南水北調(diào)中線膨脹土（巖）地段渠道破壞機(jī)理和處理技術(shù)研究

李青云，程展林，龔壁衛(wèi)，郭熙靈，包承綱

（1．長江科學(xué)院，武漢 430010；2．長江科學(xué)院水利部巖土力學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430010）

1 概 述

南水北調(diào)中線工程總干渠全長1 432 km，渠道沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，穿越膨脹土（巖）渠段累計(jì)長約386．8 km。膨脹性土（巖）分布區(qū)地貌形態(tài)多為丘陵，壟崗和山前沖洪積、坡洪積裙，渠道挖深以小于15 m為主，局部渠段挖深15～30 m，少數(shù)渠段挖深超過30 m。膨脹土（巖）因其具有特殊的工程特性，易造成渠坡失穩(wěn)，對工程的安全運(yùn)行影響很大，而且其處理難度、處理的工程量和投資也較大，因此，膨脹土（巖）的處理是南水北調(diào)中線工程的主要技術(shù)問題之一［1］。

早在20世紀(jì)70年代，在該地區(qū)修建引丹渠首引渠時，就在膨脹土地段發(fā)生過13處大滑坡，為此花費(fèi)了許多精力、時間和大量資金進(jìn)行治理，當(dāng)時所采用的方法以剛性支擋為主。南水北調(diào)中線工程膨脹土（巖）渠坡規(guī)模更大、地質(zhì)條件更復(fù)雜，必須研究更為有效的工程措施，才能確保渠道工程安全可靠地運(yùn)行。

南水北調(diào)中線工程經(jīng)過多年的勘探、規(guī)劃、設(shè)計(jì)，完成了大量的前期工作，為工程的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。在總體可研階段，膨脹土（巖）渠坡的主要處理措施是換填非膨脹黏性土［2］。但在工程實(shí)施階段，這種處理措施仍有論證、優(yōu)化或改進(jìn)的必要。在膨脹土地區(qū)往往缺乏換填用的非膨脹性黏性土，絕大多數(shù)情況下需要遠(yuǎn)距離取土，不僅成本高，而且取土將破壞大量農(nóng)田，同時渠道開挖的膨脹土（巖）棄料也會占用農(nóng)田，因此，研究新的渠坡處理措施以利用開挖的膨脹土棄料是非常必要的。此外，以往在膨脹土渠坡破壞機(jī)理、穩(wěn)定性分析方法上尚缺乏合理、可靠的理論，對于膨脹土（巖）渠坡處理措施、施工質(zhì)量控制、處理效果等方面的關(guān)鍵性技術(shù)問題也未進(jìn)行過有針對性的系統(tǒng)研究，對于可研階段提出的各種處理方案的合理性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性缺乏比較，更缺乏大規(guī)模的現(xiàn)場施工檢驗(yàn)。

鑒于此，科技部和國務(wù)院南水北調(diào)辦公室在國家“十一五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“南水北調(diào)工程若干關(guān)鍵技術(shù)問題研究與應(yīng)用”中專門設(shè)立“膨脹土地段渠道破壞機(jī)理及處理技術(shù)研究”課題，課題的任務(wù)是研究南水北調(diào)中線膨脹土（巖）渠坡破壞機(jī)理并提出膨脹土（巖）渠坡穩(wěn)定性分析方法；研究膨脹土（巖）渠道如何進(jìn)行處理并提出經(jīng)濟(jì)可行的處理方案，為南水北調(diào)中線工程提出更為可靠合理的解決方案，最大限度地降低工程對環(huán)境的影響。

課題牽頭單位長江水利委員會長江科學(xué)院會同長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院、南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局、河南省水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司、河海大學(xué)和南水北調(diào)工程建設(shè)監(jiān)管中心聯(lián)合進(jìn)行了攻關(guān)研究。經(jīng)過3年多的室內(nèi)和現(xiàn)場試驗(yàn)研究工作，取得大量研究成果。目前，課題研究工作已近尾聲。本文將對課題的研究內(nèi)容、技術(shù)路線、取得的進(jìn)展和主要結(jié)論進(jìn)行較為系統(tǒng)的介紹。

2 研究現(xiàn)狀

膨脹土是一種遇水膨脹、失水收縮，脹縮效應(yīng)十分明顯的特殊黏性土。膨脹土（巖）對工程的危害是當(dāng)今巖土工程界急需解決的全球性技術(shù)難題之一。

國外從20世紀(jì)30年代開始注意到膨脹土的破壞現(xiàn)象，并進(jìn)行了有關(guān)研究。我國的水利、公路、鐵路等部門從20世紀(jì)60年代開始，對膨脹土的結(jié)構(gòu)、礦物成分以及膨脹土分類和膨脹基本特性等方面進(jìn)行了試驗(yàn)研究并取得了大量研究成果［3－8］。在以后的二三十年中，對膨脹土的強(qiáng)度、變形所開展的研究工作從未間斷，但這些工作大多是基于飽和土的理論進(jìn)行的，在反映膨脹土的非飽和特性方面存在明顯的缺陷，如不能反映膨脹土干濕循環(huán)過程中的強(qiáng)度、變形的變化，因此也很難全面反映膨脹土土體的工程特性。20世紀(jì)90年代開始，隨著非飽和土試驗(yàn)研究技術(shù)的發(fā)展，國際上興起了非飽和土研究熱潮，膨脹土作為其中比較典型的非飽和土，受到更多的關(guān)注，研究者注意到不能再將膨脹土作為一般黏性土看待［9，10］。

膨脹土（巖）邊坡的破壞形式一般為漸進(jìn)性淺層破壞，而目前膨脹土（巖）邊坡穩(wěn)定分析主要采用極限分析法、有限元法等［11－15］，在抗剪強(qiáng)度參數(shù)的選取上往往采用折減法，土的本構(gòu)關(guān)系也基本沿用飽和土的本構(gòu)關(guān)系，不能反映膨脹土濕脹干縮特性以及膨脹力產(chǎn)生的獨(dú)特作用，也很難全面反映降雨、裂隙、膨脹特性等因素對邊坡破壞的影響，因此，尚不能正確反映膨脹土（巖）邊坡失穩(wěn)的特殊性。為此，急需針對南水北調(diào)中線工程的實(shí)際，在膨脹土（巖）渠坡破壞機(jī)理的研究基礎(chǔ)上，提出適合膨脹土（巖）特性的邊坡穩(wěn)定分析方法。

