（农业水土工程专业论文）北部引嫩干渠渠道滑坡机理研究.pdf

2 0 0 2 年5 月 摘要 黑龙江省北部引嫩工程位于黑龙江省西部地处嫩江中游左岸的松嫩平原腹地，地 理位置在东经1 2 6 度1 2 8 度，北纬4 6 度 4 8 度之间。该工程以满足大庆石油和化工生 活用水为主，同时解决沿途2 4 个分灌渠用水的综合性大型无坝引水工程，自1 9 7 6 年建 成以来已累计引水1 0 0 多亿立方米，取得了巨大的经济效益，成为黑龙江省西部关系 到国计民生的重点工程，但近年来槊道破坏严重冻融侵蚀强烈，边壁剥蚀下来的泥沙 经渠道内水流搬运沿程发生淤积，导致渠底抬高，渠宽增加，马道缩小，已经严重影响 到渠道的安全运用必须进行综合治理。j 本文是对处于高纬度寒冷地区的北部引嫩渠道的滑坡机理研究希望能对北部引嫩 工程的治理提供一些理论依据。本文主要通过该地区的地质岩性、气候因素、地表水和 地下水状况以及原有边坡形态等几个方面进行分析研究，通过实验确定北引渠道土体的 物理力学指标，用来分析其物理力学特性，从而确定北引渠道产生滑坡的根本原因。 本文在边坡稳定分析中利用遗传算法与瑞典圆弧法相结台，进行编程计算，井且把 冻融侵蚀对北引渠道的边坡破坏作为重要的破坏因素进行分析研究以上两点是本文的 用v b 6 0 编程，使用户界面更加清晰，便于应用。 在以往北引渠道的边坡稳定分析中，人们并未特别注意到冻融侵蚀对边坡产生滑坡 的重要影响。本文提出北引渠道由于地处高寒和多年冻土地区，在寒冷剥蚀、冻融剥蚀 以及融雪径流等的动力作用下，渠道将发生较为严重的破坏 关键词：滑坡机理遗传算法边坡稳定分析瑞典既弧法冻融侵蚀 孙颗娜a b s t r a c t 2 0 0 2 年5 月 a b s t r a c t t h e s t u d y i n g o nt h em e c h a n i s mo f b e i y i n m a i nc h a n n e l g l i d i n gs l o p e h e l l o 日g j i a n gb e i y i np r o j e c tl i e si nt h ew e s to fh e i l o n g j i a n gw h i c hl i e st h ec e n t e ro f n e n j i a n g g e o g r a p h i c a ll o c a t i o ni se a s t1 0 l 硒t 咄1 2 4 - 1 2 6 。a n d n o r t hl a t i t u d e4 “g 。a i r e s o ft b ep 叫e c ta r e p r o v i d i n g v c a t c tt o p e t r o l a n dc h e m i c a l i n d u s t r yo fd a q i n ga n dl i v i n g w a 妲r a tt h es i b et i m ei ti sa l s oa b i gc o m p r e h e n s i v e n d 咖w 到甜p r o j e c t w i t h o u td a m w h i c hr e s o l v e s2 4i r r i g a t i o nr e g i o n so f b e i y i n u s i n gw a t e ra l o n gb e i y i ns i n c e1 9 7 6i th a s b e e n m 甜eg r e a ta c h i e v e m e n t sw h i c hh a sc o n d u c t e dw a t e rm o r et h a nt o ob i l l i o nr e 3a n dh a sb e e na r t i m p o r t a n tp r o j e c t o fh e i l o n g i i a n g p r o