南水北调中线膨胀土（岩）地段渠道破坏机理和处理技术研究

南水北调中线工程总干渠穿越膨胀土（岩）地段累计长约 386.8 km ,膨胀土（岩）的处理是南水北调中线工程的主要技术问题之一。国家“十一五”科技支撑计划课题“膨胀土地段渠道破坏机理和处理技术研究”项目,通过多种研究手段综合研究了膨胀土（岩）渠坡破坏机理,提出了适合的膨胀土（岩）渠坡稳定性分析方法,并针对性地研究了膨胀土（岩）渠道的处理措施,在试验渠段进行了现场验证比较,提出了经济可行的处理方案。较为系统地综述介绍了该课题的研究内容、技术路线、取得进展和主要结论,研究成果不仅为南水北调中线工程膨胀土（岩）渠坡处理提出更为可靠合理的解决方案,其研究思路和成果也可供类似研究和工程应用参考。     

输水明渠膨胀土(岩)渠段渠坡处理措施有关问题的探讨

输水明渠膨胀土(岩)渠坡处理是南水北调中线一期工程总干渠的关键技术问题之一。施工开挖揭示,膨胀土(岩)渠段存在着不同程度的裂隙、软弱结构面以及高地下水位等,对渠坡稳定性产生极为不利的影响。本文介绍了针对南水北调中线一期工程总干渠膨胀土(岩)渠段渠坡处理中存在的这些不利因素进行研究和探讨的主要成果,并概要介绍了在原初设渠坡处理方案基础上所需调整的处理措施。     

潞王坟膨胀岩试验段工程设计与施工研究

文章介绍了南水北调中线一期工程新乡潞王坟膨胀岩试验段工程设计与试验研究的重点内容,重点论述了膨胀岩不同渠坡处理措施的施工要点,指出了不同处理措施的适用条件,为南水北调中线工程膨胀岩渠坡处理措施的可靠性、经济合理性以及施工工艺控制等方面提供了依据和技术指导。     

南水北调中线一期工程膨胀土渠坡处理措施

根据南水北调中线工程南阳段膨胀土的工程地质特性,对膨胀土渠坡的运行环境、处理措施、处理厚度及应注意的问题进行了现场试验研究。研究成果表明:采用换填非膨胀土或水泥改性土是处理膨胀土边坡行之有效的方法;弱膨胀土渠坡的换填厚度0.6~1.0 m、中膨胀土换填厚度1.0~1.5 m、强膨胀土换填厚度1.5~2.0 m。研究成果可用于南水北调中线工程膨胀土渠段的设计与施工。经处理的膨胀土边坡可以较大程度减轻其工程危害。     

南水北调工程膨胀岩渠坡换填改性土现场掺量试验研究

南水北调禹州长葛段工程膨胀岩渠坡挟填改性土掺量试验,通过开展室内试验、现场碾压试验及试验后的成果总结,获得改性土处理措施的施工碾压参数、施工压实质量控制指标,为南水北调工程禹州长葛段膨胀岩渠坡踟陛土处理换填施工提供教术支持。     

膨胀土（岩）渠坡现场监测技术研究

膨胀岩（土）是一种在自然地质过程中形成的多裂隙性、胀缩性地质体,其黏粒成分具有强亲水性,导致膨胀岩（土）体反复变形、裂隙发育,对渠道工程具有严重破坏作用。因此,合理的监测系统、监测仪器选型及埋设技术,将直接影响膨胀岩（土）渠坡监测成果的真实性和有效性。根据南水北调中线一期工程南阳、新乡膨胀土、岩试验段现场工作成果,从监测项目、系统组成、仪器布置、仪器选型、埋设技术等方面,系统地总结了膨胀土（岩）渠坡监测技术和实践经验。     

土工合成材料在南水北调膨胀岩渠坡加固中的应用

重点介绍了土工格栅、土工袋 2 种土工合成材料在南水北调中线工程膨胀岩渠段渠坡处理工程中的应用情况、施工工艺等,结合现场原位试验对 2 种工程处理措施的效果进行了初步的探讨。研究结果认为, 2 种处理措施均对膨胀岩渠坡有一定的保护作用,土工格栅加筋处理措施的防渗性能和抑制膨胀变形的效果更好。     

非饱和土力学理论在南水北调工程中的应用

简要回顾了非饱和土力学的研究历史及研究意义.结合南水北调中线工程中的膨胀土问题,探讨了非饱和土理论在渠道工程设计中的应用前景,重点论述了非饱和土抗剪强度理论及其简化计算方法,并从膨胀土的破坏机理、变形特点和强度特征出发,探讨了膨胀土渠坡工程处理措施和处理原则,为南水北调中线工程膨胀土渠段的设计和施工开拓了新的思路.     

