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。     

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。     

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。     

罗南水闸管涌原因分析及防渗加固措施

2005年6月西、北江洪水期间,罗南水闸后闸内涌反滤扩散段排水孔及内引涌段多处出现管涌,管涌口翻沙冒水,经当地水利部门及时抢险处理后安全渡汛。对管涌发生的原因进行了分析,并介绍水闸防渗加固的措施和工程实际效果。     

堤防管涌渗流场响应特征的数值模拟

采用数值模拟方法研究了管涌发生后堤防渗流场响应特征,探究了堤防不同深度和不同水平位置处的孔隙水压力变化规律,分析了管涌位置和管涌通道尺寸对堤防孔隙水压力变化的影响,提出了基于孔隙水压力变化特征快速识别堤防管涌险情的思路,得到了可用于堤防管涌监测的孔隙水压力测量设备合理布设区域。结果表明：管涌发生后,堤防不同位置处的孔隙水压力均出现一定程度的降低,管涌通道底部及其上部1m深度范围内孔隙水压力有较大幅度的降低,可作为监测管涌发生的孔隙水压力测量设备埋设深度范围;管涌发生后,同一水平面上与管涌通道距离相同的位置孔隙水压力变化基本一致;管涌通道与堤脚的距离越远,管涌发生后管涌通道周边位置孔隙水压力降低值和降低率越小;随着管涌通道直径的增大,管涌发生后管涌通道周边位置孔隙水压力降低值和降低率显著增大。     

堤基管涌机理及防治设计准则研究

堤基管涌抢险和防治是堤防工程安全的心腹之患,水利部防洪抗旱减灾工程技术研究中心自成立以来,持续开展堤基管涌机理和防治设计准则方面的研究。系统深入研究了典型堤基结构管涌破坏机理和模式、管涌自愈现象,发现了不同堤基结构管涌发展机理和破坏模式的特点和区别;提出了管涌抢险合理范围和盖重合理宽度的确定方法建议;提出并论证了悬挂式短墙布置在背水侧更能有效控制管涌发展的作用机理和设计方法;研发了管涌动态模拟数学模型和软件。提升了对管涌机理的认识,发展了传统渗流控制理论,对管涌防治和抢险有重要指导作用,成果已应用于堤防设计和抢险中。     

大型管涌物理模型设计及应用

管涌是堤防主要险情之一,在总结前人管涌砂槽模型的基础上,针对尺度效应问题在传统砂槽模型的基础上对模型进行改进:将模型尺寸扩大到10．0ｍ×3．0ｍ×2．5ｍ;对模型结构和防水止水进行了特殊设计;在管涌口周围不设置约束。随后开展了一组大尺度物理模型试验,试验结果表明:管涌发生过程中管涌口的扩大会起到消减水头的作用;管涌险情在其临界水力梯度时,险情可在长时间内处于稳定状态,随着管涌口的扩大管涌有休止的趋势。     

堤防工程管涌险情抢护措施

在堤防遇到汛期高水位时,堤防背水侧坡脚附近,会发生翻砂鼓水现象。原因分为两种情况:一种是在渗流作用下无黏性土体中的细小颗粒通过粗大颗粒骨架的空隙发生移动或被带出,致使土层中形成孔道而产生集中涌水现象,称管涌(又称泡泉等);另一种是在渗流作用下,黏性土或无黏性土体中某一范围内的颗粒同时随水流发生移动的现象,称流土。习惯上将这两种渗流破坏统称为管涌险情。     

洞庭湖区堤防特大管涌应急抢护案例分析与思考

堤防是最主要的防洪工程,基础渗流是堤防工程最为常见的现象。高洪水位时,砂基堤防渗漏严重,常发生渗透破坏,引发管涌险情,防汛风险极大。据洞庭湖多年汛期险情分析,堤防基础险情（管涌险情）占险情总数量50%以上。20世纪90年代以来,洞庭湖区堤防曾多次发生特大管涌险情,造成重大经济损失。因此,开展堤防特大管涌应急抢护技术研究十分必要。文章以2017年7月烂泥湖垸羊角堤段特大管涌险情发展变化、应急处置为例,结合洞庭湖区曾发生的特大管涌应急抢护实际,提出共性的观点,开展技术探讨。     

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。     

悬挂式防渗墙控制管涌发展的理论分析

根据渗流理论，导出了大堤采用悬挂式防渗墙时渗流场的水头和坡降分布、管涌突发时的局部涌砂范围以及继续向上游冲蚀发展的距离等计算公式，其中渗流场的计算公式还用三维有限元计算作了验证，并与试验进行了对比。     

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。     

砂土管涌机理的模拟试验研究

对管涌机理进行了砂槽模型试验研究,观察并分析了管涌发生、发展的过程.试验现象表明,管涌破坏发生在透水层上部,且砂样内部的颗粒移动是从进水口处和管涌口处向中间不断扩展的.当水头变化后,砂样内部的渗流需要较长时间才能重新稳定.     