v i n c e b u tr e c e n t l yt h ec h a n n e lh a sb e e ns e r i o u s l y f m e z 血a g - m e l t i n ge r o d e da n ds a n do fc l i f f 酣g ek a sb e e nd e p o s i t e da i o n gt h ec h a r e l e l w h i c h r e s u l t e dt o h i # t e n t h ec h a n n e lb o t t o m , i n c r e a s ew i d t ho ft h ec l m 咖e la n dr e d u c eh o m e r o a d w h a ta l la b o v eh a v ea f f e c t e dt o a p p l ys a f e l y c h a n n e ls oi ti s n e c e s s a r yt or e p a i r c o m p r e h e n s i v e t h et h e s i s s 船d ys l i d i n gs l o p em e c h a n i s mo fh i g h l a t i t u d ec o l d r e g i o n o fb = y m c h a n n e l w h i c hi st h eh o p eo f p r o v i d i n gs o m et h e o r yb a s i sa b o u t r e p a i r i n gb e i y i np r o j e c t t h e t h e s i sm a i n l ys t u d ys e v e r a la s p e c t st h r o u g 血g e o l o g i cd i s s o l v ec h a r a c t e r 、c l i m a t ef a c t o r si nt h i s r e g i o n 、s f a c ew a t e r 、g r o u n d w a t e r a n df o r m e r p r o v i n c i a le d g es l o p e e c t t h et h e s i sa p p l y am e t h o do fg e n e t i ca l g o r i t h mw h i c hi sc o m b i n e dw i t hs w e d e na r cm e t h o dt op r o 卿t o c a l c u l a t e ，a n dr e g a r dd e s t r o y i n go fb = y me d g es l o p ed u r i n gf r e e z i n g - m e l t i n ge r o d i n g i m p o r t a n td e s t r o y i n g f a c t o r s a b o v et w o p o i n t sa r et h ee m p h a s e s 甜l d b r e a k o u tp o h g e n e t i ca l g o r i t h r ew h i c hs i r e u l a t e sd e s c o n d i b l i t ya n de v o l u t i o no fb i o l o g i s ti nn a t u r e e n v i r o m n e n tf o r m sas e a r c h i n gm e t h o do r a t i n ga l l r o u n do p t i m i z ep r o b a b i l i t y g e n e t i ch