14.9南水北调－殷宗泽.pdf

南水北调中线工程 膨胀土问题 河海大学 殷宗泽 一、中线渠道的一、中线渠道的 膨胀土问题膨胀土问题 膨胀土渠段累计长约 386.8 公里，占30。 中线渠段全长1277公里 膨胀土上渠道，常发生滑坡 引丹灌区（引丹灌区（在渠首在渠首）） （（ 1968 － 1974 ）） 总干渠总干渠 陶岔渠首段有2km膨胀土，开工一年后发生滑坡13处，大都发生 在14－15的缓坡上。 干渠干渠 挖方段坍塌55处，填方段滑坡18处。 渠首渠首 水库水库 大坝大坝 是由于存在膨胀性是由于存在膨胀性 二、膨胀土边坡失稳机理二、膨胀土边坡失稳机理 膨胀 吸水膨胀 膨胀，并不能对受力有影响。 土饱和，容重稍增，强度稍降。 是由于膨胀土是非饱和土是由于膨胀土是非饱和土 σ /kPa τ w23.9 w21.1 w18.5 w17.2 117 0 /kPa 134 142 160 14.5 19.2 23.8 28.1 w26.7 5.8 100 200 300 400 93 200 300 cuu bsaf tantan 饱和土强度最低。 稳定性难以捉摸的关键在哪里稳定性难以捉摸的关键在哪里 多裂隙多裂隙 （（1 1）裂隙的产生）裂隙的产生 无裂缝无裂缝 收缩收缩 未收缩未收缩 侧向自侧向自 重应力重应力 裂缝裂缝 收缩收缩 未收缩未收缩 竖向收缩自由 水平向收缩受限制 强收缩性 低渗透性 多裂隙性多裂隙性 膨胀土膨胀土 膨胀性高、收缩性大，渗透性低膨胀性高、收缩性大，渗透性低 抗拉强度抗拉强度 收缩应力 收缩应力 xp  自重侧压力自重侧压力 竖向收缩竖向收缩 竖向横向都收缩竖向横向都收缩 （（2 2）裂隙对土强度的影响）裂隙对土强度的影响 干湿循环干湿循环，，作抗剪强度试验作抗剪强度试验 0-5次干湿循环 强度指标 无裂隙土 5次干湿循环 C/kPa 85.3 31.8 υ / 18.8 10.7 0 1 2 3 4 5 （裂缝开展程度）（裂缝开展程度） F T 强度试验强度试验 干湿循环次数干湿循环次数 1 0 2 10 4 6 8 10 12 14 16 18 20 粘聚力粘聚力 kPakPa 内摩擦角内摩擦角 22 3 4 5 6 20 30 40 50 60 70 80 90 粘聚力 内摩擦角 2 （（3 3）裂隙对边坡稳定的影响）裂隙对边坡稳定的影响 强度指标降低强度指标降低 水浸入裂隙水浸入裂隙 对土体产生渗透力 渗透力 浸润线 裂缝深度 渗流 水压力 对坡中挡水结构产生水压力 混凝土板 坡体被划分成裂隙层和无裂隙层坡体被划分成裂隙层和无裂隙层 裂隙层深度随时间缓慢发展裂隙层深度随时间缓慢发展 这些因素综合，导致膨胀土边坡易失稳。这些因素综合，导致膨胀土边坡易失稳。 裂缝深度线 裂隙膨胀土裂隙膨胀土 强度低强度低 局部滑动面 无裂隙膨胀土无裂隙膨胀土 强度高强度高 （（4 4）用裂隙可解释膨胀土边坡失稳的特点）用裂隙可解释膨胀土边坡失稳的特点 ①① 浅层性浅层性 裂隙开展深度一般3～4 m， 裂隙土强度低， 深层土无裂隙，强度高。 裂缝深度线 裂隙膨胀土裂隙膨胀土 强度低强度低 无裂隙膨胀土无裂隙膨胀土 强度高强度高 ③③ 平缓性平缓性 裂隙土强度低， 裂隙水产生渗透力。 裂隙膨胀土 滑动前 滑动后 原状膨胀土 ②② 牵引性牵引性 坡脚处易浸水饱和，强度降低，渗透力 局部失稳 逐步向上传递构成牵引式滑动。逐步向上传递构成牵引式滑动。 陡坎陡坎 陡坎 ④④ 长期性长期性 裂缝的发展是个长期过程。 ⑤⑤ 季节性季节性 雨季，雨水灌入裂缝，非饱和变为饱和，强度降低； 形成渗透力。 裂隙的影响可以解释膨胀土滑坡的各种特征。裂隙的影响可以解释膨胀土滑坡的各种特征。 证明了裂隙是影响膨胀土边坡稳定的关键性因素。证明了裂隙是影响膨胀土边坡稳定的关键性因素。 膨胀土与黄土比较膨胀土与黄土比较 黄土黄土 膨胀土膨胀土 可作直立陡坡可作直立陡坡 不可不可 可掏窑洞可掏窑洞 不可不可 强度指标相当较高强度指标相当较高 低渗透性低渗透性 { { 相同点相同点 不同点不同点 无裂隙无裂隙 多裂隙（裂土）多裂隙（裂土） 影响膨胀土坡稳定的关键影响膨胀土坡稳定的关键裂隙裂隙 三、膨胀土滑坡实例分析三、膨胀土滑坡实例分析 泥化 黄色覆盖土 灰白色膨胀土 积水 坑在渠底面上约坑在渠底面上约0.7m。。 渠底面在原地面下渠底面在原地面下9m。。 水从哪里来 裂隙裂隙 泥化是结果，不是原因泥化是结果，不是原因 开挖暴露产开挖暴露产 生的裂隙区生的裂隙区 施工暴露引起裂隙施工暴露引起裂隙 膨胀土裂缝开展深度3-4m，个别5m。 8m深处原来无裂隙。 当地灌溉打井50-100m，抽深层地下水。上层为不透水层。 裂隙如何产生裂隙如何产生 水压力 膨胀土 换填的非膨胀土 混凝土板 原裂隙区原裂隙区 0.7m 9m 挖坑 如何避免施工暴露引起裂缝如何避免施工暴露引起裂缝 1. 覆盖土工膜覆盖土工膜 2. 开挖预留开挖预留0.5m土层，换填好土前挖去土层，换填好土前挖去 换土加固边坡换土加固边坡 1. 1. 加固方法加固方法 增加抗滑力增加抗滑力抗滑桩、挡土墙、土工格栅抗滑桩、挡土墙、土工格栅 有效，但投资大。 有效，经济 换好土非膨胀粘性土（可能占用了农田） 掺灰土制成非膨胀土（施工复杂） 四、膨胀土边坡换土加固方法四、膨胀土边坡换土加固方法 没有针对膨胀土的特点。 印度印度 换土厚 1 ～ 1.5m----中等膨胀土 2m ----强膨胀土 膨胀土膨胀土 好土好土 失稳边坡滑面深 4m左右 2. 2. 换土加固机理换土加固机理 为何换土坡安全系数提高了为何换土坡安全系数提高了 膨胀土膨胀土 挖土坡挖土坡 存在裂隙存在裂隙 作用作用 ①① 换填的土本身强度高换填的土本身强度高 ②② 抑制了膨胀土裂缝开展抑制了膨胀土裂缝开展 好土好土 开挖前开挖前 裂缝深裂缝深 约约4m4m 膨胀土膨胀土 新填土坡新填土坡 初期并无裂隙初期并无裂隙 好土好土 受好土保护，蒸发不受好土保护，蒸发不 显著，强度不降低显著，强度不降低 也受好土保护，仅局也受好土保护，仅局 部区域强度降低部区域强度降低 土层 c（kPa） （） （kN/m3） 原状膨胀土 30 20 18 裂隙膨胀土 20 13 18 换填土 30 20 18  工况 安全系数 未换土，膨胀土缝开展达到4m 1.3741.374 设仅1.5m换土深内强度提高；1.5m至4.0m，裂隙膨胀土 1.4361.436 1.5m换土层强度提高；覆盖使覆盖使 1.5m至4.0m，无无裂隙膨胀土 2.1012.101 膨胀土 可能达到的 裂隙深度 12 非膨胀土 换土层 15m 1.5m 2.5m 膨胀土 换土掺灰土 3. 3. 中线工程主要加固方法中线工程主要加固方法 五、结论五、结论 1.1.膨胀土边坡稳定不同于一般粘性土坡的关键膨胀土边坡稳定不同于一般粘性土坡的关键 多裂隙。多裂隙。 裂隙存在，使强度降低；裂隙存在，使强度降低； 存储裂隙水，增加滑动力。存储裂隙水，增加滑动力。 2.2.膨胀土边坡设计、施工、加固等，都要考虑膨胀土边坡设计、施工、加固等，都要考虑 裂隙影响。裂隙影响。 谢谢 谢谢