抛填饱和粉质粘土夹淤泥质土围堰稳定及自动化监测技术研究

来源 :华东交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:slrjlc2009
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信江双港航运枢纽修建过程中,因周边填筑材料短缺和加快施工导流需要,其围堰工程首次采用左岸导流明渠开挖河床的粉质粘土夹淤泥质土代替传统土石料,用于水下部分的抛填作业。这种来自于河道内的粘土材料,由于长期处于饱和状态,含水量很高,经受开挖和抛填双重扰动后,形成的水下堰体强度低且分布极不均匀,很大程度上增加了围堰运行稳定的不确定性,特别是在水位变化以及降雨情况下,围堰边坡易出现渗透破坏、剪切滑移失稳等严重问题。为此,本文以信江双港航运枢纽围堰工程为依托,采用现场调查、数值模拟及原位自动监测相结合的研究手段,对复杂工程地质环境下抛填饱和粉质粘土夹淤泥质土围堰的填筑施工技术、失稳破坏机制、实时监控预警及稳定性评价进行了系统深入研究。主要研究内容及成果如下:(1)结合工程实例,论述了现行抛填饱和粉质粘土夹淤泥质土围堰填筑施工的实施流程、控制要点及存在的技术难题,在此基础上,分别模拟了原填筑方案、放缓坡比和维持设计坡比施加格构桩三种情况下围堰的施工成型全过程。结果表明:围堰水下分层抛填至马道时,统一在围堰两侧马道平台打设双排格构桩的方案,不仅能较好的约束水上堆填阶段堰体的垂直位移和水平位移,保证良好的围堰填筑成型效果,而且不用增加现场土方用量,特别是对于不具备较大围堰施工空间的水利或航运工程也能使用。(2)依据信江最高洪水位年(1998)双港坝址流量资料,采用有限元软件Plaxis 2D对抛填饱和粉质粘土夹淤泥质土围堰开展不同水位及不同水位涨落速率工况下的渗流稳定计算分析,然后针对抛填形成的围堰土体强度变化范围大、受降水和蒸发影响明显的特性,对其进行了敏感性分析,探讨各因素对堰坡抗滑稳定的影响,并基于数值模拟分析和安全系数与堰体变形的关系,提出堰体侧向变形速率远程自动监控的预警和报警值。结果显示:(1)设计枯水位、设计洪水位以及不同水位涨落条件下,抛填饱和粉质粘土夹淤泥质土围堰稳定性均满足设计规范的安全要求,最不利工况为高洪水位渗流情况。(2)对于坡比较陡、水位临空的背水侧边坡,受渗透出流影响,易出现贯通的滑弧破坏,从安全角度考虑,工程中应适当降低其坡度。(3)水位下降时,需考虑静水压力减少、堰体自重增大以及围堰填土浸水后抗剪强度降低引起的迎水侧堰坡失稳破坏。(4)抛填饱和粉质粘土夹淤泥质土的强度是围堰稳定的关键因素,抛填土强度的降低会诱发危险滑移面从背水面坡脚贯通到堰顶。(3)综合现场调查分析和围堰渗流稳定计算结果,对上下游围堰背水面边坡区域制定全方位的侧向变形、渗压及降雨量监测布置方案,同时借助基于云平台的自动化监测技术,开发了抛填饱和粉质粘土夹淤泥质土围堰稳定自动化监测平台。在此基础上,依据围堰边坡现场破坏的变形发展和临界状态下的数值结果,深入分析围堰监测系统的实时采集数据,提出适合抛填饱和粉质粘土夹淤泥质土围堰的变形预警指标体系,即:Ⅰ级预警,累计位移值大于20 mm,位移变形速率高于2.0 mm/d;Ⅱ级预警,累计位移值大于15 mm,位移变形速率高于1.5mm/天且低于2.0 mm/d;Ⅲ级预警,累计位移值大于15 mm,位移变形速率高于1.1 mm/d且低于1.5 mm/d。(4)以堰外水位、堰坡水平位移监测资料为基础,考虑水致劣化作用下围堰填料强度变形参数具有的劣化降低特性,采用不同参数组合与围堰实际填筑体型数值计算模型相结合的研究方法,反演分析水位不同涨落时期围堰迎水面边坡土体得力学参数。结果表明:相比于设计参数计算结果,不同水位时期反分析优选参数变形计算值与实测位移趋势一致、拟合较好且量级相当,相应的数值结果可以很好地用于后续超历史洪水时期抛填饱和粉质粘土夹淤泥质土围堰的稳定评价。
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