渠道運行多年后渠體中各土體物理力學性質對比情況分析

吳超

摘 要：本文以新疆某已建成的輸水干渠工程為實例，通過對渠體中各不同巖性土體的取樣試驗，得出不同的物理力學參數，用來和渠道竣工驗收期的資料進行對比，分析其發生變化的原因，以期為相關類似工程提供經驗依據。

關鍵詞：干渠；巖性；干密度；抗剪強度

中圖分類號：U612 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2016）11-0048-02

1 工程概況

新疆某輸水工程是一項以解決烏魯木齊經濟區、北疆油田的城市供水和工業用水及沿線生態用水的跨流域、長距離調水工程，工程由兩大部分構成，以某節制退水閘為界，分為Z干渠和N干渠工程（N干渠又分為戈壁明渠、沙漠明渠和平原明渠三段）。Z干渠工程于2000年竣工通水，N干渠工程于2005年竣工通水。目前Z干渠已運行16年，N干渠運行11年，渠道目前整體運行情況良好。

2 基本工程地質條件

Z干渠渠線先后穿越E河Ⅳ級階地，剝蝕起伏平原、沖洪積平原、風蝕平臺與洼地、低山丘陵五個不同的地貌單元。渠線大部分位于E河與W河河間地塊所夾的沖洪積剝蝕起伏平原上，地形東高西低，北高南低，由北東向南西緩緩傾斜，高程由640m漸降為600m。N干渠工程所涉及的范圍，北起準噶爾盆地北部的W河南岸，向南穿越準噶爾盆地及盆地中心的古爾班通古特沙漠，終止于天山北緣沖洪積平原區。總地勢北高南低、東高西低，南端地勢又緩慢上升。按地貌形態和成因類型可分三大地貌單元：干燥剝蝕基底平原區、風成沙漠區、沖洪積平原區。

Z干渠和N干渠沿線廣泛分布有古近系、新近系、第四第地層，僅Z干渠渠首段分布有古生界泥盆系和石炭系地層，其中古近系、新近系地層在渠道沿線分布較廣，自Z干渠渠線4+750段～N干渠戈壁明渠段，巖性主要為古近系紅礫山組（E1～2）紫紅、磚紅色泥巖、砂質泥巖夾薄層砂巖和礫巖，古近系W河組（E2～3）灰白色石英砂巖、含礫砂巖、淺紅色泥巖和泥質粉砂巖互層，以及新近系（N1）磚紅色泥巖、砂質泥巖、粉細砂巖互層。

其次為第四系地層，主要分布在N干渠的沙漠明渠段及平原明渠段，和少量分布在Z干渠渠首、W河河谷、各級臺地斜坡地帶沖溝內。其中沙漠明渠段渠道巖性主要為上更新統～全新統風積砂層（Q3～4eol），平原明渠段渠道巖性主要為全新統沖洪積含細粒土砂、低液限粉土夾粉細砂透鏡體（Q4al+pl），Z干渠渠首、W河河谷、各級臺地斜坡地帶沖溝內主要分布有中更新統沖洪積含細粒土砂（Q2al+pl），中～上更新統沖洪積砂礫石層（Q2～3al+pl）。

Z干渠位于準噶爾坳陷盆地西北邊緣隆起部位，工程區內古近系、新近系地層時代較新，經受構造活動次數少，區域構造相對簡單。N干渠工程涉及兩大地質構造單元，以阜康斷裂為界：北為準噶爾擠壓構造坳陷區，南為天山北緣推覆構造帶。N干渠工程的輸水線路戈壁明渠段、沙漠明渠段、平原明渠前段均在準噶爾擠壓構造坳陷區內；輸水渠線平原明渠后段及尾部在該坳陷區南部邊緣，距天山北緣推覆構造帶較近。

3 工程運行至現狀年渠體各土體物理力學性質對比情況分析

為了解Z干渠、N干渠自2000年8月通水運行至現狀年（2013年9月～2015年5月）期間渠體的工程地質條件和一期一步竣工時的情況進行對比，本階段對渠道填方段、挖方段分別選取了不同巖性、不同深度，在渠堤頂部共布置探坑42個，單坑深度2～3m，共取樣90組，部分試驗結果對比情況見表1～2。經試驗及運行期驗證：

（1）Z干渠基礎巖性為砂礫巖段，施工時干密度為1.82～1.90g/cm3，抗剪強度： C=8～15kPa，φ=32～35°，本次取樣試驗結果干密度1.96g/cm3，抗剪強度：C=23kPa，φ=37.0°；

（2）Z干渠基礎巖性為砂巖段施工控制壓實干密度1.70～1.80g/cm3，抗剪強度：C=14～25kPa，φ=28～30°，本次取樣試驗結果干密度1.77g/cm3，抗剪強度：C=28.6kPa，φ=31.3°。

（3）Z干渠基礎巖性為粉土質砂段施工控制壓實干密度1.70～1.72g/cm3，抗剪強度：C=4～10kPa，φ=26～29°，本次取樣試驗結果干密度1.71g/cm3，抗剪強度：C=31.3kPa，φ=29.3°。

（4）N干渠戈壁明渠基礎巖性為砂巖段，控制施工壓實干密度為1.71～1.86g/cm3，抗剪強度：C=10～29kPa，φ=27～31°，本次取樣試驗結果干密度1.88g/cm3，抗剪強度：C=10.5kPa，φ=30.5°。

（5）N干渠沙漠明渠基礎巖性為粉細砂段，控制施工壓實干密度為1.69～1.71g/cm3，抗剪強度：C=5～7kPa，φ=26～27°，本次取樣試驗結果干密度1.75g/cm3，抗剪強度：C=24.4kPa，φ=29.8°。

（6）N干渠平原明渠基礎巖性為低液限粉土段，控制施工壓實干密度為1.68～1.80g/cm3，抗剪強度：C=12～30kPa，φ=25～33°，本次取樣試驗結果干密度1.72～1.81g/cm3，抗剪強度：C=38.0～43.5kPa，φ=29.5～30.5°。

由此可以看出渠道自竣工通水后，渠體各土體物理力學指標均有所增加，分析原因為：渠道經過多年的運行、管理和維護，渠堤經運管車輛碾壓、渠體自重壓密及通水和停水過程中渠道土體含水量增加和減少的交替變化作用，使得渠體更加密實，渠堤和渠道基礎，都趨于變形穩定，所以渠道土體各物理力學指標均呈現增加的狀態。

4 結 論

通過對渠道土體試驗的數據進行分析后可以得出：渠道運行多年后，渠道土體較竣工期時更加密實，渠道結構更加穩定，渠坡安全系數逐年增加，隨著時間的推移，工程會朝著更加安全穩定的方向變化。