1 ·研究任务
    1) 重点是通过现场试验结合室内模型试验和数值计算研究现有处理方案的效果，特别是在冻融循环作用下的稳定效果、设计的指标、施工工艺、施工质量控制标准; 研究下一步渠道结构优化的可行性［1］。
    2) 结合现场试验、室内模型试验和数值计算等手段，开展季节冻土区膨胀土及分散土渠坡破坏机理研究，建立更为合理和符合实际的边坡稳定分析方法。
    3) 进行不同处理措施的综合评价，提出推荐方案的设计指南和施工指南及施工质量评定标准。
    2· 试验区处理原则
    影响膨胀土和分散土边坡稳定的基本因素是膨胀土的膨胀性、裂隙性、湿化和冻胀性，以及分散性黏土的分散性和冻胀性等。对于这类特殊土的处理，主要是从坡面防护、加固处理两个方面考虑，针对北部引嫩干渠的具体情况，试验区处理的原则基本是: ①边坡开挖并清坡后，迅速施工，避免雨蚀; ②对于弱膨胀土和分散性土考虑防渗为主，保护层材料采用土工合成材料膨润土垫( GCL) 或复合土工膜+ 混凝土护面; ③对于中( 局部强) 膨胀土，采用换填的办法，换填材料采用土工袋内填膨胀土、纤维土、EPS 颗粒改良土、EPS 轻质土等措施，选择合适的处理厚度。
    3· 护坡结构设计原则
    根据北引干渠乌北段所处的地理条件、地质条件，确定本次试验工程的衬砌结构选择的原则为:
    3. 1 冻胀土段
    原则为:
    1) 采用柔性结构，有效地适应基础土质的冻胀变形。
    2) 采用保温措施等防冻胀方法，减少冻胀破坏。
    3) 渠坡存在冻融滑坡的风险，采用柔性深固脚或保温板等措施维持稳定。
    4) 淤泥质土渗透系数较低，不使用防渗膜，改用透水性的布，让结构具有透水性和生态性功能。   5) 采用整体性好的衬砌结构，利于结构整体稳定。
    根据以上原则，本次试验工程拟采用的结构包括: 雷诺护垫结构、混凝土铰接块结构、碎石聚氨酯结构( 骨料为卵石) 和预制混凝土板加保温结构，固脚采用格宾网箱结构和混凝土结构。
    3. 2 高边坡、高地下水段
    原则是:
    1) 采用柔性结构，有效地适应基础土质的变形。
    2) 采用保温措施等防冻胀方法，减少冻胀破坏。
    3) 在预制混凝土板结合防渗膜的防护方案中，增加排水措施，降低水位防止冻胀的发生。
    4) 针对地下水位高的特点，为大幅度减少衬砌体系的扬压力，应采用透水性体系。
    5) 选用整体性好的衬砌结构，利于结构整体稳定。
    6) 在坡长较大时增加一条纵向条带，起到抗滑稳定的作用。
    根据以上原则，本次试验工程拟采用的护坡结构形式包括: 混凝土铰接块结构、雷诺护垫结构和格宾网箱结构( 用作固脚) 、预制混凝土板结合保温板结构、预制混凝土板结合排水管结构。
    3. 3 膨胀土、分散土段
    影响膨胀土和分散土边坡稳定的基本因素是膨胀土的膨胀性、裂隙性、湿化和冻胀性，以及分散性黏土的分散性和冻胀性等。对于这类特殊土的处理，主要是从坡面防护、加固处理两个方面考虑，针对北部引嫩的具体情况，试验区的处理原则是:
    1) 边坡开挖并清坡后，迅速施工，避免雨蚀。
    2) 对于弱膨胀土和分散性土考虑防渗为主，保护层材料采用土工合成材料膨润土垫( GCL) 或复合土工膜+ 混凝土护面。
    3) 对于中( 局部强) 膨胀土，采用换填的办法，换填材料采用土工袋内填膨胀土、纤维土、EPS 颗粒改良土、EPS 轻质土等措施，选择合适的处理厚度。
    4· 各试验段结构形式
    本次试验工程有3 段: 乌北17 + 000 ～ 17 + 125、乌北29 + 200 ～ 29 + 425、乌北42 + 000 ～ 49 + 040，共计22 个方案。
    4. 1 乌北17 + 000 ～ 17 + 125 段
    根据现场踏勘，该段为淤泥质冻胀性土，将该试验段分为5 个方案，分别采用不同的结构型式。见表1。

    4. 2 乌北29 + 200 ～ 29 + 425 段
    根据现场踏勘，该段处于高平原前缘，左侧呈斜坡状，边坡高度7. 4 ～ 11. 6 m，存在高边坡高地下水位边坡稳定的问题。将该试验段分为9 个方案，分别采用不同的结构型式。

    4. 3 乌北42 + 000 ～ 49 + 040 段
    根据现场踏勘，该段为弱膨胀土、中等膨胀土( 局部强膨胀土) 和分散土，将该试验段分为8 个方案，分别采用不同的结构型式。

