引江济淮工程软岩及膨胀土边坡锚固现场试验

引江济淮试验工程河道边坡存在膨胀土及软岩,考虑耐久性引入GFRP锚杆加固边坡。为了比较GFRP锚杆和钢筋锚杆的锚固效果,开展现场水位升降试验,观测相同地质条件、不同加固方式下锚杆荷载和边坡位移差异。结果表明:GFRP筋和钢筋框架锚杆加固河道边坡时,水位升降导致的边坡位移相近且均小于2.2 mm,锚杆应力峰值远小于各自抗拉强度,两种锚杆的锚固效果相近;GFRP锚杆承担荷载小于钢筋锚杆,且无水期荷载表现更稳定;在无锚固条件下,水位升降10 m仅影响边坡1 m深度内的软岩,加长锚杆对提高软岩边坡稳定性无明显作用;水位骤降时,5 m长GFRP无框架锚杆应力和加固区边坡位移增量分别为1.21 MPa和1.38 mm,而8 m长GFRP框架锚杆应力和加固区边坡位移无明显变化,框架锚杆加固形式效果显著占优。具有低模量特征的GFRP锚杆与膨胀土和软岩具有较好的变形协调性,控制相同变形量需要承担的荷载较小,更有利于边坡耐久性。     

基于离散元法的顺层岩质边坡的地震响应分析

基于离散元法,结合某水电站厂房后缘顺层岩质边坡工程,研究缓倾角多结构面岩质边坡的地震响应规律及锚杆的加固效果,提出了该边坡抗震加固优化方案。研究表明:未加固顺层块状岩质边坡在地震过程中位移呈现阶梯式增长,地震结束时刻边坡岩块松散崩落;加固后边坡位移显著减小,且能在地震作用下保持稳定;锚杆的剪力响应与其附近结构面的相对位移相关性强,表明锚杆附近岩层面间的相对位移是激发锚杆加固作用的主要因素,在坡面出露且出露点低的岩层面在地震作用下相对位移较大,对应的锚杆承受剪力也较大,据此可更合理地布置锚杆。     

极端降雨工况下库岸软岩边坡综合防护措施工程效果分析

采取工程加固措施是保证边坡安全稳定的重要手段,具有十分重要的意义和作用。文中以碧流河水库上游软岩边坡为例,利用数值模拟的方式对不同加固措施组合方案的效果进行对比分析,结合计算结果和工程的实际,建议综合运用三维网植草护坡、锚杆框格梁支护和坡面固化土处理等3种措施对边坡进行加固处理。     

改良土换填法与石灰桩法加固膨胀土边坡比较

为选择合适的膨胀土边坡加固方法,针对改良土换填法与石灰桩法加固膨胀土边坡的效果开展室内试验,并以南京某膨胀土边坡为例,采用FLAC软件建立边坡模型,对加固前后的边坡稳定性进行了分析。结果表明:石灰掺量为3%、5%、7%的改良土加固后边坡稳定性相同,其受换填深度、坡比影响较大;石灰桩法加固后边坡稳定系数与桩体强度和置换率成良好的线性关系,推导建立的加固边坡安全系数公式的计算值和程序求解值吻合较好。综合考虑各种影响因素,对两种边坡加固方法进行了比较,认为石灰桩法加固膨胀土边坡具有工序简单、工期短、对原生环境影响小的优点。     

膨胀土渠坡处理有限元分析

针对南阳引丹灌区膨胀土渠道边坡的滑坡现象,采用掺入生石灰回填夯实原土,并安装玻璃钢锚杆加固和土工格栅加筋的方法处理该段滑坡,通过Mohr-Coulomb破坏准则,并运用强度折减法进行了加固后的分析,结果表明,采用土工格栅和锚杆可以提高边坡的安全系数,使边坡保持稳定。     

土工袋处理膨胀岩(土)渠道边坡施工技术

南水北调中线工程选取潞王坟试验段进行现场原型试验,针对中、弱性膨胀岩(土)渠道边坡,采取了不同处理技术。土工袋+膨胀岩(土)开挖料换填处理措施是试验段应用的主要处理措施之一。文章探索和总结了土工袋处理膨胀岩(土)渠道边坡施工技术,对于指导和优化膨胀岩(土)段渠道的设计和施工有重要意义。     

