南水北调中线工程总干渠岩石力学与工程问题

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1、南水北调中线工程总干渠岩石力学与工程问题周火明，蔡斌,张奇华（长江科学院岩基研究所，湖北武汉430010）摘要:根据南水北调中线工程总干渠通过软岩区和采煤区的工程地质条件，提出了软岩特别是膨胀软岩的渠坡稳定性及支护措施软岩地基承载力以及采煤区地表变形塌陷对渠道的影响等主要岩石力学与工程问题，以及为解决这些岩石力学问题所需要采取的研究途径和研究方法。尖键词:南水北调;岩石力学;工程问题;研究方法中图分类号:TU457文献标识码:A南水北调中线工程全长约1240km,沿线主要经过冲洪积平原岗地和丘陵区，间夹

2、河谷地形,分布地层岩性主要为第四系砂壤土粉质壤土粉质粘土黄土状土淤泥质粘土和砂砾石，第三系粘土岩砂岩、砂砾岩泥灰岩等，少数渠段出露第三系以前地层，岩性主要有大理岩片岩灰岩白云质灰岩白云岩砂岩页岩等。根据南水北调中线工程可行性硏究报告,渠线通过岩体段累计长度91km,±/岩体双层结构段累计长度194.3km,通过煤矿采空区长度13km,压煤段总长47.3km，穿越大小河流219条。由此带来软岩及膨胀岩渠坡稳疋性跨河建筑物软岩地基强度及承载力煤矿采空区的塌陷变形等主要岩石工程问题，需要对软岩及膨胀岩的工程力

3、学特t生渠道边坡稳定性及支护措施跨河建筑物软岩地基强度及桩基承载力煤矿采空区渠道的塌陷变形等问题进行研究。1软岩工程力学特性与渠坡稳定性及支护措施问题总干渠穿过软弱岩层的总长度为210km，占全线总长度的17%。由第三系粘土岩等软弱岩体组成的渠坡段达48.5km，渠坡高度一般为8〜10m,最克24m。作为工程介质，软岩具有力学强度低吸水性强，易风化,易崩解，承载能力低等特点，稳定性差且难以支护。因此在研究软岩的工程力学特性与变形破坏机理的基础上，探讨渠坡可能的失稳模式，并抚出经济有效的支护措施，是消除工

4、程隐患确保南水北调工程安全运行的一项重要课题。（1）软岩的工程分类问题:作为干渠基础的软岩,其工程力学特性直接影响到设计方案的选择和施工J昔施的采用。为此有必要研究总干渠通过地段软岩分布及软岩分类，达到快速全面评价岩体稳定性的目的，从而为设计施工提供依据。采用工程岩体分级等研究手段，针对软岩的特点，提出总干渠沿线软岩分类体系和分类结果各类软岩力学参数的取值方法以及供设计计算的物理力学参数，并提出不同类型软岩的支护设计建议。（2）软岩的工程力学特14问题：总干渠通过泥质类泥灰岩与碳酸盐类蚀变岩类等多种类型

5、软岩，赵些软岩的矿物成分复杂，其工程力学特性也各不框同，为研究这些复杂多变软岩的工程特性，需要研究其物理力学特征，包括单轴抗压强度变形模量三轴强度抗剪强度（/,c值）等，并与其他工程同类岩体的力学参数进行类比和综合分析。通过试验研究工程中不同软岩的变形及强度特性，根据其应力O应变特征建立软岩的力学本构模型，为软岩工程的稳定性分析参数选取支护措施设计提供依据。（3）软岩流变特性问题：软岩流变特性直接影咂渠坡岩体的长期变形和稳定性，需要对软岩抗压和折剪的流变特性进行硏究。通过试验研究与理论分析,研究软岩支护

6、应力随时间的变化，取得软岩的长期確度流变本构模型等成果，在此基础上进一步采用笏值分析方法研究软岩区渠坡的长期变形和长期稳定性。（4）软岩渠坡的稳定性问题。如何合理进行软岩渠坡设计，需要选取典型软岩渠段，采用数值分析艾法，分析不同工况下（包括渠内水位的变动降雨入滝等）渠坡的应力和变形，探讨渠坡潜在可能的破坏椁收稿日期:20020）8（11作者简介:周火明（19630，男，湖北新洲人，长江科学院岩基硏究所高级工程师，主要从事岩石力学试验研究.全系数°(5)软岩加固及支护措施问题。采用数值分柄方法，对不同支护

7、措施的加固机理及作用效果进行方析和评价。开展不同支护结构形式的现场试验研究对支护结构的工程力学性能进行研究，包括锚杆轴向拉力喷层与软岩间的接触应力(切向与径向)岩侏内位移变化支护系统的最大允许变形量等。2膨胀岩渠坡稳定，性及支护技术问题总干渠通过的第三系粘土岩泥灰岩等膨胀岩中含有蒙脱石伊利石等亲水矿物，具有中等膨胀特性，受水和环境因素的影响十分显著，遇水膨胀崩解，失水收缩开裂，抗风化能力极差，抗剪强度低，严重影响渠坡稳定。膨胀岩的力学规律和变形破坏机制涉及到工程地质岩石力学岩石学矿物学及物理化学等多个学

8、科，是当今岩石力学领域最为复杂的课题之一。需要应用目前国内外先进的研究方法和手段，对膨胀性软岩的力学if寺性渠坡稳定性分析方法以及支护措施进行全面深入研究，建立膨胀岩的力学模型、确定参数取值分析渠坡可能的失稳模式和变形破坏机理，探讨渠坡稳定与安全的评价标准，研究膨胀变形对渠坡混凝土衬砌的影响及边坡变形监测预报方法等，进而研究适用于膨胀性软岩的边坡支护形式和施工方法，如抗滑桩锚杆挡墙等，提出安全可靠经济合理的工程措施。应从地质调查特殊岩类力学