a s b e e na p p l i e di nm a n yf i e l d s t h et h e s i sw h i c ha p p l i e dg e n e t i ca l g o r i t h mc o m b i n e dw i t h s w e d e na r cm e t h o dt oa n a l y z ee d g es l o p es t a b i l i z a t i o nh a sr e a d ea c h i e v e m e n t s c o m p a r i n g f o r m e r p r o g r a m , i tr a p i d so p e r a t i o n r a t ea n dn l a k e su s e ri n t e r f a c ec l e a r e rw i t hv b 6 0 d u r i n ga n a l y s i so ff o r m e re d g es l o p es t a b i l i z a t i o n , i t i sn o te s p e c i a l yt h a ta f f e c t so f f i 州z i n g - m e l t i n ge r o d i n gt oe d g es l o p et os l i d e t h et h e s i sp u t sf o r w a r db e i y i nc h a n n e lw 如 d e s t r o y e db y c o l df r e e z i n ge r o d i n g 、f r e e z i n g - m e l t i n ga n dr u n o f f o f r e e l t i n gs n o we o t p o s t g r a d u a t e ：s u ny i n g n a s u p e r v i s o r ：z h a n gj u r o n g m a j o r ：w a t e ra n d s o i lo fa g r i c u l t u r a le u g i a e e r i n g k e y w o r d s ：m e c h a n i s mo fs l i d i n gs l o p e g e n e t i ca l g o r i t h ma n a l y s i so fe d g e s t a b i l i z a t i o ns w e d e na r cm e t h o df r e e z i n g - m e l t i n ge r o d i n g 孙颗擤引言2 0 0 2 年5 月 1 引言 i i 研究的目的和意义 1 1 1 北引渠道现状 黑龙江北部引嫩工程是以满足大庆石油和化工生产及生活用水为主，同时解决 沿途2 4 个北引分灌渠用水的综合性大型无坝引水工程，白1 9 7 6 年建成以来。已累 计引水1 0 0 多亿立方米，取得了巨大的经济效益，成为黑龙江省西部关系到国计民 生的重点工程。 黑龙江省北部引嫩工程位于黑龙江省西部，地处嫩江中游左岸的松嫩平原腹 地，地理位置在东经1 2 4 1 2 6 度，北纬4 6 4 8 度之间。整个工程由渠酋工程、渠 道工程、三处大型交叉枢纽及两座年调节水库组成，跨越三个地区( 嫩江、绥化和 大庆地区) ，七个县( 讷河、富裕、依安、林甸、青岗、明水、安达) 如图1 1 所示总干渠全长2 0 5 公里分千渠长4 0 公里总干渠在乌裕尔河交叉处分为乌 南和乌北两个部分，设计年引水量4 6 5 亿立方米，引水期为每年4 月下旬至1 0 月 下旬，北引渠道地处高纬度寒冷地区，结冻期长达1 8 0 天，冬季气温常在零下3 0 4 0 度，运用2 0 多年来，渠道冻融侵蚀强烈，部分渠段底宽已由原设计1 7 米侵蚀 扩宽至5 0 6 0 米，边壁剥蚀下来的泥沙经渠道内水流搬运沿程发生淤积，最大淤 厚1 2 米，渠道严重的冲淤变形，导致渠底抬高渠宽增加，马道缩小。