长江流域膨胀土工程地质特征及工程处理.pdf

第 3 6卷 第 3期 2 00 5年 3月 人 民 长 江 Y a n g t z e R i v e r Vo 1 ． 3 6． No ．3 Ma r ． 。 2 0 0 5 文章编号 1 0 0 1 4 1 7 9 2 0 0 5 0 3 0 0 1 30 3 长江流域膨胀土工程地质特征及工程处理 刘 特 洪 水利部 长江勘测技术研究所， 湖北 武汉 4 3 0 0 1 1 摘要 膨胀土含有较高蒙脱石类粘土矿物和存在较多裂隙软弱面， 湿度 变化时发生膨胀或收缩， 强度衰减 引起 建筑物破坏。长江流域 Ⅱ、 Ⅲ级阶地， 山间盆地及低丘缓坡地带广泛分布不同时代和不同成因类型的膨胀土 影响膨胀土强度的因素较 多， 如湿度、 钙质结核 、 矿物成分与游 离氧化物、 裂隙发育程度等。因此， 非饱和膨胀 土的工程地质研 究和原型监测， 在工程建设中是很重要的， 研究成果可以用来解决工程实际问题 关键词 膨胀土； 工程地质特征 ； 原型监测 ； 工程处理 ； 长江流域 中图分类号 T U 4 4 3 文献标识码 A 1 流域膨胀土分布特征 长江流域的长江、 嘉陵江 、 岷江 、 乌江水系， 汉水的干支流水 系等地区是我国膨胀土分布 比较广泛和集中的地域之一。从第 三纪 至第 四纪下更新统 Q ． 、 中更新统 和上更新统 Q 3 都沉积了厚度不等的各种成因类型的膨胀土， 如冲积洪积 膨胀土 、 残积坡积膨胀土 、 湖相沉积膨胀土和冰水沉积膨胀土。 流域膨胀土分布的主要地区有四川的川西平原 、 川中丘陵、 涪江、 岷江 、 嘉陵江及安宁河等河谷阶地区， 如成都 、 资中、 内江、 自贡、 隆昌、 永川、 资阳、 简阳、 丹凌、 彭山、 眉山、 广汉、 德阳、 江 油、 广元 、 梓潼 、 阆中、 南充 、 攀枝花 、 西 昌、 什邡 、 新都 、 名山、 大 邑、 武胜 、 万州、 涪陵 、 合川等地 ， 其 中著名的“ 成都粘土” 就是一 个典例； 云南膨胀土分布在宾川 、 楚雄 、 昆明、 昭通等地 ； 贵州膨 胀土主要分布在山问盆地和丘陵缓坡地段 ， 例如毕节 、 贵阳 、 遵 义、 金沙、 息烽、 修文、 思南、 江口、 镇远、 铜仁、 务川、 德江等地， 主 要是岩溶地貌上碳酸盐岩风化残积生成的红色粘土； 陕西膨胀 土集中于陕南 ， 沿汉水河谷 的汉 中盆地和安康盆地， 呈带状分 布 ， 如勉县、 褒城 、 南郑 、 汉 中、 城固 、 洋 县、 西乡 、 石泉、 汉 阴、 紫 阳、 安康 、 平利、 旬阳 、 白河等地； 湖北的江汉平原、 鄂东北与鄂西 低山丘陵及 山间盆地广泛分布膨胀土， 如襄樊、 竹山 、 宜城 、 枣 阳、 老河 口、 荆 门、 钟祥 、 郧县 、 十堰 、 宜 昌、 宜都 、 松滋、 当阳、 汉 川、 成宁 、 武昌、 大悟 、 孝感 、 阳新 、 枝江等地 ； 河南膨胀土主要分 布在南阳盆地 ， 如南阳、 邓州 、 方城、 淅川 、 内乡、 唐河、 镇平等地； 湖南膨胀土分布在花垣 、 慈利 、 吉首 、 怀化 、 涟源 、 冷水江、 邵阳、 衡阳、 长沙 、 岳阳、 汩罗 、 益阳等地； 安徽膨胀土分布在丘陵的河 谷平原 ， 例如安庆 、 枞 阳、 桐城 、 舒城 、 庐江 、 巢湖 、 含 山、 和县 、 来 安、 全椒、 天长 、 无为、 合肥、 马鞍山、 滁州等地； 江西膨胀土分布 在宜春 、 宜丰 、 德安、 乐平、 景德镇、 南丰 、 广昌、 南昌、 新余、 赣州、 泰和、 安福、 吉安等地； 江苏膨胀土分布在六合 、 江浦 、 南京 、 镇 江、 句容 、 溧水、 宜兴 、 无锡 、 江阴等地。 