Failure mechanism of canal slopes of expansive soils considering action of wetting-drying cycles
-
摘要: 膨胀土渠道由于季节性的通水和停水,其边坡实际处于干湿循环的状态,非常容易引起边坡失稳。采用离心模型试验对干湿循环作用下的膨胀土渠道边坡稳定性进行了探讨,研究了渠道边坡的破坏机理。研究发现,由于渠道的反复通水和停水,渠道边坡土体经历了多次干湿循环,每次循环后边坡土体裂缝逐渐扩展,渠水不断入渗,饱和区逐渐扩大。渠基土的膨胀性越强,每次干湿循环后的裂隙扩展越严重,渠水入渗作用也越强,渠道越容易破坏。研究还发现,由于通水和停水造成的渠道干湿循环破坏模式主要表现为渠坡整体发生浅层失稳破坏,这一破坏模式与前人研究发现的牵引式滑坡具有较大不同之处。Abstract: The canal of expansive soils is in the state of wetting-drying cycle because of seasonal water level fluctuations, and its slope instability is easily induced. The centrifugal model tests are carried out to study the stability of a canal slope of expansive soils under wetting-drying cycles, and its failure mechanism is investigated. It is found that the soil of the canal slope undergoes various wetting-drying cycles due to the repeating water level fluctuations in the canal. After each cycle, the cracks in the soil gradually expand, the water in the canal infiltrates continuously, and the saturated area gradually increases. The stronger the expansive capability of foundation soils, the more severe the crack extension after each wetting-drying cycle, the stronger the infiltration of canal water, and the more easily the canal is destroyed. The main failure mode of the canal caused by wetting-drying cycles of water level fluctuations is shallow instability, which is quite different from the retrogressive landslide discovered by other researchers.
-
Keywords:
- wetting-drying cycle /
- expansive soil /
- canal slope /
- centrifugal model test
-
[1] NG C W W, ZHAN L T, BAO C G, et al. Performance of an unsaturated expansive soil slope subjected to artificial rainfall infiltration[J]. Géotechnique, 2003, 53(2): 143-157. [2] 詹良通, 吴宏伟, 包承纲, 等. 降雨入渗条件下非饱和膨胀土边坡原位监测[J]. 岩土力学, 2003, 24(2): 151-158.
(ZHAN Liang-tong, NG C W W, BAO Cheng-gang, et al. Artificial rainfall infiltration tests on a well-instrumented unsaturated expansive soil slope[J]. Rock and Soil Mechanics, 2003, 24(2): 151-158. (in Chinese))[3] DAI Z, CHEN S, LI J.The failure characteristics and evolution mechanism of the expansive soil trench slope[C]// 2nd Pan-American Conference on Unsaturated Soils. New York, 2017. [4] CHENG Z L, DING J, RAO X, et al.Physical model tests of expansive soil slope[C]// Geo-Congress. San Diego, 2013: 731-740. [5] GRECO R, GUIDA A, DAMIANO E, et al.Soil water content and suction monitoring in model slopes for shallow flowslides early warning applications[J]. Physics & Chemistry of the Earth Parts, 2010, 35(3/4/5): 127-136. [6] 陈生水, 郑澄锋, 王国利. 膨胀土边坡长期强度变形特性和稳定性研究[J]. 岩土工程学报, 2007, 29(6): 795-799.
(CHEN Sheng-shui, ZHENG Cheng-feng, WANG Guo-li.Researches on long-term strength deformation characteristics and stability of expansive soil slopes[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2007, 29(6): 795-799. (in Chinese))[7] 王国利, 陈生水, 徐光明. 干湿循环下膨胀土边坡稳定性的离心模型试验[J]. 水利水运工程学报, 2005(4): 6-10.