据计算， 渠道淤积段长度占渠道总长度的7 0 1 6 ，渠道总淤积量达1 1 6 4 万立方米，己影 响到渠道的安全运用。另外，大量泥沙披水流带入红旗泡水库，造成库区大面积淤 积，影响水库的使用年限。可见北引渠道迫切需要综台治理。 1 1 2 渠道滑坡机理分析 1 1 2 1 地质岩性 北部引嫩工程位于松嫩冲积平原的中部，表面大部分为黄土状粘土和黄土状亚 粘土，具有湿陷性和崩裂性，部分盐碱地段土质具有分散性、亲水性、易膨胀性和 风干性。这类土壤失水后干、硬、脆，遇水后滑、软、塑渠坡在水位变化区范围 内由于水上边坡与水下边坡处于两种状态，下部处于饱和状态，水的软化作用及水 流的冲刷作用呈立陡状，并逐渐剥蚀脱落。由于充足的水分补给，适宜的土颗粒及 冻结时间导致北引渠道工程的冻融破坏极为普遍。 1 1 2 2 气候因素 北引渠道地处高纬度地区，冬季最低气温常在霉下3 0 4 0 度- 渠道冻融破坏 极其严重土中水冻结，引起土外表膨胀，土颗粒排列变化，土壤团粒破坏等，造 成冻融土的强度下降，冻结土在融解也不能恢复到原来的状态，作为整体仍保持膨 胀松软状态，进入了下一个冻结冻融的过程，使土的强度累积降低，土壤粘结 力几乎为零。在春季通水时在渠坡顶部顺渠道方向产生裂隙，渠道通水后沿此裂 隙蹦滑，造成了不同程度的冻融破坏。 1 1 2 3 渗透水流作用 硕士学位论文北部引嫩干渠渠道滑坡机理研究东北农业大学 北引渠道外部分地表常年积水，槊外地下水位高而向渠内渗透，导致渠坡破坏 主要表现为淤泥质软土边坡的塑性流动，其主要原因是坡体过饱和，抗剪强度降低 在渗透水流作用下，渠坡整体滑动。 1 】2 4 边坡形态 北引渠道的边坡系数一般都采用粘壤土的容许值1 ：1 5 ，但由于北引渠道土质 的特征性，造成边坡的稳定状态较差。 另外，北引渠道乌北段经过嫩江和乌裕尔河阶地边缘，弯道较多处于弯道凹 岸的渠底，经常受水流的顶冲和淘刷，上层土体失去支撑，失去了土体的力学平衡。 在弯道环流的作用下，弯道冲刷对凹岸的侵蚀较为严重。 1 1 3 研究的目的和意义 9 0 年代中期，我国己修建防渗渠道5 5 万k m ，占渠道总长的1 8 ，大部分土 渠未经衬砌i n 。由于我国所处的地理位置和自然因素，太多数渠道都处在环境恶劣 的情况，受泥沙、水流、物理、气温等因素的影响，或多或少都受到冻融破坏有 护砌的混凝土板出现裂缝、鼓胀，甚至隆起、断裂、边坡坍滑影响了渠道的正常 输水和运行安全。水流冲刷河岸，带起大量泥沙致使渠道产生淤积，严重影响渠道 输水能力，造成了巨大的经济损失。目前，北方地区刚性防护渠道的应用越来越广 泛防冻问题也越来越突出位于我省西部的北部引嫩工程，近年来冻融破坏强烈， 渠道冲淤严重输水能力降低2 3 4 6 ，严重影响了大庆地区的工业、农业和生 活用水。因此，进一步探讨渠道冻融破坏机理及其防治措施，提高渠道的使用寿命 是十分重要的。 1 2 国内外研究的动态和趋势 1 2 1国内的研究动态和发展趋势 随着农业的发展，各地灌溉农业蓬勃发展土坝、堤防、渠道等为了防止冲刷 或渗漏损失，常采取护坡和衬砌的结构形式。但由于我国所处的地理位置的特殊性 致使我国土地有三分之二以上处于多年冻土区。渠道冻胀破坏十分严重经常产生 裂缝、隆起、滑塌等破坏。在八十年代黑龙江省水利勘测设计研究院的童长江、 管枫年两位工程师对冻土冻胀机理进行了研究，认为在北方，由于渠道土体的冻结 融化过程引起灌区渠道村砌等水工建筑物遭到不同程度的破坏，对土冻结过程 中水分迁移进行了研究，提出了士的冻胀是引起渠道衬砌破坏的主要原因1 2 j 。 马奕旺、方敏对安徽省淠史杭灌区滁河干渠上游的将军岭渠道产生滑坡指出， 该渠道破坏是由于丰富的地下水作用于膨胀土引起的1 3 l h 】。 