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。     

河北磁县膨胀岩（土）现场鉴别方法研究

南水北调中线工程河北省磁县段广泛分布的上第三系中新统(N1)地层中大部分黏土岩具有膨胀性,强、中、弱、非膨胀岩(土)交错分布,可与其他地区膨胀岩(土)进行对比研究。通过野外鉴别与室内试验数据判别,对研究区膨胀岩(土)各指标之间的相关关系进行分析,总结了从颜色、结构构造、裂隙发育特点等宏观工程地质特征,得出了膨胀岩(土)膨胀等级的野外快速鉴别方法。研究结果对工程处理方法选择、施工开挖、野外施工地质工作都有积极意义。     

上第三系膨胀岩膨胀性特征判别简析

上第三系膨胀岩在南水北调中线工程总干渠黄羑段沿线的累计分布长度约36km,其胀缩变形、崩解等特性影响总干渠渠基和渠道衬砌的稳定,且其膨胀潜势的不均匀性、无规律性给工程设计和工程处理造成了不便。文章通过对沿线上第三系膨胀岩的野外分布特征及室内试验资料分析,对膨胀岩的膨胀潜势强弱进行划分,为工程设计和处理提供参考依据。     

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。     

南水北调中线一期工程总干渠膨胀土（岩）渠段膨胀性分等有关问题的探讨

本文针对南水北调中线一期工程总干渠在可行性研究阶段存在膨胀土（岩）渠段膨胀性分等标准不同,致使相关设计要求及工程处理措施易出现不具针对性、技术经济不合理等问题,通过对可行性研究阶段和初步设计阶段不同渠段膨胀性分等方法进行分析研究,提出在初步设计阶段统一渠段膨胀性分等标准的建议,以便于统一总干渠同等岩性、同等膨胀性渠段所采取工程处理措施的设计要求,达到技术经济合理、可行。     

膨胀土裂隙、强度及其与边坡稳定的关系

以南水北调中线工程、鄂北调水、引江济淮等大型调水工程中的膨胀土问题为研究对象,从膨胀土裂隙性、强度特性和破坏特征等方面,论述了膨胀土边坡稳定的影响因素、边坡破坏机理和强度特性。研究表明,膨胀土的裂隙为胀缩裂隙和非胀缩裂隙两类,非胀缩裂隙是地层中的“原生裂隙”,胀缩裂隙是干湿循环引起的“次生裂隙”。降雨和强度衰减是大多数膨胀土边坡浅层滑动的主要因素,而非胀缩裂隙面的倾向、倾角及强度是控制膨胀土边坡整体稳定的主要因素。膨胀土边坡的失稳,可归纳为“膨胀变形引起的浅层滑动”和“裂隙强度控制的整体滑动”两种破坏模式,膨胀土的边坡稳定分析也应充分考虑膨胀变形和裂隙分布状态的影响;膨胀土的强度指标不能简单地用土体的“综合强度”,而应根据实际地层情况,分别以土块强度和裂隙面强度进行描述。在此基础上,应针对不同的破坏机理进行膨胀土边坡的处治。     

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。     

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。     

南水北调中线工程膨胀岩现场大型直剪试验

为了全面准确地反映南水北调中线工程膨胀岩的原位特性,对其总干渠沙河南—漳河南渠段的两处典型地段,在地质勘探和室内中型直剪试验的基础上,进行了现场膨胀岩大型直剪试验,对试验成果进行了分析论证,认为现场大型直剪试验试样尺寸小、扰动性小、所代表的岩体范围广,其成果能反映岩体的原位特性。建议:禹州太和渠段抗剪强度指标取c=20 kPa、φ=22.7°;宝丰岭湾渠段抗剪强度指标取c=10 kPa、φ=15.6°。     

膨胀土裂隙演化及其研究方法综述

裂隙性是膨胀土的基本特性之一,膨胀土原生裂隙因其所处环境改变时裂隙发生演化,由此引起膨胀土强度衰减和渗透性质增大.文章从裂隙产生及演化机理出发,阐述了膨胀土裂隙在水分、温度及应力作用下的裂隙演化规律,对膨胀土裂隙在宏观、细观、微观尺度进行研究方法概述,分析了裂隙演化对膨胀土工程性质的影响,针对裂隙演化的研究现状,提出了...     

膨胀岩本构关系及其参数研究

为研究膨胀岩的本构关系及其参数,选取南水北调中线工程新乡段泥灰岩和黏土岩 2 种代表性的膨胀岩,进行了三轴饱和固结排水剪切试验。通过邓肯非线性弹性模型,即 E- μ模型与 E-B 模型,对膨胀岩本构关系进行参数计算及曲线拟合对比,评价不同本构模型在膨胀岩本构关系研究中的优劣及适用性;并对新乡膨胀岩提出科学的本构参数推荐值,为该地区膨胀岩渠坡或类似的膨胀岩工程施工设计提供基本依据。     

非饱和膨胀土的现场观测技术

非饱和土的吸力测试是非饱和土研究中最重要也是最基本的测试技术.回顾了非饱和土现场试验的历史,结合近年开展的膨胀土渠道现场观测实践,从观测设备的原理出发,介绍了现场观测仪器及其埋设方法、观测试验成果,其经验可供岩土工程师在非饱和土现场实践中参考.     