在膨脹土的工程處理方面，水利、公路、鐵路等部門以往多使用摻石灰、固化劑等改變膨脹土的脹縮性、提高強(qiáng)度的方法［16－20］，但這些方法應(yīng)用于渠道工程可能存在環(huán)保問題［21］；近年來，隨著新技術(shù)在巖土工程中的運(yùn)用，土工格柵、土工布（膜）等土工合成材料開始用于膨脹土路堤的回填、路塹的處理和渠道防滲等工程中。目前這些技術(shù)更多的是借鑒其它工程的經(jīng)驗(yàn)，如果應(yīng)用于南水北調(diào)中線工程，則需要通過專門的試驗(yàn)研究工作從理論上對這些技術(shù)進(jìn)行合理的分析，同時，需要大規(guī)模現(xiàn)場試驗(yàn)去檢驗(yàn)這些措施的可行性，并解決工藝問題，以便有良好的施工工藝做保證，同時還要做經(jīng)濟(jì)性分析，這些都是以往試驗(yàn)研究所缺乏的。

圍繞上述需求，本課題將首先系統(tǒng)研究南水北調(diào)中線膨脹土（巖）的脹縮特性、強(qiáng)度和變形特性、地質(zhì)結(jié)構(gòu)的分帶特征等問題；并研究分析適合于中線工程膨脹土（巖）的處理技術(shù)；其后，開展室內(nèi)輔助性試驗(yàn)，比較各種措施的處理效果；在膨脹土渠坡破壞機(jī)理研究的基礎(chǔ)上，提出適合膨脹土（巖）特性的邊坡穩(wěn)定分析方法；選擇膨脹土（巖）代表性渠段進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，通過大規(guī)?，F(xiàn)場試驗(yàn)，驗(yàn)證和比較各種處理方案的合理性，根據(jù)膨脹土（巖）特性及工程地質(zhì)條件，提出膨脹土（巖）地段渠坡處理的設(shè)計(jì)原則、處理措施和推薦方案的施工工藝及質(zhì)量檢測方法，最后研究提出膨脹土（巖）渠坡施工控制方法，為南水北調(diào)中線總干渠大規(guī)模施工積累經(jīng)驗(yàn)，以達(dá)到保證工程質(zhì)量、保障工程安全運(yùn)行和節(jié)省工程投資的目的。

3 研究內(nèi)容和技術(shù)路線

3．1 研究內(nèi)容

本課題分解為4個專題和若干子題，專題設(shè)置及相應(yīng)的研究內(nèi)容如下。

專題1：膨脹土（巖）體基本特性研究。主要研究南水北調(diào)中線膨脹土（巖）的裂隙特征及其分布規(guī)律、膨脹土（巖）的理化及脹縮特性、膨脹土（巖）的強(qiáng)度與變形特性和非飽和滲透特性等。

專題2：膨脹土（巖）渠坡破壞機(jī)理及穩(wěn)定性分析方法研究。對南水北調(diào)中線膨脹土（巖）渠坡的破壞形態(tài)、破壞特征和破壞模式進(jìn)行研究分析，研究膨脹土（巖）渠坡的破壞機(jī)理，提出適合膨脹土（巖）渠坡的穩(wěn)定分析方法。

專題3：膨脹土（巖）處理技術(shù)研究。選擇土工合成材料和其它加固和改性技術(shù)，進(jìn)行南水北調(diào)中線膨脹土（巖）處理、加固效果的試驗(yàn)研究，分析各種加固、處理技術(shù)效果和適用條件，在此基礎(chǔ)上選擇若干種處理措施，開展大規(guī)?，F(xiàn)場試驗(yàn)，驗(yàn)證比較各種膨脹土（巖）渠坡處理方案的合理性。

專題4：膨脹土（巖）渠坡的設(shè)計(jì)與施工研究。主要進(jìn)行南水北調(diào)中線膨脹土（巖）現(xiàn)場鑒別方法、綜合處理措施方案設(shè)計(jì)及相應(yīng)的施工工藝、膨脹土（巖）渠坡施工控制指標(biāo)及質(zhì)量檢測方法等內(nèi)容的研究，最終為編制相關(guān)的設(shè)計(jì)與施工導(dǎo)則提供依據(jù)。

3．2 技術(shù)線路

課題研究綜合采用了室內(nèi)物理力學(xué)性試驗(yàn)、物理模型試驗(yàn)、數(shù)值模型分析和現(xiàn)場試驗(yàn)等多種研究手段。所采取的技術(shù)路線闡述如下：

（1）通過室內(nèi)基本特性試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了南水北調(diào)中線膨脹土（巖）物理、水理、力學(xué)特性，并提供數(shù)值模型分析參數(shù)和相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)；

（2）通過現(xiàn)場試驗(yàn)段裸坡試驗(yàn)區(qū)模擬運(yùn)行工況試驗(yàn)、室內(nèi)大比尺物理模型、離心模型試驗(yàn)等揭示了膨脹土（巖）邊坡破壞的模式和過程，分析了邊坡失穩(wěn)機(jī)理和主要的控制因素。在此基礎(chǔ)上，分別采用了非線性有限元、非連續(xù)變形分析方法（DDA）進(jìn)行膨脹土（巖）渠坡破壞過程模擬，提出了適合膨脹土（巖）渠坡特點(diǎn)的穩(wěn)定性分析方法；

（3）通過專項(xiàng)輔助性試驗(yàn)，研究了膨脹土（巖）開挖料的壓實(shí)性能，水泥改性膨脹土，土工格柵加筋處理膨脹土和土工袋技術(shù)處理膨脹土的機(jī)理和效果；

（4）通過典型渠段現(xiàn)場試驗(yàn)的實(shí)施和運(yùn)行工況的模擬試驗(yàn)，驗(yàn)證室內(nèi)試驗(yàn)提出的處理措施，并制定相關(guān)的施工工藝、施工質(zhì)量控制方法和控制標(biāo)準(zhǔn)。