1 9 8 0 年至1 9 8 7 年，黑龙江省水利勘测设计研究院、中国水利水屯科学研究院 土工所、中国科学院、南京土壤研究所、武汉地质学院等8 个科学研究所和试验单 位对分散土进行了研究，初步确定了分散性土在我国的分布地区，指出了分散性 土易被水冲蚀的特性，被雨水或渗透水冲蚀产生管涌破坏，另外，该土壤失水后干、 硬、脆，遇水后滑、软塑，在水的软化作用下及水流的冲刷作用下呈立陡状，并逐 渐剥蚀脱落n 2 塑堕一! ! ! 童! 坚兰! 星 1 2 2 国外的动态和发展趋势 1 9 7 4 年日本的梅田安治、长泽彻明就对冻融土的水分特性和抗剪强度进行 研究，指出了土水体系的变化规律对土的抗剪强度的影响删。 苏联3 a 涅塞索娃的试验证明，土粒子表面物理化学性质对冻结过程中土体 内水分凝结有重要的影响【”。 目前，国内外治理土渠边坡坍滑和防止衬砌工程冻害的技术研究成果及肪治措 藏，主要是围绕改善捧水条件，增加固坡工程，削弱、限制或消除冻土冻胀因素， 从而达到治理坍滑和防治冻融破坏的目的 世界上各个国家对土的机理研究在8 0 年代进行目前，国内外对治理坍滑和 防治冻融破坏力趋向结构简单、施工方便、技术先进、造价低廉方向发展，而对高 纬度寒冷地区渠道滑坡在机理上尚缺少相关的研究。 1 3 本课题研究的主要内容和方法及技术路线 目前，在我国北方寒挎地区冻融已经成为渠道破坏的主要影响因素影响土 体冻胀的因素有水、土、温、压f ，本课题是对北部引嫩干莱渠道乌南4 6 - - 5 4 k m 段边坡进行观测研究，来找出该渠道边坡破坏的根本原因，其具体研究内容如下： 1 3 1 研究的主要内容 1 3 1 1 对渠道大断面进行测量( 水利科学研究院测定资料) ； 1 3 1 2 北部引嫩渠道土质、水质分析； 1 3 1 3 对土体的抗剪强度进行分析； 1 3 1 4 对渠道边坡进行稳定性分析； 1 3 1 5 冻融土对渠道边坡的影响； 1 3 2 本课题研究的方法和技术路线 1 - 3 2 1 利用现场勘测和观察的结果以及已有的资料分析，系统阐述现有渠道的 断面的破坏状态和变形形态等 1 3 2 2 采用现场取样，室内实验的方法，测定土的类型、状态等物理性质，用来 分析渠道破坏的原因。主要采用筛析法和比重计法来确定土颗粒的大小， 液塑限法测定土的状态等。 1 3 2 3 土的抗剪强度分析是对现场开采的土样，利用三轴剪切实验来确定土的抗 剪强度指标c 、中值用以分析土坡的稳定与否 1 3 2 4 采用遗传算法对土坡稳定分析进行程序编写，用来进行土坡的稳定计算。 1 3 2 5 利用对北引渠道的测量资料及当地实际情况，说明榘道的冻融破坏机理。 1 4 本课题研究的预期效果 目前，高寒地区的滑坡机理还没有成型的理论和系统的观测资料，在治理滑坡 时也没有可靠的依据，只能参照仅有的一些资料，没有系统的分析研究，这势必影 响高寒地区滑坡治理的理论研究和推广 本课题是以北引干渠乌南4 6 k i n 5 4 k i n 为研究对象，对当地渠道取土作样，进 霹主芏垡论文 北部引嫩千渠渠道滑坡机理研究东北农业大学 行实验研究应用有效的手段，对所得实验数据进行处理，得出其相关的物理特性 指标，根据对土体的研究分析，结合当地的特殊地理位置以及气候等其他条件，找 出渠道滑坡破坏的根本原因并且结台先进的寻优方法遗传算法对边坡稳定进 行编程计算，得出其边坡的稳定性。通过对本课题的研究，具体说明北引渠道破坏 的机理，得出北引渠道的土质等一系列物理力学指标为北引渠道的进一步深入研 究提供坚实有力的依据。另外借鉴国内外治理冻融滑坡成功的技术成果，采用各 种行之有效的先进技术，从根本上解决北引渠道冻融、滑坡破坏使北引渠道得到 安全运用，通过对北引渠道的研究摸索出一套结构简单、施工方便、技术先进、 价格低廉，具有适应高纬度寒冷地区特色的渠道滑坡防治新技术，进行推广应用。 1 5 北部引嫩工程自然概况筒介 】5 1 北引工程概况哪 北部引嫩工程( 简称北引) 由渠首、乌北干渠、乌裕尔河交叉枢纽工程、乌 南总干、萨尔图分干、红旗泡子水库和大庆水库组成全长2 4 5 k m ，纵贯松嫩平 原中部，总干渠自讷河县拉哈镇西北拉哈至查哈阳公路嫩江渡口处的渠首工程开 始，向西南沿嫩江滩地和阶地前缘斜坡延伸，于富裕镇以北拐向东穿越齐嫩铁路和 通南沟交叉工程后，再转向南穿越齐北铁路，在乌裕尔河河谷平交于乌裕尔河交叉 工程，而后继续向南进入松嫩平原腹地，直至安达县的任民镇蓄水区，总干渠以乌 裕尔河为界，河北总干渠称为乌北段，河南称鸟南段( 见图1 1 ) 。 