(WANG Guo-li. CHEN Sheng-shui, XU Guang-ming.Centrifuge model test on stability of expansive soil slope under alternation between drying and wetting[J]. Hydro-Science and Engineering, 2005(4): 6-10. (in Chinese))[8] 饶锡保, 陈云, 曾玲. 膨胀土渠道边坡稳定性离心模型试验及有限元分析[J]. 长江科学院院报, 2002, 19(增刊1): 105-107.
(RAO Xi-bao, CHEN Yun, ZENG Ling.Centrifugal model test and FEM study on slope stability of expansive soil channel of Water Transfer Project from South to North[J] Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2002, 19(S1): 105-107. (in Chinese))[9] 徐光明, 王国利, 顾行文, 等. 雨水入渗与膨胀性边坡稳定性试验研究[J]. 岩土工程学报, 2006, 28(2): 270-273.
(XU Guang-ming, WANG Guo-li, GU Xing-wen, et al.Centrifuge modeling for instability of excavated slope in expansive soil due to water infiltration[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2006, 28(2): 270-273. (in Chinese))[10] 程永辉, 程展林, 张元斌. 降雨条件下膨胀土边坡失稳机理的离心模型试验研究[J]. 岩土工程学报, 2011, 33(增刊1): 416-421.
(CHENG Yong-hui, CHENG Zhan-lin, ZHANG Yuan-bin.Centrifugal model tests on expansive soil slope under rainfall[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2011, 33(S1): 416-421. (in Chinese)) -
期刊类型引用(50)
1. 杨博文,李凯,张方祺,段正中. 应力-干湿-冻融循环下膨胀土力学特性试验研究. 中国科技论文. 2025(02): 137-145 . 百度学术
2. 赵邦强,常江. 山西太谷南红崖一带平缓型膨胀土滑坡活动特征及成因机理研究. 华北自然资源. 2025(02): 111-114+118 . 百度学术
3. 郝建斌,李耕春,刘志云,崔福庆,蒋臻蔚. 干湿循环作用下剑麻纤维加筋膨胀土的抗裂作用及影响因素. 湖南大学学报(自然科学版). 2024(01): 147-158 . 百度学术
4. 解林,张中印,艾东,吕士展. 干旱和局部渗水对膨胀土渠堤稳定性影响研究. 人民长江. 2024(01): 192-199 . 百度学术
5. 胡江,李星. 深挖方膨胀土边坡时空变形特征分析. 岩土力学. 2024(10): 3071-3080 . 百度学术
6. 赵二平,唐加林,李志坤,张聪. 不同初始含水率下广西膨胀土膨胀变形规律及劣化机理研究. 人民珠江. 2024(11): 115-123 . 百度学术
7. 蔡国军,田宏亮,刘路路,刘晓燕,章荣军. 复杂环境下膨胀土工程特性演化特征研究进展. 应用基础与工程科学学报. 2024(06): 1511-1537 . 百度学术