在膨脹土（巖）渠坡破壞機(jī)理以及處理技術(shù)試驗(yàn)的研究中，分別采用了靜力物理模型、土工離心模型、現(xiàn)場試驗(yàn)以及數(shù)值分析等手段，這些手段在影響因素、比尺關(guān)系、相似性等方面各有優(yōu)缺點(diǎn)，研究中充分注意了各種手段的優(yōu)點(diǎn)、局限性和手段間的互補(bǔ)性，并進(jìn)行交互驗(yàn)證，因而獲得較好效果，具體介紹如下：

3．2．1 現(xiàn)場試驗(yàn)

在中線工程渠線上，選擇膨脹土（巖）的典型地段（河南新鄉(xiāng)膨脹巖渠坡處理試驗(yàn)段、河南南陽膨脹土渠坡處理試驗(yàn)段），開挖與中線渠道設(shè)計(jì)斷面接近一致的渠道，進(jìn)行近似原型試驗(yàn)，其膨脹土（巖）性質(zhì)、地質(zhì)特點(diǎn)、自重應(yīng)力以及環(huán)境因素等各種因素完全與渠道運(yùn)行實(shí)際情況相同，試驗(yàn)重點(diǎn)是進(jìn)行渠坡破壞模式和處理措施效果的驗(yàn)證試驗(yàn)。

3．2．2 室內(nèi)物理模型試驗(yàn)

無論是小比尺還是大比尺的膨脹土（巖）邊坡模型，其土質(zhì)結(jié)構(gòu)、邊坡的幾何特征和應(yīng)力狀況均無法與原型保持完全一致，但巖土體的膨脹性完全相似，而且土質(zhì)和環(huán)境因素可控制，邊界條件明確，這種試驗(yàn)主要用于觀測膨脹性在邊坡失穩(wěn)中的作用，同時還可以進(jìn)行處理措施的防護(hù)機(jī)理研究和效果對比。

3．2．3 土工離心模型試驗(yàn)

模型邊坡和原型渠坡幾何和應(yīng)力均相似，但只能取擾動樣進(jìn)行試驗(yàn)，在環(huán)境因素控制方面有局限性，重點(diǎn)進(jìn)行破壞機(jī)理模式和壓重效果的模擬研究。

3．2．4 數(shù)值模型分析

在模型試驗(yàn)研究結(jié)果基礎(chǔ)上，根據(jù)膨脹土（巖）特性及邊坡失穩(wěn)模式和機(jī)理，專門開發(fā)適合膨脹土（巖）邊坡穩(wěn)定計(jì)算的方法，并對模型試驗(yàn)結(jié)果、原型實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合，在不斷完善的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行相關(guān)處理措施對比分析和敏感性分析。

綜上所述，課題通過數(shù)值模擬和物理模型試驗(yàn)進(jìn)行了膨脹土（巖）渠坡破壞機(jī)理研究，提出了膨脹土（巖）渠坡穩(wěn)定性分析方法，分析研究了膨脹土（巖）處理措施的效果，通過現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)行效果驗(yàn)證，同時對各種處理措施的施工工藝參數(shù)進(jìn)行對比分析，并提出了完整方案。

4 課題所取得的成果

4．1 膨脹土（巖）主要特性和改性試驗(yàn)

南水北調(diào)中線干線工程涉及的膨脹土（巖）包括第三系膨脹巖和第四系膨脹土。膨脹土（巖）主要分布在陶岔（渠首） 北汝河段、輝縣 新鄉(xiāng)段、邯鄲 邢臺段，此外，穎河及小南河兩岸、淇河 洪河南、南士旺 洪河、石家莊、高邑等地也有零星分布。

據(jù)最新的工程地質(zhì)勘探，在中線工程總干渠渠線上，分布有膨脹巖的渠段長169．7 km，分布有膨脹土的渠段長279．7 km（部分渠段既分布有膨脹土，又分布有膨脹巖）。在膨脹巖渠段中，強(qiáng)膨脹巖渠段長34．2 km，中等膨脹巖渠段長58．73 km，弱膨脹巖渠段長76．79 km；在膨脹土渠段中，強(qiáng)膨脹土渠段長5．69 km，中等膨脹土渠段長103．5 km，弱膨脹土渠段長170．5 km。

4．1．1 膨脹土（巖）的物理水理性能

不同地域膨脹土（巖）的分布、時代、成因等存在一定的差異，南水北調(diào)中線典型地段的膨脹土（巖）基本特性見表1。

4．1．2 膨脹土（巖）的強(qiáng)度特征

以中、弱膨脹土（巖）為主，主要研究了原狀土（巖）的天然強(qiáng)度，裂隙對強(qiáng)度的影響規(guī)律，含水量變化（包括天然、飽和2種含水量）對有效應(yīng)力強(qiáng)度的影響規(guī)律，裂隙面強(qiáng)度特征，不同條件下強(qiáng)度參數(shù)的取值，飽和狀態(tài)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系特性等；同時進(jìn)行了擊實(shí)樣不同含水量條件下的有效應(yīng)力強(qiáng)度試驗(yàn)；開展了現(xiàn)場大型剪切試驗(yàn)，并與室內(nèi)原狀樣試驗(yàn)和擾動樣試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析，分析了尺寸效應(yīng)對參數(shù)的影響。

在上述實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，提出了合理的計(jì)算模型參數(shù)和膨脹土巖邊坡的設(shè)計(jì)參數(shù)取值原則。

表1 中線總干渠典型渠段膨脹土（巖）基本特性參數(shù)Table 1 Characteristic parameters of typical expansive soil（rock）of MRP

4．1．3 膨脹土（巖）的膨脹性

主要研究了膨脹土（巖）不同含水量、不同應(yīng)力狀態(tài)下的膨脹特性等問題。

（1）利用固結(jié)儀進(jìn)行了不同起始含水量至飽和狀態(tài)下，擊實(shí)樣及原狀樣膨脹率和膨脹力試驗(yàn)；

（2）利用三軸儀測定膨脹土（巖）在不同應(yīng)力水平下的膨脹體變及軸向應(yīng)變，研究了偏應(yīng)力對膨脹變形的影響；

（3）通過實(shí)驗(yàn)研究了不同膨脹等級的膨脹土（巖）含水量和密度對膨脹土（巖）模量、線膨脹系數(shù)的影響。

上述研究結(jié)果成為渠坡的壓重防護(hù)處理措施中厚度選擇的主要依據(jù)之一。

4．1．4 膨脹土（巖）的渠坡穩(wěn)定分析參數(shù)

