膨胀土渠道勘察设计与研究

本书为“南水北调中线一期工程技术丛书”之一。膨胀土变形及边坡稳定相关技术、盾构隧洞穿越黄河相关技术、大型渡槽结构设计相关技术为南水北调中线工程三大技术难题。工程沿线涉及膨胀岩土的渠段累计长386.8?km，范围广、影响大，是中线工程勘察的重点和难点。本书将全面介绍工程沿线膨胀土分布、地层时代、物质组成、研究历史、基本物理力学参数、破坏机理、工程设计参数取值方法，揭示不同成因结构面对膨胀土强度及边坡稳定的控制作用，提出发育于不同深度的长大缓倾角结构面和发育于近地表的胀缩裂隙分别是产生深层水平滑动与浅层坍塌变形失稳的关键。介绍膨胀土地下水分布形式、赋存空间特征及其对边坡稳定和渠道衬砌结构稳定的影响。针对膨胀土渠坡变形破坏机理，提出地表截渗-地下排水、开挖面防护、深层结构面抗滑的综合治理方案，以及膨胀土水泥改性换填、深层抗滑的完整设计方法

目录
序
前言
南水北调中线一期工程简介
第1章 南水北调中线工程的膨胀土问题 1
1.1 膨胀土分布 1
1.1.1 陶岔—沙河南段 1
1.1.2 沙河南—黄河南段 2
1.1.3 黄河北—漳河南段 2
1.1.4 漳河北—古运河南段 2
1.1.5 膨胀土分布区地形地貌及地质环境 3
1.2 膨胀土时代及地层岩性 4
1.2.1 地层时代 4
1.2.2 物质组成 6
1.3 膨胀土引发的渠道工程地质问题 9
1.3.1 边坡稳定问题 9
1.3.2 渠底卸荷回弹及膨胀变形问题 13
第2章 南水北调中线工程膨胀土研究历程 17
2.1 膨胀土专项研究 17
2.1.1 膨胀土专项研究主要时间节点 17
2.1.2 工程规划设计阶段相关研究 20
2.1.3 膨胀土关键技术研究 21
2.2 邓州构林原型试验研究 21
2.2.1 主要研究内容 21
2.2.2 研究方案 22
2.2.3 主要认识与结论 22
2.3 “十一五”国家科技支撑计划南阳膨胀土试验段专项研究 23
2.3.1 试验场地分区规划 24
2.3.2 膨胀土物理力学特性研究 29
2.3.3 大气影响现场模拟试验 29
2.3.4 研究成果 32
2.4 “十二五”国家科技支撑计划研究 32
2.4.1 施工期膨胀土渠坡稳定性预报技术 33
2.4.2 强膨胀土变形破坏机理及处理技术 33
2.4.3 深挖方膨胀土渠道渠坡抗滑及渠基抗变形技术 34
2.4.4 膨胀土渠道防渗排水技术 35
2.4.5 膨胀土水泥改性处理施工技术 36
2.4.6 高填方渠道建设关键技术 38
2.4.7 膨胀土渠道及高填方渠道安全监测预警技术 39
第3章 南水北调中线工程膨胀土基本特性 41
3.1 膨胀岩土物质成分与结构 41
3.1.1 膨胀岩土的化学与矿物成分 41
3.1.2 膨胀土的结构特征 44
3.2 膨胀土物理力学特性 47
3.2.1 岩土体颗粒组成 47
3.2.2 岩土的物理参数 50
3.2.3 基本力学参数 54
3.2.4 裂隙控制型滑动面抗剪强度研究 67
3.2.5 膨胀土抗剪强度取值方法 68
3.3 膨胀土胀缩特性及水理特性 76
3.3.1 膨胀土胀缩特性研究 76
3.3.2 膨胀土结构垂直分带性 81
3.3.3 超固结性、易崩解特性 83
3.3.4 裂隙性 87
3.3.5 膨胀土地下水 99
第4章 膨胀土渠道重大工程地质技术 113
4.1 膨胀土渠道边坡破坏机理 113
4.1.1 膨胀土边坡变形失稳模式 113
4.1.2 膨胀土边坡破坏控制因素 117
4.1.3 膨胀土边坡“胀缩-滑动变形破坏机理” 123
4.2 膨胀土抬升变形研究 125
