南水北调中线膨胀土边坡变形破坏类型及处理.pdf

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1、第46卷第3期人民长江Vo1．46．No．32015年2月YangtzeRiverFeb．。2015文章编号：1001—4179(2015)03—0001—04南水北调中线膨胀土边坡变形破坏类型及处理钮新强，蔡耀军，谢向荣，阳云华，冷星火(1．长江勘测规划设计研究院，湖北武汉430010；2．水利部长江勘测技术研究所，湖北武汉430011)摘要：南水北调中线工程干线有387km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

2、，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。关键词：膨胀土边坡；破坏类型；渠道边坡；南水北调中线工程中图法分类号：P642文献标志码：ADOI：10．16232／j．enki．1001—4179．2015．03．001自20世纪70年代以来，美国

3、、南非、印度、以色列科技支撑计划项目中专门设立了南水北调中线工程膨等国家，在经历了早期的失败教训后，均通过换填处理胀土处理技术研究课题。分别在河南南阳、新乡建立措施成功在膨胀土地区兴建了渠道工程。但这些渠道了两个迄今为止世界上最大规模的原型试验区，对膨挖深普遍小于6m，以膨胀变形问题为主，边坡问题不胀土、膨胀岩的破坏机理及各种处理方法的有效性进突出，对南水北调中线工程的借鉴意义不大。行了观测研究，取得了一大批宝贵数据，研究成果对初南水北调中线工程沿线膨胀土主要分布在南阳盆步确定膨胀土处理方案发挥了重要作用。2

4、011年开地、黄河两岸及河北的邯郸一邢台段，其中以南阳盆地始，又结合南水北调中线工程建设实践，对膨胀土开挖段最为集中。南阳段膨胀土包括晚更新统、中更新统、边坡稳定性预测、强膨胀土渠道破坏机理及处理技术、早更新统残坡积、冲洪积、湖积黏性土及新近系湖积相深挖方膨胀土渠道破坏机理及处理技术、膨胀土地下黏土岩；黄河两岸以新近系黏土岩、泥灰岩为主；河北水处理技术、膨胀土水泥改性施工技术、膨胀土渠道监境内则包括新近系黏土岩、早更新统湖积、冰积黏性测技术等开展了大量深入的研究工作，对工程优化设土，岩土膨胀等级从弱到强均有分

5、布。上述地区膨胀计、顺利施工、质量控制起到了重要保障作用¨。土渠道开挖边坡具有两个显著特点：①挖深大。挖深1工程概况超过10m的渠段长度达到144．4km，最大坡高超过40m。随着边坡高度增大，渠道开挖产生的卸荷效应、南水北调中线工程全长超过1420km，其中经过边坡变形破坏机理均发生根本性变化。②渠道地质南阳盆地、黄河两岸、邯郸、邢台等地膨胀土或膨胀岩结构复杂、膨胀性变化大，没有其他现场的理论和经验区段的累计长度达387km。可供参考借鉴。在这一背景下，科技部与国务院南水渠道施工期间，南阳段发生了约100处

6、膨胀土滑北调工程建设委员会办公室在“十一五”和“十二五”坡；黄河南岸发生近十处膨胀岩滑坡，黄河北泥灰岩地收稿日期：2014—11—25基金项目：国家“十二五”科技支撑计划项目“施工期膨胀土开挖边坡稳定性预测技术”(2011BAB10B01)作者简介：钮新强，男，中国工程院院士，院长，博士，主要从事大型水利水电工程设计与科研工作。E—mail：niuxinqiang@cjwsjy．corn．cn通讯作者：蔡耀军，男，教授级高级工程师，所长，博士，主要从事水利水电工程勘测设计工作。E—mail：caiyaojun

7、88@163．corn第3期钮新强，等：南水北调中线膨胀土边坡变形破坏类型及处理3现场监测发现，挖深达10m左右的弱膨胀土渠道于对毛管水的阻碍作用，土工膜不能直接铺设在膨胀的渠底回弹变形在10mm左右，挖深15m左右的中土上进行防渗处理。膨胀土渠道渠底回弹变形在20mm左右，挖深17m试验研究表明，换填厚度超过0．6m即可减少左右的强膨胀土渠道渠底回弹变形达到100～15080％的水份变化。但考虑现场施工条件、大规模施工mm，挖深15m左右的强膨胀岩渠道渠底回弹变形达时质量因素、坡顶防渗力度等，建议对不同膨胀

8、土、不到30～90mm。在坡体存在长大缓倾角结构面时，布同挖深渠道进行不等厚度处理，见表1。置在坡肩的钻孔倾斜仪观测到开挖引起了30mm左表1膨胀土渠道换填处理厚度m右的水平位移，而没有缓倾角结构面时水平位移仅5—10mm。因此，渠道开挖对周边岩土的改造是十分明显的，且水平影响距离远大于垂直距离。仪器监测显示，开挖面以下明显受卸荷影响的深度在5～10m注：“／”左右数值表示坡面、渠底处理厚度，m；对