本书紧密结合南水北调中线工程强膨胀土渠道处理设计面临的技术难题，研究了南水北调中线工程强膨胀土工程特性与地质结构、强膨胀土渠坡滑动破坏和膨胀变形规律及强膨胀土渠坡处理技术，揭示了强膨胀土的工程地质特征及工程特性，阐明了强膨胀土渠坡变形机理与破坏模式及其渠坡变形规律，提出了强膨胀土渠道边坡稳定性分析方法，建立了强膨胀土渠坡变形和渠基回弹与影响因子的关系，提出了换填与抗滑措施相结合的强膨胀土渠道处理技术。
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第一篇 强膨胀土工程特性及地质结构
第1章 绪论3
1.1问题提出3
1.2强膨胀土机理及处理技术研究现状4
1.2.1膨胀土边坡滑动破坏机理4
1.2.2膨胀土边坡稳定性分析方法6
1.2.3膨胀土边坡处理技术9
1.2.4膨胀土边坡监测技术10
1.3研究内容与技术路线13
1.3.1课题研究内容13
1.3.2技术路线14
第2章 强膨胀土(岩)矿化成分16
2.1化学成分16
2.2矿物成分19
第3章 强膨胀土(岩)基本物理力学特性24
3.1基本物理特性指标24
3.2压缩特性30
3.3抗剪强度32
3.3.1室内剪切试验32
3.3.2现场大剪试验34
3.3.3现场大剪试验与室内抗剪试验成果对比分析43
3.3.4物理力学参数推荐值的选取44
3.3.5反复胀缩条件下的抗剪强度46
3.3.6不同含水率条件下的抗剪强度49
第4章 强膨胀土(岩)胀缩特性与水理特性52
4.1胀缩特性52
4.1.1强膨胀土(岩)胀缩特性指标统计分析52
4.1.2胀缩特性指标与物理性质的关系57？
4.2渗透特性60
4.2.1室内渗透试验60
4.2.2现场注水试验63
4.2.3室内渗透试验与现场注水试验对比分析64
4.3崩解特性64
4.3.1强膨胀土崩解类型64
4.3.2强膨胀岩崩解类型68
4.3.3崩解类型影响因素分析70
第5章 强膨胀土(岩)裂隙特征72
5.1裂隙成因类型72
5.1.1原生裂隙72
5.1.2次生裂隙73
5.1.3构造裂隙74
5.2裂隙要素分析74
5.3裂隙发育规律分析77
5.4裂隙面抗剪强度83
5.4.1室内试验83
5.4.2现场大剪试验84
5.4.3裂隙面抗剪强度推荐值的选取85
第6章 强膨胀土(岩)结构特性87
6.1微观结构87
6.2宏观结构93
6.2.1淅川段强膨胀土宏观结构94
6.2.2南阳1段强膨胀土宏观结构94
6.2.3南阳2段强膨胀土宏观结构95
6.2.4南阳3段强膨胀岩宏观结构96
6.2.5鲁山段强膨胀岩宏观结构97
6.2.6邯郸段强膨胀岩宏观结构97
第7章 不同膨胀潜势膨胀土(岩)工程特性对比分析99
7.1化学、矿物成分对比分析99
7.1.1膨胀土(岩)化学成分99
7.1.2膨胀土(岩)的矿物成分102
7.2物理特性对比分析104
7.2.1膨胀土(岩)颗粒组成104
7.2.2膨胀土(岩)基本物理性指标107
7.3压缩特性对比分析111
7.4抗剪强度对比分析113
7.4.1室内力学试验成果的对比与分析113
7.4.2现场大剪试验成果对比分析122
7.4.3反复胀缩对膨胀土(岩)强度影响的对比分析122
7.4.4不同含水率下膨胀土体抗剪强度的对比分析123
7.5胀缩特性对比分析125
7.5.1膨胀土不同压力下膨胀率对比分析125
7.5.2膨胀土(岩)的膨胀力的对比分析130
7.5.3膨胀土(岩)无荷膨胀率的对比分析131
7.5.4膨胀土(岩)收缩系数的对比分析131
7.5.5膨胀土(岩)线缩率的对比分析132