進(jìn)行了膨脹土巖原狀樣天然狀態(tài)及飽和狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系試驗(yàn)，并提出變形模量及泊松比等計(jì)算所需的參數(shù)。

（1）研究了膨脹土（巖）渠坡應(yīng)力應(yīng)變分析中的指標(biāo)（包括鄧肯模型參數(shù)）的實(shí)驗(yàn)和取值分析；

（2）研究了膨脹土（巖）擾動樣的膨脹性參數(shù)，包括不同起始含水率、密度和上覆壓力下膨脹土（巖）的線膨脹性系數(shù)和膨脹率。

4．1．5 膨脹土（巖）開挖料的壓實(shí)性能及改性試驗(yàn)

（1）用非飽和土理論和實(shí)驗(yàn)研究了壓實(shí)土體的持水性能和工程性狀。

（2）膨脹土回填料的壓實(shí)度控制問題：膨脹土（巖）回填壓實(shí)度的控制有別于一般黏土，壓得越密后期的膨脹量越大，其壓實(shí)密度既不能太小又不能過高，因此，用膨脹性巖土作為填筑材料，填筑后的膨脹性能是一個十分關(guān)鍵的控制因素。為此，系統(tǒng)進(jìn)行了不同起始含水率、不同壓實(shí)密度條件下的膨脹性（膨脹力和膨脹變形）試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析提出了膨脹土（巖）壓實(shí)度雙指標(biāo)控制的依據(jù)，為土工格柵、土工袋等處理措施中的填料碾壓控制標(biāo)準(zhǔn)提供分析依據(jù)。

（3）纖維改性：在膨脹土中摻入一定量的人工合成纖維，可形成“真正的”加筋土。進(jìn)行了大量的室內(nèi)試驗(yàn)，研究了不同材料、不同形狀和不同長度纖維對膨脹土的膨脹性約束和抗拉強(qiáng)度提高的效果。

（4）水泥改性：進(jìn)行了一系列水泥改性膨脹土試驗(yàn)。通過改性后的自由膨脹率試驗(yàn)，確定了水泥的最佳摻量；通過脹縮特性試驗(yàn)，研究了水泥改性對降低膨脹潛勢的效果；通過無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、壓縮等力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)，研究了水泥改性對膨脹土強(qiáng)度軟化、模量軟化的抑制效果。

4．2 膨脹土（巖）渠坡破壞模式和機(jī)理

根據(jù)以往的觀測，膨脹土邊坡失穩(wěn)主要有2種類型：淺層滑動和深層滑動。在實(shí)際工程中，淺層滑動較為多見，主要發(fā)生在淺層大氣影響范圍內(nèi)（2～3 m左右），這類渠坡失穩(wěn)模式是本文研究重點(diǎn)。深層滑動則主要由軟弱結(jié)構(gòu)面控制，可按照通常的邊坡穩(wěn)定問題處理，不是本文討論的重點(diǎn)。

從新鄉(xiāng)膨脹巖渠坡處理試驗(yàn)段、南陽膨脹土渠坡處理試驗(yàn)渠道開挖過程以及開挖后工況模擬過程出現(xiàn)的渠坡失穩(wěn)的現(xiàn)象看，渠坡失穩(wěn)主要是淺層滑坡，且可分為2種類型：

第一種類型為開挖過程中的即時滑坡。從滑坡勘探看，失穩(wěn)原因是由膨脹土固有的裂隙面組成有利于滑動的產(chǎn)狀而產(chǎn)生滑坡，此類滑坡主要由裂隙面控制，屬重力作用下的失穩(wěn)，這一點(diǎn)在南陽膨脹土試驗(yàn)段反映得非常明顯，例如，中膨脹土試驗(yàn)段7區(qū)渠道開挖中發(fā)生滑動，就是沿已有裂隙面（實(shí)測內(nèi)摩擦角小于10°）滑動的。

第二種類型為滯后性滑坡，即開挖后渠坡是穩(wěn)定的，但經(jīng)過人工降雨或者一個階段的自然降雨后，渠坡發(fā)生了滑動，一般為從坡腳向坡頂發(fā)展的逐級牽引式滑動破壞。例如，在新鄉(xiāng)膨脹巖試驗(yàn)段裸坡試驗(yàn)區(qū)，中、弱膨脹巖 4種不同坡比（1∶1．5，1∶2．0，1∶2．5和1∶3．0）的裸坡，經(jīng)人工降雨后，有 2個邊坡失穩(wěn)；在南陽膨脹土試驗(yàn)段裸坡試驗(yàn)區(qū)，中膨脹土實(shí)驗(yàn)區(qū)2種坡比（1∶1．5，1∶2．0）的裸坡經(jīng)人工降雨后均發(fā)生破壞，弱膨脹土坡比為1∶2．0的渠坡在人工降雨后也發(fā)生滑坡（見本專輯中彩色插頁1：試驗(yàn)段膨脹土（巖）渠坡失穩(wěn)現(xiàn)象圖片）。

觀測資料顯示，膨脹土渠道坡腳部位的位移比坡肩部位的位移大，表明邊坡的失穩(wěn)先從坡腳開始發(fā)生，然后逐步向上牽引式發(fā)展。這類滑坡事先沒有明顯的滑動面，如果按照通常的穩(wěn)定性計(jì)算方法和強(qiáng)度折減計(jì)算，這類邊坡在重力作用下是穩(wěn)定的，它們之所以失穩(wěn)應(yīng)該與膨脹土（巖）膨脹性有關(guān)。

為驗(yàn)證這種想法，在室內(nèi)專門進(jìn)行了大比尺（與原型渠坡的尺寸比為1∶10）膨脹土邊坡物理模型試驗(yàn)。模型試驗(yàn)采用強(qiáng)膨脹土（巖）、中膨脹土（巖）的擾動樣分層壓實(shí)，對于擾動樣，膨脹土體固有的裂隙性和超固結(jié)性均已消除，只有膨脹性保留，3個模型的試驗(yàn)結(jié)果顯現(xiàn)了膨脹土渠坡在沒有裂隙以及重力很小的情況下，人工降雨產(chǎn)生滑坡過程（見本專輯中彩色插頁3：模型試驗(yàn)中膨脹土（巖）渠坡失穩(wěn)現(xiàn)象）。

