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深挖方膨胀土渠道边坡变形特征分析与预测

胡江 张吉康 余梦雪 马福恒 肖文素

胡江,张吉康,余梦雪,等. 深挖方膨胀土渠道边坡变形特征分析与预测[J]. 水利水运工程学报,2021(4):1-9. doi:  10.12170/20201201001
引用本文: 胡江,张吉康,余梦雪,等. 深挖方膨胀土渠道边坡变形特征分析与预测[J]. 水利水运工程学报,2021(4):1-9. doi:  10.12170/20201201001
(HU Jiang, ZHANG Jikang, YU Mengxue, et al. Characteristics analysis and prediction of slope deformation of deeply-excavated expansive soil canal[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(4): 1-9. (in Chinese)) doi:  10.12170/20201201001
Citation: (HU Jiang, ZHANG Jikang, YU Mengxue, et al. Characteristics analysis and prediction of slope deformation of deeply-excavated expansive soil canal[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(4): 1-9. (in Chinese)) doi:  10.12170/20201201001

深挖方膨胀土渠道边坡变形特征分析与预测

doi: 10.12170/20201201001
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51879169,51779155);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金资助项目(Y720002,Y720003)
详细信息
    作者简介:

    胡 江(1983—),男,湖南衡阳人,高级工程师,博士,主要从事水工结构老化病害及安全监控研究。E-mail:huj@nhri.cn

  • 中图分类号: TV68

Characteristics analysis and prediction of slope deformation of deeply-excavated expansive soil canal

  • 摘要: 膨胀土边坡滑坡具有长期性和反复性特点,加固处理后渠坡的长期稳定性仍值得关注。某长距离调水工程一膨胀土渠段渠坡虽采取了表层换填措施,但仍未阻断膨胀土与外界水汽交换,在通水运行两年后发生了较严重变形,采取了伞形锚加固和排水孔增设等处理措施。基于加固处理后的监测数据,通过主成分聚类分析法对渠坡变形测点分区,进而分析渠坡时空变形特征;在此基础上,选取典型测点,应用指数平滑法、自回归移动平均模型和多因素非线性回归模型对变形进行了分析和预测。结果表明:伞形锚加固处理后的渠坡变形经过近2个月调整后趋于平稳,现阶段主要表现为受外界环境影响下的波动;渠坡变形存在空间不均衡性,以原变形体为中心向两侧减小;渠坡变形主要受时效影响,降雨、地下水位和温度也有一定的影响。鉴于膨胀土变形滑坡的长期反复等特点,后续应继续加强巡查。
  • 图  1  渠坡断面结构示意

    Figure  1.  Structural diagram of the canal slope

    图  2  三四级渠坡变形和裂缝分布(单位: m)

    Figure  2.  Deformation characteristic and crack distribution of the third and the fourth canal slopes (unit: m)

    图  3  安全监测设施平面布置(单位:m)

    Figure  3.  Layout of safety monitoring equipment (unit: m)

    图  4  各测斜管表面测点位移过程线

    Figure  4.  Displacement records of surface measuring points of the installed inclinometer tubes

    图  5  渠段环境量过程线

    Figure  5.  Records of environmental quantities in the canal slope    

    图  6  变形测点树状分区

    Figure  6.  Dendrogram of the deformation measuring points

    图  7  变形测点分区平面映射(单位: m)

    Figure  7.  Plane mapping of clustering zones of the deformation measuring points (unit: m)

    图  8  805-3-m测点沿深度方向的位移典型时间过程线

    Figure  8.  Typical time history of displacements along depth direction of 805-3-m

    图  9  指数平滑法分离得到的趋势项和波动项

    Figure  9.  Trend and fluctuation terms separated by the exponential smoothing method

    图  10  ARIMA和回归模型拟合与预测效果

    Figure  10.  Comparison of fitting and prediction values between ARIMA and regression models

