关于堤基渗流无害管涌试验研究的讨论(续)

毛昶熙先生等在《水利学报））2004年第11、12期和2005年第7期先后发表了“堤基渗流无害管涌研究”（以下简称为“毛文”）、“堤基渗流管涌发展的理论分析”（以下简称为“毛文”）和“北江大堤典型堤段管涌试验研究与分析”（以下简称为“毛文”）,建议粉细砂层堤基最小允许平均坡降采用0．07（临界值为0．1）,并提出管涌向上游冲蚀发展的计算方法。刘杰先生等在水利学报2005年第11期的“关于堤基渗流无害管涌试验研究的讨论”（以下简称为“刘文”）中,列举了国内外及近期中国水利水电科学研究院的研究成果,认为毛昶熙先生等建议粉细砂层堤基最小允许平均坡降采用0．07滞后于近代研究,过于保守,且试验砂基的控制密度用1．5偏松。他认为：大堤或水闸只要与均匀砂基紧密接触,接触冲刷抗渗强度主要决定于细砂的抗渗强度;在地基与堤身局部地方接触不良的情况下。当地基中的平均水力比降小于0．2时,可能会出现渗透变形,但不会渗透破坏。本文就此提出一些初步看法,供两方研究者和工程技术人员参考。为简单起见,本文将管涌与流土统称为“管涌”。     

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。     

关于堤基渗流无害管涌试验研究的讨论

毛昶熙先生等人在水利学报2004年11期“堤基渗流无害管涌试验研究”一文中,根据试验结果提出判别细砂地基无害管涌的准则是允许水力比降为0．07,细砂堤基的渗流控制应按．J允许≤0．07考虑,同时进一步肯定,以前在闸底板长度设计中所建议的细砂地基的渗流控制水力比降为0．07是正确的。根据中国水利水电科学研究院多年的研究成果,我们认为尚值得商榷。众所周知,布莱的统计结果认为细砂的J允许=0．067,它是代表近一个世纪以前国外修建水闸的水平。近半个世纪以来,土的渗透稳定理论的发展结果表明,细砂的允许水平比降,无论是土体本身还是沿不同土层接触面的接触冲刷水力比降远大于0．07。水工建筑物防渗体优化设计的原则是既安全又经济,其中起关键作用的因素是接触冲刷抗渗强度的取值问题。为此,本文对毛先生的论述作一肤浅的讨论。     

对于堤基渗流无害管涌试验研究讨论文的答复

管涌问题在1998年长江洪水的堤防险情中被视为重中之重，为此我们在《水利学报》（2004年第1、12期，2005年第1、2、7、9期）上连续发表了6篇有关论文，希望能展开这一问题的讨论，促进学术的发展。我们十分感谢刘杰教授等的参予讨论，讨论中涉及文献[2]中的一些问题，现答复如下。     

双层堤基管涌溃堤砂槽模型试验及渗流场特点研究

对双层堤基管涌溃堤进行了砂槽模型试验,对模型试验的流量和时间比尺进行了分析和讨论。通过有限元数值模拟,研究了管涌溃堤过程中渗流场变化的特点,分析并解释了砂槽模型试验中出现的难以理解的现象,对管涌发展机理和渗流场变化特点有了更深入的认识。     

悬挂式防渗墙控制管涌发展的试验研究

在试验室水槽中进行了有悬挂式防渗墙的砂质堤基的渗流模型管涌试验,取得了不同贯入度悬挂防渗墙防止管涌效果的系列试验成果,论证了悬挂式防渗墙对覆盖土层下粉细砂地基发生管涌时有截断通道、控制管涌发展的显著功效。根据试验资料确定了悬挂式防渗墙及其前后水平段的渗流临界坡降,给出了管涌险情是否会影响大堤安全的估算公式。     

黄河大堤双层堤基渗流稳定计算与渗流控制

对黄河荆隆宫堤段堤基的渗流稳定与控制措施进行了分析,结果表明:在双层地基渗流稳定计算中,密西西比河公式和卡明斯基公式既简捷又实用;大堤若采用截渗墙加固,则必须完全截断透水层,悬挂式截渗墙的效果较差;推荐盖重措施作为渗流控制措施。     

北江大堤典型堤段管涌试验研究与分析

用北江大堤典型堤段的堤基粉细砂砾在玻璃水槽中模拟不同砂层厚度、埋深、层次结构及接触面粗糙度等条件下的管涌试验。论证了接触面加糙后能使临界坡降由光滑面的0．10提高到0．13～0．20。较细的上层砂和较粗的下层砂砾将有可能使临界坡降减小30％左右。最后,根据多层地基渗流理论推导出堤基渗流管涌发展的计算公式,并用三维有限元计算进行了验证。该公式可以用来估算管涌突发时的涌砂范围和继续向上游冲蚀发展的距离,以便判别危害大堤安全的程度。     

