在建的南水北调中线工程总干渠全长约1427km，沿线膨胀土广泛分布，其累计长度约340km，约占工程总长的27％。渠道是一种典型涉水工程，而膨胀土对水十分敏感，因此，膨胀土渠道边坡稳定是关系中线工程安全运行的重大技术难题。具不完全统计，南阳段自2011年开工以来，仅施工期大小滑坡就发生了40余起，对中线工程施工产生很大影响。因此，开展膨胀土的工程地质特性、渠道边坡致滑原因、失稳模式及其治理对策研究具有重大的学术价值和工程实际意义。本文依托国家“十二五”科技支撑项目“强膨胀土渠道处理技术”课题。从强膨胀土的地质、力学特性及工程表现着眼，通过现场调研、现场试验和室内试验，对南水北调中线工程南阳段强膨胀土的工程地质特性、渠坡的失稳破坏特征、强膨胀土裂隙及充填物特性、强膨胀土渠道边坡滑坡的内部结构等问题进行深入研究，弄清了中线工程南阳膨胀土的工程地质特征和滑坡特征，探索考虑强膨胀土裂隙特性的边坡稳定分析方法。主要研究内容包括：　　 ⑴深入南水北调中线工程南阳段现场，开展实地调研和现场试验，对南水北调中线工程南阳地区膨胀土的工程地质特性进行了研究。调研和现场试验表明，第四系中更新统冲洪积地层(Q2a(l)-p(l))是构成强膨胀土的主要土层，渠道沿线分布广泛，且对工程影响大，该土层大部分位于挖方渠段坡中至渠底位置，该层土体原生裂隙发育，长大裂隙多充填灰白色、灰绿色粘土，在已发生的大部分滑坡中构成滑动面的下缘，对边坡稳定起控制作用;本区膨胀土渗透性系数介于10-8至10-6 m/s之间，渗透性表现一定离散性;剪切特性方面，中、强膨胀土在剪切过程中体现出不同的变形特性，中膨胀土具有脆性特点，剪切面平直，强膨胀土则呈硬化趋势，剪切面受裂隙控制，由裂隙切割形成楔形体组成凹凸的剪切面。　　 ⑵采用X射线衍射、扫描隧道显微镜等手段对裂隙充填物的矿物组成及微观结构进行了研究;专门针对含充填物裂隙的强膨胀土，提出了一种含裂隙三轴试验制样方法及装置，利用该装置在常规三轴试验试样中置入由现场强膨胀土裂隙中刮取的充填物构成的裂隙，并开展均质土体、含15°、30°、45°倾角裂隙等四种土样的固结不排水三轴试验，探讨了含充填物裂隙强膨胀土力学特性。研究表明:强膨胀土裂隙充填物为一种强膨胀性粘土矿物，微观上表现为封闭的絮凝结构，存在明显的定向排列现象;裂隙的存在对强膨胀土土体的强度存在较大的削弱作用，且随倾角的增大表现出脆性破坏特征。针对含裂隙三轴试验，提出了将三轴试验试样所受荷载向裂隙法线及切向方向分解，用Mohr-Coulomb模型拟合得到裂隙充填层强度的裂隙抗剪强度分析方法，利用该方法分析了裂隙充填物的强度，分析表明，裂隙是膨胀土结构中的弱面，其强度参数极低，在裂隙密布的强膨胀边坡中，裂隙及其充填物强度成为控制膨胀边坡稳定性的关键因素。提出了南阳地区上第三系(N)至第四系(Q)的膨胀土典型地质分布状况及形态特征，并结合渠道滑坡资料提出了强膨胀土滑坡的两种地质模式，中更新世-上第三系模式(Q2-N)、晚更新世-中更新世模式（Q3-Q2）。　　 ⑶对南水北调中线工程总干渠南阳段施工期发生的19个滑坡进行了详细的地质调查，采用分类统计方法分7大类对膨胀土滑坡特征进行研究，发现南阳段滑坡挖深多在12米左右、地质年代为冲洪积中更新世地层、地层结构主要有中更新世-上第三系(Q2-N)、晚更新世-中更新世（Q3-Q2）两种形式、滑动面多由含充填物裂隙构成。依据共性特征，选取典型滑坡，采用地质测绘、室内试验、开挖探槽、跟踪清方工作等方式，详细地考察了滑坡的内部结构，直观的获取了边坡土体中裂隙、结构面分布情况和滑动面形态、构成及位置等滑坡内部特性，弄清滑坡的成因为开挖卸荷及干湿循环导致表层垂直裂隙张开并发展，水分进入边坡软化坡中土体，最终发展至坡脚缓倾含充填物裂隙形成连续的弱面造成边坡滑动。揭示了同时受坡脚缓倾充填粘土矿物裂隙及地表垂直裂隙控制的强膨胀土渠道边坡滑坡机理。　　 ⑷提出了一种分析含裂隙膨胀土边坡的稳定性分析方法，其具体做法是:选取现场勘测裂隙面数据，通过将裂隙的空间信息（高程、倾角、厚度、长度）纳入模型，概化建立存在裂隙的边坡模型，考虑裂隙裂隙的强度参数，将边坡视为均值土层与裂隙充填物土层及张拉裂隙的组合，选取能够满足条块间作用力和力矩平衡且适合于折线滑动面边坡的方法对边坡进行稳定分析。以南水北调中线工程南阳段TS109+200处滑坡为算例，利用该方法，对含裂隙膨胀土边坡稳定性及其规律进行分析，从分析结果可以看出，随着模型越来越接近边坡的真实工况，其稳定性亦越来越接近工程实际。在考虑了地表垂直裂隙、地下水及坡脚缓倾裂隙后边坡的安全系数降至1以下，边坡失稳。