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。     

二元堤基结构堤防管涌机理模型试验

为了科学解释二元堤基结构堤防管涌致灾机制并揭示其形成、演化过程和致溃规律,在考虑堤基强、弱透水层之间壤土过渡层作用的基础上,通过室内模型试验完整地模拟了二元堤基管涌从单个泡泉发展至管涌群并最终造成堤基塌陷溃决的全过程。试验结果表明:上部黏土及壤土层在渗流的顶托作用下向上隆起并在堤基内部产生层间水平渗漏通道,导致发生潜层砂沸,最终向上发展为表面砂沸的渗透破坏；二元堤基结构管涌发展可分为裂缝发展、潜层破坏、上覆层破坏、管涌通道上溯、堤基破坏和堤基溃决6个发展阶段；表面砂沸由潜层砂沸发展而来,潜层砂沸是由于土层内竖向坡降所引起的渗流力大于上部土体浮容重时造成的土层结构破坏所致,临界竖向坡降处于0.9~1之间；壤土层的存在会加快堤后自由边界区域管涌群的发展速度,但可以延缓管涌通道的上溯,对堤基具有保护作用。     

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。     

多层堤基结构管涌动态发展的数值模拟

针对多层堤基结构管涌动态发展过程,利用有限元分析软件模拟了管涌发展不同阶段堤基内部渗流场分布,对比分析了各区域水力梯度与各区域土体侵蚀临界水力梯度,从而确定管涌发展各阶段颗粒流失的区域和范围。结果表明：细砂夹层埋深为1m的多层堤基,管涌发生的标志是管涌口下端的细砂夹层冲破,发生竖向流土破坏;管涌发展过程中,堤基内土颗粒不断流失,局部土体渗透性随之发生变化,渗透性的变化影响渗流场的分布,继而又会影响土颗粒的流失,管涌动态发展是土颗粒流失与土体渗流相互影响、相互耦合的过程;同时管涌发展过程中存在多种类型的破坏形式,深层管涌破坏与浅层管涌破坏同时作用,产生的管涌通道深度很大,对大坝安全产生重大影响。     

加设土工膜防渗堤防渗流计算

堤防设计中,当堤基渗流出逸比降不能满足规范要求,堤基会产生管涌、流土等渗透破坏,这是堤防工程最为多见且必须处理的问题。采取有效、合理、经济的设计方案是一项技术性很强的工作。文中以某河道为例,介绍了堤防堤身及堤基采用土工膜防渗处理设计,并对加固后堤防进行渗流稳定验算。     

双层堤基中悬挂式防渗墙渗控效果的试验研究

通过砂槽模型试验,研究了双层堤基设置悬挂式防渗墙情况下管涌发展并导致溃堤的过程和机理。试验结果表明,悬挂式防渗墙可以有效提高堤基管涌破坏的水平平均临界水力比降,降低管涌的危害程度,使堤基整体抵抗管涌破坏的能力显著提高,且布置在背水侧较临水侧更加有效。同时给出了悬挂式防渗墙的设计方法。     

堤防管涌险情研究进展

目前,管涌险情的研究主要集中于管涌险情演化机理、物理模型试验与数值模拟方法、汛期与非汛期应急抢险技术等方面。管涌险情发生受临界水力条件与地层岩性结构等因素控制,但尚未系统考虑力学、河流动力学以及管涌发展过程中的连续与非连续扩展,且研究模型存在尺度效应。汛期管涌抢险仍以传统方法、人海战术为主,抢险效率明显不高;非汛期管涌险情控制主要以减压井和防渗墙等措施为主。可拆换式减压井成功解决了传统减压井淤堵问题,显著提升了运行效率;垂直防渗墙的防渗控制效果显著,但工程造价高,且缺乏全生命周期监测与评估,对运行效果难以掌握。从水土耦合角度开展管涌险情致溃机理研究,研发便携式、装备式抢险材料与设备是当前堤防管涌险情急需研究解决的科学难题与方向。     

悬挂式防渗墙对不同细料含量堤基管涌的影响

在有悬挂式防渗墙的情况下,细颗粒含量不同的堤基,管涌的发展情况和破坏形式不同。利用室内砂槽试验,通过改变堤基的细颗粒含量,对含有悬挂式防渗墙的双层堤基管涌破坏过程进行了模拟,研究了防渗墙对细颗粒含量不同的3种堤基管涌破坏形式和发展机理的影响。试验结果表明:细颗粒含量为26%时,临界水力梯度较大,但是发生管涌后,流量和涌砂量较大,管涌发展速度较快,且管涌通道主要发生于砂砾石层顶面,破坏程度逐渐提高,容易产生较大的渗透变形,造成堤基上部黏土层的坍塌,对工程的危害较大;细颗粒含量小于23%时,管涌发展逐渐从砂砾石层顶面转为砂砾层内部,管涌时细颗粒在土体孔隙中流动,对土骨架的影响较小,管涌发展速度较慢,对堤基的危害程度较低。     

堤防险情应对措施—地震引起的堤防工程破坏现象有哪些？

地震引起的堤防工程破坏现象有：滑坡、裂缝、沉降、塌坑、管涌以及集中渗流破坏等。 按破坏原因和机理，堤防险情可分为：①因地震惯性力直接引起的滑坡和过大的沉降变形。②因砂基液化导致的过大沉降变形、滑坡和堤基管涌等。⑧因地震引发的堤基溶洞、管涌以及其他洞穴的塌陷。④因沉降变形、滑坡导致的穿堤建筑物断裂并引发的集中渗流破坏等。     