管涌破坏机理模型试验覆盖层模拟方法的影响研究

该文利用砂槽模拟北江大堤双层堤基．即二元堤基,研究二元堤基表层弱透水层对管涌破坏变形的影响,提出在不同性质以及压重的覆盖层条件下,管涌破坏上溯发展的机理并不一样,同时由于以往试验研究多采用刚性覆盖层,因此．仅仅模拟的是闸底板冲刷现象,得出的临界水力坡降明显偏小。通过此次试验现象和结构表明,堤防管涌破坏同上覆盖层的容重、层与层之间的摩擦系数等有关。因此,与本试验临界水力坡降值相比较,实际堤防管涌破坏临界坡降还大于此试验值。     

单层和双层堤基管涌砂槽模型试验研究

针对典型的单层和双层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,单层和双层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。但是,单层和双层堤基管涌破坏的水平平均临界水力比降不同,且前者大于后者,对试验用粉细砂,前者为0·278,后者为0·214。     

堤基渗流管涌发展的理论分析

本文在渗流理论基础上，推导出了管涌孔口附近的涌砂范围及继续向上游冲蚀发展距离的计算公式，所提出的管涌冲蚀向上游发展的计算方法，可用来鉴别管涌的危害程度。计算结果与模型试验及管涌的实际调研资料比较接近。文中还用三维有限元数值计算方法验证了本文推导的水头分布及渗流坡降公式的可靠性，并论证了直接引用源汇点理论计算管涌附近水头分布的不适应性。     

典型条件下堤身堤基渗流规律分析

 针对长江中下游堤防工程现状概化出典型条件，采用有限元数值模拟方法对堤身堤基渗流场进行了模拟计算，分析了作用水头、堤身渗透性、弱透水覆盖层厚度、分别隐伏于覆盖层下和出露于地表的强透水层的厚度、外滩宽度和河泓 切割程度等因素对堤身堤基渗流规律的影响，总结出一般性规律。     

堤防工程双层地基渗流模型截取范围初探

为了确定堤防工程双层地基渗流模型区域在满足渗流分析精度下的截取范围 ,从堤防工程双层地基渗流理论解出发推导出模型截取范围 (L)与渗流量计算误差 (p)之间的关系式 ,并据此求出了能满足工程应用的渗流分析精度时的模型截取范围。将这一范围称为有效长度 ,其值为 3/A。     

堤基渗流破坏影响因素试验研究及数值模拟

;堤基防渗处理多采用"前截中压后排"的方法,通过砂槽模型试验研究,分析覆盖层模拟方式、压盖重量、悬挂式防渗墙、渗流出口型式等工程因素对渗流破坏的影响,并采用流体动力学有限体积方法对试验工况进行了数值模拟分析.研究表明覆复盖层的试验模拟方式对渗流破坏坡降有较大影响,应结合工程实际选择合理的模拟方式;压重增加可以提高渗流破坏的临界坡降;悬挂式防渗墙对阻止渗流变形的发生作用较小但可以延长渗径,提高承担水头;渗流出口进行反滤处理后防渗能力有很大提高.研究成果与工程实际符合,为堤防防渗加固和防洪决策提供参考.数值模拟结果与试验数据接近,为进一步模拟研究渗流破坏过程和各种工况的防渗效果提供了基础.     

三层堤基管涌砂槽模型试验研究

对由弱透水表土层、细砂层和强透水砂砾层组成的三层堤基进行了管涌发展的砂槽模型试验,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,强透水砂砾层的存在将使堤基管涌破坏的水平平均临界比降降低,当细砂层相对于砂砾层的厚度较薄时这种影响会很大,试验得到的最小值为0·078,而且堤基管涌发展的机理与双层堤基有很大区别。     

堤防工程双层地基渗流模型截取范围初探

 为了确定堤防工程双层地基渗流模型区域在满足渗流分析精度下的截取范围,从堤防工程双 层地基渗流理论解出发推导出模型截取范围(L)与渗流量计算误差(p)之间的关系式 ,并据此求出了能满足工程应用的渗流分析精度时的模型截取范围。将这一范围称为有效长 度,其值为3/A。     

江河大堤双层地基渗透破坏机理模型试验研究

本文通过模型试验研究了双层地基的渗透破坏问题。在模型设计中不仅考虑下层地基中承压水头的大小,而且考虑土的渗透稳定性,并以下层出现的承压水头大小按两土层渗透系数比值,将其细分为4种地层结构,分别研究其渗透破坏机理。试验结果表明,渗透破坏都是开始于上层土,上下两种土层渗透系数之比大于100的地层为最危险结构,最终控制地基渗流稳定的是下层管涌型土层。整个破坏过程可描写为上层流土穿孔—下层管涌—上层流土破坏向堤脚发展—上层整体破坏。下层管涌型土的允许水力比降应采用水平允许水力比降,以此确定双层地基不允许的渗透破坏范围。     

预测堤防背侧管涌的一种方法

根据渗流理论，推导了堤防背水坡脚附近发生管涌的计算式。据此，可预测堤防内发生管涌的范围。