膨胀土工程特性、渠坡破坏机理及防治对策 - 图文

槽的尺寸，或增设（哪怕是不连续的）矮脚墙，都能一定程度上改善渠坡的受力条件。

7.柔性支挡+地下地表排水

交通部门在处理公路路堑膨胀土边坡时，也经常使用柔性支挡+地下排水相结合的处理方法。其做法是利用土工格栅做成加筋土柔性挡墙，厚度2m左右，在挡墙内侧膨胀土开挖面上设置砂砾石排水层，保证坡内地下水能通过垫层及时排走。

四、渠道抬升变形机理与防治

1.抬升变形机理

南非、以色列的专家均发现了膨胀土渠道建成后的隆升现象。南阳膨胀土试验段渠道建成后也出现了明显抬升，其中挖深15m的中膨胀土区渠底最大抬升达到80—100mm，挖深13m的弱膨胀土区渠底最大抬升达到20—30mm。

渠底抬升变形与膨胀土含水量增高密切相关。膨胀土作为超固结土，天然情况下含水量处于与围限压力相平衡的状态，即含水量基本相当于塑限，处于非饱和状态。渠道开挖后，围限压力减小，土体发生卸荷松弛，土水平衡关系被打破。在之后的相当长时间内，土体含水量将逐步升高，直到达成新的土水平衡，即达到与新的围压相适应的土体重度和含水量，见图4-1。

28

含水量

膨胀土 卸荷 非膨胀土 天然情况下的土水平衡点 土体重度

图4-1 膨胀土土水平衡演变示意图

2.抬升变形的时效性

膨胀土渗透性微弱，因而在相对封闭环境下，膨胀土含水量升高是一个比较缓慢的过程，需要借助毛管水作用将深部土体的水分缓缓搬迁至渠底松弛带。以色列专家观测发现，对于挖深6—7m的渠道，渠底土体含水量在一年后基本达到新的平衡。南阳试验段观测揭示，在挖深15m的中膨胀土区，渠道封闭充水后一年半，抬升变形尚未结束。因此要等土水平衡自然实现需要较长的时间。 3.抬升变形控制

南非在控制抬升变形时主要采取预浸的方法，让渠底膨胀土含水量提前上升，防止衬砌施工后再产生膨胀。但这一做法，对于渠道挖深较大、渠坡稳定问题复杂的中线工程，存在较大的风险。

膨胀土有荷饱水膨胀试验揭示，随着荷载增大，膨胀变形量呈负指数趋势减小，在荷载大于50kPa时，变形量就已经减小到无荷膨胀

29

量的30%左右。因此，增加改性土厚度，可以有效减小抬升变形，使其控制在衬砌能够承受的范围内。

对于深挖方地段，也可将设计底板高度略为降低10—20cm，以免抬升变形对过水断面面积产生影响。

五、十二五国家科技支撑计划膨胀土处理技术研究简介

1.课题组成及研究内容

十二五国家科技支撑计划南水北调中线工程关键技术项目根据工程存在的问题，共设置7个课题，其中6个与膨胀土处理技术有关。

课题一：施工期膨胀土开挖边坡稳定性预测技术

针对全线膨胀土，开展四方面内容研究： 1）膨胀土渠道开挖施工地质技术标准； 2）膨胀土开挖渠坡裂隙快速编录技术；

3）适合中线工程不同地区的膨胀性快速鉴别技术； 4）渠坡稳定性预测技术。

课题二：强膨胀土（岩）渠道处理技术

重点结合TS13、TS95、TS216等渠段，主要研究三方面内容： 1）强膨胀土（岩）工程特性及地质结构研究； 2）强膨胀土（岩）渠坡滑动破坏和膨胀变形规律研究； 3）强膨胀土（岩）渠道处理技术研究。

课题三：深挖方膨胀土渠道渠坡抗滑及渠基抗变形技术

重点结合TS11、TS42、TS95等渠段，主要研究三方面内容： 1）深挖方膨胀土渠道渠坡稳定性控制因素及规律研究； 2）深挖方膨胀土渠道渠坡抗滑措施研究； 3）深挖方膨胀土渠基抬升变形处理措施研究。

30

课题四：膨胀土渠道防渗排水技术

主要开展三方面内容研究：

1）膨胀土（岩）水文地质及地下水类型和补径排特征研究； 2）不同类型地质结构时地下水对渠坡及衬砌结构稳定影响研究； 3）渠道渗控措施及施工技术研究。

课题五：膨胀土水泥改性处理施工技术

主要研究四方面内容：

1）膨胀土土料粒径控制及级配指标； 2）掺灰量检测标准；

3）膨胀土水泥改性土填筑质量控制； 4）膨胀土水泥改性处理施工工艺。

课题七：膨胀土渠道及高填方渠道安全监测预警技术

主要研究三方面内容：

1）膨胀土渠道安全监测方案及预警技术； 2）填方渠道安全监测方案及预警技术； 3）渠道安全监测信息集成及安全预警系统。

2．课题进展及预期要解决的问题

课题在2011年9月开始启动，11月开始现场调研和细化研究方案，12月开始现场试验和室内试验研究。2012年2月，开始现场埋设监测仪器。

预期目标：一是解决工程建设中的实际问题，优化设计和施工方案；二是提升膨胀土相关理论。

课题计划在2012年提出初步成果，并在应用过程中进一步完善；2013年在实践检验过程中优化完善；2014年主要评价研究成果的可

31

靠性，并结题。

32