i 5 2 自然条件 1 5 2 i 气候条件 本地区属于半干旱气候区，冬季受内蒙古及西伯利亚气压影响，严寒少霜， 夏季受海洋季风影响，温暖多雨，冬季严寒而漫长，最低气温在零下3 0 - - 4 0 ，结 冻期长达6 个月，年降水量4 0 0 5 0 0 r a m ，蒸发量1 5 0 0 1 6 0 0 r a m ，降雨集中在弘9 月，占全年降水量的7 0 - - , 8 0 ，且多为暴雨，春秋干旱、多风降水少，空气干燥， 蒸发强烈。 1 5 2 2 地质地貌 北部引嫩工程位于松嫩冲积扇平原的中部，大地构造单元属于松辽凹路第四 纪下沉区，构成区内广布堆积地貌；二级阶地、一级阶地、闭流洼地和河漫滩地。 乌北0 - - 1 s k i n 渠道地处嫩江左岸滩地，地表广布亚粘土和亚砂土；乌北1 8 8 1 k m 渠道位于二级阶地前缘斜坡地带，微地形变化较大，表层为黄土状亚粘土；乌南 o - 3 2 k m 的渠道位于乌裕尔河一级阶地局部地段切入河漫滩之中，地表广布厚 4 2 5 o m 的黄土状粘土：鸟南3 2 1 1 3 k a n 渠道地处闭流洼地段，渠道位于厚层粉质 粘土层上，萨尔圈分干地处闭流洼地地形平坦，岩性均一，萨尔图分干o - 2 4 k m 渠道位于亚粘土层上，分干2 4 - - 4 0 k m 渠道座落于亚轱土、细砂和亚砂土层上。 1 5 2 _ 3 水文泥沙 北引渠道的水文泥沙条件非常复杂，渠道在嫩江干流引水，引水处控制嫩江流 域面积为1 0 6 6 6 0 k m ：，汛期多年平均流量为1 2 2 4 m 3 s ，江水较清澈，属于少沙河流。 4 孙籁舞i 引言2 0 0 2 年5 月 总干渠沿程与通南河、 渠道大部分流经坡地， 乌裕尔河交叉交叉的形式基本是平交和立交相结合北s 坡水量较大，坡面来水对渠道的影响不窖忽视。 a 基本l 本课题的研究目的和意义 盆h 资料 国内外研究的动态和趋势 刭l 收集f 北引渠道的实际情况 现场取样进行室内实验 析确定其物理力学指标 实验部分 l 矗募霁 素曩雾茎! 液塑限实验l 粒分析i 系数测定lf ! 兰= = 三竺f 土体抗剪强度 实验确定c 中 边坡稳定分折采用遗传算j 击与瑞 圆弧法相结合蝙写程序利用以上 得指标计算边坡稳定 分析冻融对渠道的破坏 提出建议性防治措捕 结束 图l 技术路线藏程圈 n 毫n r t lt h e “曲n t q u tl i n ef l o w c h a r t 地质岩性 坡形态 塑主兰堡兰苎 些塑! ! 堂王墨墨望：! ! 苎垫堡竺塞 查韭查些查兰 圈片i - l f i g u r ei - i 6 孙颖娜2 北引渠道乌南4 6 - 5 4 k m 段的分析研究2 0 0 2 年5 月 2 北引渠道乌南4 6 - - - 5 4 k m 段的分析研究 2 1 乌南段概况 乌南段渠道已经进入闭流洼地地区，其中包括双阳河尾部水流漫散地带。该段地表 大都为厚黄土状亚粘土和厚层粉质粘土层。本段地势低洼、平缓，地形坡降约l ，万，渠 道外多分布沼泽化湿地( 双阳河滩地积水和明青坡地积水) ，地表常年积水，渠道上游 水位较高，地下水埋深较浅，地形商程一般在1 6 4 1 6 3 m 之阃。 2 2 冲淤变形 根据已有资料，北引渠道的设计流量和设计断面是沿程变化的。乌南4 6 - - 5 4 k m 段的 设计流量为2 5 8 m 3 s 设计水深为2 5 米，设计流速为0 6 1 m s ，设计底宽为1 2 米，边 坡比为1 ：2 ，纵向比降1 1 5 0 0 0 ，糙率为0 0 2 0 n 。但北引渠道经过2 0 多年的运行供水， 渠道断面已经发生了很大的变化，渠道边坡已经遭到严重的破坏。据实地调查资料表明， 渠道的横向变形更过于纵向变形。