膨胀土对边坡稳定的影响及处理方案研究

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膨胀土属于特殊土质,它具有失水收缩、遇水膨胀的特性,同时具有多裂隙特点、超固结特点。膨胀土对工程建设具有深远的影响,引起的工程建设问题比较突出,是岩土工程领域的一项全球性难题。地域的不同,膨胀土分布也不尽相同,各个地区的膨胀土工程力学特征、对建筑物基础的影响大小各不相同。鄂北水资源配置工程襄阳段暗涵边坡建设中多次遇到膨胀土边坡失稳问题,膨胀土问题已成各参建单位共同关注的焦点问题。本文对膨胀土的矿物成分组成,物理化学性质,力学特征及膨胀土的分类方法等方面的特性进行了研究,采用了文献研究、室内外试验、现场调查、数值模拟与现场监测等研究方法详细分析了膨胀土的工程地质性质。鄂北水资源配置工程膨胀土多分布于襄枣盆地内的Q2、Q3地层,其膨胀性受地区气候环境影响显著,矿物成分以蒙脱石矿物为主,占矿物总含量的15%~25%,阳离子交换量18.4~34.5%,蒙脱石矿物含量越高,胀缩特性越明显;化学成分SiO2、Al2O3、Fe2O3在大气影响带条件下形成土颗粒凝胶,K、Na、Ca、Mg等活泼碱金属与氧气、水介质发生氧化-还原反应,可使土体进一步风化,亲水性更强,胀缩变形更剧烈。本论文通过对鄂北水资源配置工程边坡膨胀土的分布规律、裂隙发育特点、边坡稳定的影响因素等方面的工程地质特征进行了详细的研究。鄂北水资源配置工程中~高边坡的稳定主要受内外因素影响,膨胀土中发育的裂隙、土的膨胀力、矿物化学成分的含量,冲积相沉积界面的切割作用等是膨胀土渠道发生滑坡或变形体的内因;渠底土方开挖,土体应力释放,连续降雨造成雨水入侵,坡脚土体抗力不足等是变形体或滑坡形成的外因。边坡土体在内外因素作用下,失稳类型多以渐进式的蠕动破坏为主。本文通过对鄂北水资源配置工程现场取样试验确定边坡稳定计算的物理力学参数,运用岩土分析软件GEO5中的土质边坡有限元分析模块进行边坡稳定性分析,采用Drucker-Prager(DP)材料模型进行材料分区,并进行抗剪强度迭代折减计算,对边坡的稳定性进行评价,对工程边坡存在稳定问题的渠段,引用了由长江科学研究院研制的伞型锚杆加固膨胀土边坡,通过在鄂北水资源配置工程襄阳段袁冲暗涵试验段工程建设中的运用,发现伞型锚杆锚固深度在25m时,单根伞型锚杆的锚头锚固力可达180kN,能够满足土质边坡高度小于30m的加固要求。结合伞型锚杆加固段边坡安全监测成果,显示经伞型锚杆加固的工程边坡稳定性良好,与临近段边坡失稳情况对比,能够满足边坡开挖后暗涵混凝土结构物的浇筑施工,并确保了工程机械、人员的安全,也验证了伞型锚杆加固膨胀土边坡的措施是有效的、可行的,为后期鄂北水资源配置工程膨胀土治理提供了有力的技术支撑,积累了丰富的工程经验。
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