南水北调中线工程运行期膨胀土长期变形及稳定性分析.pdfVIP

2024年7月EWRHI第45卷第7期

水利水电快报

引用格式：冯党，吴庚，张一楠，等.南水北调中线工程运行期膨胀土长期变形及稳定性分析[J].水利水电快报,2024,45（7）：

29-34.

南水北调中线工程运行期膨胀土长期变形及

稳定性分析

冯党,吴庚1,张一楠,何宜霖²,熊

勇？，何佳林?

（1.中国南水北调集团中线有限公司渠首分公司，河南南阳473000；2.长江科学院水利部岩土力学

与工程重点实验室，湖北武汉430010)

摘要：南水北调中线工程运行数年后，部分膨胀土边坡渠段出现了长期变形问题。为掌握膨胀土渠坡长

期变形规律，利用南水北调中线膨胀土边坡运行期长期监测资料，分析了膨胀土渠坡深层变形的长期发展特

征及其与降雨的关系，揭示了膨胀土边坡深层位移长期发展的内在机理。借鉴土力学流变原理中剪切蠕变的

负幂时间函数，分析了幂指数与蠕变衰减速率之间的关系，确定了边坡长期变形收敛与发散的判别阈值,提出

了用于深挖方膨胀土边坡长期稳定状态的幂次判别法。选取典型膨胀土深挖方边坡，基于实测数据开展膨胀

土边坡长期稳定状态评价。与后续实际运行状态对比表明，幂次判别法具有有效性。研究成果为膨胀土边坡

稳定状态评价和运行维护提供理论与技术支撑。

关键词：膨胀土；长期变形；幂次判别法；南水北调中线工程

中图法分类号：U213.14文献标志码：AD0I:10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.07.005

文章编号：1006-0081(2024)07-0029-06

0引言稳定性,重点研究了预压处理和土体改良对膨胀土

长期压缩特性的影响。雷胜友[8]研究了循环荷载

膨胀土分布广泛,膨胀土问题一直是工程界的下的膨胀土体长期变形问题，并建立了循环荷载下

难题。研究表明,南水北调中线工程深挖方膨胀土重塑膨胀土长期变形数学模型。韦杰等[9]研究了

渠道边坡存在浅层胀缩变形导致的浅层破坏和深层降雨/蒸发对膨胀土边坡长期稳定性的影响，论述了

裂隙控制的整体失稳1-3]。南水北调中线工程建设

降雨因素对长期稳定性的影响机理。蔡正银等[10]

资料显示,采取水泥改性土对表层膨胀土进行换填指出干湿、冻融循环耦合作用下,膨胀土渠坡的劣化

压重处理，有效解决了膨胀土渠坡的浅层失稳问题；过程逐渐向深部发展，并最终发展成为贯通的横向

针对深层稳定性问题，对一级边坡采用抗滑桩进行张拉裂隙。吴庚等[11开展了高边坡现场试验,并将

全断面加固,但对二级及以上边坡,仅对开挖揭露有膨胀土边坡变形发展按照发展速率分为4种状态类

深层裂隙面的部分边坡采用抗滑桩加固[4-6]。运行

别。部分学者以加人改良剂的方式，提高膨胀土边

期边坡位移监测数据显示，抗滑桩加固后渠段变形坡的长期稳定性，并做了大量试验，证明了其有效

较小，且持续收敛，而部分未采用抗滑桩加固的渠性[12-14]。上述研究侧重于考虑膨胀土干湿循环下

段，深层位移累计值较大，且处于持续长期发展状胀缩特性引起的长期稳定问题,对于深层裂隙面随

态，直接影响南水北调中线工程的安全高效运行。时间扩展导致的长期变形特征研究较少。

针对膨胀土的长期变形及长期稳定性问题,现有关长期稳定状态评价方面，部分学者利用非

有研究多从膨胀土的胀缩性人手,考虑干湿循环导线性方程来描述土体