南水北调高填方渠坡土壤塑性变形稳定可靠度研究

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1、南水北调高填方渠坡土壤塑性变形稳定可靠度研究第1章前言1.1选题背景及意义随着经济社会的不断发展，人口持续增加，水资源供需不平衡，矛盾日益突出，水资源短缺直接威胁着自然生态环境，而且也阻碍了经济社会的发展。我国水资源总量相当丰富，但是其分布很不均匀，呈现出东南多西北少的局面；年内分配比较集中，大多集中在夏季，冬季一般干旱少雨；年际变化相对较大；水土资源组合严重失衡。为缓解这一矛盾，上世纪50年代，我国提出了南水北调的构想，并逐步规划了三条调水线路，从长江调水，以适应西北、华北各地发展需要。南水北调

2、是一项特大型跨流域调水工程，是解决我国北部用水问题而建立的特大基础措施，该项目得到了全世界广泛关注。目前，规划了从长江下游、中游、上游分别引水，形成了东、中、西三线的总体布局，如图1-1。南水北调中线工程横跨4大水系，途径大小河流700余条，沿程需兴建干渠、各种功能的建筑物和涵洞等1000多项工程。因此，南水北调中线工程是一项非常复杂的工程系统[1]。南水北调中线工程始于湖北汉江丹江口水库，经长江流域与淮河流域的分水岭方城垭口，沿唐白河流域和黄淮海平原西部边缘开挖渠道，在郑州以西孤柏咀处通过隧洞穿

3、过黄河，沿京广铁路西侧北上，可基本自流到北京、天津，大部分地段为明渠输水，受水区范围15万km2。输水总干渠从陶岔渠首闸至北京团城湖全长1267km，其中黄河以南477km，穿黄工程段10km，黄河以北780km。天津干渠从河北省徐水县分水，全长154km。总干渠分期建设，输水方式为以明渠为主、部分管涵[2]。受地形影响不少渠段为填方渠道，其中高填方渠道（填方高度大于6m）就有139.5km，占总干渠长度的11%。尤其在填方渠段中，全填方渠段长达66.3km，占填方渠道总长的47.5%，有的渠段最

4、大填方高度达25.5m。这些全填方、高填方渠段，形似巨大断面的地上悬河，且在远未达到沉降固结以前即将输送水流，其渠身的稳定可靠成为总干渠安全运行的关键。1.2国内外研究现状目前，高填方广泛应用于路堤、涵洞、边坡、地基的等方面。但是，在国内外把高填方地基作为一个独立系统进行研究的，却是少之又少，在进行文献查询时，只发现了为数不多的几项研究[3]。我国西南和西北地区的山地占据了我国国土面积的一大部分。近年来，由于我国的综合实力不断提高，经济的平稳、迅速发展，我国对进行基础设施建设更加重视，如加大机场、

5、公路等基础设施的发展力度，特别是西部大开发政策实施以来，水利工程、公路、铁路及城市等基础设施建设方兴未艾，在这些工程建设和使用过程中经常会涉及到边坡稳定分析的问题，例如水库库岸、大坝坝肩稳定、河渠、海岸堤防、路基等。此外，在有些地区由于受地形、地质等因素的影响，滑坡事件发生频率比较高，直接或间接的威胁到了人民生命财产安全，灾区的经济发展受到了严重制约。据文献资料可知，历年由于边坡失稳而造成的工程事故在工程界屡见不鲜。目前，边坡失稳、地震和火山已经被全球列为三大地质灾害[4]。所以，边坡的稳定问题成

6、了许多工程领域研究的焦点内容，进行边坡稳定性分析研究变得尤为重要。边坡工程研究是通过对边坡稳定性的分析和评价，从而为实际工程边坡结构的合理性服务，为避免边坡失稳造成的灾害和经济损失，需要对有破坏危险或潜在危险的边坡进行人工处理，从而改善工程环境，提高总体经济效益。所以，边坡稳定性分析和评价成为边坡工程研究重中之重。..第2章莫尔-库伦准则理论及概率可靠度简介2.1莫尔库伦强度理论的提出及发展在工程中，通过对土体的破坏现象进行分析研究，提出各种能用于土的强度理论，主要包括:最大剪应力理论、广义的特雷

7、斯卡理论、八面体剪应力理论、莫尔库伦理论及广义的米塞斯理论等。其中莫尔库伦强度理论是这些理论中应用最广泛的强度理论。对于砂土来说，当发生剪切时主要克服的是砂粒间的咬合力与粒间表面的摩擦力，这两者都被称为内摩擦力，内摩擦力的大小随着法向应力的增大而增大；当法向应力为零时，砂土的抗剪强度也为零，从图2-1上表示为抗剪强度线经过坐标原点。影响砂土内摩擦角的因素有砂土的形状、密实度、不均匀系数和颗粒大小等。当砂土颗粒较大而形状较不规则、不均匀且密度大时，其内摩擦角会较大；反之，内摩擦角较小。通常情况下，由

8、于砂土的内摩擦角变化范围不大，所以取值的时候应慎重。对于黏土来说，由图2-2可知，其抗剪强度线为一条不过原点的直线，在纵坐标轴上的截距为c，与横坐标轴的夹角为。这是因为黏性土的抗剪强度既受到黏聚力的影响又受到内摩擦力的影响。土的黏聚力的组成包括毛细黏聚力、原始黏聚力和固化黏聚力，它是土体内由化学、物理机理引起的颗粒间的联结作用。影响原始黏聚力的因素有土的孔隙比、密度、含水量和塑性指数，原始黏聚力主要是相邻土粒间的水膜之间产生电分子引力而形成。毛细压力是产生毛细黏聚力的原因，由于其作