新疆某大型灌區(qū)干渠渠道抗滑穩(wěn)定分析

古麗蘇瑪依·阿不都薩塔爾

（新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院檢測試驗(yàn)研究中心，烏魯木齊 830099）

1 工程概況

新疆某大型灌區(qū)干渠位于新疆維吾爾自治區(qū)西南部，位于阿克蘇市北偏東、溫宿縣城東偏南方向。目前，灌區(qū)種植范圍處于分水嶺兩側(cè)，地勢高亢，當(dāng)?shù)貜搅魃?，現(xiàn)僅依靠當(dāng)?shù)匦√翂渭吧倭恐行⌒退畮爝M(jìn)行灌溉，灌溉保證率低，使農(nóng)作物經(jīng)常受旱減產(chǎn)，受此影響，灌區(qū)內(nèi)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)與社會發(fā)展緩慢，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，嚴(yán)重落后于其它地區(qū)。根據(jù)灌區(qū)實(shí)際運(yùn)行情況，為了滿足灌區(qū)目前的用水需求，對灌區(qū)干渠進(jìn)行建設(shè)是十分有必要的。為保持該大型灌區(qū)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展，本文參考了有關(guān)渠道建設(shè)成功經(jīng)驗(yàn)做法[1～5]，對擬建渠道作抗滑穩(wěn)定分析。

2 基本工程地質(zhì)條件

2.1 地層巖性

擬建渠線地基地層自上而下可分為12層，現(xiàn)分別進(jìn)行敘述如下：

（1）人工填土（Qs4）：以重粉質(zhì)壤土為主，黃色，可塑，濕，中等壓縮性，層厚0.40～2.60 m，層底高程29.63～52.79 m。

（2）①層，重粉質(zhì)壤土（Qal4）：灰黃色，軟塑～可塑，濕，中等偏高壓縮性，層厚1.60～6.70 m，層底高程27.81～35.09 m。

（3）②層，淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土（Qal4）：灰色，軟塑，飽和，高壓縮性，層厚2.20～5.00 m，層底高程27.00～34.90 m。

（4）③層，重粉質(zhì)壤土（Qal3）：黃、灰黃、灰白等色，可塑～硬塑，濕，含鐵錳結(jié)核，中等偏低壓縮性。層厚1.40～16.00 m，層底高程19.60～46.60 m。

（5）④層，砂礫石夾黏土（Qal+pl3）：黃、棕黃色，中密～密實(shí)，黏土呈硬塑狀，濕，礫石粒徑5～40 mm，含量約30%，中等偏低壓縮性，層厚1.00～4.10 m，層底高程18.60～34.85 m。

（6）⑤層，砂卵石（Qpl3）：雜色，中密～密實(shí)，飽和，粒徑最大7 cm，卵石含量約50%左右，充填中、細(xì)砂，中等偏低壓縮性，層厚1.80～7.00 m，層底高程16.09～25.97 m。

（7）⑥1層，全風(fēng)化砂巖（K）：紫紅色，已風(fēng)化成土狀，硬塑～堅(jiān)硬狀，層厚0.80～3.30 m，層底高程13.90～44.90 m。

（8）⑥2層，強(qiáng)風(fēng)化砂巖（K）：紫紅色，巖芯呈碎塊狀、短柱狀，較軟、易碎，采取率40%～50%，層厚0.80～9.40 m，層底高程7.20～41.79 m。

（9）⑥3層，中風(fēng)化砂巖（K）：紫紅色，巖芯呈柱狀，柱長10～30 cm，采取率50%～60%，上部較硬，該層未揭穿，已揭露最大厚度12.10 m，最低層底高程-3.40 m。

（10）⑦1層，全風(fēng)化角礫巖（K）：紫紅色，呈碎塊、破碎狀，層厚0.90～1.60 m，層底高程19.31～39.29 m。

（11）⑦2層，強(qiáng)風(fēng)化角礫巖（K）：紫紅色，巖芯呈碎塊狀、短柱狀，較硬，母巖成分雜，層厚1.20～4.00 m，層底高程15.31～38.09 m。

（12）⑦3層，中風(fēng)化角礫巖（K）：紫紅色，巖芯呈柱狀，裂隙稍發(fā)育，采取率較高，該層未揭穿，已揭露最大厚度6.60 m，最低層底高程25.62 m。

2.2 巖土物理力學(xué)參數(shù)選取

根據(jù)勘探資料和室內(nèi)試驗(yàn)成果資料分析，對渠道土層土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)及原位測試數(shù)據(jù)合并統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)原則為：在剔除離差較大的數(shù)值后，計(jì)算出最小值、最大值、平均值及標(biāo)準(zhǔn)值，其中力學(xué)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值按對工程不利原則采用大小平均值。在統(tǒng)計(jì)結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場勘探和已有工程經(jīng)驗(yàn)，各土層主要參數(shù)建議值見表1。

2.3 工程地質(zhì)分類及評價(jià)