综上所述， 流域膨胀土分布具有如下特征 1 膨胀土分布地域与区域地质背景相关， 特别是地层的 空间分布上表现明显。例如 ， 岷江 、 嘉陵江、 汉水流域的粘土岩 与泥灰岩分布的地区广泛发育膨胀土， 而且垂直厚度大， 最大可 达 6 0 0 m ； 而乌江流域石灰岩地区， 膨胀土多数呈零星分布 ， 厚度 也较薄。 2 膨胀土分布与地貌密切相关， 流域绝大多数膨胀土集 中分布在 Ⅱ级阶地 以上、 盆地及平原 内部， 例如成都平 原、 南 阳 襄 樊 盆地、 汉中盆地、 合肥阶地等地区， 仅少数残坡积膨 胀土分布在低山丘陵剥蚀的地貌单元上。 3 膨胀土分布与气候有关， 流域膨胀土主要集 中在长江 以北半干旱温热带气候地区， 即北纬 3 0 3 4 o ， 东径 1 0 0 1 2 0 的地域广泛发育棕黄 、 灰白、 灰绿色膨胀土 ； 而北纬 3 0 以南的长 江流域则多数为红色残坡积膨胀土。 2 膨胀土工程地质特征 2 ． 1 结构特征 膨胀土结构主要包括物质分异软弱层面和不连续裂隙面， 粒团排列方式 、 微孑 L 隙与微裂隙， 以及与结构有关的粘土矿物化 学成分。结构特征随成 因类 型与母岩性质而变化， 例如洪积形 成的棕红色膨胀土， 裂隙较少， 粒团定向度低， 粘土矿物以伊利 石为主； 冲积形成的棕黄或灰 白色膨胀土 ， 裂隙较发育， 粒团定 向度相对较高 ， 粘土矿物以伊利石和蒙脱石为主； 湖相沉积粘土 岩或泥岩形成的灰 白或灰绿 色膨胀土， 层状结构面多， 裂隙发 育； 泥灰岩形成的灰 白色残坡积膨胀土， 裂隙很发育， 蒙脱石含 量高。总之 ， 无论何种成因类型的膨胀土都是由两组以上裂隙 组合而成的裂隙结构体。裂隙多数为灰 白色粘土充填， 宽一般 1 3 ln l n ， 大者达 2 0 ll l l n ， 裂面具腊状光泽， 常见擦痕。根据边坡 工程滑坡统计， 不同时代沉积的缓倾角软弱层， 对边坡稳定影响 极为严重。例如， 南水北调中线陶岔渠首段， 在长 2 k m的范围 内， 发生 l 3 处滑坡， 其中有 8 处是沿上更新统 Q 3 与中更新统 接触面软弱层滑动的。 收稿 日期 2 0 0 5 0 1 1 5 作者简介 刘特洪， 男， 水利部长江勘测技术研 究所， 教授级高级工程师。 维普资讯 l 4 ． ． 居 长 江 2 0 0 5正 2 ． 2 胀缩特性 膨胀土中含水量变化是产生膨胀与收缩的重要因素之一 ， 当膨胀土处于干燥状态时， 具有高的嘭胀势， 反之则低。例如南 阳蒋庄膨胀土的含水量在 1 3 ． 8 ％时 ， 膨胀率达 2 9 、 5 ％； 含水量 为 2 7 ． 4 ％时， 膨胀率为 5 、 1 ％。因此 ， 在工程实践 中对于某种膨 胀土 ， 其起始含水量被视为可 以预测嘭胀潜势的判据之一 。表 1 列出了流域部分地区膨胀土的胀缩性指标。可以看出， 灰白 色膨胀土 自由膨胀率大于 8 0 ％， 根据膨胀土工程损坏的调查资 料分析， 对工程有严重的危害。