堤基管涌破坏特性研究进展

堤基管涌是汛期堤防工程中常见的一种渗透变形现象,严重影响堤防工程和堤防保护区内生命财产安全。堤基管涌因其隐蔽性、危害性、复杂性和难以预测性,其发展机理和破坏特性的研究一直是国内外研究的热点和难点。通过对国内外相关研究进展进行总结,从经验方法、数学模型、物理模型试验和数值模拟这四类主要研究方法分别评述了现有的研究成果。在此基础上,根据管涌研究水平的现状和管涌防治工作的需求,提出未来研究的几个方向。     

荆江大堤典型地段管涌险情与水情要素定量分析

采用1951年至1999年湖北省荆沙市和监利县的资料, 对荆江大堤的管涌等险情与水情要素(年最高水位、设防水位持续天数、警戒水位持续天数)分别进行相关分析. 结果显示: 水情要素与管涌显著相关, 其中最为密切的是警戒水位持续 天数, 其次是设防水位持续天数. 采用多项式对1951年至1985年发生的管涌与年最高水位、设防水位持续天数、警戒水位持续天数分别进行拟合. 荆沙市的警戒水位持续天数达到12d后, 管涌明显增加. 监利县的警戒水位累计达到30d后, 管涌明显增加.     

双层堤基的井涌破坏与无害管涌

双层堤基水文地质结构特殊，堤基承压水常具独特的“渗而不流”特征。在“不流”条件下，堤后盖层薄弱处受超高承压水头顶裂破坏，产生的局部冒水孔实属承压自流井，由此形成的管涌实质为井涌。底部进水的承压井流影响范围不大，井涌的破坏范围更小，据此可区分出有害管涌与无害管涌。前者局限于堤脚附近，小范围压渗为首选方案；对后者，既无需专门防治，更不必追求根治。     

上覆粗粒土层对堤基管涌破坏的细观机制研究

为了系统研究上覆粗粒土层对堤基管涌破坏的微观机制,采用PFC3D并结合"休止角标定法"对模型进行标定,快速、准确地建立了材料宏观参数与颗粒细观参数间联系,有效地模拟了粗粒土渗透变形的发展过程,获得了渗透变形的微观参数和运移规律。结果表明:上覆粗粒土层中细料含量为10%、20%时,在水压力作用下细颗粒在骨架颗粒间运动并发生流失,表现为管涌型破坏,且上覆粗粒土层中细料含量越少,细砂层越易破坏;当细料含量为30%时,管涌口附近土体发生流土型破坏,而后上覆粗粒土骨架颗粒与细砂层颗粒同步流失并逐步向上游发展,表现为管涌型破坏,整体颗粒流失呈现为过渡性渗透破坏;上覆粗粒土层为管涌型土时,上覆粗粒土骨架颗粒在水头压力作用下会发生快速沉降,上覆粗粒土层为过渡性土时,上覆粗粒土层初始没有发生下沉,在上覆土层发生流土破坏后,才逐渐开始下沉,且上覆粗粒土的沉降量随着上覆粗粒土骨架颗粒中细料含量的减少而增加。本研究在方法上可为三维颗粒流数值模拟中细观参数的标定提供一定参考,并揭示了上覆土层细颗粒含量对渗透变形的影响及颗粒微观运移规律。     

南湾水库坝基顺河断层管涌试验分析

南湾水库受构造运动影响坝基处发育顺河断层,为了评价顺河断层的渗漏及渗透稳定性,本文采用钻孔压水管涌试险方法对断层发生管涌渗透破坏进行分析,求得了渗透破坏坡降,提出渗透破坏坡降建议值,并总结出破坏规律,为设计取值提供了理论依据,同时也为类似工程求取渗透破坏坡降提供了一种切实可行的方法。     

