受地下水影响的膨胀土渠道边坡破坏机理及支护技术研究

摘要

膨胀土是一种亲水性强，遇水膨胀的土体，易造成工程破坏，是地质灾害发生主要诱因之一，同时也是一项全球性的治理难题。南水北调是国家解决北方缺水的重要战略工程，南水北调中线全程长1277公里，但其在南阳、沙河等地区共穿越了387公里的膨胀土地带，对其渠道边坡产生了不同程度的破坏，因而解决南水北调膨胀土渠道边坡问题成为该工程的重中之重。国内许多专家学者对南北北调膨胀土已展开了很多研究，但其都是对于膨胀土的开裂特性，降雨入渗，及内部软化结构面等多方面进行探讨，而鲜有考虑到地下水对于南水北调渠道边坡的影响。
　　本文经过对南水北调中线的勘查，总结了渠道边坡的破坏形式，通过试验得出膨胀土的物质组成、化学成分及基本物理性质，分析其膨胀土地质特征。通过对南水北调边坡的破坏形式和开挖渠坡的胀缩结构面研究，把南水北调渠坡的破坏模式总结归纳为3大类，用以认识膨胀土破坏类型与指导膨胀土渠道边坡的加固方案。对南水北调中线膨胀土进行现场取样，进行了大量室内试验，重点研究了其胀缩性能、受干湿循环影响的抗剪强度变化、渗透系数和土水特征曲线。根据试验段实际工况建立数值模型，通过数值模拟和现场监测数据分析渠道边坡的显著影响区深度，分析其渠道边坡内的渗流场分布情况，并耦合边坡稳定性对其安全系数进行验算，得出其渠道边坡破坏机理。从而针对其破坏机理，提出了一套适用一级渠坡以上的内外结合排水+土工格栅加筋体+坡面三维植草的综合防护措施，分析了加固机理措施。
　　本文总结了南水北调渠道边坡的破坏模式，分析确定了大气干湿循环影响区深度，从上层滞水和大气相互作用影响等方面，分析其渗流场分布情况，并分析其安全稳定性，揭示膨胀土渠道边坡的破坏机理，并针对的提出一种综合防护方案，希对南水北调工程膨胀土的研究与防护治理有指导作用。

目录

声明

摘要

1 第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 膨胀土工程特性研究

1．2．2 膨胀土渠坡破坏机理研究

1．2．3 稳定性研究方法现状

1．2．4 加固方式研究

1．3 研究内容与技术路线

2 第二章 南水北调渠坡破坏模式研究

2．1 受风化节理状胀缩结构面控制的浅表层滑坍

2．1．1 破坏类型分析

2．1．2 案例分析

2．2 受上层滞水界面和大气干湿循环影响的的滑坡

2．2．1 破坏类型分析

2．2．2 试验段的选取

2．3 一般层理状结构面控制的深层滑坡

2．3．1 破坏类型分析

2．3．2 案例分析

2．4 膨胀土渠道边坡破坏特点

2．5 本章小结

3 第三章 膨胀土的力学特性研究

3．1 膨胀性试验

3．1．1 自由膨胀率试验

3．1．2 膨胀率试验

3．1．3 膨胀力试验

3．2 干湿循环剪切试验

3．2．1 直剪试验

3．2．2 干湿循环直剪试验

3．3 渗透试验

3．4 土水特征曲线

3．5 本章小结

4 第四章 地下水影响下的膨胀土边坡破坏机理

4．1 理论计算方法

4．1．1 土与大气相互作用计算方法

4．1．2 渗流计算方法

4．1．3 边坡稳定性分析方法

4．1．4 滑动面选择方式

4．2 大气干湿循环显著影响区深度确定

4．2．1 数值模拟分析

4．2．2 现场监测

4．3 渗流场及边坡稳定性分析

4．4 本章小结

5 第五章 综合防护加固机理

5．1 膨胀土渠坡综合防护结构设计

5．2 综合防护结构作用分析与稳定性

5．2．1 渗流和安全稳定性计算分析

5．2．2 土工格栅作用机理分析

5．3 本章小结

6 结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表论文目录及参加的科研项目