7.5.6膨胀土(岩)体缩率的对比分析132
7.6水理特性对比分析133
7.6.1膨胀土(岩)的渗透特性对比分析133
7.6.2膨胀土的崩解特性对比分析136
7.7裂隙特征对比分析137
7.7.1膨胀土的裂隙发育特征137
7.7.2裂隙面强度的分析对比138
7.8结构特征对比分析138
7.8.1微观特征对比分析139
7.8.2宏观特征对比分析139
第二篇 强膨胀土渠坡滑动破坏和膨胀变形规律
第8章 强膨胀土渠坡破坏特征调研与分析143
8.1强膨胀土渠坡变形破坏调研143
8.1.1渠坡变形破坏调研方法143
8.1.2典型强膨胀土渠坡变形破坏调研144
8.1.3典型强膨胀岩渠坡变形破坏调研148
8.2强膨胀土渠坡破坏特征分析150
8.2.1渠坡失稳调查150
8.2.2强膨胀土渠坡失稳特征152
8.2.3强膨胀岩渠坡失稳特征152
8.3中强膨胀土渠坡破坏特征对比分析153
8.3.1中膨胀土渠坡破坏特征153
8.3.2强膨胀土渠坡地质结构153
8.3.3中强膨胀土渠坡破坏特征的差异性154
第9章 裂隙性强膨胀土膨胀模型156
9.1膨胀土胀缩规律及其指标测定156
9.1.1自由膨胀率156
9.1.2膨胀变形规律与线膨胀率157
9.1.3收缩特性与指标分析159
9.2强膨胀土K0应力状态膨胀模型160
9.2.1试验方案160
9.2.2膨胀率特征及变化规律160
9.2.3强膨胀土K0膨胀模型构建162
9.3裂隙强膨胀土非线性回归膨胀模型166
9.3.1裂隙特征与定量概化方式166
9.3.2裂隙膨胀土湿胀影响因素分析167
9.3.3不同裂隙率膨胀土膨胀模型与敏感性分析171
9.3.4裂隙强膨胀土非线性回归膨胀模型175
9.4裂隙膨胀土BP网络膨胀模型177
9.4.1BP神经网络算法177
9.4.2BP网络的Matlab实现方法179
9.4.3强膨胀土BP网络膨胀预测模型180
9.4.4网络模型预测结果分析182
第10章 降雨诱发强膨胀土渠坡浅层滑动破坏模型试验186
10.1模型试验设计186
10.1.1几何尺寸186
10.1.2物理模拟188
10.1.3边界条件188
10.2试验方法与过程控制189
10.2.1土体填筑与质量控制189
10.2.2监测元器件与布设方案191
10.2.3试验方法与过程控制196
10.3边坡物理状态变化特征200
10.3.1裂隙特征与表面形态200
10.3.2径流与汇水现象202
10.4边坡渗流场变化特征203
10.4.1不同时刻边坡渗流分布特征203
10.4.2边坡土体含水率时程变化规律204
10.4.3边坡土体含水率空间分布与变化规律205
10.5边坡湿胀变形特征与演化规律208
10.5.1边坡吸湿变形时程变化规律208
10.5.2边坡吸湿变形空间分布特征210
10.5.3边坡脱湿过程中裂隙演化规律213
10.5.4变形场与渗流场的相关关系215
10.6边坡应力场变化规律218
第11章 考虑湿胀软化效应的膨胀土边坡变形破坏分析方法221
11.1边坡湿胀软化的解耦{等效分析方法221
11.2边坡渗流机理与定解分析223
11.3膨胀土吸湿强度软化特性225
11.4膨胀土湿胀效应的热等效模拟228
11.5数值实现中的关键问题231
第12章 膨胀土边坡渗流{变形{应力与稳定性数值模拟236
12.1数值模拟方案236
12.1.1渗流场计算方案236
12.1.2应力应变场计算方案238
12.2降雨过程中渗流场的演化规律240
12.2.1均质边坡瞬态渗流场240