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。     

引江济淮软岩全黏结GFRP筋锚固蜕化现场实验

引江济淮工程边坡加固锚杆运行中会承受循环荷载,循环荷载下锚杆的黏结状态蜕化影响锚固稳定。玻璃纤维增强聚合物(Glass Fiber Reinforced Polymer,GFRP)筋因其耐腐蚀、高强度可用于替代钢筋解决锚杆耐久性问题。通过现场软岩边坡GFRP锚杆拉拔实验,研究循环荷载作用下的锚固效果和黏结状态变化。研究结果表明,软岩内GFRP锚杆的有效锚固长度和锚杆胶结体与围岩的黏结强度相关,低强度或破碎程度高的围岩对应较大的有效锚固长度。荷载循环所造成的黏结蜕化深度小于有效锚固深度,黏结蜕化深度以上杆体界面提供摩擦力,以下提供黏结力。黏结状态一旦受损,黏结力将失去作用。同一深度处荷载循环影响黏结蜕化的作用随次数递增,不同深度处荷载循环影响黏结蜕化的作用随深度递减。渠道水位升降产生的最大拉拔荷载小于设计荷载,GFRP锚杆的抗拔力具有较大的安全储备。GFRP锚杆加固水下软岩具有更好的耐久性和持载稳定性。     

水泥改性弱膨胀土填筑碾压试验研究

南水北调中线总干渠穿越膨胀土（岩）渠段累计约387 km,为控制工程投资,部分渠段采用水泥改性弱膨胀土进行填筑。填筑施工前,选取南阳地区膨胀土作为研究对象,开展了一系列膨胀土碾压试验以确定合理的填筑施工参数。试验分析结果表明,不同地区水泥改性弱膨胀土的填筑施工参数略有差别;铺土厚度取30 cm,使用20~25 t振动凸块碾碾压6~12遍时,压实效果较好。     

引江济淮工程膨胀土(崩解岩)试验研究

引江济淮工程是沟通长江、淮河两大流域重大的调水工程,针对输水线路中存在的膨胀土和崩解性岩石地层开展了膨胀土改性试验、现场大型剪切试验、膨胀土现场浸水载荷试验、现场监测(包括:变形、渗流、应力、地温和土层含水率监测)、锚杆锚固力等试验研究,为膨胀土、崩解性岩边坡设计提供了技术支撑。     

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。     

膨胀土(岩)渠道破坏机理和处理技术研究

通过多种研究手段综合研究了南水北调中线工程总干渠膨胀土（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;针对性地研究了膨胀土（岩）渠道的处理措施,主要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。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。     

南水北调中线总干渠膨胀岩渗透性状试验研究

为了解南水北调中线总干渠膨胀岩渠坡在处理和未处理条件下的渗透性状,分别开展了现场双环、 GUELPH 仪以及室内渗透试验。原位试验结果表明：泥灰岩的稳态渗透系数及入渗深度均大于黏土岩;格栅加筋处理场地的稳态渗透系数和入渗深度分别约为土袋处理场地的 1/4 , 1/2 。格栅加筋处理可作为一种十分有效的膨胀岩边坡处理措施。室内重塑渗透试验结果表明：天然含水率下相同干密度的重塑泥灰岩的渗透系数大于黏土岩,其渗透系数随干密度的增大而减小的速率小于黏土岩,且测得重塑膨胀岩样渗透系数均小于场地的原位渗透系数。     

石灰改良膨胀土重塑后抗剪强度特性及应用

为研究石灰改良膨胀土重塑后的抗剪强度性能,进行了素土、石灰改良膨胀土及重塑石灰改良膨胀土3种土体在0,12.5,25,50,75,100,150 kPa下的直剪(快剪)试验。试验结果显示,重塑石灰改良膨胀土各上覆压力下的抗剪强度均低于石灰改良膨胀土而大于素土。采用《公路土工试验规程》(JTG E40—2007)拟合土体的抗剪强度时,素土在低应力下的偏差最大,而石灰改良膨胀土最小,采用双直线法拟合时各应力段的抗剪强度值偏差最小。重塑石灰改良膨胀土的抗剪强度劣化系数随着上覆压力的增大而减小,且呈明显的2段。当上覆压力<25 kPa时,上覆压力对于土体性能劣化系数影响较大;当上覆压力>25 kPa时,抗剪强度性能劣化系数随着上覆荷载的增大而减小的幅度逐渐减小。重塑后石灰改良膨胀土土体的黏聚力大于素土而小于石灰改良膨胀土,内摩擦角大于素土及石灰改良膨胀土。从试验结论来看,在素土强度满足路堤填芯的情况下,重塑后的石灰改良弱膨胀土可以直接用于路堤填芯;但用于路堤表面填筑时,需要再改良。     