4.2.1 渠底抬升变形特点 125
4.2.2 卸荷回弹变形 126
4.2.3 挖方渠道抬升变形观测 129
4.2.4 膨胀土吸水膨胀变形 136
4.2.5 渠道开挖抬升变形实测值与理论计算对比 137
4.3 岩土膨胀等级野外快速鉴定 137
4.3.1 地质年代与岩土膨胀等级 137
4.3.2 岩土颜色与膨胀等级 138
4.3.3 岩土裂隙与膨胀等级 138
4.3.4 开挖坡面形态与膨胀等级 139
4.3.5 膨胀岩土膨胀等级综合辨识 140
4.4 膨胀土渠道工程地质分类及评价方法 142
4.4.1 膨胀土渠道的分类 142
4.4.2 与挖填深度（高度）相关的工程地质评价 143
4.4.3 渠坡稳定性评价 144
4.4.4 基于渠坡稳定性评价的膨胀土渠道施工分段 145
4.5 膨胀土渠道施工地质方法 145
4.5.1 膨胀土渠道施工地质内容 145
4.5.2 施工地质工作方法 150
4.5.3 数字地质编录技术 156
4.6 膨胀土开挖边坡稳定性预测技术 163
4.6.1 浅层蠕变及边坡长期稳定性预测 163
4.6.2 深层滑动及边坡长期稳定性预测 165
4.6.3 施工期边坡失稳分析 168
第5章 输水渠道工程膨胀土问题处理 181
5.1 膨胀土渠坡变形失稳处理方案研究 181
5.1.1 膨胀土渠坡变形失稳原因 181
5.1.2 地下水作用及应对措施 183
5.1.3 浅层蠕变破坏防控技术 186
5.1.4 深层滑动破坏防控技术 195
5.2 膨胀土边坡深层稳定加固方案工程应用 211
5.2.1 加固设计原则 211
5.2.2 边坡加固方案 211
5.3 膨胀土坡面水泥改性土保护技术 218
5.3.1 水泥改性土原材料 218
5.3.2 水泥掺量 219
5.3.3 水泥改性土生产 221
5.3.4 改性土生产工艺 223
5.3.5 改性土填筑 224
第6章 膨胀土渠道设计 227
6.1 处理方案与参数 227
6.1.1 渠道断面设计 227
6.1.2 设计依据与标准 237
6.1.3 膨胀土抗剪强度设计采用值 240
6.2 边坡稳定计算 240
6.2.1 刚体极限平衡法 240
6.2.2 条分法 241
6.2.3 组合分析方法 244
6.2.4 膨胀土渠道边坡稳定计算 246
6.3 抗滑桩设计 249
6.3.1 计算模型 249
6.3.2 抗滑桩结构计算方法 250
6.3.3 抗滑桩结构设计 250
6.3.4 陶岔—鲁山段膨胀土边坡抗滑桩设计 252
6.4 M形支护加固设计 254
6.4.1 框架式支护结构参数 254
6.4.2 M形支护结构布置 256
6.4.3 M形支护结构设计 258
6.4.4 陶岔—鲁山段膨胀土边坡M形抗滑桩加固设计 260
6.5 坡面保护设计 264
6.5.1 坡面保护材料 264
6.5.2 膨胀土坡面保护设计 266
6.6 施工期动态设计 268
6.6.1 开挖面裂隙编录 268
6.6.2 渠坡加固方案动态设计 278
6.6.3 坡面防护与排水措施 291
第7章 膨胀土渠道施工 293
7.1 膨胀土渠道开挖技术 293
7.1.1 渠道开挖施工方法 293
7.1.2 开挖面保护 294
7.1.3 保护层开挖 294
7.1.4 坡面局部渗水导排 295
7.1.5 建基面修整 295
7.2 坡面换填施工技术 295
7.2.1 换填施工控制指标 295
7.2.2 换填层填筑 297
7.2.3 水泥改性土施工质量控制 300
参考文献 302