8. 常锦,郭剑雄,张海娜,赵世龙,张红日. 降雨-蒸发循环作用下柔性支护处治膨胀土边坡的渗流及稳定性研究. 长沙大学学报. 2024(05): 1-8 . 百度学术
9. 杨涛,喻天龙,姜海波. 北疆膨胀土渠道混凝土衬砌结构变形特性研究. 水电能源科学. 2023(02): 163-167+99 . 百度学术
10. 梁兴. 高边坡膨胀土在水利水运工程中处理措施研究. 珠江水运. 2023(04): 61-63 . 百度学术
11. 黄鹏,程永辉,熊勇,冯党,曹先振. 裂隙扩展对膨胀土抗剪强度影响的试验研究. 土工基础. 2023(03): 506-511 . 百度学术
12. 张骏,郭杨,陈小川,乐腾胜,高坤,柯宅邦,奚邦禄. 持续浸泡下硬黏土强度劣化试验研究. 水利水运工程学报. 2023(04): 130-137 . 百度学术
13. 叶伟,马福恒,胡江,李子阳,顾行文. 旱涝急转下斜墙坝险情孕育及灾变过程离心模型试验研究. 岩土工程学报. 2023(10): 2100-2109 . 本站查看
14. 苏伟胜,马敏,黄震,罗鹏,邵羽. 防护方式对膨胀土边坡径渗流的影响. 广西大学学报(自然科学版). 2023(05): 1080-1090 . 百度学术
15. 胡江,李星,马福恒. 深挖方膨胀土渠道边坡运行期变形成因分析. 长江科学院院报. 2023(11): 160-167 . 百度学术
16. 郭建华,钟坤,李世昌,戴张俊. 多效应耦合作用下膨胀土裂隙扩展规律研究. 三峡大学学报(自然科学版). 2023(06): 51-57+69 . 百度学术
17. 周锐,王保田,王东英,王斯杰,张福海. 不同干湿条件下中等膨胀土裂隙发展及作用机理分析. 农业工程学报. 2023(21): 98-107 . 百度学术
18. 杨果林,陈子昂,张红日,段君义,夏晓鹏,林宇亮. 干湿循环作用下平缓型膨胀土边坡失稳破坏机制研究. 中南大学学报(自然科学版). 2022(01): 95-103 . 百度学术
19. 陈冠一,肖杰,陈强,杨和平,常锦,邹维列,陈汪洋. 不同毛细阻滞覆盖层处治膨胀土边坡的渗流及稳定性研究. 中南大学学报(自然科学版). 2022(01): 199-213 . 百度学术
20. 杨济铭,张红日,陈林,徐永福. 基于数字图像相关技术的膨胀土边坡裂隙形态演化规律分析. 中南大学学报(自然科学版). 2022(01): 225-238 . 百度学术
21. 樊科伟,贾昊泽,蔺建国,严俊,邹维列. 干湿循环历史对季冻区膨胀土体变特性的影响. 中南大学学报(自然科学版). 2022(01): 280-287 . 百度学术
22. 孙志杰,杨烜宇. 干湿循环条件下黄土边坡变形特性研究. 水利与建筑工程学报. 2022(01): 134-141 . 百度学术
23. 董建军,杨嫡,闫斌,梅媛. 剧烈干湿交替下高海拔排土场安全稳定性研究. 中国安全科学学报. 2022(03): 75-83 . 百度学术
24. 叶万军,周子豪,吴云涛,陈明,陈孙恩,赵建国. 基于VOSviewer的隧道工程领域研究进展知识图谱分析. 隧道建设(中英文). 2022(04): 540-553 . 百度学术
25. 朱锐,郭万里. 寒区渠道粉土质砂换填料力学特性试验研究. 中南大学学报(自然科学版). 2022(04): 1461-1471 . 百度学术
26. 张晓芳,赵雨顺,徐琴,唐波. 南京高淳灰黄色粘性土工程地质特征试验研究. 工程勘察. 2022(06): 32-37 . 百度学术
27. 刘斯宏,高从容,程德虎,廖洁,樊科伟. 土工袋修复膨胀土边坡抗滑稳定分析与摩擦特性试验. 南水北调与水利科技(中英文). 2022(03): 581-589 . 百度学术
28. 马文鑫,张勇敢,刘斯宏,郑军威,凤良,鲁洋. 干密度和温度对冻结膨胀土单轴压缩特性影响的试验研究. 冰川冻土. 2022(02): 515-523 . 百度学术