    5 ·不同护坡结构综述
    5. 1 混凝土铰接块结构
    铰接式护坡技术是一种连锁型预制高强混凝土块铺面技术，用于防止由于冲刷引起的土壤流失。该技术是由一组尺寸、形状和重量一致的预制混凝土块用一系列绳索相互连接而形成的连锁型矩阵。混凝土铰接块有两种主要类型: 中间开孔式和中间封闭式，两种类型的混凝土块都有不同的尺寸和厚度以适应各种水流情况，根据稳定计算及实际应用，本工程采用中间封闭式。压实整平的土基上面铺好符合土质要求的反滤土工布或用于防渗的复合土工膜后便可铺设混凝土铰接块。
    混凝土铰接块保留了传统柔性护坡系统的渗水、柔性、能植草并改善生态环境等优点，和传统刚性护坡系统的防冲刷、稳定、抗高切应力等优点。
    混凝土铰接块施工方便快捷，可节省总工程投资。与其它护坡措施相比，采用该结构进行护坡具有工程寿命长、后期维护费用低、生态环境效益高等优点。
    混凝土铰接块的连接绳采用钢绞线，钢绞线具有预留孔道、不必灌浆、施工简便、节省材料、随便弯曲等特征，能够很好的将混凝土铰接块连为一个整体，使混凝土铰接块形成柔性体结构。
    5. 2 雷诺护垫结构
    在雷诺护垫内填装卵石就组成了雷诺护垫护坡结构。雷诺护垫是一种新型结构型式，在寒冷的俄罗斯等地有较成功的经验，引进我国的时间不长，但推广的势头强劲，也是我国水利部重点推广的技术之一。曾经在牡丹江城市防护工程、松花江哈尔滨段、大庆防洪工程退水渠及引嫩工程引水渠中应用，均取得了较好的效果。雷诺护垫属柔性结构，可有效地适应冻胀变形; 雷诺护垫是透水体，可以有效地降低扬压力，减缓冻胀变形; 雷诺护垫整体性强，利于结构稳定。
    5. 3 格宾网箱结构
    格宾网箱结构与雷诺护垫结构相似，将抗腐蚀、耐磨损、高强度的镀铝锌钢丝采用机器编织成双绞状、六边形网眼的网箱框架，内部填充卵石，便形成了格宾网箱护坡结构，该结构亦属柔性结构，具有适应变形能力强、透水性好、整体性强的特点。本次试验工程将格宾网箱结构应用在固脚工程中。
    5. 4 预制混凝土板结合保温措施的结构
    预制混凝土板具有造价低，施工方便，缩短工期等优点，是渠道常用的防护结构。预制混凝土板的整体性较差，在北方冻土地区应用时，常常因为下卧地基土的冻胀变形，而发生错位、滑坡等破坏。如果在预制混凝土板下铺设一定厚度的保温板，利用保温板的保温效果，可以有效降低地基土的冻深，从而减小了地基土的冻胀量，起到了预防预制混凝土板冻胀破坏的发生。目前该技术已经比较成熟，应用效果良好。
    5. 5 加筋麦克垫护坡结构
    加筋麦克垫是由聚丙烯合成材料与双绞合六边形金属网面复合而成的三维防护材料。该结构柔韧性好，强度高，耐腐蚀，具有良好的适应不均匀沉降变形的能力; 结构本身具有自然透水性，有利于保持水体的自然循环，维持生态平衡; 施工简便，效率高，且不受气候限制; 该结构造价低廉，对基础要求相对宽松，减少基础开挖，具有明显的经济性，适用于河道、渠道和高边坡防护工程。
    5. 6 膨胀土袋护坡结构   
    用土工袋防护是一种柔性的支挡结构，这种结构在过去的应用还是很多的，典型的就是防汛时用编织袋堆砌。它的稳定主要是靠土工袋之间的摩擦系数。将土装入袋子形成的土袋，长期以来被应用于防洪抢险或一些临时性的挡土建筑物，极少用于地基加固或永久性的建筑物中，其理由是人们对土袋的特性认识不足，以及土袋在紫外光线的长期照射下残缺不全的样子给人们留下的不良印象。
    5. 7 土工合成材料膨润土垫( GCL) 护坡结构
    土工合成材料膨润土垫( GCL) ，是一种新兴的天然防渗材料，具有防渗效果好、抗冻融性能强、耐老化、施工工序简单、自愈能力强等优点，已广泛应用于人工湖、垃圾填埋场、地下防渗工程。GCL 是在两层土工织物中间加封膨润土，通过针刺缝合火黏合而成。GCL 有较好的防渗性能，主要靠中间加封的膨润土亲水体积膨胀而相互挤压，缩小过水通道而达到防渗效果。
    5. 8 EPS 颗粒改良膨胀土护坡结构   
    在膨胀土中掺入0. 6%的EPS 颗粒，便可使膨胀土变为非膨胀土。土料直接使用现场的膨胀土，厚度50 cm，保护层仍采用铰接板作防冲保护。优点是采用这个方案可以起到以下效果:
    1) 使膨胀土变为非膨胀土，提高了抗侵蚀能力。
    2) EPS 颗粒具有防渗和保温的双重功能，改变基土的温度场，减少冻胀引起的变形。缺点是施工工艺较复杂，施工质量控制要求较高( 难度与混凝土施工相差不多) ，施工费用高。
    5. 9 EPS 轻质混合土结构
    本方案是一种固化土技术。就是用水泥、EPS颗粒、土壤固化剂与土搅拌形成的固化土，作为防护结构。实质就是改良水泥土。土料直接采用开挖的膨胀土，厚度50 cm，面层仍采用铰接板作防冲保护。
    EPS 颗粒轻质混合土，具有防渗和保温的双重功能，改变基土的温度场，减少冻胀引起的变形，不失为寒冷地区应用的理想材料。
    缺点是施工工艺较复杂，施工质量控制要求较高，施工费用高。