膨胀土工程特性、渠坡破坏机理及防治对策 - 图文

衰减则最终导致了滑坡。

（2）卸荷回弹及膨胀变形

由于膨胀土具有超固结性，渠道开挖后，原本处于较高围压下的膨胀土产生卸荷、回弹、松弛，伴随卸荷回弹，土体密度下降，含水量逐步上升，进而又导致土体产生膨胀。

当渠道衬砌完成、膨胀土重新被封闭后，坡面表部土体开始吸湿膨胀，渠道呈现整体抬升的格局，直至含水量与土体密度达到新的平衡。根据有荷饱和试验，吸水膨胀变形主要发生在表部3m范围。变形量与开挖深度、土体膨胀性成正比。南阳试验段中膨胀土区在渠道封闭后的18个月内观测到30-80mm的抬升变形，弱膨胀土区观测到10-20mm的抬升变形。理论计算预测的最大抬升变形为80-100mm、10-30mm，与实际观测值较为接近。

2.结构面控制型滑坡机理

这类滑坡有两个共同点：一是后缘都有一个陡倾的拉裂面（带）；二是主滑面都近于水平，且主要追踪已有的结构面形成，如长大裂隙、软弱夹层等。滑坡的触发或滑动时，都有降水入渗的影响。某些情况下，滑坡剪出口还有反倾现象，意味着滑动力来自后部，属于推移式滑动，而不是牵引式。一旦滑坡出现，如果不及时治理，就会以叠瓦形式不断向后部发展。

膨胀土滑坡的滑动力较小，这可以从三个方面得到验证：一是即使已经启动的滑坡，其稳定性也处于临界状态，一旦雨水入渗就滑动，

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降雨一停，滑动也很快停止下来；二是滑动速度非常缓慢，一般一天位移量不超过10cm，一年的滑动距离多在1m左右；三是由于这类滑坡的滑面平缓，其规模一般都不大，因为随着规模增大，阻滑力增大速度大于滑动力增长速度。

对于渠坡是否会发生滑坡取决于三个要素：一是坡体内长大结构面的连通率，根据南阳膨胀土试验段的统计资料，当长大裂隙的密度大于0.03条/m2时，或连通率大于60%时，需要考虑边坡的长期稳定问题；二是渠道开挖深度，开挖深度决定渠坡土体的卸荷程度，开挖深度超过10m后，卸荷的影响不能忽视；三是雨水、地表水对坡体的影响程度。因此，膨胀土渠道需要重点关注的部位为挖深超过7--10m、长大结构面或柔软界面发育的膨胀土段。

滑坡的内因是存在可能构成滑动面的结构面，滑坡的外因是雨水或地表水渗入坡体。卸荷的作用则是诱发裂隙面扩张、加大土体的渗透性和利于雨水入渗。

三、膨胀土渠道滑坡防治对策研究

1.国内外膨胀土渠道工程的经验教训

我国的膨胀土主要分布在广西、云南、河南、湖北、四川、陕西、河北、安徽、江苏、新疆、山西、黑龙江等地。国外已有40多个国家和地区报道了有关膨胀土（岩）问题造成的危害，如美国、澳大利亚、印度、南非、突尼斯、苏丹、以色列、法国等。

国内膨胀土的研究始于上世纪50年代，由于当时兴修的成渝铁

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路沿线发生膨胀土路基滑坡非常普遍而引起重视。上世纪70年代初，我国有组织、有计划地在全国范围内开展大规模膨胀土普查工作，在膨胀土判别方法、膨胀土建筑场地综合评价、膨胀土地基及建筑物变形计算和膨胀土地基大气影响深度等方面进行了研究。上世纪70年代引丹干渠施工期间，发生13处滑坡，引起水利工作者高度重视，南水北调中线膨胀土研究也主要从那时开始。80年代底，我国铁路、水利、交通等部门对膨胀土又组织了比较系统的研究，取得不少有意义的成果。上世纪80—90年代，长江设计院、长江勘测技术研究所等单位在河南构林刁南干渠对膨胀土滑坡进行了现场试验研究，在南水北调中线工程南阳、邯郸等地对膨胀土工程特性及原位强度进行了研究。2002年，交通运输部立项开展了“膨胀土地区公路修筑成套技术研究”，研究以“保湿防渗”为技术思路，开发了公路膨胀土勘察技术、“以柔治胀”的膨胀土路堑边坡柔性支护技术、“封闭包盖”的膨胀土路堤物理处治技术和膨胀土地区公路构造物地基与基础处治技术，取得了集理论、方法以及勘察、设计、施工技术于一体的公路膨胀土治理系列技术，但交通部门膨胀土边坡工作条件与渠道工程存在很大差别。据长江勘测技术研究所的调查统计资料，我国目前近30条膨胀土渠道，约32%的渠道在施工期发生滑坡，约96%的渠道建成后发生滑坡，仅4%左右的渠道运行后没有发生滑坡。尽管我国膨胀土渠道“病害”严重，但直至“十一五”，我国没有组织开展过全国性的膨胀土渠道处理技术专门研究。

引额济乌引水工程部分渠段通过膨胀岩地区，渠道挖深一般

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8—12m左右。设计方案采用“白砂岩”换填1m左右+复合土工膜防渗+混凝土板衬砌的处理方案。白砂岩的设计渗透性为10-6cm/s，但施工后现场估计可能在10-4—10-5cm/s。2006年渠道通水运行后，年年出现渠坡变形破坏，有的甚至已经处理过2次。研究发现，渠水透过土工膜、白砂岩换填层渗入粘土岩，岩体产生膨胀，沿层面发生蠕变和软化。渠道每年秋季退水时，粘土岩中的地下水难以排出，最后在动水压力作用下产生滑动。在这一案例中，土工膜实际上起了很大的负作用，不仅不能防渗，还限制了坡内地下水的排出。

国外对膨胀土渠道的研究主要开始于上世纪50—70年代。美国加州的北水南调工程Friant—Kern渠道长245km，其中87km通过膨胀土地区，渠道挖深5.2—5.4m。1945—1951年施工建设，1949年部分渠道过水，1950年发现衬砌板隆起变形，之后变形不断发展，1954年已有15.5英里渠道遭破坏。70年代，美国垦务局采取3%的石灰对膨胀土坡面及渠底进行改性处理，处理厚度0.6—0.77m，对坡顶也用同样厚度处理7.6m宽（Jack G. Byers, 1980）。1976年处理施工完成，迄今已35年，1994年和2007年，长江设计院两次派出技术人员赴美国现场调研，渠道运行正常，未再出现变形破坏现象。

印度Purna渠道长42km，挖深一般在5m左右。部分渠段经过具有强膨胀性的“黑棉土”地区。工程施工开始于1955年，1968年竣工。建成后15年内，每年在膨胀土渠段都会产生一些滑坡。1983年，采用含砾石红土对坡面处理1m，在坡脚用块石砌筑护脚，之后未再出现滑坡现象（D.N.Kulkarni, N.R.Sawaleshwarkar，1988）。

突尼斯、印度等国的专家在研究膨胀土渠道处理措施时还发现，在膨胀土上直接覆盖土工膜或直接浇筑混凝土，都会引起下伏膨胀土

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