本書為“南水北調中線一期工程技術叢書”之一。膨脹土變形及邊坡穩定相關技術、盾構隧洞穿越黃河相關技術、大型渡槽結構設計相關技術為南水北調中線工程三大技術難題。工程沿線涉及膨脹巖土的渠段累計長386.8?km，范圍廣、影響大，是中線工程勘察的重點和難點。本書將全面介紹工程沿線膨脹土分布、地層時代、物質組成、研究歷史、基本物理力學參數、破壞機理、工程設計參數取值方法，揭示不同成因結構面對膨脹土強度及邊坡穩定的控制作用，提出發育于不同深度的長大緩傾角結構面和發育于近地表的脹縮裂隙分別是產生深層水平滑動與淺層坍塌變形失穩的關鍵。介紹膨脹土地下水分布形式、賦存空間特征及其對邊坡穩定和渠道襯砌結構穩定的影響。針對膨脹土渠坡變形破壞機理，提出地表截滲-地下排水、開挖面防護、深層結構面抗滑的綜合治理方案，以及膨脹土水泥改性換填、深層抗滑的完整設計方法
獲國家科技進步二等獎5項，曾獲全國工程設計大師、FIDIC百年優秀咨詢工程師、全國杰出專業技術人才、湖北省科學技術突出貢獻獎、首屆全國創新爭先獎狀等榮譽。
目錄
序
前言
南水北調中線一期工程簡介
第1章 南水北調中線工程的膨脹土問題 1
1.1 膨脹土分布 1
1.1.1 陶岔—沙河南段 1
1.1.2 沙河南—黃河南段 2
1.1.3 黃河北—漳河南段 2
1.1.4 漳河北—古運河南段 2
1.1.5 膨脹土分布區地形地貌及地質環境 3
1.2 膨脹土時代及地層巖性 4
1.2.1 地層時代 4
1.2.2 物質組成 6
1.3 膨脹土引發的渠道工程地質問題 9
1.3.1 邊坡穩定問題 9
1.3.2 渠底卸荷回彈及膨脹變形問題 13
第2章 南水北調中線工程膨脹土研究歷程 17
2.1 膨脹土專項研究 17
2.1.1 膨脹土專項研究主要時間節點 17
2.1.2 工程規劃設計階段相關研究 20
2.1.3 膨脹土關鍵技術研究 21
2.2 鄧州構林原型試驗研究 21
2.2.1 主要研究內容 21
2.2.2 研究方案 22
2.2.3 主要認識與結論 22
2.3 “十一五”國家科技支撐計劃南陽膨脹土試驗段專項研究 23
2.3.1 試驗場地分區規劃 24
2.3.2 膨脹土物理力學特性研究 29
2.3.3 大氣影響現場模擬試驗 29
2.3.4 研究成果 32
2.4 “十二五”國家科技支撐計劃研究 32
2.4.1 施工期膨脹土渠坡穩定性預報技術 33
2.4.2 強膨脹土變形破壞機理及處理技術 33
2.4.3 深挖方膨脹土渠道渠坡抗滑及渠基抗變形技術 34
2.4.4 膨脹土渠道防滲排水技術 35
2.4.5 膨脹土水泥改性處理施工技術 36
2.4.6 高填方渠道建設關鍵技術 38
2.4.7 膨脹土渠道及高填方渠道安全監測預警技術 39
第3章 南水北調中線工程膨脹土基本特性 41
3.1 膨脹巖土物質成分與結構 41
3.1.1 膨脹巖土的化學與礦物成分 41
3.1.2 膨脹土的結構特征 44
3.2 膨脹土物理力學特性 47
3.2.1 巖土體顆粒組成 47
3.2.2 巖土的物理參數 50
3.2.3 基本力學參數 54
3.2.4 裂隙控制型滑動面抗剪強度研究 67
3.2.5 膨脹土抗剪強度取值方法 68
3.3 膨脹土脹縮特性及水理特性 76
3.3.1 膨脹土脹縮特性研究 76
3.3.2 膨脹土結構垂直分帶性 81
3.3.3 超固結性、易崩解特性 83
3.3.4 裂隙性 87
3.3.5 膨脹土地下水 99
第4章 膨脹土渠道重大工程地質技術 113
4.1 膨脹土渠道邊坡破壞機理 113
4.1.1 膨脹土邊坡變形失穩模式 113
4.1.2 膨脹土邊坡破壞控制因素 117
4.1.3 膨脹土邊坡“脹縮-滑動變形破壞機理” 123
4.2 膨脹土抬升變形研究 125