    图  11  各因素对变形的相对影响

    Figure  11.  Relative influence of various factors on deformation

    表  1  805-3-m测点表面位移与影响因子间相关性

    Table  1.   Correlation coefficients between 805-3-m and influencing factors

    影响因素805-3-m测点
    表面位移
    影响因素805-3-m测点
    表面位移
    平均气温 0.422 时效 0.488
    有效降雨量 −0.408 地下水位 0.373
    渠道水位 0.065
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  • [1] 殷宗泽, 韦杰, 袁俊平, 等. 膨胀土边坡的失稳机理及其加固[J]. 水利学报,2010,41(1):1-6. (YIN Zongze, WEI Jie, YUAN Junping, et al. Mechanism of slope slide of expansive soil and reinforcement for the slope[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2010, 41(1): 1-6. (in Chinese)
    [2] 钮新强, 蔡耀军, 谢向荣, 等. 南水北调中线膨胀土边坡变形破坏类型及处理[J]. 人民长江,2015, 46(3):1-4, 26. (NIU Xinqiang, CAI Yaojun, XIE Xiangrong, et al. Failure types of expansive soil slope in Middle Route Project of South-to-North Water Diversion and its treatment[J]. Yangtze River, 2015, 46(3): 1-4, 26. (in Chinese)
    [3] 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 Shengshui, ZHENG Chengfeng, WANG Guoli. 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) doi:  10.3321/j.issn:1000-4548.2007.06.001
    [4] 包承纲. 南水北调中线工程膨胀土渠坡稳定问题及对策[J]. 人民长江,2003,34(5):4-6. (BAO Chenggang. On slope stability of expansive soil canal of Middle Route Project of S-N Water Transfer and countermeasure[J]. Yangtze River, 2003, 34(5): 4-6. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1001-4179.2003.05.003
    [5] 蔡耀军. 膨胀土渠坡破坏机理及处理措施研究[J]. 人民长江,2011,42(22):5-9. (CAI Yaojun. Study on failure mechanism of expansive soil canal slope and treatment measures[J]. Yangtze River, 2011, 42(22): 5-9. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1001-4179.2011.22.002
    [6] 程展林, 李青云, 郭熙灵, 等. 膨胀土边坡稳定性研究[J]. 长江科学院院报,2011,28(10):102-111. (CHENG Zhanlin, LI Qingyun, GUO Xiling, et al. Study on the stability of expansive soil slope[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2011, 28(10): 102-111. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1001-5485.2011.10.019
    [7] 李青云, 程展林, 龚壁卫, 等. 南水北调中线膨胀土(岩)地段渠道破坏机理和处理技术研究[J]. 长江科学院院报,2009,26(11):1-9. (LI Qingyun, CHENG Zhanlin, GONG Biwei, et al. Failure mechanism and treatment technology of expansive soil slope of Middle Route Project[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2009, 26(11): 1-9. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1001-5485.2009.11.002
    [8] 陆定杰, 陈善雄, 罗红明, 等. 南阳膨胀土渠道滑坡破坏特征与演化机制研究[J]. 岩土力学,2014, 35(1):189-196. (LU Dingjie, CHEN Shanxiong, LUO Hongming, et al. Study of failure characteristics and evolution mechanism of canal slope of Nanyang expansive soil[J]. Rock and Soil Mechanics, 2014, 35(1): 189-196. (in Chinese)
    [9] 龚壁卫, 程展林, 郭熙灵, 等. 南水北调中线膨胀土工程问题研究与进展[J]. 长江科学院院报,2011,28(10):134-140. (GONG Biwei, CHENG Zhanlin, GUO Xiling, et al. Research progress on the stability of expansive soil slope in the middle route of South-to-North Water Diversion Project[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2011, 28(10): 134-140. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1001-5485.2011.10.024