12.2.2降雨过程中渗流场的演化规律242
12.2.3边坡渗流特性影响因素分析244
12.3边坡表面变形与发展规律248
12.3.1边坡表面水平变形特征248
12.3.2边坡表面竖向变形特征249
12.3.3边坡表面变形发展规律250
12.4边坡剪应力分布演化特征253
12.5边坡塑性应变演化规律254
12.6膨胀土浅层边坡破坏模式255
12.7膨胀土边坡变形失稳控制因素分析256
12.7.1土体膨胀性256
12.7.2土体抗剪强度259
12.7.3初始孔隙水压力261
12.7.4降雨强度与历时264
第13章 考虑裂隙空间分布和裂隙面强度的强膨胀土边坡深层滑动稳定性分析267
13.1强膨胀土中裂隙与充填物特性及其力学特性267
13.1.1含夹层三轴试样制样装置267
13.1.2含夹层三轴试样制样方法268
13.1.3含裂隙充填物的膨胀土三轴试验方案269
13.1.4含裂隙充填物的膨胀土力学特性270
13.2考虑裂隙的极限平衡分析方法275
13.3滑坡实例分析277
13.3.1滑坡模型概化277
13.3.2稳定分析结果讨论278
第14章 强膨胀土渠坡滑动破坏机理283
14.1强膨胀土渠坡滑动破坏过程分析283
14.1.1典型滑坡概况及地质条件283
14.1.2滑坡过程及形态284
14.1.3滑坡揭露内部特征及分析285
14.1.4膨胀土渠坡变形破坏过程289
14.2强膨胀土渠坡滑动破坏模式290
14.2.1浅层强膨胀土(岩)渠坡滑动破坏模式290
14.2.2深层强膨胀土渠坡滑动破坏模式290
14.3强膨胀土渠坡滑动机理291
14.3.1强膨胀土浅层滑坡机理291
14.3.2强膨胀土深层滑坡机理291
14.4中强膨胀土渠道滑坡机理对比分析292
14.4.1中膨胀土渠道滑坡机理292
14.4.2中强膨胀土(岩)渠道滑坡机理的差异性293
第三篇 强膨胀土渠坡处理技术
第15章 强膨胀土渠坡处治技术297
15.1膨胀土渠坡处治技术的发展297
15.2强膨胀土渠坡浅表层破坏处治技术299
15.2.1防渗截排措施300
15.2.2换填保护措施300
15.3强膨胀土渠坡深层破坏处治技术302
15.3.1削坡减载302
15.3.2抗滑支挡措施302
第16章 强膨胀土渠坡处治技术设计303
16.1强膨胀土渠坡处治技术设计原则303
16.2强膨胀土渠坡坡比拟定303
16.3强膨胀土渠坡渗控与截排水设计306
16.3.1设计原则306
16.3.2强膨胀土渠道过水断面渗控设计307
16.3.3强膨胀土渠坡截排水设计321
16.4强膨胀土渠坡换填保护方案设计325
16.4.1换填保护材料选择325
16.4.2保护层换填厚度334
16.4.3保护层换填范围340
16.5强膨胀土渠坡支挡设计347
16.5.1支挡结构的设计要点347
16.5.2强膨胀土渠坡稳定计算348
16.5.3抗滑桩支挡设计352
16.5.4框架组合支挡结构设计363
16.5.5微型桩支挡结构设计370
16.6强膨胀土渠坡处治方案优选374
第17章 强膨胀土渠坡处治技术施工380
17.1防渗截排措施施工380
17.1.1防渗措施施工380
17.1.2排水垫层388
17.1.3排水盲沟389
17.1.4透水软管391
17.1.5PVC排水管392
17.1.6逆止阀394
17.1.7施工要点395
17.2水泥改性土换填层施工396
17.3微型桩施工397
17.3.1注浆钢管桩397
17.3.2伞型锚400
17.4抗滑桩施工400