双层堤基产生管涌的防治

双层堤基管涌产生的局部冒水孔实属承压自流井,由此形成的管涌实质为井涌。依据管涌冒水孔具有的承压井流特征,以堤后管涌点为中心,再向外追索管涌影响范围和扩展方向的管涌探测新思路。同时通过预测性探测,管涌可能发生的主要部位和管涌可能发生的最大范围可以被预测到,从而提高对双层堤基管涌的地质认识。双层堤基渗流呈静水承压状态,它具有特殊的水文地质结构。认识双层堤基静水承压渗流的特征,加强认清双层堤基管涌的地质特征,从而讨论预测性探测通过的方法,预测出管涌可能发生的主要部位和管涌可能发生的最大范围。通过仁怀市九仓河月亮湖防洪堤治理的设计,阐述双层堤基产生管涌的防治。     

结构破坏后堤防管涌防治处理方案分析

现代社会经济的建设与水生态环境的联系已越来越紧密,堤防周边的建设不可避免对堤防基础结构产生一定的破坏,使管涌发生的可能性增加。需要采取防护措施,保护堤防被破坏的土体,增加堤防的抗渗透破坏的能力。可采用的措施各有优劣,采用怎样的防护措施或各种措施的组合,文章对此进行了探讨。     

堤基渗透破坏机理的实验研究

堤基透水层渗透破坏是洪水期间堤防发生险情的主要原因,对堤基渗透破坏机理进行研究,了解堤基渗透破坏的类型和特性,有针对性地进行控制处理,保护堤防的安全,在堤防加固和防洪决策中具有重要的科学理论意义和工程应用价值。本文在堤基渗流模拟方面采用室内砂槽模型进行探索研究,结合工程实际,为防渗加固设计和防洪决策提供参考。     

堤防地基渗透破坏机制及其治理

结合日本阿武隈川地基渗漏耻汉工程中所蚰以的问题，应用有限元饱和－非饱和渗流解析，对地基渗透破坏发生机制及其影响因素作了分析和讨论。经过对地基防渗处理方案的解析，明确了各种方法的优劣和适用条件，指出了地基防渗处理中应当注意的问题。     

堤基管涌微观机理模型试验研究

本文从微观角度出发,开展小尺寸模型试验,采用显微镜和数码成像系统对管涌土体进行局部放大摄录,通过常规观察试验现象和数字图像识别分析不同水头下管涌土体颗粒级配,分析了管涌发展过程中随水头变化的土体颗粒位移和流失规律,从宏观和微观角度共同阐释了管涌发生、发展的机理。试验结果表明,堤基管涌发生、发展的微观颗粒流失过程与宏观现象一致,管涌发生、发展的过程从微观角度即表现为颗粒位移并流失的过程。通过微观颗粒位移与宏观管涌通道发展相结合分析,更深层次剖析了管涌发展的机理。本研究对于管涌数学模型和数值模型的建立、提高管涌防治技术水平等具有参考意义。     

荆江沙基堤防的管涌险情抢护与防治

介绍管涌险情的成因，“外截内导”的指导原则，“围井导滤”和“蓄水反压”的抢护方法，“出清水不带泥沙”的管涌险情控制标志．防止管涌的主要方法是前堵后排（ 导） 或前堵后压，以排为主，截、排、压兼施，延长渗径，改变堤基的渗流状态．采用填筑堤内平台，使覆盖层的厚度与水头差相等，是防止管涌险情发生的有效方法．     

砂基堤防管涌模型试验和产生机理分析

针对典型的堤基进行了管涌机理的砂槽模型试验研究,观察并分析了管涌发生、发展并导致溃堤的机理和过程。试验结果表明,堤基管涌发展的机理、通道形状和位置均相似,管涌破坏均发生在透水层的顶面,低于临界水头时,管涌仅在一定范围内发展并最终停止,管涌通道不会与江（河）水连通,一旦超过临界水头,管涌通道持续发展并最终与江（河）水连通,连通管流的强力冲刷最终导致堤基整体破坏和溃堤。     

