驷马山分洪道膨胀土特性及其滑坡治理

驷马山分洪道膨胀土特性及其滑坡治理

吴彩虹

(安徽省水利水电勘测设计院,安徽蚌埠 233000)

摘要:本文以安徽省滁河驷马山分洪道膨胀土为研究对象,对分洪道不同河段的膨胀土边坡进行取样,开展了膨胀土在不同工况条件下的物理力学试验。通过室内试验和现场监测,获得了膨胀土膨缩变形与土体抗剪强度变化等特征参数。经过对分洪道边坡滑动形成机理和变化规律的调查和分析,提出了膨胀土边坡稳定计算中强度取值的建议和边坡滑动的治理措施,为分洪道扩大工程及其同类工程设计提供了地质依据。

关键词:膨胀土;胀缩变形;边坡稳定;浅层滑动

中图分类号:

P64213+

9;TU443

文献标识码:

B

Properties of the expansi ve soil along Si m ashan fl ood -diversion

channel and the landsli de correction

W u Ca i h ong

(A nhui Survey and D es i gn Instit u te of W a ter Conservancy &H ydrop o w er,Bengbu 233000,Ch i na)

Abstract :The m echan ica l pr operties of t h e expansive so il sa m pled fro m d ifferent slopes along Si m ashan

fl o od-diversion channe l of Chu R i v er are studied under differentw orking cond itions .Based on the results o f t h e i n door experi m en ts and the field m on itori n g ,the corresponding para m eters for the s w elli n g and shrinking defor m ation and the shear strength of the so il are obtained.The m echanis m for slope sliding is discussed and t h e correspond i n g m easures to con tro l the landsli d e are a lso suggested ,w hich pr ov i d e the geo l o g ica lbasis for t h e project and o ther si m ilar projects .Key w ords :expansi v e so i;l s w elli n g and shrinking defor m ati o n ;slope stab ility ;sha ll o w sli d i n g 收稿日期:

2009-03-20;修订日期:

2009-07-29

作者简介:吴彩虹(1975-),男(汉族),安徽巢湖人,

大学本科,高级工程师.

1 工程概况

驷马山分洪道是一条跨苏、皖两省的人工开挖河道,位于滁河南岸,上起滁河干流右岸和县的金银浆,向东南穿过驷马山切岭,经石桥镇、乌江镇,至驻马河口汇入长江,河道全长2714km 。分洪道于1969年底开工建设,1971年竣工通水,是当地农业灌溉、滁河分洪和航运的一条重要水道。

分洪道自1974年至2008年间先后发生大的滑坡8次,小的滑坡30多次,上述滑坡并不都发生在边坡较陡的切岭段,有一些是在1B 5或更平缓边坡上出现。2008年汛期滁河发生大洪水,给沿河两岸造成巨大的经济损失,严重威胁了南京市的防洪安全。分洪道右岸扩挖,将分洪道分洪流量由目前的500m 3

/s 扩大到1000m 3

/s 的设计方案已获国家发改委的批准,工程即将进入实施阶段。如何解决膨胀土地区边坡稳定问题成为该工程的重要课题。

2 膨胀土的矿物成分与化学成分

膨胀土是一种含有大量亲水性矿物,湿度变化时有较大体积变化,变形受约束时产生较大内应力的特殊土。为了解本地区膨胀土的矿物成分,我们对这一地区进行分区取样,对试样进行X 射线衍射与电镜扫描试验。

试验结果表明:测区内土样的矿物成分差别不大,主要由碎屑矿物和粘土矿物组成。碎屑矿物中石英占18%~28%,钠长石占8%~10%,钾长石占2%~6%;粘土矿物中蒙脱石占31%~36%,伊利石占18%~28%,高岭土占6%~13%,各类

矿物成分统计情况见图1。

测区土样的主要化学成分是S i O 2、A l 2O 3和

图1膨胀土矿物成分

Fe2O3三种氧化物,总的含量大于85%,粘土粒的硅铝分子比率为615~810,表明膨胀土的粘土矿物成分以蒙脱石为主。蒙脱石的晶格构造是由许多相互平行的单位晶胞组成,晶胞连结力弱,水分子与交换阳离子可无定量地进入,因而膨胀土表现出高度的亲水性。

3膨胀土的胀缩特性

311膨胀特性

膨胀性是指由于土中亲水性矿物不断吸收水分子而引起土体体积随吸入水量的增加而增大的特性。工程区属江淮丘陵区,上覆地层以重粉质壤土或粉质粘土为主,呈棕黄、黄褐、浅棕红色,可塑)硬塑状,含铁锰质结核,强度较高。室内试验测得土体自由膨胀率D ef一般为60%~75%,少量深部粘性土自由膨胀率D ef大于90%,膨胀潜势以中等为主,部分土样膨胀潜势为强。

为了解膨胀土在不同荷载情况下的膨胀特性,试验时做了大量有荷载下的膨胀率D ef测定试验,试验荷载分别为25、50、75、100、150、200、250、300kPa,其典型试验结果如图2所示。

图2不同压力下的膨胀率试验

试验结果表明:膨胀率D ef多在115~210%,少量达215%,一般当压力达150kPa时,膨胀率D ef 多趋向于零。

测区内膨胀土膨胀力P e的变化范围一般在45

~85kPa。试验时选取了一组干重度相近、含水率差异较大的土样进行膨胀力P e测试,以分析含水率X的变化与膨胀力P e的关系。试验选取土样干重度C d为1512~1516kN/m3,含水率X在1614% ~2214%之间,试验结果见图3。

图3含水率增加量与膨胀力关系曲线

试验结果表明,土样干重度C d一定时,膨胀力P e的变化主要受含水率变化的控制,并表现出一定的线性相关性。

312收缩特性

膨胀土的收缩是土中水分在蒸发过程中其体积缩小的现象,当土中含水率减少到一定值时,土的体积将随之收缩到一定限度而不再继续缩小。试验中采取大量的土样进行了缩限、体缩率和线缩率的测定,试验结果见表1。

膨胀土的收缩特征试验指标表1取土深度

天然含

水率X

(%)

干重度

C

d

(kN/m3)

线缩率

D

si

(%)

体缩率

D

v

(%)

缩限

X

s

(%)

收缩

系数

K

s 181516133152161329180130

2013161231611514610120132 1~410m191215173185161649110135 211816134125171837120129

191315173121151849160131

191816142142131707150128

211516163101141658120133 410m以下

2014151931421412110110134

211115163105131699190131

2214161731641514310120132

211615152168141137180128从表中可知:土样干重度C d在1515~1616kN/ m3,天然含水率X在1815%~2214%,体缩率D v

在13169%~17183%,线缩率D

si

在2142%~ 4125%,缩限X s为715%~1012%,说明试样具有较强的收缩特性。

4膨胀土的裂隙特征

由于土体的膨胀软化和收缩开裂,不断的交替