膨胀岩(土)渠道边坡施工技术探讨

针对我国土地资源紧张的现状,大量先进的工程技术逐步应用于膨胀岩(土)项目,以保证工程建设尽量少占用土地资源。结合南水北调中线工程河南新乡某渠坡试验段实际情况,重点介绍了土工格栅、复合土工膜、水泥改性土3种处理措施在膨胀岩(土)边坡处理中的应用。现场试验的结果表明,这3种处理措施在膨胀岩(土)边坡的处理中取得了良好的效果,其经验可供类似的工程借鉴。     

南水北调中线一期工程膨胀土渠坡稳定分析

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。     

水泥改性膨胀土防护边坡效果分析

膨胀土具有吸水膨胀、失水收缩的性质,给工程带来极大的危害。为研究水泥改性膨胀土防护边坡效果,选取膨胀土及不同水泥掺量的改性膨胀土进行胀缩特性试验研究。研究结果表明南阳中膨胀土水泥改性的最佳水泥掺量为6%。将其作为防护加固材料换填南水北调中线渠道边坡的表层,并利用测斜管和变形管等仪器设备对其防护效果进行现场监测。监测结果表明:水泥改性膨胀土回填覆盖坡面表层可以解决膨胀土渠坡的浅层失稳问题。     

膨胀土胀缩变形与渗透性规律试验研究

大气和地下水共同影响下,膨胀土路基或边坡工程在一定深度范围内将出现明显的干缩湿胀变形,其渗透性能也会出现显著变化,并进一步诱发膨胀土路基或边坡的失稳破坏。为系统研究竖向荷载和干湿循环作用下膨胀土胀缩变形与渗透性能变化规律,采用温控气压固结渗透仪分别进行不同荷载和干湿循环作用下的膨胀、收缩与渗透试验,研究膨胀土在不同荷载和干湿循环条件下的胀缩变形规律,确定膨胀土水渗透系数和气渗透系数变化规律。研究成果能够用于确定膨胀土容许胀缩变形量和容许竖向荷载,提出明确的膨胀土路基或边坡的最小防护深度和限制荷载,优化膨胀土路基和膨胀土边坡设计方案。     

冻融过程对膨胀土渠道边坡劣化模式的影响

干湿作用和冻融作用是季冻土地区复杂环境的两种基本形式,深刻影响着输水渠道的长期稳定性。以北疆膨胀土渠道边坡为研究对象,开展了湿干循环及湿干冻融耦合循环作用下膨胀土渠道边坡劣化过程离心模型试验,探讨了湿干冻融耦合循环作用中的冻融过程对膨胀土渠道边坡劣化模式的影响。试验结果表明:湿干循环作用下膨胀土渠道边坡的劣化模式主要为浅层土体强度衰减和表面裂隙发育,同时伴随着显著的土体崩解剥落特征;湿干冻融耦合循环作用下膨胀土渠道边坡劣化过程中则未出现明显的土体崩解剥落现象,主要劣化模式为渠顶区域土体裂隙拓展、连通;湿干冻融耦合循环作用中的冻融过程使得渠顶处的渠水入渗量大幅增长,造成渠顶土体的干湿循环幅度增大,诱使膨胀土渠道边坡的劣化过程由浅层土体往深层土体发展,在宏观上表现为渠顶及渠坡水位线以上区域内裂隙的连通程度增高、拓展宽度及深度增大,并最终发展为贯穿渠顶的横向张拉裂隙。膨胀土渠道边坡在湿干冻融耦合循环作用下有着自贯穿渠顶的横向裂隙发生失稳破坏的趋势。     