通過物理模型試驗(yàn)和膨脹土（巖）現(xiàn)場渠坡人工降雨試驗(yàn)的綜合分析，認(rèn)為膨脹土（巖）坡失穩(wěn)機(jī)理是與重力和膨脹性共同作用有關(guān)的。渠坡穩(wěn)定的主要影響因素包括膨脹土巖的強(qiáng)度變化、膨脹性大小及裂隙的發(fā)育程度等。水分狀態(tài)的改變（增加）導(dǎo)致膨脹性（膨脹變形、膨脹力）和遇水強(qiáng)度降低（降雨入滲土體飽和度增加，吸力減?。?，裂隙產(chǎn)生和發(fā)展是滑坡產(chǎn)生的促進(jìn)因素，因此，膨脹土（巖）渠坡失穩(wěn)表現(xiàn)出淺層性、時間效應(yīng)、雨水的誘發(fā)等特征。

上述2種類型的失穩(wěn)模式，其機(jī)理和處理辦法均不相同。第一種類型的淺層滑坡主要受裂隙控制，只要裂隙產(chǎn)狀組合有利，開挖時在重力作用下即發(fā)生滑坡，其處理辦法為局部挖除，回填壓實(shí)；第二種類型的失穩(wěn)模式在挖方段、填方均存在，是本課題研究的重點(diǎn)，膨脹土（巖）渠坡穩(wěn)定分析以及處理措施實(shí)驗(yàn)研究主要是針對這類失穩(wěn)模式進(jìn)行的。

4．3 膨脹土邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法

4．3．1 主要思路

以往，膨脹土邊坡穩(wěn)定分析方法主要有剛體極限平衡法和有限元法。剛體極限平衡法是邊坡穩(wěn)定分析的常用方法，其原理簡單，比較實(shí)用。但邊坡穩(wěn)定計(jì)算方法僅考慮重力的影響而沒有考慮膨脹性的影響，該方法僅適用于常規(guī)黏性土，不能考慮膨脹土（巖）的工程特性和其特殊的邊坡失穩(wěn)的模式，計(jì)算結(jié)果與膨脹土（巖）邊坡破壞的實(shí)際情況有很大差異，容易產(chǎn)生誤導(dǎo)。例如，對于膨脹土邊坡在坡比1∶5的情況下仍然滑坡就無法解釋［11］。顯然，膨脹土（巖）渠坡穩(wěn)定分析中必須考慮膨脹性（膨脹力和膨脹變形）在其中起的作用。

在膨脹土（巖）渠坡失穩(wěn)模式和機(jī)理分析基礎(chǔ)上，本課題重點(diǎn)篩選出影響邊坡穩(wěn)定的含水量和強(qiáng)度等關(guān)鍵因素，最終提出了與溫度場等效的濕度場來模擬膨脹土邊坡的吸濕變形，并建立了2套適用于膨脹土（巖）的邊坡穩(wěn)定分析方法，簡略介紹如下（詳見本專輯中相關(guān)文章）。

4．3．2 基于非線性有限元的膨脹土（巖）渠坡失穩(wěn)數(shù)值模擬

采用流固耦合的非線性有限元分析方法，對膨脹巖邊坡降雨失穩(wěn)現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，在ABAQUS平臺上改進(jìn)了邊坡穩(wěn)定分析技術(shù)，使之能考慮膨脹巖的膨脹性、裂隙性以及非飽和膨脹土（巖）的吸濕軟化特性。建立了一套能考慮水分入滲的膨脹巖土邊坡的穩(wěn)定分析方法，該方法設(shè)定降雨前后邊坡含水量為分布場，抗剪強(qiáng)度、密度等參數(shù)為含水量的函數(shù)，可分析評價膨脹巖土邊坡在降雨情況下的穩(wěn)定性。通過現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了方法的合理性和有效性。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明非飽和膨脹巖的吸濕軟化特性是膨脹巖邊坡漸進(jìn)性破壞的主要原因，膨脹性進(jìn)一步加劇了這種影響；大氣影響帶膨脹巖的風(fēng)化、干濕循環(huán)影響的淺層裂隙，是膨脹巖邊坡淺層滑動的根源。

4．3．3 基于 DDA的膨脹土（巖）渠坡破壞過程模擬

非連續(xù)變形分析方法（簡稱DDA）能很好地分析非連續(xù)體的變形、破壞過程和穩(wěn)定性，目前在巖石邊坡等穩(wěn)定分析和破壞過程中應(yīng)用廣泛［22，23］。本課題結(jié)合膨脹土（巖）渠坡的破壞機(jī)理和模式以及膨脹土（巖）的裂隙特性、膨脹特性，建立了DDA模擬膨脹土（巖）渠坡的破壞過程的分析方法。該方法能夠模擬膨脹土（巖）渠坡在吸濕膨脹和強(qiáng)度降低作用下的破壞過程。計(jì)算結(jié)果表明，膨脹土（巖）渠坡在吸濕膨脹和強(qiáng)度降低后發(fā)生淺層順坡向滑動破壞，與工程實(shí)際破壞現(xiàn)象吻合，很好地?cái)M合物理模型和現(xiàn)場試驗(yàn)中的膨脹土（巖）渠坡失穩(wěn)過程和破壞形態(tài)。表明用于模擬膨脹土（巖）渠坡的破壞過程是合理適用的，為膨脹土（巖）渠坡的穩(wěn)定性分析開辟了新途徑。此外，用DDA分析了邊坡坡比、強(qiáng)度降低、膨脹率對膨脹土（巖）渠坡穩(wěn)定性的影響，得出了一些具有工程指導(dǎo)意義的結(jié)論。

4．4 渠坡處理措施及室內(nèi)研究

4．4．1 膨脹土（巖）渠坡處理的思路

膨脹土（巖）渠坡的失穩(wěn)破壞，主要源于水對膨脹土（巖）體的作用。失穩(wěn)范圍為大氣影響帶，一般為地表以下2～3 m以內(nèi)。由于失穩(wěn)是土體遇水的膨脹性和強(qiáng)度軟化引起，那么就針對性地采用改性或者防護(hù)等措施來解決。

在膨脹土的工程處理方面，以往多使用摻石灰、水泥、固化劑等改變膨脹土的脹縮性、提高強(qiáng)度的方法［16－20］。近年來，隨著新技術(shù)在巖土工程中的運(yùn)用，土工格柵等土工合成材料開始被用于路堤的回填、路塹的處理和渠道防滲等工程中［21］。

