。探讨了模拟不同工况下渠坡膨胀的含水量、基质吸力、土压力及侧向变形的现场监测及设计方案。     

引江济汉工程膨胀土层状分布特征及微观机制分析

南水北调中线引江济汉工程渠坡膨胀土在空间分布上呈现特有的"分层分带"特征,且不同层位土体膨胀潜势存在显著差异,造成渠道断面膨胀势的分级判定存在诸多不确定性。在渠道工程开挖之后,根据开挖断面渠坡膨胀土在垂向上不同的宏观地质特征,通过对膨胀土分级指标大量的室内测试及统计分析,以综合分类判定不同层位土体的膨胀等级。在此基础上,开展了一系列微观物化性质研究,以揭示研究区不同层位膨胀土的膨胀潜势差异的内在机理,并为本工程膨胀土进行综合分类提供科学依据和理论指导。     

引江济汉工程设计特点及关键技术

总结了引江济汉工程的主要设计特点和关键技术,介绍了三峡水库、泥沙及钉螺、高地下水等问题对工程的影响及处理措施;阐述了引江济汉渠道进出口段的设计要点、渠道的引水方式及超大型的平板防洪闸等;介绍了渠道与拾桥河交叉时采用的平立交结合的独特布置及拾桥河枢纽功能的特点以及拾桥河左岸节制闸超大型平面弧形闸门技术;分析了膨胀土改性两种工法的优缺点,并结合引江济汉工程现场试验,提出了改性土"路拌法"质量控制的关键因素。     

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。     

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。     

土工袋修复膨胀土边坡抗滑稳定分析与摩擦特性试验

通过引入单一安全系数,基于极限平衡法,推导土工袋修复体两种滑动模式的抗滑稳定性计算公式。通过土工袋摩擦试验,研究不同袋内材料、土工袋排列方式、竖向压重以及运行环境（水上或水下）等条件下的土工袋袋体层间和袋土之间的摩擦特性,试验结果表明：袋装膨胀土土工袋堆叠为交错排列的过程中形成的咬合作用和嵌固作用将土工袋袋体无缝排列的层间摩擦因数0.714提升至0.920;土工袋浸泡于水下进行摩擦试验,水的润滑作用会导致土工袋袋体层间以及土工袋袋土之间的摩擦因数从0.920降低至0.901。采用土工袋抗滑稳定公式与摩擦试验得出的摩擦因数,对南水北调中线工程中土工袋修复膨胀土边坡案例的两种滑动形式进行抗滑稳定性分析,得出土工袋修复体最小安全系数为1.25,论证了土工袋修复膨胀土边坡的效果。     

某电厂近厂址黄河岸坡失稳及坡面侵蚀研究

为了给靠近黄河岸坡的基础能源工厂的安全建设与运行管理提供技术支持,针对黄河岸坡厚层黄土及下伏泥岩的典型岩性组合特征,通过选取黄河中游某电厂典型近厂区岸坡断面,模拟集中暴雨、河流洪水、岸坡人为扰动等不良条件,利用Morgenstern-Prince边坡极限平衡理论与基于流固耦合理论的有限元计算方法,分析了岸坡的稳定性和坡面侵蚀规律。结果表明:岸坡长期遭遇降雨、河流洪水侵蚀、河道演变及人工扰动等的循环作用,易引起侧蚀、临空面变陡失稳;随着降雨及洪水等不利因素的增多,近厂区岸坡坡面水平变形影响范围将扩大;以水平变形量0.1 m为非稳定区判别标准,计算断面受降雨及洪水影响较大,其深度剥蚀发生在坡面,暴雨及洪水期水平剥蚀发生速率为4.0 m/d;以安全系数1.30为评判标准,计算断面受降雨及洪水影响相对较大,洪水期断面趋于失稳状态;河道演变造成的岸坡坡角改变对计算断面的影响较大,失稳的临界坡角为40°。     

黄河下游堤防稳定性分析方法适应性研究

简介了几种常用的上质边坡稳定性分析方法,如利用极限平衡理论的各种方法及有限元法。利用这些方法,对黄河下游某段堤防采用极限平衡法和有限元法进行了稳定性分析,结果表明：极限平衡分析各方法计算得到的滑坡稳定系数大致相同,安全系数差别小大;有限元法可以更客观地反映坡体的心力场,并能揭示坡体的变形特性。在实际工程中,应根据边坡工程的具体特点及使用目的,尽量利用多种分析方法进行综合分析、验证,力求得出一个客观、可靠、合理的评价结果。     

黄河下游河床演变三大基本问题的研究

断面极为宽浅，纵比降的塑造，以致河道严重淤积，是黄河下游河床演变的三大基本问题。黄河下游的主要特征是强烈游荡、严重淤积.这也是黄河一切灾难的主要原因.前者是断面太宽浅以及比降偏陡而直接引起的问题.河道形态由来水来沙搭配关系决定.水沙关系Qs=KQm的m值小于2.5的，属于大水来沙偏少而小水来沙偏多，滩地不易淤高而河槽易于淤浅，要形成多汊宽浅游荡性河流.反之，m大于2.5的则形成单股窄深蠕动性河流.黄河下游m约为2，故成为强烈游荡的宽浅河道.后者则是河道输沙能力的形成问题，是由纵、横断面的配合决定的.泥沙输移的沿程淤积分选，大量细颗粒长远输送而于几千年前就造成了偏小的纵比降，与宽浅的断面配合而成的输沙能力远小于流域来沙量，是黄河严重淤积的原因。