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。     

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。     

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。     

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”。     

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.水头超出临界水头后,管涌持续向上游发展并与外水连通,连通管道...     

堤基渗流无害管涌试验研究

在室内水槽中进行几何比尺1∶20及1∶40的堤基渗流引起的管涌试验，论证了双层地基粉细砂层发生管涌通道时影响大堤安全的水平渗流临界坡降平均值为0.1左右。试验结果表明，管涌与砂层厚度、砂层顶面接触糙度、出口水头损失、堤前冲深以及砂基结构性质等有关，管涌有害与否与沿程承压水头分布的不断调整和渗流量变化密切相关。文中还讨论了模型比尺问题。     

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。     

覆盖层及其与砂层接触面特性对堤基管涌影响试验研究

选取二元堤基为对象,通过设计和执行３种密实度与３种厚度覆盖层以及２种接触面情况下砂槽模型管涌试验,剖析了覆盖层密实度、厚度及其与砂层接触面特性等对管涌发生发展的影响规律。试验结果表明,在二元堤基中,覆盖层密实度越大,临界比降和破坏比降越大,覆盖层抵抗管涌侵蚀的能力越强;覆盖层厚度小,管涌发展速度快,短时间内即会贯通,增加覆盖层厚度可使管涌通道上部不易产生塌陷,但临界比降和破坏比降与厚度没有明显相关性;覆盖层与砂层的接触面存在砂土混合的过渡层时,临界比降和破坏比降均增大,管涌通道不易发展。     

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。     

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。     

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。     

堤防险情及其处置

长江中下游堤防多位于由表层弱透水层及下卧透水层组成的双层地基上，堤防及其地基、边滩在汛期出现的险情有散浸，管涌，流土、接触冲刷引起的渗水流砂、漏洞，穿堤建筑物渗漏，滑坡，崩岸，溢溢等。     

堤防非稳定渗流几个关键值的经验公式

根据一般双层地基上堤防非稳定渗流有限元计算成果，分析出单宽渗流量、堤背脚下承压水头和堤身浸润线高度等渗流关键值在洪峰过程中的峰值经验公式，供设计管理堤防者参考。从而可以更简便地计算堤坡稳定性和判定堤内是否发生管涌破坏以及是否需要设防渗墙等渗控措施。     

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。     

兴隆水利枢纽坝基渗流控制研究

由于兴隆水利枢纽大坝坝基存在深厚的强透水粉细砂层和砂砾石层,坝基的渗透稳定性及渗漏问题成了需要重点研究的课题。对厂房坝段和泄水闸坝段坝基进行了三维渗流计算分析,着重对比分析了不同渗控措施的效果。结果表明,在设计水位条件下,采用一定的渗控措施可以使坝基粉细砂出逸坡降≤0.30;当考虑下游水位下降时,厂房坝段尾水渠粉细砂出逸坡降将>0.30,泄水闸坝段粉细砂出逸坡降将>0.20,但<0.30,粉细砂的渗透稳定更依赖于反滤保护。     

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。     

堤基粉质黏土临界比降概率分布推断

基于长江中下游 16 个堤防工程粉质黏土渗透变形试验结果,通过 K-S 检验法,按照所有工程数据和单个工程数据分别进行临界比降的概率分布拟合检验,同时利用信息扩散法对单个工程的小样本临界比降的概率密度函数进行推断。分析表明,粉质黏土的临界比降服从对数正态分布,信息扩散法所得概率密度可较好拟合小样本参数的概率分布。研究成果可为堤防渗透稳定可靠性分析提供基础。