在膨脹土（巖）渠坡防護(hù)方面，主要是兩種思路，一方面，盡可能避免膨脹土與外界的水份交換，防止巖土體脹縮變形反復(fù)發(fā)生；另一方面，遇降水時能夠迅速排除表面和巖土體中的水分。兩者的出發(fā)點(diǎn)均是保持膨脹土巖渠坡巖土體水分狀態(tài)盡可能的少波動。

本課題考慮到南水北調(diào)中線工程主要用途為城市供水，為避免水質(zhì)污染，將優(yōu)先采用物理改性和／或加筋方式來處理膨脹土渠坡，避免換填取土大量破壞農(nóng)田，同時要考慮開挖出的膨脹土再利用的問題，以免廢土棄料占用大量耕地，有利于當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的建設(shè)，因此，重點(diǎn)研究了壓重防護(hù)綜合措施，用以替代初步設(shè)計(jì)中的換填黏性土方案。所建議的措施包括不同的方案，如土工合成纖維改性膨脹土、土工格柵加筋膨脹土、土工袋等形成的柔性擋墻等。

4．4．2 壓重防護(hù)綜合措施的原理分析

膨脹土（巖）渠坡如果不發(fā)生與外界的水分交換，其膨脹性就顯現(xiàn)不出來，則在現(xiàn)有坡比下是穩(wěn)定的。但現(xiàn)有的任何防護(hù)措施都不可能絕對隔絕與外界的水分交換，因此，可行的思路是控制膨脹土（巖）邊坡一定深度范圍內(nèi)的含水量變化不致過大，以使由此引起的膨脹性可以控制得住。采用邊坡表層壓重使下伏土體吸濕時膨脹性受到約束，其理論壓重厚度從膨脹土（巖）的室內(nèi)膨脹性試驗(yàn)得出，不同膨脹等級的膨脹土采用不同的壓重厚度（膨脹性越強(qiáng)，所需壓重越大，厚度越大），并綜合考慮大氣影響深度和施工因素確定處理厚度，形成現(xiàn)場實(shí)施方案，換填黏土就是典型防護(hù)和壓重措施，工程實(shí)施中效果良好。本課題重點(diǎn)考慮就地處理回填膨脹土巖的措施，形成綜合護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)改性、防護(hù)、壓重和柔性支護(hù)一體化的綜合思路。

改性：破壞表層（大氣影響深度范圍內(nèi)）巖土體組成成分或原有結(jié)構(gòu)，通過加筋、加固或者包裹使表層土體膨脹潛能減小或受到抑制；

防護(hù)：對下伏巖土體的隔離防護(hù)作用，隔絕與水和大氣的接觸，避免膨脹土（巖）渠坡水分狀態(tài)發(fā)生變化，進(jìn)而減小下伏膨脹土（巖）脹縮變形和膨脹力；

壓重：改性土或者換填土體對下伏巖土體起到壓重作用，抑制其膨脹變形；

柔性支護(hù)：極端情況下（如局部滲漏或地下水位變化），下伏巖土體由于濕度變化而產(chǎn)生的膨脹變形和膨脹力，能夠?yàn)榧咏钔翆踊蛘吒男詫铀挚够蛭?，形成柔性支護(hù)，進(jìn)而使其對渠道結(jié)構(gòu)物的影響控制在允許范圍內(nèi)。

根據(jù)以上的思路，主要考慮的膨脹土（巖）處理方案有：土工格柵加筋膨脹土（簡稱土工格柵），土工袋包裹膨脹土（簡稱土工袋），水泥改性膨脹土（簡稱水泥固化土），纖維加筋膨脹土（簡稱纖維土）。

4．4．3 處理措施的室內(nèi)試驗(yàn)研究

為了選定處理方案，進(jìn)行了多種類型的室內(nèi)試驗(yàn)。其中土工格柵方案的性能試驗(yàn)包括拉拔試驗(yàn)、直剪試驗(yàn)、三軸試驗(yàn)、蠕變試驗(yàn)和物理模型試驗(yàn)。通過室內(nèi)專項(xiàng)試驗(yàn)研究和解決了如下問題：

采用大型拉拔試驗(yàn)研究了不同形式土工格柵用于加筋膨脹土的界面特性，土工格柵內(nèi)部受力、變形和強(qiáng)度發(fā)揮等對加筋效果的影響；

采用物理模型試驗(yàn)研究了土工格柵的形式（單向和雙向格柵）、土工格柵鋪設(shè)間距對加筋效果的影響，為現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)方案提供依據(jù)；

采用物理模型試驗(yàn)研究了加筋對控制邊坡變形的效果以及邊坡變形標(biāo)準(zhǔn)；

此外，對土工袋性能也由河海大學(xué)進(jìn)行了專項(xiàng)研究，上述研究成果已有專文介紹，不再贅述。

4．5 現(xiàn)場試驗(yàn)及工況模擬

4．5．1 現(xiàn)場試驗(yàn)簡況

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)遴選了幾種以土工合成材料為主的處理措施，為驗(yàn)證它們的效果，在中線工程渠線上進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)?，F(xiàn)場試驗(yàn)重點(diǎn)是：觀測渠道開挖過程中的變形（卸荷變形和脹縮變形）、應(yīng)力和含水量的變化規(guī)律；對換填黏性土、土工格柵加筋、土工袋、復(fù)合土工膜等處理措施，通過現(xiàn)場碾壓試驗(yàn)，研究各種處理措施的施工工藝、碾壓控制參數(shù)，確定適宜的施工方法和檢測標(biāo)準(zhǔn)；對不同的膨脹土（巖）工程處理措施的效果進(jìn)行現(xiàn)場觀測，獲取渠坡處理后膨脹巖體內(nèi)的應(yīng)力、變形、含水量等指標(biāo)；并對各種處理措施進(jìn)行綜合評價。

現(xiàn)場原型試驗(yàn)分2個試驗(yàn)段：新鄉(xiāng)膨脹巖渠坡處理試驗(yàn)段、南陽膨脹土渠坡處理試驗(yàn)段。

4．5．2 膨脹巖試驗(yàn)段試驗(yàn)區(qū)選取與布置

膨脹巖試驗(yàn)段位于新鄉(xiāng)潞王墳，渠段長1．5 km，主要為挖方段，坡高一般15～42 m。試驗(yàn)段上部泥灰?guī)r以弱膨脹性為主，下部黏土巖以中等膨脹性為主，局部為強(qiáng)膨脹性。試驗(yàn)區(qū)累計(jì)長568 m，共布置8個試驗(yàn)區(qū)，每個實(shí)驗(yàn)區(qū)長度70 m左右，按初步設(shè)計(jì)中渠道設(shè)計(jì)斷面欠挖2 m進(jìn)行施工：