對于挖方段渠道主要影響因素為邊坡土體的滲透性、抗剪強(qiáng)度、巖體的風(fēng)化程度、崩解性、以及邊坡的高度等，結(jié)合地形地貌特征分別進(jìn)行工程地質(zhì)分類。將渠道線路按工程地質(zhì)條件劃分為好（A）、較好（B）、較差（C）、差（D）4類。

A類：抗?jié)B條件好，岸、邊坡穩(wěn)定，無不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，為工程地質(zhì)地質(zhì)條件好的地段；B 類：抗?jié)B條件較好，岸、邊坡較穩(wěn)定，無不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，為工程地質(zhì)條件較好的地段；C 類：抗?jié)B條件較差，岸、邊坡不穩(wěn)定，有不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，為工程地質(zhì)條件較差的地段；D 類：抗?jié)B條件差，岸、邊坡不穩(wěn)定，有不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，為工程地質(zhì)條件差的地段。按照以上原則，本工程渠道工程地質(zhì)分類及簡要評價(jià)見表2。擬建渠線段總長5.72 km，全部劃為C類（較差）渠段。

表2 渠道工程地質(zhì)分類與評價(jià)表

2.4 開挖段巖土分級

對渠道擬開挖底高程以上各巖土層進(jìn)行一般工程土類和巖石類別分級劃分。其中一般工程土類分級以土質(zhì)名稱、濕密度及外形特征等指標(biāo)劃分，結(jié)果見表3；巖石類別以可鉆性指標(biāo)進(jìn)行劃分，結(jié)果見表4。

表3 渠道各巖土層一般工程土類分級結(jié)果表

表4 渠道各巖層巖石類別分級結(jié)果表

3 抗滑穩(wěn)定計(jì)算

3.1 計(jì)算斷面選取

根據(jù)渠道地形圖和地質(zhì)剖面圖中測量斷面及剖面位置，本次抗滑穩(wěn)定復(fù)核計(jì)算選取擬建干渠渠堤樁號5+691右岸、8+533左岸斷面作為代表斷面，相應(yīng)土層分布選取最近的地質(zhì)橫剖面，計(jì)算渠道堤坡抗滑穩(wěn)定情況。

3.2 計(jì)算參數(shù)選取

分析比較計(jì)算斷面各土層力學(xué)參數(shù)現(xiàn)場及室內(nèi)物理力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果，各土層的計(jì)算參數(shù)取值見表5。

表5 渠堤土層計(jì)算參數(shù)取值

3.3 抗滑穩(wěn)定分析

渠道堤坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典圓弧法，其中穩(wěn)定滲流期和水位驟降期計(jì)算公式均采用有效應(yīng)力法。具體計(jì)算應(yīng)用河海大學(xué)土木工程學(xué)院開發(fā)的“SLOPE－土石壩穩(wěn)定分析系統(tǒng)”進(jìn)行。根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）[6]，渠道堤坡穩(wěn)定計(jì)算分為完建期、穩(wěn)定滲流期+地震和水位降落期3種工況，抗滑穩(wěn)定分析包括如下內(nèi)容：

迎水側(cè)邊坡：非常運(yùn)用條件Ⅰ，完建期工況，穩(wěn)定滲流期+地震；正常運(yùn)用條件，水位自設(shè)計(jì)水位31.3 m降落至29.8 m的工況。

背水側(cè)邊坡：非常運(yùn)用條件Ⅰ，完建期工況，穩(wěn)定滲流期+地震；正常運(yùn)用條件，水位為設(shè)計(jì)水位31.3 m，下游水位為堤后地面高程，堤身形成穩(wěn)定滲流下的工況。

計(jì)算斷面不同工況下堤坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果見表6。從表6可以看出，5+691斷面各種工況下堤坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算值均大于規(guī)范規(guī)定的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，滿足規(guī)范要求。8+533 斷面坡面為淤泥質(zhì)重粉質(zhì)土，坡面治理前各工況下計(jì)算坡面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)雖大于規(guī)范規(guī)定的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，但考慮到灌溉渠道水位變化、干濕交替頻繁，淤泥質(zhì)重粉質(zhì)土殘余強(qiáng)度衰減周期長，參考類似工程經(jīng)驗(yàn)，擬對干渠坡面存在淤泥質(zhì)重粉質(zhì)土的開挖坡面高于5.0 m 堤段進(jìn)行坡面治理。經(jīng)治理后，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)同樣滿足規(guī)范值（見表6）。

表6 穩(wěn)定計(jì)算安全系數(shù)成果表

4 結(jié)論

（1）對擬建渠道進(jìn)行工程地質(zhì)分類，5.72 km渠線段全部劃為C類渠段。

（2）對渠道擬開挖巖土層進(jìn)行一般工程土類和巖石類別分級劃分，各巖土層一般工程土類分級劃分為Ⅱ～Ⅴ級，巖石可鉆性為4～5級，巖石類別為Ⅴ～Ⅶ級。

（3）對典型斷面進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計(jì)算，結(jié)果表明：干渠5+691斷面各工況下的堤坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，干渠8+533 斷面治理后各工況下的堤坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。