应对调水工程膨胀土边坡安全运行保障难题：《深挖方膨胀土边坡破坏机理与预测技术》出版

加快构建国家水网，建设现代化高质量水利基础设施网络，是国家的重大战略部署。从实践进展看，我国已建、在建南水北调东中线、引汉济渭、滇中引水、引江济淮等一批重大引调水工程。从顶层设计看，2023年5月中共中央、国务院印发的《国家水网建设规划纲要》，既明确要求“以南水北调工程东、中、西三线为重点，科学推进一批重大引调排水工程规划建设”，也将“水网工程安全性和可靠性显著提升”列为重要建设目标。

输水渠道作为调水工程的核心建筑物，因线路长、地质与环境条件复杂，在运行期面临特殊岩土渠段渗漏与边坡失稳等工程安全风险。特殊岩土渠道边坡的实时安全监控、稳定性态诊断和灾害预测预警是亟待解决的难题。

某重大调水工程深挖方膨胀土边坡变形破坏机理模型试验

某重大调水工程将挖深超15m的渠道边坡定义为深挖方边坡，并将深挖方膨胀土边坡的稳定性作为运行期安全管理的重点。尽管建设期采取了表层改性土换填处理措施，但未能完全阻断膨胀土与大气水汽交换通道，导致部分深挖方渠段边坡运行后出现了较明显的蠕动变形和浅层滑坡迹象，变形体深度达2∼8m，影响渠道安全输水和长期稳定运行。

我国膨胀土分布广泛，从云贵高原到华北平原的多个流域中的平原、盆地、河谷阶地、河间地块及丘陵等均有分布，其中广西、云南、湖北、河南等省分布最为广泛。《国家水网建设规划纲要》中规划的多项调水工程，需穿越连片膨胀土区。以南水北调中线工程为例，其在河南、河北两省境内，挖深超10m的膨胀土渠段达144.4km，最大坡高超40m。开挖不仅为滑坡提供了临空条件，还在卸荷与近地表强烈大气作用下，激活了膨胀土胀缩特性，扰动湿度场、温度场和地下水赋存状态，形成“胀缩活动带”。总体看，挖方膨胀土边坡滑坡具有渐进性、季节性、滞后性和反复性特征，其中，深挖方膨胀土渠道边坡开挖卸荷效应更明显、受大气影响更显著。这一问题在长期运行中尤为突出，例如，淠史杭灌区运行后的前30年发生干渠滑坡195处，驷马山分洪道深切岭渠段运行期已发生滑坡11处。

深挖方膨胀土边坡变形发展趋势与典型破坏现象

深挖方膨胀土渠道边坡变形破坏除由膨胀土自身胀缩特性决定外，还与地形和气候等因素有关。山西、河南、湖北、安徽、河北等省6∼9月降水量和蒸发量大，干湿交替频繁，不利于深挖方膨胀土渠道边坡长期稳定。全球变暖背景下，长时间干旱与短历时强降雨等极端气象事件频发，进一步加剧了深挖方膨胀土渠道边坡风险。例如，2016年“7·19”特大暴雨曾诱发某重大调水工程数处深挖方膨胀土渠道边坡严重变形，幸经巡检与应急处置，防止了灾害发展。因此，深入研究深挖方膨胀土边坡破坏机理与预测技术，对于保障渠道长期安全运行具有重要意义。然而，受多因素耦合作用影响，其变形破坏机理尚不明确，导致运行期安全监控与滑坡预测预警存在较大困难。

深挖方膨胀土渠道边坡所受的复杂环境作用

在此背景下，《深挖方膨胀土边坡破坏机理与预测技术》作者系统考虑降水、地下水位和渠道水位等多因素耦合影响，结合理论分析与室内物理模型试验，研究深挖方膨胀土渠道边坡的变形和破坏机理，揭示其变形时空演化规律；同时基于机器学习算法，建立了深挖方膨胀土渠道边坡变形安全监控模型与多变量异常诊断方法，提出了基于多变量局部异常系数的滑坡预警方法，验证其可靠性。作者希望本书的出版，能促进膨胀土边坡安全监控和灾害防治研究领域的发展。