总体看来，北引渠道的变形特点就在于渠道的横向冲 淤异常严重。由于水流冲刷的作用致使渠道断面被冲宽，冲刷下来的泥土淤积在渠底， 又由于乌南段比降小，流速小，输沙能力较弱，侵蚀或坡水来沙往往就在本段渠底淤积， 以至边坡变陡，渠底抬高，最大淤厚达到1 2 m ，在该段，水位变化范围区内，渠坡立陡 ( 见图片2 一1 ) ，通过大量的资料分析和实地勘测乌南干渠冲蚀9 8 6 万m 3 ，其中该段 冲蚀强度最大平均每公里渠长冲蚀1 5 0 0 0m 3 ，过水面积平均增加3 1 4 8 m 2 ，严重影响 渠道的输水能力。由于双阳河滩地已形成水位高于渠底的广阔泡沼，加剧了渠道的边壁 侵蚀，形势十分严峻。 图片2 1 f i g u r e2 - 1 硕士学位论文北部引嫩干渠渠道滑坡机理研究东北农业大学 2 3 北引渠道乌南4 6 , - - 5 4k m 段的滑坡类型 根据实地考察，北引渠道的滑坡可分为深层滑动和浅层滑动两种。深层滑动主要是 我们所说的圆弧滑动，这也是我们在设计渠道边坡坡比时要进行稳定分析的。由于北引 渠道地处高寒地区，冬季冻胀使坡项距坡肩一定的距离产生裂缝，如果裂缝不深，在冬 季不会发生破坏，但在春季解冻时，由于地下水位较高，在裂缝中就会充水，这时，土 的粘聚力和内摩擦角就会减小，从而增大了滑坡的可能性，有些地方就发生了圆弧滑坡 ( 见图片2 2 ) 。 图片2 2 l i g u r e 2 - 2 浅层滑动是由于冬季产生的距离坡肩比较近且比较深的拉裂缝，土颗粒问已经没有 粘聚力，这时边坡就会发生塌落、崩塌，渠道变成立陡状：另一种浅层滑动是因为水流 对渠道下部的冲刷，渠道下部的土体被带走上部土体在自身重力作用下塌落渠底渠 道破坏。 下面对这几种类型滑坡的稳定性做一简要分析。 当边坡所承受的作用力( 土壤的重量或渗流力引起的剪应力) 超过岸坡土壤的最大 抗剪强度时渠道岸坡就将发生坍滑。以计算土的稳定安全系数来确定边坡是否稳定。 f ：塑盐( 2 - 1 ) 【1 0 】 。 滑动力 当f 产1 0 时，坍滑即将发生，若增大f 。值 稳定时，就采用式( 2 1 ) 为基本计算公式 2 3 1 深层滑动 稳定性将随之增大，我们在分析土体的滑坡 对土体进行分析研究。 至塑! l j 些塑道乌宴4 6 - - 5 4 k m 段的分折研究2 0 0 2 年5 月 在这里，深层滑动主要指圆弧滑动，计算时采用瑞典圆弧滑动法| l o i l 进行分析。即 先假设一系列潜在的滑动面通过具体计算找出可能发生滑动的潜在滑动面，从而确 定最小安全系数。本文将在第六章进行具体的分析计算研究，这里不傲详细介绍。 2 3 2 浅层滑动瞰j 浅层滑动主要是指平面或板状滑动，可把土体看成单个板状或楔形土体进行稳定性 的分析研究和圆弧稳定性的分析一样，也需先假定一系列可能发生塌滑的滑动面进行 分析研究，计算出安全系数，从而找出最小的安全系数及其对应的坍滑面。浅层滑动在 计算时主要考虑的作用力有土体滑块本身的重力，潜在坍滑面上的法向力，以及抵抗搏 动的阻滑力。具体请看图2 - 3 。 圈2 - 3 浅层滑动柱形滑坡示意田 s h a l l o wl a y e rg l i d i n gw e d g eg 硼i n gs l o p es k e t c hm a pf i g u r e2 - 3 根据图2 - 3 的楔形滑动体分析其抗滑动的安全系数的表达式为： 2 c s i n a蚀o c2 r + 丽 2 2 。h s i n ( a - , 8 ) s n , 8 。 t a l l 口 式中：c 一土体粘滞系数，k p a ： 士土体内摩擦角，度； h 坝坡高，m ； n 、9 坝边坡坡角和土体惜落后坡角，如图2 3 所示； r i 滑动土体的饱和容重；k n m 3 ： 2 4 地下水和地袁水对渠坡的影响 鸟南4 6 0 4 k m 段为双阳河滩地，地处闭流洼地，无明显河床，滩地高程为 1 6 4 p 1 6 3 0 m ，植被良好，表层为腐殖质土，厚约0 5 1 0 米，以下是厚层粉质粘土层， 厚约8 米，底下潜水埋层浅，约为1 s 2 1 m ，最高处泡沼地带地下水位与地面齐平，水 流径流迟缓，而且该段大部分为挖方渠段，所有这些都对渠道边壁的冻融侵蚀破坏提供 了充足的条件。