同时根据南阳嘭胀土的大量资 料分析， 若天然含水量小于2 0 ％， 干重度大于 l 6 ． 5 k N ／ m 3 时， 土 体具有较大的膨胀势。从工程观点来看， 这是值得重视的。 表 1 流域部分地区膨胀土胀缩特性 地区 土名 “L v l／ ／ ／ 地区 土名 量 率 e f ／ 胀 力P ／“ ． ／ d ％ k P a 仔 2 ． 3 抗剪强度特性 2 ． 3 ． 1 强度的尺寸效应 由于膨胀土是多裂隙结构体 ， 因而强度 的尺寸效应 比较明 显。根据南阳膨胀土大量 的试验数据分析， 现场大剪试验获得 的内摩擦角 约为室内直剪试验 的8 0 ％ 9 0 ％ ， 如表2 所示。 南阳膨胀土层问软弱层现场大剪强度参数平均值 C1 2 k P a ， 1 2 ． 1 。 ； 襄樊膨胀土结构面强度 C2 5 k P a ， 1 2 ． 。 安徽和 县棕黄色膨胀土， 在 2 4 ． o ％， y 1 6 ． 4 k N ／ 时， 室内直剪 C6 0 k P a ， 9_ 9 ． ； 三轴 C1 4 k P a ， 1 9 ． ； 现场大剪 C 1 5 k P a ， 妒2 0 ． 。 这些数据都反映出裂隙的力学效应。 表2 南阳膨胀土抗剪强度的尺寸效应 翌 三塑 墅 C／ ／ C ／ ／ C d／ ／ k P a 。 k P a 。 k P a 。 2 ． 3 ． 2 残余 强度 堤坝和边坡工程的稳定分析中， 有时用残余强度 C 、 作 为计算参数。 表 3 列出了流域一些地区膨胀土的残余强度。 根据 南阳膨胀土试验成果 ， 直剪峰值内摩擦角 与残余强度 的 比值是 弱膨胀土 0 ． 8 3 ； 中膨胀土 0 ． 7 4 p ； 强膨胀 土 0 ． 5 9 表3 膨胀土残余强度 2 ． 3 ． 3 长期 强度 膨胀土强度的时间效应 比较显著， 表 4列出了南阳膨胀土 的长期强度试验成果 ， 可以看出， 各类膨胀土具有不同的长期强 度， 其值约为峰值强度的 8 5 ％。 表 4 南阳膨胀土长期强度 综上所述 ， 影响嘭胀土强度的因素较多， 如湿度 、 钙质结核 、 矿物成分与游离氧化物 ， 裂隙发育程度等， 其 中裂隙的分布范 围、 间距 、 倾斜度 、 充填物性 质、 形状与起伏度等方面是最重要 的， 是边坡稳定研究的关键 。 2 ． 4 离心模型试验和吸力试验 2 ． 4 ． 1 离心模型试验 试样取 自南水北调中线南阳肖楼， 为中偏弱膨胀土， 裂隙很 少。试样长 1 1 0 c m ， 宽 3 0 c m ， 高 5 0 c m 。模型设计渠道开挖深 3 5 m ， 拟定坡 比为 1 3 ． 0 及 1 2 ． 4 。试验成果是 模型 N o ． 1 1 3 ． 0 渠道开挖过程， 顺坡 向最大位移 2 9 ． 4 c m， 下沉 8 3 ． 3 c m ； N o ． 2 1 3 ． 0 模型渠道输水运行 ， 位移 2 9 ． 4 c m ， 下沉 2 8 ． 0 c m ； N o ． 3 1 3 ． 0 模型渠道开挖加输水， 位移 3 0 ． 0 c m， 下沉 8 3 ． 5 c m ； N o ． 4 1 2 ． 4 模型渠道输水运行 ， 位移 3 2 ． 2 c m， 下沉 2 8 ． 0 o m 。