新疆某大型灌區干渠渠道抗滑穩定分析

古麗蘇瑪依·阿不都薩塔爾

（新疆水利水電勘測設計研究院檢測試驗研究中心，烏魯木齊 830099）

1 工程概況

新疆某大型灌區干渠位于新疆維吾爾自治區西南部，位于阿克蘇市北偏東、溫宿縣城東偏南方向。目前，灌區種植范圍處于分水嶺兩側，地勢高亢，當地徑流少，現僅依靠當地小塘壩及少量中小型水庫進行灌溉，灌溉保證率低，使農作物經常受旱減產，受此影響，灌區內的經濟建設與社會發展緩慢，經濟欠發達，嚴重落后于其它地區。根據灌區實際運行情況，為了滿足灌區目前的用水需求，對灌區干渠進行建設是十分有必要的。為保持該大型灌區經濟社會的可持續發展，本文參考了有關渠道建設成功經驗做法[1～5]，對擬建渠道作抗滑穩定分析。

2 基本工程地質條件

2.1 地層巖性

擬建渠線地基地層自上而下可分為12層，現分別進行敘述如下：

（1）人工填土（Qs4）：以重粉質壤土為主，黃色，可塑，濕，中等壓縮性，層厚0.40～2.60 m，層底高程29.63～52.79 m。

（2）①層，重粉質壤土（Qal4）：灰黃色，軟塑～可塑，濕，中等偏高壓縮性，層厚1.60～6.70 m，層底高程27.81～35.09 m。

（3）②層，淤泥質重粉質壤土（Qal4）：灰色，軟塑，飽和，高壓縮性，層厚2.20～5.00 m，層底高程27.00～34.90 m。

（4）③層，重粉質壤土（Qal3）：黃、灰黃、灰白等色，可塑～硬塑，濕，含鐵錳結核，中等偏低壓縮性。層厚1.40～16.00 m，層底高程19.60～46.60 m。

（5）④層，砂礫石夾黏土（Qal+pl3）：黃、棕黃色，中密～密實，黏土呈硬塑狀，濕，礫石粒徑5～40 mm，含量約30%，中等偏低壓縮性，層厚1.00～4.10 m，層底高程18.60～34.85 m。

（6）⑤層，砂卵石（Qpl3）：雜色，中密～密實，飽和，粒徑最大7 cm，卵石含量約50%左右，充填中、細砂，中等偏低壓縮性，層厚1.80～7.00 m，層底高程16.09～25.97 m。

（7）⑥1層，全風化砂巖（K）：紫紅色，已風化成土狀，硬塑～堅硬狀，層厚0.80～3.30 m，層底高程13.90～44.90 m。

（8）⑥2層，強風化砂巖（K）：紫紅色，巖芯呈碎塊狀、短柱狀，較軟、易碎，采取率40%～50%，層厚0.80～9.40 m，層底高程7.20～41.79 m。

（9）⑥3層，中風化砂巖（K）：紫紅色，巖芯呈柱狀，柱長10～30 cm，采取率50%～60%，上部較硬，該層未揭穿，已揭露最大厚度12.10 m，最低層底高程-3.40 m。

（10）⑦1層，全風化角礫巖（K）：紫紅色，呈碎塊、破碎狀，層厚0.90～1.60 m，層底高程19.31～39.29 m。

（11）⑦2層，強風化角礫巖（K）：紫紅色，巖芯呈碎塊狀、短柱狀，較硬，母巖成分雜，層厚1.20～4.00 m，層底高程15.31～38.09 m。

（12）⑦3層，中風化角礫巖（K）：紫紅色，巖芯呈柱狀，裂隙稍發育，采取率較高，該層未揭穿，已揭露最大厚度6.60 m，最低層底高程25.62 m。

2.2 巖土物理力學參數選取

根據勘探資料和室內試驗成果資料分析，對渠道土層土工試驗數據及原位測試數據合并統計。統計原則為：在剔除離差較大的數值后，計算出最小值、最大值、平均值及標準值，其中力學指標標準值按對工程不利原則采用大小平均值。在統計結果的基礎上，結合現場勘探和已有工程經驗，各土層主要參數建議值見表1。