当土体中的含水量增高士体中孔隙水压力高的情况下，根据有效应力 9 硕士学位论文北部引嫩干渠渠道滑坡机理研究 东北农业大学 原理，当土中的孔隙水应力增大时，将减小渠坡土壤中的有效应力，则根据库仑破坏准 则，土坡就可能发生滑坡破坏又由于渠道外水位较高，不断向渠内渗透，而雨水或地 表水也通过裂缝和裂隙渗向渠内，致使土壤容重增大，孔隙水压力增高，结果使土体的 抗剪强度降低土重增加，根据土的抗滑稳定性可知，将使岸坡塌陷的危险性增大。而 且由于含水量太高，表现出淤泥质软土边坡的塑性流动。现在在乌南4 6 - - 5 4 k m 段渠 道边坡侵蚀已经非常严重许多地方已经遭到破坏，形势十分紧迫。 图片2 _ 4 f i g u r e2 - 4 2 5 裂隙的影响 北引渠道地处北纬高寒地区，渠道的冻胀和冻融破坏严重目前大部分渠道边坡广 布着冻胀冻融裂隙和风化裂缝，这种牯性土中的拉裂缝和干缩裂缝，降低了渠坡的稳定 性，尤其是这些裂隙充水后更是如此( 见图片2 - 4 、2 - 5 ) 。 o 孙颖娜2 北引渠道鸟南4 6 5 4 k m 段的分析研究 2 0 0 2 年5 月 圉片2 - 5 f 堙u r e 2 - 5 ! 堂堡苎 ! ! 塑! ! 堂王墨墨塑苎垫墨堡塞 查韭查些查兰 3 渠道土质、水质分析 3 1 橱| 述 土是一种松散的颗粒堆积物。它是由固体颗粒、水和气体三部分所组成的三相体系 1 2 1 固体部分一般由矿物质所组成有时含有有机质，由它构成土的骨架。土的骨架间 布满了相互贯通的孔隙，这些孔隙有时全被水充满，称为饱和土：有时侯一部分被水占 据，另一部分被空气占据，称为非饱和土：有时侯也可能完全被空气充满，称为干土。 这三种组成部分本身的性质以及它们之间的比例关系和相互作用决定了土的物理力学性 质及工程状态研究土的物理力学指标在工业与民用建筑中具有十分重要的意义 3 2 土体颗粒大小分析 土体的颗粒大小分析是测定干土中各种颗粒组成所占该土总质量的百分数的方法， 借以明了颗粒大小分配情况，判断土的类别及土的透水性、可塑性、收缩性、膨胀性等 物理力学性质【”】。 3 2 1 实验测定 现在以北引渠道乌南4 6 - 一5 4 k m 段内按标准取样4 种。 l # ：在桩号为5 1 + 6 0 0 左岸处马道外侧距莱顶5 米在o 5 1 0 、1 0 - , , i 5 、1 5 - - 2 0 、 2 眦5 四个深度内各取土样一个 2 # ：在桩号为5 1 + 6 0 0 左岸处马道上取0 5 - 1 0 、1 0 - - 1 5 、l 导七0 、2 0 - - 2 5 四个深度 内各取土样一个。 3 # ：5 0 + 6 0 0 左岸边坡中点o 5 - i 01 1 1 深度取得土样一个。 硝：5 1 + 6 0 0 左岸边坡中点处0 5 1 o m 深度取得土样一个 3 2 1 _ 1 实验方法 ( 1 ) 对4 种土样进行筛析法和比重计法进行测定； ( 2 ) 地点：水利科学研究院实验中心 3 2 1 2 实验数据及计算 现以2 # 土样为例具体计算见表3 13 - 23 - 3 ，2 # 土颗粒级配曲线见图3 1 。其他土 样数据具体计算略。 衰3 - 1 曩粒分析实验蠹据 t a b l e3 - ig r a i n b q he p e a j m e e td a t a 总土重：3 0 k g 孔径 2 01 052 o0 50 2 50 0 7 5 0 0 7 5 ( m m ) 留筛土 0 2 lo 7 12 9 0 8 重( 1 c g ) 1 2 孙叛娜 3 渠道土质、水质分析2 0 0 2 年5 月 表3 - 2 比i 计祛藏据 t a b l e 3 - 2 l e n s i m e t e ri n t t h o dd a t - 比重计读数小于 悬 某孔 下沉液 比 刻度