考虑土体坍塌的单层堤基管涌数值模拟方法研究

为了更真实地模拟土体管涌发展过程,需要考虑管涌区以上土体可能发生的坍塌。根据土拱理论和土体坍塌机理,提出了单层堤基管涌区上覆土体稳定性和坍塌的判别方法,完善了堤基管涌扩展数值模拟方法和程序。通过对有悬挂式防渗墙的单层非黏性土堤基管涌扩展过程的模拟,揭示了考虑上覆土体稳定性和坍塌作用时的管涌扩展规律。结果表明：管涌扩展初期,土体没有产生坍塌;当管涌扩展接近悬挂式防渗墙时,管涌区上覆土体开始出现坍塌;当管涌绕过防渗墙向上游扩展后,管涌区上覆土体的坍塌对管涌扩展路径影响较大。这说明,管涌发展到一定阶段后,土体实际发生破坏的区域比不考虑坍塌作用时模拟得到的破坏区域更大。     

荻湖堤段堤基管涌处理方案探讨

文章在对屈原垸荻湖堤段出现的管涌等险情进行详细调查的基础上，通过渗流计算，分析研究造成管涌的原因，经技术和经济比较，提出了对该堤段的处理可采用水平盖重的方案。     

荆江大堤观音寺堤段减压井灌淤现场试验研究

本文阐述在荆江大堤观音寺堤段进行的现场灌淤试验。通过对地下水动态的分析,阐明减压井中氧化还原电位和溶解氧含量随江水位的变化规律,由于荆江大堤的特定工程地质、水文地质条件以及长江水流动态决定了荆江大堤堤基减压井灌淤的发生和发展。由此提出在汛期高水位时流向井的水只来自江水,汛期减压井应全部投入运行。文中列举渗流量的变化,氧化还原电位的分布以及试样各部位铁含量的变化等,论证所提电化学方法是一种防治减压井灌淤的有效方法。文中还提出,为防止减压井失效,应选择适应荆江大堤特定水文地质条件的材料以及尺寸等。     

荆江沙基堤防的管涌险情抢护与防治

介绍管涌险情的成因，“外截内导”的指导原则，“围井导滤”和“蓄水反压”的抢护方法，“出清水不带泥沙”的管涌险情控制标志.防止管涌的主要方法是前堵后排(导)或前堵后压，以排为主，截、排、压兼施，延长渗径，改变堤基的渗流状态.采用填筑堤内平台，使覆盖层的厚度与水头差相等，是防止管涌险情发生的有效方法.     

南京江宁区长江干堤应急加固渗控方案

基于稳定饱和渗流基本理论,采用等效连续介质模型,建立了南京市江宁区长江干堤有限元模型,对垂直防渗墙、黏土铺盖、排水褥垫以及深层搅拌桩等4种渗流控制措施进行了分析和比较,并计算了堤体及周围土体的渗流特性和渗透破坏情况。计算结果表明,采用(混凝土)防渗墙和利用深层搅拌桩处理可达到堤防防渗和加固的效果。     

堤基管涌模型试验的流速示踪与发展过程

进行了管涌砂槽模型试验研究,观察到了管涌发生、发展和导致溃堤的全过程,得到了相应的堤基管涌破坏的临界水平平均水力坡降。试验结果表明,堤基管涌的发展,在水头低于临界水头时,发展至一定程度后达到自愈,管涌通道不会与上游连通,其宽度和深度有限,不会发生管涌溃堤事故。水头超出l临界水头后,管涌持续向上游发展并与外水连通,连通管道内水流的水力冲刷最终导致溃堤破坏。     

堤防管涌产生集中渗漏通道机理与探测方法研究

本文对堤防渗流管涌发生后产生集中渗漏通道的机理进行了深入的分析探讨，在管涌发生初期采用井流理论模拟河水向管涌口补给时地下水的流场情况，确定管涌开始发生时的范围以及逐步的发展过程，根据管涌的临界水力梯度，通过模型可以求出管涌初期的临界面，管涌初期涌砂区的范围较大，由于管涌离堤坝最近的地层中的水力梯度最大，被带走的砂也最多，涌水量增加而水力梯度减小，造成接近管涌初期临界面附近的水力梯度达不到地层颗粒移动的临界水力梯度，造成临界面向里缩小，最终形成了集中渗漏带。本文还对管涌渗漏探测的天然示踪与同位素示踪方法进行了论述。