湿干循环下膨胀土渠道边坡的破坏模式及稳定性

针对北疆地区膨胀土渠道因季节性通水导致的边坡失稳破坏问题,通过建立简化地质条件的离心模型试验,得到了湿干循环下膨胀土渠道边坡的变形及破坏特征,提出了由渠道通水、停水引起的湿干循环下膨胀土渠道边坡的破坏模式;在此基础上,利用GeoStudio软件分析了不同裂隙分布形式对膨胀土渠道边坡渗流特性及稳定性的影响。结果表明:运行过程中渠基膨胀土开裂是引起渠道边坡发生浅层失稳破坏的决定性因素;渠道因季节性通水造成的湿干循环作用下膨胀土渠道边坡破坏模式主要由“子土块”剥落破坏及“后缘张拉裂隙的扩展”2种破坏相互混合叠加构成。对比数值模型中不同后缘裂隙深度下渠坡的安全系数可知,当裂隙贯穿区深度为0.5 m时(工况1),对应的安全系数下降幅度约为60%,但此时的安全系数仍较大,渠坡可视为稳定;而当裂隙贯穿区深度继续增加至1 m时,渠道的安全系数下降幅度达到约74%,此刻的安全系数接近一级安全等级阈值(1.25),渠坡虽仍为稳定,但已经具备了失稳的可能。边坡的浅层破坏主要由“子土块”剥落模式决定,而后缘张拉裂隙的扩展对渠坡的失稳起到促进作用。此外,数值模拟结果还显示裂隙的存在加剧了坡面表层土体的孔压波动,易造成表层“子土块”的剥落。研究成果为进一步揭示季节性通水诱发的膨胀土渠道灾变提供了参考依据。     

冻融过程对高寒区渠道基土力学特性的影响

高寒区复杂的环境场是渠道基土劣化的重要原因,并由此诱发渠系工程的灾变。开展了湿干循环及湿干冻融耦合循环下膨胀性渠道基土的三轴固结排水剪切试验,描述了渠道基土的应力-应变关系、弹性模量、破坏强度和抗剪强度指标的变化特征,探讨了湿干冻融耦合循环中的冻融过程对渠道基土力学特性的影响。结果表明:湿干循环和湿干冻融耦合循环次数的增长使得渠道基土的应力-应变关系由一般硬化型往弱硬化型(弱软化型)发展,湿干冻融耦合循环过程中的冻融过程加剧了这一转变的发展。同时,湿干冻融耦合循环中的冻融过程易造成渠道基土的弹性模量、破坏强度、黏聚力在耦合循环初期大幅下降,而这一影响随着湿干冻融耦合循环次数的增长逐渐弱化。7次湿干循环后,试样的弹性模量、破坏强度、黏聚力和内摩擦角分别衰减了约13.1%～33.3%、21.2%～27.6%、39.1%和15.6%,低于7次湿干冻融耦合循环后22.3%～34.5%、22.2%～30.9%、44.0%、11.7%的衰减幅度,表明湿干冻融耦合循环中的冻融过程加剧了渠道基土力学性能的衰减,但对试样内摩擦角影响较小。另外,湿干冻融耦合循环中的冻融过程造成低围压下的渠道基土损伤较为明显,以传统弹性模量形式表征渠道基土的损伤度在在一定程度上低估了湿干循环及湿干冻融耦合循环过程对于渠道土体的损伤程度,在高寒区膨胀土渠系工程相关计算与分析中,还应充分考虑渠道土体的破坏强度衰减。研究成果可为北疆供水工程的建设与维护提供一定科学依据。