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