试验 后坡顶及坡面未出现裂缝 。 2 ． 4 ． 2 吸 力试验 凡涉及非饱和土的变形与强度问题 ， 如天然土坡与堤坡的 稳定问题 ， 膨胀土地基的变形破坏问题， 吸力这一参数都有着广 泛的应用前景。影响膨胀土吸力大小的因素是土的物质成分与 结构特征 、 土的孔隙介质性质、 含水状态 、 上覆压力和应力路径 等。从工程观点看， 吸力是土中含水量的函数。表 5 列出了南 水北调中线膨胀土吸力与含水量的近似关系。可 以看 出， 吸力 s 随含水量 增大而逐渐减少。然而， 吸力与含水量关系 的对应值取决于膨胀土本身的特性。 表 5 膨胀土吸力与含水量关系 灰白、 灰绿色 棕黄 棕红色 灰白、 灰绿色 棕黄、 棕红色 强膨胀土 中等膨胀土 强膨胀土 中等膨胀土 ／ ％ S u／ k Pa ／ ％ S u／ k P a ／ ％ S u／ k P a ／ ％ S u／ k Pa 3 8． 4 2 0 3 2． O 5 2 3． 8 5 6 0 2 2． 9 2 7 2 3 4． 9 4 0 3 0． O 3 5 2 3． 1 8 0 0 l 9． 4 8 0 0 3 0． 0 l 0 o 2 7． O l O 5 2 2． 5 l 2 0 o l 8 9 l 0 9 6 2 6． 8 3 0 o 2 4． 0 l 9 2 雌 嚣 y ／一 d ％ 名 土 1 3 7 ； q “ 1 J 7 ，7 9 7 6 ” 3 3 6 加掩 “ 1 J oo 7 “ 甜 0 8 6 6 5 0 3 7 土土土 胀胀胀 膨 膨膨 弱 中强 色色色 褐黄白 灰 棕灰 维普资讯 第3期 刘持洪 长江流域嘭胀土工程地质特征及工程处理 l 5 2 ． 5 膨胀土渠道工程原型监测 南水北调中线工程南阳刁南灌区试验段 ， 长 8 0 0 m ， 其中挖 方段长 7 0 0 m ， 填方段长 1 0 0 m 。挖方段分 A 、 B 、 C 共 3 个试段， A 试段为中膨胀土， 夹有 5 ％ ～ 2 0 ％的姜石， 裂隙较发育 ， 坡高 1 3 m ，坡 比 1 2 ． 5 ～1 3 ． 0 ； B 试段为中膨胀土， 裂隙发育 ， 充填灰白 色蒙脱石类粘土， 坡高 1 0 m ， 坡 比 1 2 ． 0 ～l 2 ． 5 ； C试段为中偏 弱膨胀土 ， 裂隙很少 ， 坡高8 m ， 坡 比为 1 1 ． 8 1 2 ． 0 填方段采 用棕黄色中膨胀土填筑， 填筑高度 6 m， 坡比 1 2 ． 0 。渠道施工 前埋设应变观测点， 湿度计 、 地温测量仪 、 压力盒 、 孑 L 隙水压仪等 仪表 ， 按边坡开挖程序 ， 边开挖边观测。观测 内容主要包括应 力、 变形与时间、 含水量的关系； 孑 L 隙水压与降雨的关系； 含水量 与地温随深度的变化规律。 根据观测资料分析 ， 可归纳如下规律 1 渠坡土体的侧向水平应力在渠道开挖过程中随时间增 长而急速增加 ， 竣工时水平应力接近峰值。边坡高度大 ， 水平应 力也大， 其值从坡顶到坡脚逐渐增大， A试段 5 0 2 8 0 k P a ； B试 段 1 5 1 8 0 k P a 。同--N点水平应力大于垂直应力， A 、 B 试段水 平应力约为垂直应力的 2 ． 0 2 ． 5 倍， c 试段为 1 ． 5 2 ． 0 倍。 2 渠坡侧向水平变形在施工 开挖过程中迅速递增， B试 段变形速率为 1 ． 