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。     

枢纽下游航道整治线宽度的确定方法

根据水利枢纽下游浅滩的碍航特性以及是否受到枢纽下泄水流的非均匀流影响,将碍航浅滩分为4种类型,分析了非恒定水流的输沙能力,讨论了碍航浅滩年内输沙不平衡的处理方法。在此基础上,提出了枢纽下游航道整治线宽度计算公式。该公式简化后与规范所推荐的公式一致,并采用汉江资料进行了计算。     

Reliability in dams and the effects of spillway dimensions on risk levels

A general approach is presented for risk engineering and identification of the risk benefits analysis, goals and limits for risk evaluation in certain applications by considering the first-degree secondary moment methods. A computer program is developed in the Java language (DAM_RISK) with the aim to determine the safety levels of spillways in existing dams (or dams in the planning or construction phase). In consideration of a possible risk, observed overflow values are used, with the purpose of the rehabilitation values that need to be known, thus producing data ready for technical and financial analysis. This program is used to perform risk analysis for the Kürtün and Oymapi nar dams in Turkey with the purpose dam rehabilitation at risk. Different spillway dimension and the change in risk for the reservoir damping factors are also presented. The most important conclusion for planners and risk evaluators is the graph that shows the riskless region in spillway dimensions. Various features of the computer program and areas in which it might be further developed are considered in detail. The results of the applications carried out are given in terms of risk evaluations.     

泥沙二重性及致灾成因分析

由水力或重力侵蚀形成的泥沙具有二重性，即泥沙既能致灾，叉能成为宝贵资源。根据泥沙致灾过程和特性，泥沙灾害可以分为直接灾害和间接灾害。文中以黄河下游为例，论述了间接泥沙灾害形成的必备条件。     

分组水流挟沙力级配计算方法初探

从非均匀悬移质输沙不平衡条件入手,借助国内外大量的研究成果和计算方法,结合多年来黄河实测资料,建立了一套适合于黄河特点的分组水流挟沙力级配计算公式,认为分组水流挟沙力级配不仅与床沙级配有关外,还与上游来沙有关。     

浅谈工程总承包风险控制

对工程总承包的风险进行了分析。决策阶段风险因素、承包报价阶段风险因素、合同履行阶段风险因素构成了工程总承包的风险因素,针对这些风险提出了一些具体的防范措施。     

对堤防工程地质勘察规程中若干问题的探讨

近年来我国较大规模地开展了河流治理项目的前期工作。在堤防工程地质勘察和评审工作的过程中，执行《堤防工程地质勘察规程》SL188-2005时，对控制性钻孔、钻孔深度、堤基地质结构分类、堤基工程地质条件分类、勘察成果报告的编制等问题的理解和认识存在较大差异，通过对这些问题的剖析和探讨，有助于统一堤防工程地质勘察工作的认识和完善规程，提升技术水平。     

混凝土坝上游坝面裂缝处理

分析了三峡大坝泄洪坝段上游面混凝土表面产生裂缝的原因 ,并采用灌环氧LPL +嵌填SR 2止水材料 +粘贴氯丁橡胶方法对裂缝进行处理 ,并对裂缝两侧坝面及上下端采取粘贴SR防渗盖片、涂刷渗透结晶型防水材料KT1、浇筑混凝土保护板等措施进行防护 ,监测表明 ,处理是成功的     

山西省万家寨引黄工程南干二级泵站施工技术

文中通过万家寨引黄南干二级泵站国家重点工程项目的施工过程概述及泵站厂房、副厂房、控制楼、变电站、进水压力埋涵、进水池、出水压力钢管、出水压力平洞、出水竖井及闸门井等主要建筑物施工,重点介绍了南干二级泵站、导流施工,主副厂房进水池、进出水压力钢管及出水压力平洞开挖钢结构安装及混凝土施工工艺.     

流体最小能耗率原理的热力学基础

针对学术界一直存在争议的流体在运动过程中到底是遵循最大熵原理还是遵循最小能耗率原理或最小熵产生原理问题,以热力学理论为基础,分析最小熵产生原理和最小能耗率原理,同时澄清一些容易混淆的问题,指出:热力学中的基本原理、基本概念同样适用于流体运动;流体在运动过程中遵循最小能耗率原理或最小熵产生原理。     

深淤泥基础海堤断面结构与滑动稳定关系初探

对采用排插板法进行基础处理的深淤泥海堤断面总宽度进行了深入研究,通过对浙江沿海地区淤泥土物理力学参数统计回归分析,得出了淤泥天然抗剪强度与天然含水量之间的经验关系。基于北京理正软件进行大量滑动稳定计算,分析了海堤宽度B与海堤高H、淤泥层天然抗剪强度指标、淤泥层厚度之间的关系,并得出了海堤断面总宽B的计算公式,并通过工程实际进行检验计算,得出本文公式与实际工程基本吻合。此外,对海堤滑动安全系数随淤泥抗剪强度指标变化关系进行了敏感分析,认为内摩擦角对海堤抗滑安全系数的影响比凝聚力的影响更敏感。