新疆某大型灌区干渠渠道抗滑稳定分析

2021-10-29古丽苏玛依阿不都萨塔尔

广西水利水电 2021年5期

古丽苏玛依·阿不都萨塔尔

（新疆水利水电勘测设计研究院检测试验研究中心，乌鲁木齐 830099）

1 工程概况

新疆某大型灌区干渠位于新疆维吾尔自治区西南部，位于阿克苏市北偏东、温宿县城东偏南方向。目前，灌区种植范围处于分水岭两侧，地势高亢，当地径流少，现仅依靠当地小塘坝及少量中小型水库进行灌溉，灌溉保证率低，使农作物经常受旱减产，受此影响，灌区内的经济建设与社会发展缓慢，经济欠发达，严重落后于其它地区。根据灌区实际运行情况，为了满足灌区目前的用水需求，对灌区干渠进行建设是十分有必要的。为保持该大型灌区经济社会的可持续发展，本文参考了有关渠道建设成功经验做法[1～5]，对拟建渠道作抗滑稳定分析。

2 基本工程地质条件

2.1 地层岩性

拟建渠线地基地层自上而下可分为12层，现分别进行叙述如下：

（1）人工填土（Qs4）：以重粉质壤土为主，黄色，可塑，湿，中等压缩性，层厚0.40～2.60 m，层底高程29.63～52.79 m。

（2）①层，重粉质壤土（Qal4）：灰黄色，软塑～可塑，湿，中等偏高压缩性，层厚1.60～6.70 m，层底高程27.81～35.09 m。

（3）②层，淤泥质重粉质壤土（Qal4）：灰色，软塑，饱和，高压缩性，层厚2.20～5.00 m，层底高程27.00～34.90 m。

（4）③层，重粉质壤土（Qal3）：黄、灰黄、灰白等色，可塑～硬塑，湿，含铁锰结核，中等偏低压缩性。层厚1.40～16.00 m，层底高程19.60～46.60 m。

（5）④层，砂砾石夹黏土（Qal+pl3）：黄、棕黄色，中密～密实，黏土呈硬塑状，湿，砾石粒径5～40 mm，含量约30%，中等偏低压缩性，层厚1.00～4.10 m，层底高程18.60～34.85 m。

（6）⑤层，砂卵石（Qpl3）：杂色，中密～密实，饱和，粒径最大7 cm，卵石含量约50%左右，充填中、细砂，中等偏低压缩性，层厚1.80～7.00 m，层底高程16.09～25.97 m。

（7）⑥1层，全风化砂岩（K）：紫红色，已风化成土状，硬塑～坚硬状，层厚0.80～3.30 m，层底高程13.90～44.90 m。

（8）⑥2层，强风化砂岩（K）：紫红色，岩芯呈碎块状、短柱状，较软、易碎，采取率40%～50%，层厚0.80～9.40 m，层底高程7.20～41.79 m。

（9）⑥3层，中风化砂岩（K）：紫红色，岩芯呈柱状，柱长10～30 cm，采取率50%～60%，上部较硬，该层未揭穿，已揭露最大厚度12.10 m，最低层底高程-3.40 m。

（10）⑦1层，全风化角砾岩（K）：紫红色，呈碎块、破碎状，层厚0.90～1.60 m，层底高程19.31～39.29 m。

（11）⑦2层，强风化角砾岩（K）：紫红色，岩芯呈碎块状、短柱状，较硬，母岩成分杂，层厚1.20～4.00 m，层底高程15.31～38.09 m。

（12）⑦3层，中风化角砾岩（K）：紫红色，岩芯呈柱状，裂隙稍发育，采取率较高，该层未揭穿，已揭露最大厚度6.60 m，最低层底高程25.62 m。

2.2 岩土物理力学参数选取

根据勘探资料和室内试验成果资料分析，对渠道土层土工试验数据及原位测试数据合并统计。统计原则为：在剔除离差较大的数值后，计算出最小值、最大值、平均值及标准值，其中力学指标标准值按对工程不利原则采用大小平均值。在统计结果的基础上，结合现场勘探和已有工程经验，各土层主要参数建议值见表1。

2.3 工程地质分类及评价

对于挖方段渠道主要影响因素为边坡土体的渗透性、抗剪强度、岩体的风化程度、崩解性、以及边坡的高度等，结合地形地貌特征分别进行工程地质分类。将渠道线路按工程地质条件划分为好（A）、较好（B）、较差（C）、差（D）4类。

A类：抗渗条件好，岸、边坡稳定，无不良物理地质现象，为工程地质地质条件好的地段；B 类：抗渗条件较好，岸、边坡较稳定，无不良物理地质现象，为工程地质条件较好的地段；C 类：抗渗条件较差，岸、边坡不稳定，有不良物理地质现象，为工程地质条件较差的地段；D 类：抗渗条件差，岸、边坡不稳定，有不良物理地质现象，为工程地质条件差的地段。按照以上原则，本工程渠道工程地质分类及简要评价见表2。拟建渠线段总长5.72 km，全部划为C类（较差）渠段。

表2 渠道工程地质分类与评价表

2.4 开挖段岩土分级

对渠道拟开挖底高程以上各岩土层进行一般工程土类和岩石类别分级划分。其中一般工程土类分级以土质名称、湿密度及外形特征等指标划分，结果见表3；岩石类别以可钻性指标进行划分，结果见表4。

表3 渠道各岩土层一般工程土类分级结果表

表4 渠道各岩层岩石类别分级结果表

3 抗滑稳定计算

3.1 计算断面选取

根据渠道地形图和地质剖面图中测量断面及剖面位置，本次抗滑稳定复核计算选取拟建干渠渠堤桩号5+691右岸、8+533左岸断面作为代表断面，相应土层分布选取最近的地质横剖面，计算渠道堤坡抗滑稳定情况。

3.2 计算参数选取

分析比较计算断面各土层力学参数现场及室内物理力学试验结果，各土层的计算参数取值见表5。

表5 渠堤土层计算参数取值

3.3 抗滑稳定分析

渠道堤坡抗滑稳定计算采用瑞典圆弧法，其中稳定渗流期和水位骤降期计算公式均采用有效应力法。具体计算应用河海大学土木工程学院开发的“SLOPE－土石坝稳定分析系统”进行。根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）[6]，渠道堤坡稳定计算分为完建期、稳定渗流期+地震和水位降落期3种工况，抗滑稳定分析包括如下内容：

迎水侧边坡：非常运用条件Ⅰ，完建期工况，稳定渗流期+地震；正常运用条件，水位自设计水位31.3 m降落至29.8 m的工况。

背水侧边坡：非常运用条件Ⅰ，完建期工况，稳定渗流期+地震；正常运用条件，水位为设计水位31.3 m，下游水位为堤后地面高程，堤身形成稳定渗流下的工况。

计算断面不同工况下堤坡抗滑稳定计算成果见表6。从表6可以看出，5+691断面各种工况下堤坡抗滑稳定安全系数计算值均大于规范规定的抗滑稳定安全系数，满足规范要求。8+533 断面坡面为淤泥质重粉质土，坡面治理前各工况下计算坡面抗滑稳定安全系数虽大于规范规定的抗滑稳定安全系数，但考虑到灌溉渠道水位变化、干湿交替频繁，淤泥质重粉质土残余强度衰减周期长，参考类似工程经验，拟对干渠坡面存在淤泥质重粉质土的开挖坡面高于5.0 m 堤段进行坡面治理。经治理后，抗滑稳定安全系数同样满足规范值（见表6）。