0 0 ． 5 m m ／ d ， 如果除去破坏时的加速变形阶 段 ， 施工开挖期间累计变形量约占总变形量的的 7 5 ％， 且在坡 腰及接近坡底部位变形最大。 3 孔隙水压的升降与降雨过程有关， A试段孑 L 隙水压增 加到 2 4 k P a 时 ， 该点变形迅速增加 ， 直至局部地段土体发生破 坏。 4 含水量急剧变化带约 1 ． 5 m， 在地面下 4 ． 0 m左右的年 平均变化幅度小于 2 ． 5 ％， 基本趋于稳定状态。当土体剪切带 含水量达到 3 0 ％～ 3 5 ％时， 或者说比两侧土体高 6 ％ 1 0 ％时， 渠坡就产生蠕变。 3 膨胀土工程处理措施 膨胀土地区工程建设中遇到的主要问题有 4个方面 边坡 工程稳定问题 、 膨胀土填筑堤坝稳定 问题 、 隧洞洞室稳定问题 、 建筑物地基变形和稳定问题。 3 ． 1 膨胀土边坡工程治理措施 1 局部翻土或换土。其 目的是破坏土体原状结构或用非 膨胀土包盖。翻土或换土厚度 由大气影响深度和膨胀土类型确 定 ， 一般 1 ． 5 ～ 2 ． 0 m ， 例如南阳刁南灌渠北干渠 1 号跃水闸下游 段换土厚 1 ． 5 m， 坡比 1 2 ． 0 ， 运行近 3 0 a 渠坡未发生破坏 ； 安徽 驷马山引水工程滑坡治理也是采用局部翻土夯实 回填 ， 破坏软 弱面， 以消除隐患。有些工程为了防止膨胀力对刚性材料的破 坏 ， 在混凝土衬砌板下换填 5 O c m厚的非膨胀土。 2 灰土或水泥土衬砌。根据渠坡膨胀力与变形观测， 膨 胀土掺水泥或石灰都可以作为膨胀土地段浅挖边坡的防滑措施 之一。例如膨胀土掺石灰 8 ％， 衬砌灰土厚 4 0 c m， 表面盖 3 e m 厚的水泥砂浆； 膨胀土掺水泥 8 ％， 边坡铺厚 1 O c m水泥土， 网格 式， 3 5 c m见方 ， 然后用厚 1 0 e m的水泥预制块浆砌护坡。 3 支挡结构。一类是挡土墙， 有倒坡基础挡土墙、 双墙对 抗挡墙 ， 例如湖北漳河灌渠枣树店切岗段就是用沉箱式结构挡 墙处理； 另一类是抗滑桩， 一般采用钢筋混凝土灌注桩 ， 断面0 ． 5 ～1 ． 0 m2 ，桩 的间距为桩径 3 ～5 倍， 桩深入滑动面以下深度为 桩长的 1 ／ 2 。例如南水北调中线 陶岔渠首滑坡治理措施采用桩 柱联拱法为主． 混凝土抗滑桩直径 1 ． 0 m ， 桩间排距 5 ． 0 m ， 呈梅 花状布置， 桩端深入滑床以下 4 ． 0 m ； 浆砌块石卧拱半径 5 ． 0 m ， 深 2 ． 5 3 ． 0 m， 拱基深入滑床下 0 ． 5 m 。 4 土工合成材料。广泛应用排水、 反滤 、 隔离、 护坡 、 加筋 强化和垫层等方面。铺设渠坡的土工膜厚度一般用 0 ． 1 2 0 ． 3 8 t n m ， 保护层可用素土夯实或混凝土板 ， 厚度一般不小于 3 0 c m 。 同时土工织物可用于处理滑坡， 例如襄樊引丹五千渠膨胀土滑 坡处理的施工程序是， 先挖除滑坡体 ， 采用土工织物分层铺盖填 筑压实， 并作砂石滤层排水设施。加筋土层间距 0 ． 3 0 ～ 0 ． 5 0 m ， 坡比 1 2 ． 0 ， 渠坡与土工织物间有 3 0 c m的膨胀土掺砂土保护 层。 3 ． 2 膨胀土填筑堤坝施工措施 1 筑坝方法。