1區(qū)為強(qiáng)化破壞試驗(yàn)區(qū)。本區(qū)為不采取任何處理措施的裸坡試驗(yàn)區(qū)，設(shè)定不同坡比，進(jìn)行渠道蓄水檢修循環(huán)和降雨蒸發(fā)干濕循環(huán)的強(qiáng)化試驗(yàn)，重點(diǎn)研究不處理?xiàng)l件下膨脹巖渠坡的穩(wěn)定狀態(tài)以及渠坡的破壞形式和破壞機(jī)理。

2區(qū)至6區(qū)主要比較中膨脹巖地段不同措施以及處理層厚度方案。其中，2至5區(qū)一級馬道以下重點(diǎn)研究換填黏性土、開挖料回填＋土工格柵加筋或土工袋以及有關(guān)坡腳局部改良土與其它處理措施結(jié)合等；一級馬道以上重點(diǎn)研究噴護(hù)水泥砂漿＋復(fù)合土工膜防滲、噴護(hù)水泥砂漿、砌石拱、開挖料回填＋土工格柵加筋、土工袋等措施。6區(qū)為干坡試驗(yàn)區(qū)，一級馬道以下不襯砌、不浸水，以模擬一級馬道以上為中膨脹巖的工況。

7至8區(qū)主要比較弱膨脹巖地段簡化處理的方案。

上述方案中，除裸坡以外，其余方案均考慮進(jìn)行局部破壞性試驗(yàn)，模擬襯砌局部開裂及防滲失效和渠坡處理層開裂防護(hù)失效等情況下各種處理方案的效果。

對于試驗(yàn)區(qū)，將觀測斷面分為重點(diǎn)觀測斷面和一般觀測斷面。對重點(diǎn)觀測斷面，按不同深度、層位，全面進(jìn)行含水量、應(yīng)力、變形等指標(biāo)觀測；對于一般觀測斷面，以變形觀測為主，輔以局部的應(yīng)力和含水量的觀測?，F(xiàn)場觀測主要包括：應(yīng)力場、變形場、孔壓場（正或負(fù)孔壓）和氣象條件（包括降雨量、蒸發(fā)量等）。另外，采用人工降雨手段模擬大氣降雨，加速渠坡巖體的干濕循環(huán)過程，降雨量和雨強(qiáng)根據(jù)當(dāng)?shù)刈畈焕臍夂驐l件確定。

本試驗(yàn)段開挖時間：2007年6月26日；完成時間：2008年6月；模擬運(yùn)行工況的觀測時間：2008年6月至2010年6月。目前，各項(xiàng)試驗(yàn)和觀測仍正在進(jìn)行中。

4．5．3 膨脹土試驗(yàn)段試驗(yàn)區(qū)選取與布置

南陽膨脹土試驗(yàn)段是中線總干渠工程的一部分，位于陶岔 沙河南段南陽市境內(nèi)，起點(diǎn)位于南陽市臥龍區(qū)靳崗鄉(xiāng)孫莊東，終點(diǎn)位于南陽市臥龍區(qū)靳崗鄉(xiāng)武莊西南，全長2．05 km。以中等、弱膨脹土為主，有填方區(qū)，半填、半挖區(qū)以及挖方區(qū)，地下水位埋藏較淺。

整個試驗(yàn)段分為3個試驗(yàn)區(qū)，分別為填方試驗(yàn)區(qū)、弱膨脹土挖方試驗(yàn)區(qū)和中膨脹土挖方試驗(yàn)區(qū)。其中填方試驗(yàn)區(qū)又分為2個亞區(qū)，弱膨脹土試驗(yàn)區(qū)分為4個亞區(qū)，中膨脹土試驗(yàn)區(qū)分為7個亞區(qū)，每區(qū)長80～120 m，布置了不同的試驗(yàn)方案。

弱膨脹土現(xiàn)場試驗(yàn)區(qū)樁號101＋400至101＋850，總長450 m，分為4個區(qū)。

I至III區(qū)為3個處理措施試驗(yàn)區(qū)。對一級馬道以下渠道開展3種處理措施試驗(yàn)，對一級馬道以上開展4種保護(hù)措施試驗(yàn)。Ⅳ區(qū)為裸坡試驗(yàn)區(qū)，長120 m。

I至III區(qū)分別研究換填非膨脹土（Ⅰ區(qū)）、水泥改性（Ⅱ區(qū)）、土工膜（Ⅲ區(qū)）處理的效果及施工工藝，其中換填非膨脹土方案作為其它方案的對比。

IV區(qū)重點(diǎn)研究弱膨脹土破壞機(jī)理、大氣影響帶形成規(guī)律、開挖渠道臨時保護(hù)措施，試驗(yàn)區(qū)一側(cè)坡比1∶1．5，另一側(cè) 1∶2．0。

中膨脹土現(xiàn)場試驗(yàn)區(qū)分為樁號101＋950至102＋550，總長600 m，共分7個區(qū)，其中處理措施試驗(yàn)區(qū)長各80 m，裸坡試驗(yàn)區(qū)長120 m。

一級馬道以下主要安排換填土（Ⅰ區(qū)）、水泥改性（Ⅱ區(qū)、Ⅴ區(qū)）、土工袋（Ⅲ區(qū)）、土工格柵（Ⅳ區(qū)）、土工膜＋砂墊層5種處理措施（Ⅵ區(qū)）等6種防護(hù)措施；對應(yīng)在一級馬道以上安排換填土、水泥改性、土工格柵、土工袋、砌石聯(lián)拱、菱形格構(gòu)、砼六方格等7種防護(hù)措施。其中換非膨脹土方案作為其它試驗(yàn)方案的對比方案。

