膨胀土渠坡课程

膨胀土渠坡课程第1页/共27页2

南水北调总干渠工程概况

膨胀土渠段分布情况

工程建设中需要解决的膨胀土问题南水北调总干渠膨胀土分布概况1第2页/共27页1南水北调总干渠膨胀土分布概况南水北调总干渠工程概况3南水北调工程总干渠自陶岔从湖北丹江口水库取水，经河南、河北两省送水至北京、天津郑州、石家庄及沿线大中城市。总干渠线路全长约1140km，渠道与沿线的河流、公路、铁路交叉处均设置渡槽、倒虹吸、桥梁或涵洞等立体交叉建筑物近2000余座，总干渠采用自流方式输水，最大输,水流量420m3/s，渠道多年平均向沿线城市年供水量约95亿m3。陶岔外环河团城湖方城垭口穿黄工程第3页/共27页1膨胀土渠段分布情况4南水北调中线总干渠全长约1432km，穿越膨胀土（岩）渠段累计长约386.8km。其中，分布有强膨胀岩的渠段长34.2km，分布有强膨胀土的渠段长5.69km。南水北调总干渠膨胀土分布概况第4页/共27页1

总干渠工程建设中需要解决的膨胀土问题5建筑物建基面开挖与保护建筑物膨胀土地基处理渠道开挖施工技术膨胀土坡面表面保护渠坡稳定分析与加固设计建筑物基坑回填材料选择膨胀土地区渠堤填筑材料选择膨胀土渠坡保护材料选择膨胀土工程问题建筑物膨胀土地基渠道边坡稳定膨胀土填筑材料南水北调总干渠膨胀土分布概况第5页/共27页6膨胀土渠坡失稳机理分析2膨胀性裂隙水第6页/共27页2水---幕后黑手7浅表层：干湿循环，膨胀土反复胀缩后，强度降低。膨胀土渠坡失稳机理分析收缩膨胀浅表层裂隙第7页/共27页2水---幕后黑手8深层：入渗，降低裂隙面强度，形成孔隙水压力。膨胀土渠坡失稳机理分析地下水入渗裂隙面泡水软化第8页/共27页2裂隙---结构硬伤9浅表层：土体破碎，抗剪强度降低，渗透系数增大。膨胀土渠坡失稳机理分析膨胀土（岩）浅表层开挖后浅表层裂隙第9页/共27页2裂隙---结构硬伤10深层：长大裂隙结构面、层间结合面结构软弱带。膨胀土渠坡失稳机理分析膨胀土（岩）裂隙面第10页/共27页2膨胀性---先天不足11膨胀力对结构的破坏。对水的敏感性，是土体强度降低的重要原因。裂隙形成与发展的重要原因。膨胀土渠坡失稳机理分析衬砌隆起第11页/共27页2表层工程问题12膨胀土渠坡失稳机理分析

雨淋沟（引丹干渠）浅层滑坡（据龚壁卫等）第12页/共27页2深层稳定问题13膨胀土渠坡失稳机理分析影响过渡带（7m）深层滑坡第13页/共27页3膨胀土渠坡稳定计算方法14岩土物理力学参数膨胀土土渠坡加固防护在确定膨胀土边坡稳定计算岩土物理力学参水时考虑了以下几方面的因素：

A.位于不同分带区域内膨胀土土体试验强度，裂隙面的抗剪强度试验值B.膨胀土内长达裂隙、长裂隙、一般裂隙密度组合效应

C.渠坡运行期间长期环境下分带区域调整

D.改性土的抗剪强度试验成果

E.坡体中存在的地层结构面参数第14页/共27页3膨胀土渠坡稳定计算方法15边坡加固设计采用信息化方法设计：根据渠道开挖期间揭露的膨胀土地层裂隙分布特征及产状特征、拟定可能形成滑动面网络，搜索最不利滑动面——网格搜索方法。最危险滑动面寻找膨胀土渠坡稳定与防护第15页/共27页316膨胀土渠坡加固防护膨胀土渠坡稳定计算方法计算方法对比折线滑动面Fs=1.060圆弧滑动面Fs=1.739圆弧滑动面0.783第16页/共27页317膨胀土坡稳定与防护膨胀土渠坡稳定计算方法实际工程验证第17页/共27页318弱膨胀土（岩）：换填垂直厚度为1m的水泥改性土中膨胀土（岩）：换填垂直厚度为1~1.5m的水泥改性土强膨胀土（岩）：换填垂直厚度为2.0m的水泥改性土

膨胀土渠道边坡坡面保护渠道膨胀土边坡保护设计膨胀土渠坡加固防护第18页/共27页3膨胀土渠坡加固工程措施19膨胀土的表层保护只能解决坡体表面稳定问题，由于土体内部裂隙存在，膨胀土渠道边坡在一定程度上存在深层稳定问题，需要进行加固处理。结合渠道工程特点在加固设计时比较研究了常规的抗滑桩加固方案和“M”型坡面梁与抗滑桩组合的新型支护方案。新型支护方案具有以下几方面优势：A.桩体结构受力特征优于悬臂桩；B.坡面梁设置有利于桩前土的稳定；C.与悬臂桩，工程投资节省50%。加固措施研究膨胀土渠坡加固与防护第19页/共27页3膨胀土渠坡加固工程措施20加固措施研究膨胀土渠坡防护与加固该方案将坡面梁置于膨胀土换填保护层顶部，镶嵌在改性土换填保护层中，采用人工挖槽或机械挖槽，在槽内直接安置钢筋笼进行混凝土浇筑。坡面梁与抗滑桩桩头混凝土整体浇筑，形成刚架。然后在其上方敷设防渗膜、浇筑渠道混凝土衬砌面板。第20页/共27页421膨胀土渠坡表层保护作用需要兼顾以下几方面的要求：

A.膨胀土坡体表层土体维持一定的有效压重，使其保持在一定的约束状态下工作。

B.减少膨胀土坡体土在大气蒸发及降水作用下，含水量变化的幅度和平率。

C.避免在保护体与被保护体结合面形成明显的界面，及时排除富积在结合区域土体内的

自由水，避免软化结合面与形成水压力。

D.保护体自身稳定满足工程运行要求。

水泥改性土抗剪前度高，自身稳定性好，便于结合面的整合处理，渗透系数与接近膨胀土铅直方向的渗透系数。

膨胀土渠道边坡坡面保护措施膨胀土渠坡加固效果镇平段施工1标，坡比1:2.75；降雨强度为：中雨持续24h；水泥改性土换填层湿润深度0.15m膨胀土坡面保护措施第21页/共27页422测压管观测水位过程线地表以下1m处体积含水量变化过程线坡脚处体积含水量变化过程线

膨胀土渠道边坡坡面保护膨胀土坡面保护效果检验膨胀土渠坡加固效果第22页/共27页423抗滑桩布置图渠坡测斜管位移变化曲线

膨胀土坡抗滑桩加固膨胀土抗滑桩桩加固效果检验膨胀土渠坡加固效果第23页/共27页424测压管布置图渠坡、桩测斜管位移变化曲线

膨胀土坡抗滑桩加固膨胀土抗滑桩桩加固效果检验膨胀土渠坡加固效果