① 用膨胀土和非膨胀土的混合土填筑； ② 用非膨胀土包盖膨胀土坝体或用非膨胀土填筑于顶层， 包盖和 压顶的厚度可根据膨胀土性质和大气影响深度确定 ， 一般为 2 3 m ； ③ 分区填筑 ， 即较强膨胀土填筑于下层 ， 较弱膨胀土填 筑于上层。 2 坝坡及断面尺寸。不同类型膨胀土采用不同坡 比。根 据实 践经验和抗 剪强度特性 ， 上游坝段 ， 弱膨 胀土 1 2 ． 5 1 3 ． 0 ， 中膨胀土 1 3 ． 0 1 3 ． 5 ， 强膨胀土 1 3 ． 5 1 4 ． 0 ； 下游坝 坡， 弱膨胀土 1 2 ． 0 1 2 ． 5 ， 中膨胀土 1 2 ． 5 ～1 3 ． 0 ， 强膨胀土 l 3． 01 3． 5 。 3 填筑标准。目前国内有 4种观点 ① 最优含水量下压 实到最大干重度； ② 比最优含水量高 2 ％ ～ 4 ％压实到不小于 9 5 ％的压实度 ， 这是应用广泛的一种方法； ③ 设计填筑土料含 水量与塑限相近， 其差值在 2 ％左右 ， 并按适用击实功能求得相 应的最大干重度 ， 将最大干重度乘以压实系数； ④ 膨胀土坝不 同部位采用不同填筑条件， 对于土坝中不可能发生膨胀的部位 ， 采用最优含水量及相应最大干重度 ， 对于坝体中因受 自重压力 很小而有可能充分膨胀地近坡 面部位 ， 采用 比最优含水量偏湿 2 ％ 一4％ 。 4 稳定性验算。对于膨胀土坝稳定性验算中强度指标的 取值 ， 应根据部位不同 ， 取用该部位在相应 自重压力下的强度参 数。同时用有限元计算应力应变状态 比较符合于实际情况。 5 护坡及排水。护坡可 以保持边坡 土含水量 的稳定， 从 而可以限制膨胀， 防止崩解 ， 保持坡土有一定的强度 ． 同时可以 减轻或避免干缩裂缝 的产生。膨胀土坝要特别注意坝面排水 ， 防止地表水渗入坝体， 同时也要注意坝体内部排水， 降低浸润 线， 使渗流尽可能不从下游坡溢出。 3 ． 3 膨胀岩土中的洞室稳定问题 膨胀岩土中的引水隧洞围岩和衬砌常产生变形 ， 如开裂 、 内 挤 、 坍塌和膨胀等。为了尽量减少围岩应力集中， 利于围岩稳 定， 隧洞断面形状宜用圆形或马蹄形 曲墙 ， 底部为仰拱， 使之形 成一闭合结构。同时对于开挖跨度大的隧洞 ， 宜用复合式衬砌。 南水北调中线工程陶岔肖楼段为中偏弱膨胀土， 渠道挖深 3 O ～ 4 8 m ， 对该段进行 了输 水隧洞模拟方案研究。隧洞上覆土 层厚 3 o ～ 3 5 m ， 隧洞形式为圆拱直墙及仰拱底板 ， 洞宽 8 m， 高 1 O ． 3 m ， 直墙及仰拱部位的钢筋混凝土衬砌厚 0 ． 7 m， 顶拱衬砌 0 ． 6 m ， 开挖毛洞宽9 ． 4 m ， 高 l 1 ． 6 m 。洞室稳定性采用二维非线 性有限元计算 ， 分析结果是 ， 无地下水的条件下 ，洞室稳定的极 f 下转第2 8 页】 维普资讯 2 8 人 民 长 江 2 0 0 5篮 据钻孑 L 、 平硐及物理探测表明， F 。 断层溶蚀带主要表现为 沿断层发育串珠状溶洞， 与夹层 、 裂隙相交处溶蚀尤为强烈。主 要溶蚀范围位于右坝肩一带， 北西方 向以 Z K 3 为界 ， 上游至 层页岩 ， 下游沿倾向至 F 1 断层。 3 渗漏量估算 3 ． 1 渗漏计算公式 3 ． 1 ． 