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。     

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...     

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。     

堤基管涌小尺寸模型的细观试验研究

利用显微摄像可视化跟踪技术、数字图形的计算机实时处理技术,开展室内小尺寸堤基管涌物理模型的细观试验研究。从细观角度研究堤基管涌发展过程中的渗流过程、水头、管涌通道前端的颗粒运动、颗粒含量和水力梯度等参数变化的动态变化过程。研究结果表明:(1)堤基管涌的渗透破坏分为三个阶段,无明显渗透变形阶段、管涌通道形成阶段和堤基溃堤阶段;(2)从细观试验结果可看出,在无明显渗透破坏阶段,粒径小于0.075mm颗粒发生移动现象,稍大颗粒发生转动,但骨架颗粒没有变化。随着水力梯度的增大,当达到砂样的临界水力梯度时,砂样局部薄弱处的骨架颗粒发生移动,形成管涌通道并逐渐向上游扩展;(3)管涌通道前端的颗粒起动水头随粒径大小而不同,粒径越大,起动的临界水头越大;(4)管涌的发展是不断调整变化的,形成蜿蜒枝状沟道,主要原因是砂样颗粒的细观分布具有很大随机性,细颗粒流失形成的孔隙会被粒径大的颗粒填充,同时,也会引起周围更多的细颗粒流失使管涌通道变大。     

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。     

非均匀流条件下的管涌试验研究

通过自行设计的室内模型试验对非均匀水流条件下堤基管涌破坏规律进行对比研究,结果表明:从小截面进水时,管涌口流量较小,管涌破坏较难发生,临界水力梯度较大,且侵蚀速度较慢,通道发展深度较小;反之,从大截面进水时,管涌口流量较大,管涌破坏容易发生,临界水力梯度小,且侵蚀速度很快,通道发展深度较大。同时对试验过程中累计涌砂量以及孔隙率随时间变化的规律进行了分析,并得到其拟合模型。     

基于球状井非稳定井流理论的管涌流场分布研究

渗流场分布确定是管涌研究的基础与关键。双层堤基管涌时土体破坏范围仅局限于管涌口周围,且在管涌口形成后土体中的渗流场会经历一个动态的变化过程。基于此,将管涌口概化为半球状的涌水井,结合非稳态渗流方程和叠加原理,对定水头条件下双层堤基管涌口形成后地层中的流场分布进行了研究,得到了管涌口形成以后的渗流场分布。通过算例,研究了管涌口形成以后堤基内水头以及水力梯度随时间的变化规律;通过与稳定条件下完整井流的对比,得到了球状井与完整井条件下水头与水力梯度的分布规律。研究表明:管涌口形成时的非稳定渗流是造成细砂突涌的重要原因之一;利用稳定完整井条件下的渗流场分布进行管涌判别时,会明显夸大管涌的发生范围。     

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。     

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。     

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。     

阳新长江干堤队工险段工程地质分析与评价

阳新长江干堤属长江中下游Ⅱ级堤防，位于长法南岸的黄石市阳新县境内，阳新长江干堤的险工险段主要有4段渗透破坏，2段崩岸，堤身填筑土密实程度不一，抗渗能力差的堤身就会产生散浸等险情，堤基透水层埋深较小时透破坏发生点离堤较近，反之较远。计算表明堤基管涌危险距离最大不过131m，故应重点处理距堤150m以内的渗透破坏险情。崩岸河流侧蚀与浪蚀作用共同影响，且有向上游发展之势。     

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。     

府谷县皇甫川防洪工程地质探析

采用工程地质测绘、钻探、坑探及野外与室内试验相结合的综合勘察方法,对府谷县皇甫川防洪工程地质进行勘察,并对堤基土的渗透稳定和抗冲能力等问题进行评价。结果表明,工程区属构造相对稳定区,相应的地震基本烈度Ⅵ度;工程区地下水类型主要为第四系松散层孔隙潜水及基岩裂隙水,河谷两岸地下水位高于河水,对钢结构具弱腐蚀性;堤基以细砂及砂砾石、砾石层为主,抗冲刷能力较差,建议平直段冲刷深度可按1.6 m～2.0 m考虑,在强侧蚀段及迎流顶冲段冲刷深度可按2.3 m～2.5 m考虑;沿线堤基不存在液化问题,但存在渗透稳定问题,细砂及砾石易产生流土及管涌,且抗冲刷能力较差,洪水期河水易对堤脚形成冲刷破坏,建议迎水坡堤脚采取抗冲刷措施。     

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。     

阳新长江干堤险工险段工程地质分析与评价

阳新长江干堤属长江中下游Ⅱ级堤防 ,位于长江南岸的黄石市阳新县境内 ,阳新长江干堤的险工险段主要有 4段渗透破坏、2段崩岸。堤身填筑土密实程度不一 ,抗渗能力差的堤身就会产生散浸等险情。堤基透水层埋深较小时渗透破坏发生点离堤较近 ,反之较远。计算表明堤基管涌危险距离最大不过 1 31m ,故应重点处理距堤 1 50m以内的渗透破坏险情。崩岸受河流侧蚀与浪蚀作用共同影响 ,且有向上游发展之势     

乔坨子砂堤堤防生物防护工程设计分析

乔坨子段堤身主要由粉质黏土组成,局部含有细砂层。堤基由粉质黏土、细砂组成。黏性土为微透水,细砂层为强透水。迎水坡坝炕前沙丘、沟壑较多,堤防两侧均有筑堤取土留下的水坑,地下水连通,极易形成渗透通道,产生渗透破坏。为从根本上消除渗透破坏隐患。需要采取工程处理措施。该区堤基黏性土为微透水,细砂层为强透水。堤防两侧50m范围内均有因筑堤取土留下的水坑以及鱼塘,堤基连通,形成地下渗漏通道,洪水期堤后有大面积渗水现象,故需对砂基防渗进行处理。     

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。