填方渠道試驗(yàn)區(qū)樁號100＋550至100＋790，長240 m，分2個試驗(yàn)區(qū)，各長120 m。其中100＋550至100＋670為試驗(yàn)Ⅰ區(qū)，主要研究內(nèi)坡外包水泥改性土措施；100＋670至100＋790為試驗(yàn)Ⅱ區(qū)。主要研究內(nèi)坡外包土工格柵方案。外坡研究的主要措施有：閉合六邊形砼方格植草、直接植草等方案。

本試驗(yàn)段開挖時間2008年12月1日，完成時間為2009年3月21日。模擬運(yùn)行工況時間為2008年3月至2010年9月。目前，各項(xiàng)試驗(yàn)和觀測仍正在進(jìn)行中。

4．5．4 試驗(yàn)段的試驗(yàn)成果簡述

現(xiàn)場試驗(yàn)段取得成果以下幾個方面：

（1）開挖期觀測和現(xiàn)場原位試驗(yàn)。對開挖卸荷過程的渠坡的變形和應(yīng)力進(jìn)行了全過程觀測和分析；進(jìn)行了開挖期邊坡破壞形態(tài)和模式觀測和分析；對室內(nèi)研制的渠坡臨時保護(hù)材料進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)；進(jìn)行了大型剪切試驗(yàn)和旁壓試驗(yàn)等原位試驗(yàn)。

（2）膨脹土（巖）渠坡破壞模式和機(jī)理分析。通過試驗(yàn)段布置的不同坡比的裸坡試驗(yàn)區(qū)人工降雨試驗(yàn)，研究了膨脹土（巖）的大氣影響深度，觀測和分析了渠坡破壞模式和機(jī)理。

（3）處理措施施工工藝試驗(yàn)。通過碾壓試驗(yàn)，提出了各種處理措施的施工工藝、質(zhì)量控制、設(shè)計(jì)要點(diǎn)等；提出了施工質(zhì)量控制辦法。

（4）運(yùn)行工況模擬試驗(yàn)。處理方案確定和實(shí)施后，進(jìn)行了各種工況模擬實(shí)驗(yàn)，包含：正常工況模擬（一級馬道以下蓄水，一級馬道以上人工降雨和自然降雨）下渠坡響應(yīng)；極端工況模擬：局部破壞試驗(yàn)、襯砌完全破損后渠坡響應(yīng)試驗(yàn)。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)，對比了各種處理措施與不處理的渠坡在環(huán)境因素下的響應(yīng)；對比了現(xiàn)場試驗(yàn)前后的現(xiàn)場原位測試結(jié)果。以邊坡的變形和應(yīng)力觀測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合渠坡穩(wěn)定分析成果，研究渠坡變形應(yīng)力隨時間、氣候環(huán)境、應(yīng)力環(huán)境等因素的變化趨勢，預(yù)測渠坡變形和穩(wěn)定狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上初步評價了渠坡處理措施的合理性和可靠性。

目前兩個試驗(yàn)段的觀測仍在進(jìn)行中。下一步將根據(jù)根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果，對各種處理方案，從施工方便性和經(jīng)濟(jì)合理性等方面進(jìn)行綜合評價，最后推薦出總干渠膨脹巖渠坡的處理方案，包含土工格柵、土工袋、水泥改性等的使用部位和具體方案參數(shù)等，為南水北調(diào)中線工程膨脹巖渠坡處理設(shè)計(jì)和大面積施工提供指導(dǎo)和借鑒。

5 結(jié) 語

本課題結(jié)合南水北調(diào)中線工程的實(shí)際，重點(diǎn)研究了膨脹土（巖）渠坡破壞模式和破壞機(jī)理，提出了適合膨脹土巖渠坡的穩(wěn)定分析方法；研究了不同膨脹性等級渠坡的處理措施，并通過現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)行了措施效果的評價，提出了各種措施的施工工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

通過室內(nèi)和現(xiàn)場試驗(yàn)，物理模型和數(shù)值分析等綜合手段的研究，得出了如下的重要成果：

（1）對南水北調(diào)中線工程典型地段的膨脹土（巖）進(jìn)行了系統(tǒng)的礦化分析、膨脹性試驗(yàn)、非飽和強(qiáng)度及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系試驗(yàn)研究，獲得了膨脹土（巖）的基本特性參數(shù)及變化規(guī)律，為渠坡穩(wěn)定分析及處理方案綜合評價奠定了基礎(chǔ)。

（2）在室內(nèi)進(jìn)行專項(xiàng)輔助性試驗(yàn)，包括膨脹土（巖）改性試驗(yàn)、土工格柵加筋膨脹土、土工袋包裹膨脹土的物理模型試驗(yàn)，為膨脹土（巖）渠坡處理措施的選擇和方案的制定提供科學(xué)依據(jù)。

（3）提出了膨脹土（巖）渠坡失穩(wěn)的幾種模式，分析了破壞機(jī)理和特點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)和物理模型系統(tǒng)全面地揭示了膨脹土（巖）邊坡的破壞機(jī)理和模式；弄清了哪些可以用常規(guī)方法解決（如開挖期沿已有的結(jié)構(gòu)面或裂隙面破壞，這是重力作用下的破壞），哪些要采用針對性的方法解決（如開挖期是穩(wěn)定性，邊坡很緩，但在降雨后產(chǎn)生滑動的淺層滑坡，這是膨脹性和重力在起作用）。

（4）研究提出了符合膨脹土邊坡特點(diǎn)的穩(wěn)定性計(jì)算分析方法：針對膨脹巖渠坡的破壞模式和破壞機(jī)理，建立了膨脹巖吸濕膨脹模型，開發(fā)了非線性有限元和非連續(xù)變形分析2種渠坡穩(wěn)定分析程序，其有效性和合理性在試驗(yàn)段工程中進(jìn)行了驗(yàn)證。

（5）系統(tǒng)提出了膨脹土（巖）渠坡處理主要措施的施工工藝、質(zhì)量控制以及設(shè)計(jì)和施工導(dǎo)則。對比了幾種先進(jìn)措施的處理效果，對施工工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究。

（6）通過人工降雨、自然蒸發(fā)、渠道蓄水、埋設(shè)注水花管等方法模擬了各種運(yùn)行工況，對各種處理措施的效果進(jìn)行了現(xiàn)場驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了綜合評價，推薦了各種處理方案的應(yīng)用條件和范圍。

［1］ 包承綱．南水北調(diào)中線工程膨脹土渠坡穩(wěn)定問題及對策［J］．人民長江，2003，（5）：4－6．

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