1 非岩溶管道洞段 非岩溶管道洞段主要为沿裂隙和小溶隙通过排水孑 L 发生漏 水， 此段可按相对均一透水岩体进行计算。计算公式采用 铁路 工程水文地质手册 中的经验公式 Q k 。 一H 2 0 ， 6 7 60 ， 0 6 k 1 1 k q 2 式中 Q为渗漏量， ／ d ； k 为岩体渗透系数 ， m ／ d ； 为导流洞单位 长度面积， I T l 2 ； H 。 为蓄水水位， m ； H 2 为导流洞底板高程， m ； q 为 压人流量， ； H为试验水头， m ； f 为试段长度 ， m； r n 为钻孑 L 半 径， m。 3 ． 1 ． 2 岩溶管道 目前， 岩溶管道渗漏还没有成熟的公式可用， 从安全角度考 虑， 以洞壁出水断面为控制， 外侧渗漏则按完全贯通管道计算， 不计水头损失。 水流为紊流 ， 采用计算公式 Q V 3 √ ／ H I - H 2 4 式中 Q为渗漏量 ， ／ d ； 为断面平均流速， m ／ d ； H ， 为 蓄水水 位， m； H 2 为导流洞岩溶管道底板高程， m ； d为岩溶管道直径， m ； f 为岩溶管道长度， m ； 为管壁系数， 这里取 0 ． 7 5 ； 为导 流洞出露岩溶管道截面积 ， m 2 ； g 为重力加速度， I T l 2 ／ s 。 3 ． 2 渗漏量计算 由于导流洞各段洞身岩体工程地质 ， 水文地质特征不同， 洞 身衬砌结构不同， 可分为两种情况进行计算 ① 在原设计条件 下， 在洞壁衬砌、 固结灌浆、 回填灌浆以及锚固等措施均严格按 设计要求进行施工 ， 并对溶洞 、 夹层 、 断层破碎带等地质缺陷均 按设计要求进行处理基础上 ， 全断面衬砌段不易击破 ， 管道渗漏 上接第 l 5页 限高度为 6 ． 0 m ， 高跨比约 0 ． 6 5 ； 考虑地下水位在地面下 5 m时， 洞室稳定的最大高度约 4 ． 5 m ， 高跨 比约 0 ． 5 0 。 3 ． 4 建筑物地基变形与稳定问题 根据膨胀土的膨胀率和收缩系数计算地基膨胀变形量和收 缩变形量。基础埋深对建筑物变形影响很重要， 大气影响急剧 层深度是确定基础埋深主要因素之一。同时根据膨胀土软弱结 构面的分布特征验算地基稳定性。膨胀土地基处理方法可归纳 如下 1 砂石及灰土垫层。以消除或减少地基的胀缩变形 ， 一 般适用于中等膨胀土地基。垫层厚大于 3 0 c m ， 垫层宽度大于基 底宽度。 2 墩基或柱基。墩基可减少基础与土的接触面， 并使荷 载比较集中， 加大基础单位面积压力 ， 从而减少膨胀变形量。 3 桩基。重要建筑物和渡槽基础， 对沉降要求很严时 ． 可 采用桩基穿过膨胀土层支承在非膨胀性硬土层上， 以消除胀缩 变形 。当膨胀土厚度很大时， 也可用短桩支承在膨胀土层内， 但 量可不计。按均一岩性进行系统渗漏量计算 ； ② 局部地质缺陷 未处理完全或局部衬砌质量不好 ， 导流洞封堵后在高水头作用 下 ， 仍有可能在局部地质缺陷产生击破 ， 造成突水 ， 岩溶管道则 按完全贯通管道计算。 1 系统渗漏量计算。导流洞封堵堵头位置 为 3 1 9 ～3 6 4 m， 大坝防渗帷幕线位置为 0 3 4 5 m， 在防渗帷幕拦截下向下游 发生渗漏的可能性较小。0 ～ 345 m洞段主要为沿裂隙和小溶隙 通过排水孑 L 发生漏水， 此段可按相对均一透水岩体进行计算 。 