4.2.1 渠底抬升變形特點 125
4.2.2 卸荷回彈變形 126
4.2.3 挖方渠道抬升變形觀測 129
4.2.4 膨脹土吸水膨脹變形 136
4.2.5 渠道開挖抬升變形實測值與理論計算對比 137
4.3 巖土膨脹等級野外快速鑒定 137
4.3.1 地質年代與巖土膨脹等級 137
4.3.2 巖土顏色與膨脹等級 138
4.3.3 巖土裂隙與膨脹等級 138
4.3.4 開挖坡面形態與膨脹等級 139
4.3.5 膨脹巖土膨脹等級綜合辨識 140
4.4 膨脹土渠道工程地質分類及評價方法 142
4.4.1 膨脹土渠道的分類 142
4.4.2 與挖填深度（高度）相關的工程地質評價 143
4.4.3 渠坡穩定性評價 144
4.4.4 基于渠坡穩定性評價的膨脹土渠道施工分段 145
4.5 膨脹土渠道施工地質方法 145
4.5.1 膨脹土渠道施工地質內容 145
4.5.2 施工地質工作方法 150
4.5.3 數字地質編錄技術 156
4.6 膨脹土開挖邊坡穩定性預測技術 163
4.6.1 淺層蠕變及邊坡長期穩定性預測 163
4.6.2 深層滑動及邊坡長期穩定性預測 165
4.6.3 施工期邊坡失穩分析 168
第5章 輸水渠道工程膨脹土問題處理 181
5.1 膨脹土渠坡變形失穩處理方案研究 181
5.1.1 膨脹土渠坡變形失穩原因 181
5.1.2 地下水作用及應對措施 183
5.1.3 淺層蠕變破壞防控技術 186
5.1.4 深層滑動破壞防控技術 195
5.2 膨脹土邊坡深層穩定加固方案工程應用 211
5.2.1 加固設計原則 211
5.2.2 邊坡加固方案 211
5.3 膨脹土坡面水泥改性土保護技術 218
5.3.1 水泥改性土原材料 218
5.3.2 水泥摻量 219
5.3.3 水泥改性土生產 221
5.3.4 改性土生產工藝 223
5.3.5 改性土填筑 224
第6章 膨脹土渠道設計 227
6.1 處理方案與參數 227
6.1.1 渠道斷面設計 227
6.1.2 設計依據與標準 237
6.1.3 膨脹土抗剪強度設計采用值 240
6.2 邊坡穩定計算 240
6.2.1 剛體極限平衡法 240
6.2.2 條分法 241
6.2.3 組合分析方法 244
6.2.4 膨脹土渠道邊坡穩定計算 246
6.3 抗滑樁設計 249
6.3.1 計算模型 249
6.3.2 抗滑樁結構計算方法 250
6.3.3 抗滑樁結構設計 250
6.3.4 陶岔—魯山段膨脹土邊坡抗滑樁設計 252
6.4 M形支護加固設計 254
6.4.1 框架式支護結構參數 254
6.4.2 M形支護結構布置 256
6.4.3 M形支護結構設計 258
6.4.4 陶岔—魯山段膨脹土邊坡M形抗滑樁加固設計 260
6.5 坡面保護設計 264
6.5.1 坡面保護材料 264
6.5.2 膨脹土坡面保護設計 266
6.6 施工期動態設計 268
6.6.1 開挖面裂隙編錄 268
6.6.2 渠坡加固方案動態設計 278
6.6.3 坡面防護與排水措施 291
第7章 膨脹土渠道施工 293
7.1 膨脹土渠道開挖技術 293
7.1.1 渠道開挖施工方法 293
7.1.2 開挖面保護 294
7.1.3 保護層開挖 294
7.1.4 坡面局部滲水導排 295
7.1.5 建基面修整 295
7.2 坡面換填施工技術 295
7.2.1 換填施工控制指標 295
7.2.2 換填層填筑 297
7.2.3 水泥改性土施工質量控制 300
參考文獻 302
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