2.3 工程地質分類及評價

對于挖方段渠道主要影響因素為邊坡土體的滲透性、抗剪強度、巖體的風化程度、崩解性、以及邊坡的高度等，結合地形地貌特征分別進行工程地質分類。將渠道線路按工程地質條件劃分為好（A）、較好（B）、較差（C）、差（D）4類。

A類：抗滲條件好，岸、邊坡穩定，無不良物理地質現象，為工程地質地質條件好的地段；B 類：抗滲條件較好，岸、邊坡較穩定，無不良物理地質現象，為工程地質條件較好的地段；C 類：抗滲條件較差，岸、邊坡不穩定，有不良物理地質現象，為工程地質條件較差的地段；D 類：抗滲條件差，岸、邊坡不穩定，有不良物理地質現象，為工程地質條件差的地段。按照以上原則，本工程渠道工程地質分類及簡要評價見表2。擬建渠線段總長5.72 km，全部劃為C類（較差）渠段。

表2 渠道工程地質分類與評價表

2.4 開挖段巖土分級

對渠道擬開挖底高程以上各巖土層進行一般工程土類和巖石類別分級劃分。其中一般工程土類分級以土質名稱、濕密度及外形特征等指標劃分，結果見表3；巖石類別以可鉆性指標進行劃分，結果見表4。

表3 渠道各巖土層一般工程土類分級結果表

表4 渠道各巖層巖石類別分級結果表

3 抗滑穩定計算

3.1 計算斷面選取

根據渠道地形圖和地質剖面圖中測量斷面及剖面位置，本次抗滑穩定復核計算選取擬建干渠渠堤樁號5+691右岸、8+533左岸斷面作為代表斷面，相應土層分布選取最近的地質橫剖面，計算渠道堤坡抗滑穩定情況。

3.2 計算參數選取

分析比較計算斷面各土層力學參數現場及室內物理力學試驗結果，各土層的計算參數取值見表5。

表5 渠堤土層計算參數取值

3.3 抗滑穩定分析

渠道堤坡抗滑穩定計算采用瑞典圓弧法，其中穩定滲流期和水位驟降期計算公式均采用有效應力法。具體計算應用河海大學土木工程學院開發的“SLOPE－土石壩穩定分析系統”進行。根據《堤防工程設計規范》（GB50286-2013）[6]，渠道堤坡穩定計算分為完建期、穩定滲流期+地震和水位降落期3種工況，抗滑穩定分析包括如下內容：

迎水側邊坡：非常運用條件Ⅰ，完建期工況，穩定滲流期+地震；正常運用條件，水位自設計水位31.3 m降落至29.8 m的工況。

背水側邊坡：非常運用條件Ⅰ，完建期工況，穩定滲流期+地震；正常運用條件，水位為設計水位31.3 m，下游水位為堤后地面高程，堤身形成穩定滲流下的工況。

計算斷面不同工況下堤坡抗滑穩定計算成果見表6。從表6可以看出，5+691斷面各種工況下堤坡抗滑穩定安全系數計算值均大于規范規定的抗滑穩定安全系數，滿足規范要求。8+533 斷面坡面為淤泥質重粉質土，坡面治理前各工況下計算坡面抗滑穩定安全系數雖大于規范規定的抗滑穩定安全系數，但考慮到灌溉渠道水位變化、干濕交替頻繁，淤泥質重粉質土殘余強度衰減周期長，參考類似工程經驗，擬對干渠坡面存在淤泥質重粉質土的開挖坡面高于5.0 m 堤段進行坡面治理。經治理后，抗滑穩定安全系數同樣滿足規范值（見表6）。

表6 穩定計算安全系數成果表

4 結論

（1）對擬建渠道進行工程地質分類，5.72 km渠線段全部劃為C類渠段。

（2）對渠道擬開挖巖土層進行一般工程土類和巖石類別分級劃分，各巖土層一般工程土類分級劃分為Ⅱ～Ⅴ級，巖石可鉆性為4～5級，巖石類別為Ⅴ～Ⅶ級。

（3）對典型斷面進行抗滑穩定計算，結果表明：干渠5+691斷面各工況下的堤坡抗滑穩定安全系數均滿足規范要求，干渠8+533 斷面治理后各工況下的堤坡抗滑穩定安全系數均滿足規范要求。