根据压水试验 ， 依 2 式计算得相应的岩体渗透系数 k 为 0 ， 0 8 6 ～ 0 ， 1 7 m ／ d 。按蓄水至大坝 中孑 L 2 3 2 m高程 ， 进行导流洞 临时堵头施工， 蓄水水位 ． 为 2 3 2 m ， 按 1 式计算的渗漏量 为Q 3 ， 6 ～6 ． 8 l o “I T f ／ d 。 2 管道渗漏量计算。导流洞封堵后在高水头作用下 ， 可 能在局部地质缺陷产生击破， 造成突水， 渗漏主要发生在组合衬 砌段 。 按蓄水至大坝中孑 L 2 3 2 m高程 ， 进行导流洞临时堵头施工， 蓄水水位H ． 为 2 3 2 m， 根据 3 和 4 式 计算渗漏量 为 ① 3 2 ． 8 3 ～ 5 4 m段， 出露截面积为 5 ， 3 6 8 r n 2 ， Q 6 ． 9 ～1 4 ． 7 l o “ ／ d ； ② 7 8 ～8 7 m段 ， 出露截面积为 2 3 ． 1 8 m 2 ，Q 3 1 ． 1 ～ 3 6 ， 3 l o “ m 3 ／ d ； ③ 1 1 9 ～l 2 4 m段 ， 出露截面积为 l 2 ， 2 5 m 2 ， Q 6 ． 9～ 7 ， 8 l o “m 3 ／ d 。其管道渗漏总量为 Q 4 4 ， 9 ～ 5 8 ． 8 l o “m 3 ／ d 4 结 语 1 导流洞进 口至右坝肩地段中可能与导流洞相连通的主 要岩溶系统有锣鼓洞 K w． ． 岩溶系统 、 F ， ， 断层溶蚀带 、 K l 岩溶系统 、 F ． ， 断层溶蚀带。 2 导流洞下闸蓄水 ， 实测流量为 4 ． 3 2 l o “m 3 ／ d ， 与计算 的系统渗漏量接近。同时表明在洞壁衬砌 、 固结灌浆、 回填灌 浆 、 以及锚固等措施均严格按设计要求进行施工 ， 并对溶洞 、 夹 层 、 断层破碎带等地质缺陷均按设计要求进行处理基础上， 全断 面衬砌段不易击破 ， 不存在管道渗漏。 参考文献 [ 1 ] 邹成杰 ， 徐福兴等． 水利水电岩溶工程地质 ． 北京 水利电力 出版 社 ． 1 9 9 4 ． [ 2 ] 中华人民共和国水利部能源部． 水利水电工程钻孔压水试验规程 S I 2 5 9 2 ． 北京 水利电力出版社 ， 1 9 9 2 ． 编辑 刘 毅 短桩必须埋置于大气影响急剧层深度以下 ， 且不小于设计地面 下 5 m ， 其锚固深度的摩阻力必须大于膨胀土膨胀时的上拔力。 Nn ,-J - 桩承台梁下应留有空隙， 其值应大于土层浸水后的最大膨 胀量 ， 且不小于 1 0 e m 。 4 结 论 流域膨胀土分布与地域地质背景 、 地貌以及气候密切相关 ； 根据膨胀土的结构特征 、 胀缩特性和抗剪强度特性 ， 在膨胀土地 区进行工程建设时应运用不同的工程处理措施解决所遇到的膨 胀岩土工程问题。 参考文献 [ 1 ] 廖世文． 膨胀土与铁路工程． 北京 中国铁路 出版社， 1 9 8 4 ． [ 2 ] 柯尊敬． 膨胀土筑坝， 见 第四届土力学与基础工程学术会论文集． 北京 中国建筑工业出版社． 1 9 8 6 ． [ 3 ] 刘特洪． 工程建设中的膨胀土问题 ． 北京 中国建筑工业出版社． 1 9 9 7． [ 4 ] 龚壁卫． 膨胀土渠坡降雨入渗现场试验研 究． 长江科学院院报， 2 0 0 2 ， 3 ． 编辑 赵凤 超 维普资讯