南水北调中线一期工程膨胀土渠坡渗流系统分类及其控制措施

由于膨胀土对于水的敏感性,膨胀土渠坡及其衬砌结构的稳定性是南水北调中线一期工程建设和运行遇到的重要挑战之一。在地层结构分类基础上,开展了膨胀土地区的渗透结构分类、渗流系统分类以及膨胀土渠坡渗流系统分类研究。针对各类膨胀土渠坡渗流系统,分析了渠道工程对渗流场的改造作用,归纳了各自的渗流控制任务,提出了渗流控制措施的应用原则:非饱和带设置排水垫层以利于含水率的长效控制,合理设计马道以减轻对渗流控制的负效应,合理运用排水孔和减压井控制地下水流场及水压力,地下水动态变化与渠道水位变化范围交叉渠段应合理设置逆止阀并保障其灵敏性和可靠性,工程长期运行过程中跟踪研究渗流控制效果和适时有效调控渗流场。     

膨胀土渠道边坡监测数据分析与治理效果评价

以某膨胀土渠道边坡治理工程为研究背景,探讨了膨胀土边坡土体侧向应力、地下水位的变化规律,分析了边坡治理效果。监测结果表明：地下水位变化幅度与测点位置和降雨强度有关,降雨强度较小时,边坡下部的地下水位变化幅度较大;降雨强度较大时,边坡下部与上部地下水位变化幅度基本相同;坡体内土体侧向应力与土体重度、膨胀力、渗透力等密切相关,表层土体的侧向应力具有明显的季节性。根据监测数据和数值计算分析结果,认为水泥土换填 + 水平排渗管对膨胀土渠道边坡具有较好的治理效果。研究成果可为类似工程设计、施工与运行管理提供借鉴。     

季节性供水渠道边坡稳定性研究

由于渠道季节性通、停水引起的干湿循环过程显著降低了渠基膨胀土的强度,进而影响膨胀土渠道的稳定性。以北疆典型膨胀土渠道为例,通过直接剪切试验对不同干湿循环次数下渠基膨胀土的力学特性和表面裂隙发育特征进行研究,在此基础上对水位骤降期间渠道边坡的稳定性进行了数值计算。结果表明:随着干湿循环次数的增加,试样表面的裂缝发育不断加剧,并在一定循环次数后逐渐趋于稳定;试样的黏聚力发生较为显著的衰减,而内摩擦角值则呈小幅度波动式衰减的趋势。在5次干湿循环后,试样的黏聚力和内摩擦角分别降低了36.5%~48.2%和10.8%~26.1%。此外,随着运行年份（干湿循环次数）的增加,渠道边坡稳定性呈逐年下降趋势;排水时间对于渠道边坡的稳定性同样影响显著,排水时间越长,渠道边坡稳定性越高。建议该膨胀土渠道边坡排水时间不少于12 d,诊断、维修间隔不长于5年。研究成果对北疆供水工程建设与维护具有一定参考价值。     

南水北调中线工程膨胀土渠坡稳定问题及对策

重点分析了非饱和膨胀土边坡失稳的原因,在降雨入渗的条件下,膨胀土常发生浅层滑动,这种滑动与通常饱和土的边坡失稳的原因是不同的.为了弄清膨胀土边坡滑动(主要是浅层滑动)的机理,在南水北调中线工程渠道附近进行了大型人工降雨试验,得到了有意义的结论.由此认为,采用通常饱和土边坡稳定分析方法来校核非饱和膨胀土边坡的稳定,对于深部过于保守,而对浅部则不够安全,因此是不合适的.根据非饱和膨胀土边坡失稳的机理提出了防止边坡浅层滑动的对策措施.     

膨胀土膨胀量测定方法比较及改进

以高淳胥河某边坡膨胀土为研究对象,在对现行土工规范要求的以及部分科研人员采用的膨胀土有荷线膨胀率测定方法进行研究的基础上,分析了两种方法存在的问题,进而提出线膨胀率测定的改进方法。基于不同试验方法开展了膨胀土膨胀力及有荷线膨胀率试验,并对结果进行了比较研究。试验结果显示,在初始状态相同的情况下,改进方法测得的膨胀土线膨胀率最大,土工试验规范方法次之,部分科研人员采用方法所测得的线膨胀率最小,3种试验方法所测得的膨胀土线膨胀率都可以采用同一个公式来表示。不同试验方法对初始干密度较小、上覆压力小的膨胀土的线膨胀率、膨胀力测定影响较大。