    [10] 李进前, 王起才, 张戎令, 等. 膨胀土膨胀变形试验研究[J]. 水利水运工程学报,2019(1):60-66. (LI Jinqian, WANG Qicai, ZHANG Rongling, et al. Experimental study on expansion and deformation of expansive soil[J]. Hydro-Science and Engineering, 2019(1): 60-66. (in Chinese)
    [11] 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 Guoli, CHEN Shengshui, XU Guangming. 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) doi:  10.3969/j.issn.1009-640X.2005.04.002
    [12] 郑东健, 顾冲时, 吴中如. 边坡变形的多因素时变预测模型[J]. 岩石力学与工程学报,2005,24(17):3180-3184. (ZHENG Dongjian, GU Chongshi, WU Zhongru. Time series evolution forecasting model of slope deformation based on multiple factors[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2005, 24(17): 3180-3184. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:1000-6915.2005.17.028
    [13] 何少其, 刘元雪, 杨骏堂, 等. 库岸堆积层滑坡位移的分量响应模式及多因子模型[J]. 岩土力学,2020,41(8):2773-2784. (HE Shaoqi, LIU Yuanxue, YANG Juntang, et al. A component response mode and multi-factor model for accumulation landslide displacement induced by reservoir[J]. Rock and Soil Mechanics, 2020, 41(8): 2773-2784. (in Chinese)
    [14] 谢向荣, 程翔, 李双平. 安全监测技术在膨胀土渠道监测中的应用[J]. 人民长江,2015,46(5):26-29. (XIE Xiangrong, CHENG Xiang, LI Shuangping. Application of safety monitoring technology in expansive soil canal[J]. Yangtze River, 2015, 46(5): 26-29. (in Chinese)
    [15] 徐峰, 汪洋, 杜娟, 等. 基于时间序列分析的滑坡位移预测模型研究[J]. 岩石力学与工程学报,2011, 30(4):746-751. (XU Feng, WANG Yang, DU Juan, et al. study of displacement prediction model of landslide based on time series analysis[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2011, 30(4): 746-751. (in Chinese)
    [16] 王智磊, 孙红月, 尚岳全. 基于地下水位变化的滑坡预测时序分析[J]. 岩石力学与工程学报,2011,30(11):2276-2284. (WANG Zhilei, SUN Hongyue, SHANG Yuequan. Time series analysis of landslide prediction based on groundwater level variation[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2011, 30(11): 2276-2284. (in Chinese)
    [17] 张文胜, 程德虎, 张灏, 等. 深挖方膨胀土边坡伞形锚加固处理及效果监测[J]. 人民珠江,2017,38(9):84-87. (ZHANG Wensheng, CHENG Dehu, ZHANG Hao, et al. Slope anchor umbrella strengthening treatment and monitoring the effect of deep excavation expansion[J]. Pearl River, 2017, 38(9): 84-87. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1001-9235.2017.09.018
    [18] 胡江. 特高拱坝运行初期变形监测预报模型及构建方法[J]. 水利水运工程学报,2020(5):63-71. (HU Jiang. Deformation forecasting model and its modeling method of super high arch dams during initial operation periods[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(5): 63-71. (in Chinese)
    [19] HU J, MA F H. Zoned deformation prediction model for super high arch dams using hierarchical clustering and panel data[J]. Engineering Computations, 2020, 37(9): 2999-3021. doi:  10.1108/EC-06-2019-0288
