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第一篇 强膨胀土工程特性及地质结构3

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143

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

9.4.1 BP神经网络算法177

9.4.2 BP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297

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

17.1.5 PVC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443

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

20.3.1 GPRS模块应用配置477

20.3.2 GPRS模块和智能数据采集仪组网478

20.3.3 GPRS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

20.4.3 Web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