膨胀岩击实样胀缩特性试验研究

选取泥灰岩和黏土岩 2 种代表性的膨胀岩,通过大尺寸的胀缩特性试验,研究了膨胀岩击实样的胀缩特性,及其与起始含水率、压实度的关系。成果表明：随起始含水率增大,膨胀岩的无荷膨胀率呈较好的线性递减关系;压实度越大,无荷膨胀率越大,且随起始含水率的减小,压实度对膨胀率的影响呈增强的趋势;在相同压实度下,起始含水率低于塑限值时,起始含水率变化对线缩率的影响很小,随起始含水率增大,线缩率开始呈较平缓的线性增大;当起始含水率达到塑限值附近后,起始含水率变化对线缩率的影响开始显著增强;在相同起始含水率下,起始含水率低于塑限值时,压实度对线缩率的影响很小,随压实度增大,线缩率呈较好的线性递减;当起始含水率达到塑限值附近后,压实度对线缩率的影响略微增强。膨胀岩的收缩系数和体缩率与线缩率的规律基本一致。     

膨胀岩处理措施合理性研究

为研究换填黏土处理措施抑制膨胀岩膨胀的作用,采用英国GDS公司的动三轴试验系统进行了邯郸膨胀岩吸湿膨胀的三轴试验,在试验结果的基础上提出了膨胀岩三轴非线性膨胀本构的具体公式,并采用有限元法对膨胀岩渠道处理措施换填黏土的厚度进行了探讨,结果表明,对于邯郸强膨胀岩来说,2m的处理层厚度是比较合适的,能够有效抑制膨胀岩膨胀,满足实际工程的需要。     

土工格栅对膨胀岩吸湿变形规律的影响研究

采用室内物理模型试验对多种类型土工格栅与膨胀岩相互作用条件下的土体变形特性进行研究。研究表明,在吸湿条件下,膨胀岩产生明显的膨胀变形,土体产生张拉性裂缝而破坏。铺设土工格栅后,可以使膨胀岩的侧向变形明显减小,但对土体垂直沉降的影响不大。同时,格栅可以有效抑制裂缝的发生和发展,并改变了膨胀岩膨胀变形发展的模式和规律,更重要的是,土工格栅对土体吸湿后水分的运移过程也产生了明显的影响,表现为在一维入渗条件下,格栅加筋使得水分更难以向土体内入渗,浅层含水量开始变化以及稳定的时间都远远大于未加筋土,土体内含水量场的分布与未加筋土完全不同。     

降雨条件下膨胀岩边坡失稳数值模拟研究

为了揭示膨胀岩边坡破坏机理,采用流固耦合的非线性有限元分析方法,对膨胀岩边坡降雨失稳现场试验进行了数值模拟研究,改进了膨胀岩边坡稳定分析技术,使之能考虑膨胀岩的膨胀性、裂隙性,以及非饱和膨胀岩的吸湿软化特性。数值计算结果表明:非饱和膨胀岩的吸湿软化特性是膨胀岩边坡渐进性破坏的主要原因,膨胀性进一步加剧了这种影响;大气影响带膨胀岩的风化和干湿循环影响导致的浅层裂隙,是膨胀岩边坡浅层滑动的根源。     

基于VB与Matlab的BP神经网络在地应力场分析中的应用

将通用程序Matlab的强大计算功能和VB开发界面友好的特点有机结合,利用ActiveX技术实现可视化神经网络模型并应用于初始地应力场的计算。根据线性回归分析的结果,应用均匀设计来确定计算参数不同水平的组合,通过有限元计算来构造神经网络的训练样本分析工程区应力场。实际工程中往往需要了解某一重要工程部位的应力状态,利用神经网络将整个工程区的初始地应力场智能化,所开发的人机交互界面使用方便。     

Matlab与PSD、V、A综合判断法在桩缺陷检测中的应用

Matlab是一种用于工程计算的高性能语言,编程代码很接近数学推导格式,简洁直观,更符合人们的思维习惯,所以编程非常方便。在桩基缺陷的检测中,对于原始数据的分析可以借助数据可视化的方法得到明了清晰的图形,以揭示数据的内在含义。将Matlab结合PSD、V、A综合判断法共同运用到桩缺陷检测中去,可以得出图形,从图形中可以直观地判断出桩缺陷的位置。     

新乡膨胀岩试验段渠坡处理现场监测研究

为研究南水北调工程关键技术“膨胀土地段渠道破坏机理及处理技术”问题,开展了膨胀岩试验段工程（潞王坟段）现场试验。根据现场试验成果,从渠坡稳定性监测、防护监测两方面,提出了膨胀岩土渠坡失稳 2 种破坏模式,综合评价渠坡处理措施防护效果,推荐渠坡处理方案。建议膨胀岩渠坡处理应优选土工格栅加筋处理措施;对于处理断面为出口段、扭曲面等适宜点状作业的施工面,可采用土工袋处理措施;土工膜处理措施由于没有压重效果,可用于低地下水位且侧向补给较差的一级马道以上渠坡处理。