    [20] 刘祖强, 罗红明, 郑敏, 等. 南水北调渠坡膨胀土胀缩特性及变形模型研究[J]. 岩土力学,2019,40(增刊1):409-414. (LIU Zuqiang, LUO Hongming, ZHENG Min, et al. Study on expansion-shrinkage characteristics and deformation model for expansive soils in canal slope of South-to-North Water Diversion Project[J]. Rock and Soil Mechanics, 2019, 40(Suppl1): 409-414. (in Chinese)
    [21] KHASHEI M, BIJARI M. A novel hybridization of artificial neural networks and ARIMA models for time series forecasting[J]. Applied Soft Computing, 2011, 11(2): 2664-2675. doi:  10.1016/j.asoc.2010.10.015
    [22] 顾冲时, 吴中如. 大坝与坝基安全监控理论和方法及其应用[M]. 南京: 河海大学出版社, 2006. (GU Chongshi, WU Zhongru. Theory and method of dam and dam foundation safety monitoring and its application[M]. Nanjing: Hohai University Press, 2006. (in Chinese))
    [23] DE LIVERA A M, HYNDMAN R J, SNYDER R D. Forecasting time series with complex seasonal patterns using exponential smoothing[J]. Journal of the American Statistical Association, 2011, 106(496): 1513-1527.
  • [1] 娄本星, 祁洁, 马福恒, 周晨露.  泵站建筑物变形监测面板数据聚类分析方法研究 . 水利水运工程学报, 2023, (): 1-9. doi: 10.12170/20220531001
    [2] 王继敏, 白银, 丁建彤, 毛学工, 蔡跃波.  混凝土碱-骨料反应长期膨胀变形预测模型研究进展 . 水利水运工程学报, 2022, (4): 1-12. doi: 10.12170/20210805001
    [3] 陈永, 黄英豪, 朱洵, 吴敏, 王硕, 朱锐.  冻融循环对膨胀土变形和力学特性的影响研究 . 水利水运工程学报, 2021, (5): 112-119. doi: 10.12170/20210116001
    [4] 潘池, 李飒.  复杂双面边坡整体稳定性分析 . 水利水运工程学报, 2020, (6): 72-79. doi: 10.12170/20190730001
    [5] 李进前, 王起才, 张戎令, 梁柯鑫, 李航辉, 刘爱仓.  膨胀土膨胀变形试验研究 . 水利水运工程学报, 2019, (1): 60-66. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.01.008
    [6] 李国庆, 马海春, 崔可锐, 钱家忠.  土钉支护边坡影响因素试验分析 . 水利水运工程学报, 2018, (4): 54-60. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.04.008
    [7] 罗德河, 郑东健.  大坝变形的小波分析与ARMA预测模型 . 水利水运工程学报, 2016, (3): 70-75.
    [8] 张信贵, 许胜才, 易念平.  基于流固耦合理论的饱和-非饱和土开挖边坡稳定性分析 . 水利水运工程学报, 2016, (3): 10-19.
    [9] 范梦歌, 刘九夫.  基于聚类分析的水文相似流域研究 . 水利水运工程学报, 2015, (4): 106-111.
    [10] 陈兴周, 柴军瑞, 白俊光.  某水电站引水隧洞出口高边坡变形机理研究 . 水利水运工程学报, 2013, (2): 33-38.
    [11] 赵明阶,谢鑫,汪魁.  基于边坡锚固荷载监测数据的反分析 . 水利水运工程学报, 2011, (1): -.
    [12] 王顺,李涛涛,王林,聂琼.  南阳压实膨胀土膨胀变形规律研究 . 水利水运工程学报, 2011, (3): -.
    [13] 章为民,王年香,顾行文,王芳.  膨胀土的膨胀模型 . 水利水运工程学报, 2010, (1): -.
    [14] 秦鹏,秦植海.  岩质高边坡监测数据的改进变维分形预测模型 . 水利水运工程学报, 2010, (1): -.
    [15] 岳庆河,刘福胜.  库水位回落条件下土石坝边坡稳定分析 . 水利水运工程学报, 2008, (3): -.
    [16] 张小稳,张晓芳,李国英.  基于弦高控制变量的边坡稳定分析方法 . 水利水运工程学报, 2007, (4): 62-65.
    [17] 李守德,王保田,张福海,张文慧.  降雨入渗与蒸发过程中非饱和土边坡土体吸力 . 水利水运工程学报, 2005, (3): 31-36.
    [18] 李家平,赖允瑾,李永盛,周生华.  利用抗滑桩加固临水岸坡的边坡稳定性分析 . 水利水运工程学报, 2005, (2): 53-58.
    [19] 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 . 水利水运工程学报, 2005, (4): 6-10.
    [20] 沈珠江,米占宽.  膨胀土渠道边坡降雨入渗和变形耦合分析 . 水利水运工程学报, 2004, (3): 7-11.
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-12-01
  • 网络出版日期:  2021-04-15
  • 刊出日期:  2021-08-15

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