深挖方膨胀土边坡破坏机理与预测技术

胡江，李星著

北京 : 科学出版社, 2025. 6

ISBN 978-7-03-081172-1

本书共6章，第1章系统总结膨胀土边坡滑坡破坏机理与特征，边坡变形时空演变规律、预测方法、失稳预警技术与边坡稳定分析方法等；第2章分析了深挖方膨胀土边坡施工期滑坡破坏模式、特征与主要诱发因素，列举了典型案例；第3章针对深挖方膨胀土渠道边坡变形潜在破坏模式，基于安全监测数据，阐释了渠道边坡运行初期变形体分布及病害特征、渠道边坡运行期变形时空演变机理；第4章采用室内物理模型试验，研究了干湿循环、持续降水等工况下高地下水位膨胀土边坡变形破坏机理，揭示了边坡表面变形和裂隙，以及边坡含水率和边坡内部变形的时空演化规律；第5章针对严重变形深挖方膨胀土渠道边坡案例，构建了包含裂隙、加固处置措施的概化模型，分析了设计、运行与加固处置等不同工况条件下的渠道边坡稳定性；第6章建立了基于机器学习算法的渠道边坡变形预测模型，提出了基于多变量局部异常系数的渠道边坡失稳预警方法。

作者简介

胡江，博士，正高级工程师，博士生导师。水利青年拔尖人才，江苏省第六期“333高层次人才培养工程”培养对象。兼任中国大坝工程学会大坝安全与韧性提升专委会秘书长、青年工作委员会副主任委员、大坝数值模拟专委会委员以及长江技术经济学会理事等。主要从事水利水电工程智能监控、健康诊断和风险分析等领域的研究工作。主持国家自然科学基金黄河水科学研究联合基金重点项目、面上项目等4项，省部级科研项目10余项；负责完成南水北调中线、东线、红旗渠等重大调水或灌区工程，以及板桥、石漫滩、金佛山水库等大中型水利水电工程科研课题60余项。出版学术专著5部，发表学术论文60余篇（其中SCI、EI论文40余篇），参编行业标准9部及团体、地方标准4部，授权发明专利近30项。获省部级科技进步奖2项、中国水利工程优质（大禹）奖1项。多次参与国家应急处置工作，获水利部水旱灾害防御重点任务嘉奖。

李星，博士，高级工程师。江苏省第七期“333高层次人才培养工程”培养对象，江苏省卓越博士后、江苏省优秀博士论文及水利行业优秀博士论文获得者。兼任中国大坝工程学会大坝安全与韧性专委会委员。主要从事重大水工结构健康诊断、安全监控及风险评估相关的科研与工程实践。主持国家自然科学基金面上、青年项目、国家重点研发计划专题及中国博士后科学基金等科研项目8项。负责和参与南水北调东、中线等重大工程风险评估及安全评价项目10余项。参编行业标准4部、团体标准1部，出版专著2部，发表学术论文20余篇，授权发明专利20余项，获各类科技奖励8项。

本书的出版得到国家自然科学基金面上项目“深挖方膨胀土渠坡变形安全监控模型与滑坡预警方法研究”（项目编号：52179138）与南京水利科学研究院中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目“涉水边坡变形破坏预测及风险防控”（项目编号：Y724004）与南京水利科学研究院出版基金的联合支持。

本文摘编自《深挖方膨胀土边坡破坏机理与预测技术》（胡江，李星著. 北京 : 科学出版社, 2025. 6）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-081172-1

责任编辑: 惠 雪

《国家水网建设规划纲要》指出“推动建设高质量、高标准、强韧性的安全水网”，“发挥水网运行整体效能，增强系统安全韧性和抗风险能力”。作为调水工程的主要建筑物，输水渠道具有线路长及工程地质、运行环境条件复杂等特点，运行期存在特殊岩土渠段边坡失稳破坏风险，渠道边坡安全监控、稳定性态诊断和滑坡预测预警是亟待解决的难题。为此，本书聚焦深挖方膨胀土边坡破坏机理与预测技术，系统地介绍了深挖方膨胀土边坡施工期滑坡模式与成因、深挖方膨胀土渠坡运行期变形时空演化规律、高地下水膨胀土边坡变形破坏机理、深挖方膨胀土渠坡运行期稳定性的数值模拟分析方法、基于机器学习算法的深挖方膨胀土渠坡变形预测模型与失稳预测方法等。

本书可作为水利水电工程安全监控、地质灾害防治等领域的科研人员和工程技术人员的参考书，也可供相关专业本科生与研究生参考。

（本文编辑： 刘四旦 ）

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