堤防管涌渗漏实时监测技术研究与应用

汛期堤防管涌渗漏的实时监测对堤防的紧急抢险具有非常重要的意义．本在分析了已知各种用于堤防管涌渗漏监测工作方法的优缺点的基础上，提出了用流场拟合法进行堤防管涌渗漏入水口的监测．通过物理模拟实验以及实际应用表明流场拟合法可以有效地用于堤防管涌渗漏入水口的实时监测．     

里运河堤防险工险段典型失效模式分析

里运河作为南水北调工程东线的输水主干线,其堤防的渗流与结构安全对确保南水北调东线工程运行调度与沿线公众生命财产安全具有重要意义。针对里运河堤防工程主要险工险段存在的渗流和结构安全问题,系统分析了影响工程安全的主要风险因子,提出了里运河堤防工程土堤、水闸和穿堤涵洞等建筑物的可能失效模式。结合工程勘察与安全检测成果,对里运河堤防主要险工险段的典型断面进行渗流和稳定计算,根据计算结果并结合堤防工程安全评价导则,确定里运河东堤渗流和稳定的安全性等级,对典型险工险段进行了综合安全评价,里运河东堤存在严重安全隐患,综合评价为三类堤。研究成果可为里运河堤防加固与监测设计工作提供依据。     

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。     

实时水雨情对长江流域堤防管涌动态安全评估方法研究

为有效解决水雨情因素对于长江流域堤防工程管涌的影响,有效掌控堤防工程管涌险情的发展动态,实现对堤防工程险情的精准预防,保障堤防工程的安全运行,文章以长江流域存在管涌隐患的堤防工程为对象,结合实际工程,采用危险因素综合分析的方式为依据,建立针对长江流域堤防工程管涌险情的实时水雨情影响结果的动态评估系统,应用灵敏度分析、层次分析法(AHP)对不同因素进行实施科学分析及主观赋权,后对评估结果进行融合最终获取具有真实效用的动态安全评估结果。研究结果显示:通过管涌安全评估指标体系对长江流域堤防工程进行建模分析,可有效获取基于水雨情条件下的施工因素、地质环境及水文因素对于堤防工程的动态影响,评估结果与实际具有一致性,所采用方法合理、有效。     

水工建筑物渗流管涌的Monte-Carlo模拟

渗流管涌曾导致一些水利工程失事，给国民经济带来巨大损失。因此，渗流管渗的研究不仅有理论意义，而且有很大的实用价值。首先分析渗流管涌发生和发展的机理。给出了管涌的数学模型：铅直流土的台萨基模型、斜坡流土的谢斯塔可夫模型以及渗流冲刷的曹敦侣模型。在此基础上，用ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ法模拟渗流管涌的发生和发展。孔隙介质的渗流特性考虑服从给定概率分布的随机变量。随机模拟给出管涌发展的形象，同时还可求得在一定条件下，渗流管涌导致管涌破坏的机率。模拟结果表明：渗流管涌发生后，是否会发展到渗流破坏，不仅与相对渗径长度有关，而且还取决于绝对渗径长度。随机模拟的结果能很好地与实验室试验结果相印证。     

基于广义回归神经网络的无黏性土管涌判定研究

分析了现在广泛采用的判定管涌破坏手段的不足之处。在分析广义回归神经网络的基本原理和算法基础上,建立了无黏性土管涌判别的广义回归神经网络模型。以前人试验结果作为对比,采用特征粒径和孔隙率作为判别指标,对土样的渗透破坏形式进行判别。计算结果表明,该模型的管涌渗流破坏形式判定结果与前人试验结果完全一致,该方法为无黏性土管涌渗流破坏形式的判别提供了新的研究思路。     

荆江大堤堤基管涌破坏

本文探讨荆江大堤堤基管涌和管涌破坏的机理。文中阐述了荆江大堤渗流稳定问题的主要特点:(1)管涌发生并不一定管涌破坏;(2)管涌发生的地点有近有远;(3)堤基渗流破坏的最终形式是流土;(4)管涌的扩展是一随机过程。在理论分析和模型试验的基础上,给出核算堤基渗流稳定的方法和公式。据此,用可靠性分析方法确定荆江大堤保护范围。实例证明本文的方法和公式是正确的。用本文的方法可以大大节约整险加固工程投资。