渠道运行多年后渠体中各土体物理力学性质对比情况分析

2024.01.15

吴超

摘要：本文以新疆某已建成的输水干渠工程为实例，通过对渠体中各不同岩性土体的取样试验，得出不同的物理力学参数，用来和渠道竣工验收期的资料进行对比，分析其发生变化的原因，以期为相关类似工程提供经验依据。

关键词：干渠；岩性；干密度；抗剪强度

中图分类号：U612 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2016）11-0048-02

1 工程概况

新疆某输水工程是一项以解决乌鲁木齐经济区、北疆油田的城市供水和工业用水及沿线生态用水的跨流域、长距离调水工程，工程由两大部分构成，以某节制退水闸为界，分为Z干渠和N干渠工程（N干渠又分为戈壁明渠、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干渠已运行16年，N干渠运行11年，渠道目前整体运行情况良好。

2 基本工程地质条件

Z干渠渠线先后穿越E河Ⅳ级阶地，剥蚀起伏平原、冲洪积平原、风蚀平台与洼地、低山丘陵五个不同的地貌单元。渠线大部分位于E河与W河河间地块所夹的冲洪积剥蚀起伏平原上，地形东高西低，北高南低，由北东向南西缓缓倾斜，高程由640m渐降为600m。N干渠工程所涉及的范围，北起准噶尔盆地北部的W河南岸，向南穿越准噶尔盆地及盆地中心的古尔班通古特沙漠，终止于天山北缘冲洪积平原区。总地势北高南低、东高西低，南端地势又缓慢上升。按地貌形态和成因类型可分三大地貌单元：干燥剥蚀基底平原区、风成沙漠区、冲洪积平原区。

Z干渠和N干渠沿线广泛分布有古近系、新近系、第四第地层，仅Z干渠渠首段分布有古生界泥盆系和石炭系地层，其中古近系、新近系地层在渠道沿线分布较广，自Z干渠渠线4+750段～N干渠戈壁明渠段，岩性主要为古近系红砾山组（E1～2）紫红、砖红色泥岩、砂质泥岩夹薄层砂岩和砾岩，古近系W河组（E2～3）灰白色石英砂岩、含砾砂岩、浅红色泥岩和泥质粉砂岩互层，以及新近系（N1）砖红色泥岩、砂质泥岩、粉细砂岩互层。

其次为第四系地层，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、各级台地斜坡地带冲沟内。其中沙漠明渠段渠道岩性主要为上更新统～全新统风积砂层（Q3～4eol），平原明渠段渠道岩性主要为全新统冲洪积含细粒土砂、低液限粉土夹粉细砂透镜体（Q4al+pl），Z干渠渠首、W河河谷、各级台地斜坡地带冲沟内主要分布有中更新统冲洪积含细粒土砂（Q2al+pl），中～上更新统冲洪积砂砾石层（Q2～3al+pl）。

Z干渠位于准噶尔坳陷盆地西北边缘隆起部位，工程区内古近系、新近系地层时代较新，经受构造活动次数少，区域构造相对简单。N干渠工程涉及两大地质构造单元，以阜康断裂为界：北为准噶尔挤压构造坳陷区，南为天山北缘推覆构造带。N干渠工程的输水线路戈壁明渠段、沙漠明渠段、平原明渠前段均在准噶尔挤压构造坳陷区内；输水渠线平原明渠后段及尾部在该坳陷区南部边缘，距天山北缘推覆构造带较近。

3 工程运行至现状年渠体各土体物理力学性质对比情况分析

为了解Z干渠、N干渠自2000年8月通水运行至现状年（2013年9月～2015年5月）期间渠体的工程地质条件和一期一步竣工时的情况进行对比，本阶段对渠道填方段、挖方段分别选取了不同岩性、不同深度，在渠堤顶部共布置探坑42个，单坑深度2～3m，共取样90组，部分试验结果对比情况见表1～2。经试验及运行期验证：

（1）Z干渠基础岩性为砂砾岩段，施工时干密度为1.82～1.90g/cm3，抗剪强度： C=8～15kPa，φ=32～35°，本次取样试验结果干密度1.96g/cm3，抗剪强度：C=23kPa，φ=37.0°；

（2）Z干渠基础岩性为砂岩段施工控制压实干密度1.70～1.80g/cm3，抗剪强度：C=14～25kPa，φ=28～30°，本次取样试验结果干密度1.77g/cm3，抗剪强度：C=28.6kPa，φ=31.3°。

（3）Z干渠基础岩性为粉土质砂段施工控制压实干密度1.70～1.72g/cm3，抗剪强度：C=4～10kPa，φ=26～29°，本次取样试验结果干密度1.71g/cm3，抗剪强度：C=31.3kPa，φ=29.3°。

（4）N干渠戈壁明渠基础岩性为砂岩段，控制施工压实干密度为1.71～1.86g/cm3，抗剪强度：C=10～29kPa，φ=27～31°，本次取样试验结果干密度1.88g/cm3，抗剪强度：C=10.5kPa，φ=30.5°。

（5）N干渠沙漠明渠基础岩性为粉细砂段，控制施工压实干密度为1.69～1.71g/cm3，抗剪强度：C=5～7kPa，φ=26～27°，本次取样试验结果干密度1.75g/cm3，抗剪强度：C=24.4kPa，φ=29.8°。

（6）N干渠平原明渠基础岩性为低液限粉土段，控制施工压实干密度为1.68～1.80g/cm3，抗剪强度：C=12～30kPa，φ=25～33°，本次取样试验结果干密度1.72～1.81g/cm3，抗剪强度：C=38.0～43.5kPa，φ=29.5～30.5°。

由此可以看出渠道自竣工通水后，渠体各土体物理力学指标均有所增加，分析原因为：渠道经过多年的运行、管理和维护，渠堤经运管车辆碾压、渠体自重压密及通水和停水过程中渠道土体含水量增加和减少的交替变化作用，使得渠体更加密实，渠堤和渠道基础，都趋于变形稳定，所以渠道土体各物理力学指标均呈现增加的状态。

4 结论

通过对渠道土体试验的数据进行分析后可以得出：渠道运行多年后，渠道土体较竣工期時更加密实，渠道结构更加稳定，渠坡安全系数逐年增加，随着时间的推移，工程会朝着更加安全稳定的方向变化。