土工袋修复膨胀土边坡抗滑稳定分析与摩擦特性试验

通过引入单一安全系数,基于极限平衡法,推导土工袋修复体两种滑动模式的抗滑稳定性计算公式。通过土工袋摩擦试验,研究不同袋内材料、土工袋排列方式、竖向压重以及运行环境（水上或水下）等条件下的土工袋袋体层间和袋土之间的摩擦特性,试验结果表明：袋装膨胀土土工袋堆叠为交错排列的过程中形成的咬合作用和嵌固作用将土工袋袋体无缝排列的层间摩擦因数0.714提升至0.920;土工袋浸泡于水下进行摩擦试验,水的润滑作用会导致土工袋袋体层间以及土工袋袋土之间的摩擦因数从0.920降低至0.901。采用土工袋抗滑稳定公式与摩擦试验得出的摩擦因数,对南水北调中线工程中土工袋修复膨胀土边坡案例的两种滑动形式进行抗滑稳定性分析,得出土工袋修复体最小安全系数为1.25,论证了土工袋修复膨胀土边坡的效果。     

李家坪隧道膨胀性围岩力学特性试验及塌方原因分析

为研究三淅高速公路李家坪隧道膨胀土软弱围岩性质,通过三轴强度试验和膨胀特性实验等室内试验研究了含水率、干密度对膨胀土三轴强度的影响。试验结果表明:含水率和干密度对膨胀土强度影响较大,对黏聚力的影响尤为显著,但在膨胀土的干密度较大时,干密度对内摩擦角的影响不明显。较小初始含水率的膨胀土吸水膨胀时将产生非常大的膨胀率和膨胀力,因此,工程上应对膨胀土区域采取防渗措施。此外,根据收敛约束法的理念推导了膨胀土围岩特征曲线,结果表明含水率的变化会使围岩压力发生很大变化。基于此,进一步分析了李家坪隧道塌方冒顶的原因,雨季施工造成膨胀土含水量增大,产生巨大的膨胀力,而支护体系薄弱,造成隧道冒顶塌方。     

塑性应变能判据在含组合软弱结构面岩质边坡动力稳定分析中的应用

由于地质构造作用,一处岩质边坡往往在几个软弱结构面的共同作用下发生失稳,其破坏形式与单一软弱结构面的破坏形式有较大差异,尤其是在地震的往复作用下,其稳定性分析十分复杂,需要合适的判据对其稳定状态进行判别。鉴于塑性应变能具有客观性强,能真实反映岩土体稳定性的特点,本文基于有限元软件ABAQUS 使用强度折减法建立某一实际水利工程含组合软弱结构面岩质边坡震后塑性应变能与折减系数的关系曲线,以震后塑性应变能突变为失稳判别准则对边坡在地震作用下的稳定性进行了分析,并将计算结果与常用特征点位移突变、塑性区贯通判据结果进行对比。结果表明：塑性应变能突变判据与特征点位移突变、塑性区贯通判据得到的结果相近,准确性有保证,且不受观测点选取等主观因素影响,得到的结果唯一,是在分析含组合软弱结构面岩质边坡动力稳定性时的较优选择。     

石灰岩质高陡边坡覆绿生态地质指标阈值研究

为探索高陡边坡植被重建所需的地下生境条件,依托生态地质学理论,以山东、河南地区石灰岩质高陡边坡为研究对象,通过对边坡上有植物生长的裂缝生境条件进行调查,测量壁面体裂隙率、裂隙的温湿度、隙缝中土壤肥分,并运用样地法统计石灰岩山坡植物根群圈的特征,归纳总结生态地质指标阈值。结果表明华北石灰岩质高陡边坡覆绿生态地质指标阈值包括:①岩体体裂隙率适应值范围为1.2‰~5%;②小乔木与灌木的根群圈深度为20~40 cm,此范围温湿度适应值分别为0～26 ℃,90%～100%,20~40 cm也即物种的地境稳定层;③土壤也需满足一定的肥分指标。连通性良好的裂隙网络、适宜并相对稳定的温湿度、一定的土壤肥分是石灰岩质边坡植被重建过程中的重要条件,保障了植物生长所需的稳定地境。     

膨胀岩渠坡变形和破坏特征研究

膨胀岩的边坡稳定主要受地层岩性、地质结构和构造、膨胀等级、地下水环境等因素控制,由于岩和土的生成历史不同,导致它们的矿物成分、胶结强度也有所不同。根据南水北调中线工程新乡潞王坟膨胀岩现场试验段裸坡试验区的人工降雨试验,分析了膨胀岩渠坡的变形和滑动特征。试验成果显示：膨胀岩渠坡的变形和破坏特征主要表现为雨淋沟、坡面隆起和局部浅层滑动;造成破坏的主要外在因素是施工卸荷、干旱 半干旱气候和降雨。研究成果为膨胀岩渠坡设计和破坏机理的分析提供了基础。