南水北调中线一期工程膨胀土渠坡稳定分析.pdf

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1、第4l卷第16期人民长江Vo1．41．No．162010年8月YangtzeRiverAug．，2010文章编号：1001—4179(2010)16—0059—03南水北调中线一期工程膨胀土渠坡稳定分析冷星火，陈尚法，程德虎(1．长江勘测规划设计研究院规划处，湖北武汉430010；2．南水北调中线干线工程建设管理局，北京100038)摘要：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

2、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。关键词：膨胀土；渠道边坡；稳定性；渠道；南水北调中线一期工程中图法分类号：TV67文献标志码：A滑动破坏模式差距较大，因此需针对膨胀土的特性开1概述展专门研究，以揭示膨胀土边坡稳定性的真实状态。南水北调中线工程总干渠在南阳、沙河、邯郸等地2影响膨胀土渠坡稳定的因素区共穿过约387km长的膨胀土(岩)地带，占总干渠线路长度的30％左右，其中陶岔至鲁山膨胀土渠段长(1)高度与坡比。渠道坡比是影响渠坡稳定的重177．44km，以弱、中膨胀土为主

3、，弱膨胀土渠长96．4要因素，坡比越小渠坡越稳定，坡比越大渠坡稳定性越km，中膨胀土渠段长80．01km，强膨胀土渠段1．03差。渠坡越高稳定性越差。km。(2)土体的膨胀性。土体的膨胀性是影响渠坡稳膨胀土是以粘土矿物为主要成分，并对湿热环境定的重要因素之一，土体的膨胀性越强，裂隙越发育，变化敏感的高塑性粘土，粘粒成分主要有蒙脱石、伊利渠坡的稳定性越差。石、高岭石。膨胀土具有遇水膨胀、失水收缩、快速崩膨胀土的超固结性与土体膨胀性密切相关。由于解、超固结、多裂隙等特性，其中裂隙性对土体的强度土体的超固结性，当围压应力解除后，土体极易变得松影响极大。裂隙不仅破坏膨胀土的整体性，而且为雨驰。渠道

4、开挖后，在卸荷作用下，坡肩易形成张拉裂水的渗入提供了快速通道，水分进入土体后导致土体隙，易导致雨水渗入土体。膨胀性不同，土体的膨胀迅速软化，大大降低了土体的抗剪强度，从而诱发边坡力、膨胀变形量也不一样。中强膨胀土一般有较大的发生失稳破坏。膨胀力，失水后，收缩变形大。膨胀性的强弱对土体力膨胀土滑坡一般有几个显著的特征：①滑动往往学强度也有较大影响，特别是中强膨胀土的残余强度在持续降雨的情况下发生；②多数属浅层滑动；③一比天然强度有较大降低。般为牵引式或渐进式滑坡；④在非常平缓的边坡上也(3)裂隙结构面。中强膨胀土的整体强度受长大有可能发生滑动。裂隙面控制，裂隙的抗剪强度远低于土体的抗剪强度，

5、针对膨胀土边坡治理，国内外很多专家学者开展其中粘聚力c值只有正常土体的1／4左右，内摩擦角了研究，主要集中在治理措施方面。对膨胀土边坡采值只有正常土体的一半左右，因此大多数滑坡沿裂用常规方法进行分析，计算成果与膨胀土边坡真实的隙面滑动。收稿日期：2010—06—30作者简介：冷星火，男，高级工程师，主要从事水工结构设计与研究工作，E—mail：lengxinghuo@cjwsjy．tom．en人民长江(4)地下水与降雨。地下水和降雨能够改变土体面进行膨胀土边坡稳定分析，其地质剖面图见图2。的含水量，增加土体的重度和静水压力，产生侧向膨胀其中3、4两土层发育有倾角为5。的缓倾裂隙。渠坡力，同

6、时由于土体软化导致土体强度降低。物理力学参数见表1。(5)大气影响带。膨胀土的大气影响深度一般在2～3am。位3稳定分析方法的改进与验证3．1稳定分析方法改进对膨胀土边坡而言，采用传统的边坡稳定分析方法计算的安全系数往往偏大，而且膨胀土边坡实际的图2渠道土体分层剖面示意表1边坡土体物理力学参数破坏模式并不表现为圆弧滑动模式，而是表现为受裂编材料——_————蔓!—湿容重／：r~-Jt／饱和容重／孔睬饱和隙控制的叠瓦式破坏。主要的原因是传统的边坡稳定分析方法没有考虑土体裂隙的影响。图1为南阳膨胀号名称誓ct．mI3，．。ct．：，土试验段边坡的破坏模式。坡顶工况渠道坡顶裂缝缝中充水水位裂缝深

7、度／m比例／％图1南阳试验段典型滑坡破坏模式为更好地评价膨胀土边坡的稳定性，考虑膨胀土的工程特点及破坏模式，对常规方法作了如下改进。(1)改进方法能模拟膨胀土体内各向异性的随机节理面，这是影响膨胀土边坡稳定的主要因素。(2)大气影响带导致坡顶拉裂缝，拉裂缝的位置及是否进水对膨胀土边坡的稳定性有较大的影响，改(3)计算结果分析。各工况边坡稳定安全系数见进方法能对坡顶拉裂缝的位置及是否进水进行模拟，表3。破坏模式见图3。并能