17.4.1成孔方法及施工机械400
17.4.2施工工艺401
17.4.3施工要点407
17.4.4施工中常见问题的原因及处理措施408
17.5坡面梁施工409
17.5.1施工工艺409
17.5.2施工技术要求412
第18章 强膨胀土渠坡处治典型案例416
18.1浅挖强膨胀土渠坡处治实例416
18.1.1工程地质416
18.1.2处理措施418
18.2深挖强膨胀土渠坡处治实例418
18.2.1工程地质418
18.2.2处理措施421
18.3处理效果423
18.3.1坡面防护423
18.3.2抗滑桩支护效果426
18.3.3坡面梁钢筋应力分析439
第四篇 强膨胀土渠坡变形监测
第19章 渠坡变形监测设计443
19.1监测布置443
19.1.1监测布置原则及要求443
19.1.2监测项目及精度指标444
19.1.3强膨胀土段渠坡监测布置||淅川段445
19.1.4强膨胀岩渠基段监测布置||南阳3段449
19.1.5强膨胀岩渠坡段监测布置||鲁山段451
19.2监测仪器设备埋设技术455
19.2.1监测网和监测点观测墩455
19.2.2垂直位移监测点460
19.2.3测斜管钻孔及埋设460
19.2.4倾斜传感器461
19.2.5电磁沉降环462
19.2.6水分传感器462
19.2.7水势传感器462
19.2.8温度传感器463
19.2.9自动观测站建造463
19.3观测464
19.3.1监测网和监测点观测464
19.3.2钻孔测斜管观测465
19.3.3电磁沉降环观测465
19.3.4各类传感器观测465
19.3.5观测周期466
第20章 渠坡自动化综合监测系统467
20.1系统设计467
20.1.1系统设计原则和目标467
20.1.2系统关键技术468
20.1.3系统传感器布设468
20.1.4系统结构469
20.2传感采集层470
20.2.1各类传感器及其指标470
20.2.2智能数据采集仪472
20.2.3供电系统476
20.2.4防雷系统477
20.3数据传输层477
20.3.1GPRS模块应用配置477
20.3.2GPRS模块和智能数据采集仪组网478
20.3.3GPRS模块和监测系统计算机通信478
20.4系统应用层479
20.4.1管理平台软件479
20.4.2远程PC客户端485
20.4.3Web网页485
第21章 渠坡变形特征分析487
21.1强膨胀土渠坡段变形特征分析||淅川段487
21.1.1渠坡变形原因量分析488
21.1.2表层土体变形489
21.1.3深部土体位移490
21.2强膨胀岩渠基段变形特征分析||南阳3段493
21.2.1变形原因量分析493
21.2.2表层土体变形分析与预警495
21.2.3深部土体位移497
21.2.4渠基回弹规律分析508
21.3强膨胀岩渠坡段变形特征分析||鲁山段515
21.3.1变形原因量分析515
21.3.2表层土体变形517
21.3.3深部土体位移518
第22章 渠坡变形影响因子分析及变形模型520
22.1变形影响因子灰关联分析520
22.1.1灰关联度分析方法521
22.1.2渠坡位移及其影响因子关联分析525
22.1.3大气降雨与土体含水率滞后时间和影响深度分析530
22.2渠坡变形和渠基回弹模型534
22.2.1统计模型基本方法534
22.2.2强膨胀土渠顶垂直位移模型534
22.2.3强膨胀岩渠基回弹模型538
参考文献541
索引547
彩图
京公网安备 11010102004214号