29. 穆奎,潘伟良,王利彬,李婷,陈雅雯,丁奠元. 生态河道植物护坡工程技术研究现状与展望. 水利与建筑工程学报. 2022(03): 206-216 . 百度学术
30. 叶为民,孔令伟,胡瑞林,查甫生,石胜伟,刘樟荣. 膨胀土滑坡与工程边坡新型防治技术与工程示范研究. 岩土工程学报. 2022(07): 1295-1309 . 本站查看
31. 徐永福,程岩,肖杰,林宇亮,戚顺超. 膨胀土滑坡和工程边坡新型防治技术研究. 岩土工程学报. 2022(07): 1281-1294 . 本站查看
32. 李燕,王斯海,朱锐. 复杂边界条件下膨胀土的体变特性与抗压强度研究. 水利水运工程学报. 2022(04): 106-113 . 百度学术
33. 吕光东. 干湿循环作用下粉质黏土抗剪强度的试验研究. 中外公路. 2022(04): 180-184 . 百度学术
34. 边亚东,尹松,李新明,陈雨婷,王凯. 土的力学性质环境效应虚拟仿真实验设计与实现. 高等建筑教育. 2022(04): 177-183 . 百度学术
35. 刘斯宏,沈超敏,程德虎,张呈斌,毛航宇. 土工袋加固膨胀土边坡降雨-日晒循环试验研究. 岩土力学. 2022(S2): 35-42 . 百度学术
36. 熊志宏,周昊,吕鹏桢,安钢,赵秀艳. 地下水位对膨胀土边坡安全系数影响数值分析. 四川建材. 2022(12): 87-89 . 百度学术
37. 朱锐,黄英豪,张晨,郭万里,陈皓. 季节性供水渠道边坡稳定性研究. 水利水运工程学报. 2021(01): 124-132 . 百度学术
38. 舒志乐,孙启明,廖智伟,张鑫. 干湿循环下膨胀土应力-应变行为及强度分析. 中国科技论文. 2021(08): 825-829+835 . 百度学术
39. 刘俊东,唐朝生,曾浩,施斌. 干湿循环条件下黏性土干缩裂隙演化特征. 岩土力学. 2021(10): 2763-2772 . 百度学术
40. 何鹏飞,马巍,穆彦虎,董建华,黄永庭. 考虑冻胀力和冻结力作用的梯形渠道衬砌冻胀破坏弹性地基梁模型. 中南大学学报(自然科学版). 2021(11): 4148-4157 . 百度学术
41. 何鹏飞,马巍. 我国寒区输水工程研究进展与展望. 冰川冻土. 2020(01): 182-194 . 百度学术
42. 黄英豪,蔡正银,朱锐,张晨,郭万里,朱洵,陈永. 季冻区渠道湿干冻融离心模拟试验设备的研制. 岩土工程学报. 2020(07): 1181-1188 . 本站查看
43. 蔡正银,朱锐,黄英豪,张晨,郭万里,陈皓. 冻融过程对膨胀土渠道边坡劣化模式的影响. 水利学报. 2020(08): 915-923 . 百度学术
44. 曾铃,罗锦涛,侯鹏,卞汉兵. 干湿循环作用下预崩解炭质泥岩裂隙发育规律及强度特性. 中国公路学报. 2020(09): 1-11 . 百度学术
45. 蔡正银,朱锐,黄英豪,张晨,郭万里. 湿干冻融耦合循环作用下渠道劣化过程离心模型试验研究. 岩土工程学报. 2020(10): 1773-1782 . 本站查看
46. 骆赵刚,汪时机,张继伟,杨振北. 膨胀土裂隙发育的厚度效应试验研究. 岩土工程学报. 2020(10): 1922-1930 . 本站查看
47. 刘芳雪,王玮瑜,徐光明. 一种用于大体积软黏土试样制备的固结仪. 内蒙古工业大学学报(自然科学版). 2020(06): 430-437 . 百度学术
48. 陈勃文,张晨. 北疆输水工程渠堤渗漏规律研究. 水利水电技术. 2020(S2): 306-310 . 百度学术
49. 邓铭江,蔡正银,朱洵,张晨. 北疆渠道膨胀土边坡破坏机制及加固措施. 岩土工程学报. 2020(S2): 50-55 . 本站查看
50. 阮新民. 渠道渗漏水抽排作业效果分析. 岩土工程学报. 2020(S2): 250-254 . 本站查看
其他类型引用(22)
计量
- 文章访问数:
- HTML全文浏览量: 0
- PDF下载量:
- 被引次数: 72