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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

双层堤基管涌动态发展的有限元模拟

提出了模拟堤基管涌动态发展的概化模型,编制了相应的计算程序,用砂槽模型试验结果进行了验证,并对双层堤基管涌发展过程中的渗流场特点进行了计算分析,对有限元计算中的参数取值进行了探讨。     

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。     

不同结构堤基渗流的数值模拟和管涌临界条件

利用有限元分析软件模拟双层堤基、三层堤基以及多层堤基内部的水力梯度分布,将堤基内部各区域的水力梯度与相应的允许水力梯度进行比较,最终确定堤基管涌发生的临界上游水头。三层堤基和多层堤基中,堤基内部存在细砂夹层,随着细砂夹层埋深的增加,管涌发生的临界上游水头逐渐增大,通道深度不断增加,管涌破坏发生的标志是细砂夹层被冲破,发生竖向流土破坏;当细砂夹层埋深达到一定深度时,细砂上部砂砾石层的渗水量增加,增加到足以将砂砾石表面的颗粒带出,管涌破坏过程与双层堤基类似,通道主要形成在黏土下部的砂砾石表面,临界水头有所减小。将该数值模拟结果与前人管涌试验结果进行比较,两者吻合度较好。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

堤基管涌发生发展过程的试验模拟

通过比例为1∶100的有机玻璃模型槽进行模型试验,模拟二元堤基条件及不同防渗墙深度下,堤基内管涌的发生和发展过程.利用拍照还原等方式,得到管涌口出砂面积;并采用彩色砂作为示踪材料,切片观察测量管涌发生后试样的局部剖面.从而验证了二元结构堤基的渗透破坏模式为:首先在上层弱透水层中发生流土,然后在强、弱透水层之间发生自下游向上游的逐步潜蚀冲刷.并且从试验得到了一些悬挂式防渗墙深度及堤基土密度与管涌发展之间的定量关系.     

考虑土体坍塌的单层堤基管涌数值模拟方法研究

为了更真实地模拟土体管涌发展过程,需要考虑管涌区以上土体可能发生的坍塌。根据土拱理论和土体坍塌机理,提出了单层堤基管涌区上覆土体稳定性和坍塌的判别方法,完善了堤基管涌扩展数值模拟方法和程序。通过对有悬挂式防渗墙的单层非黏性土堤基管涌扩展过程的模拟,揭示了考虑上覆土体稳定性和坍塌作用时的管涌扩展规律。结果表明：管涌扩展初期,土体没有产生坍塌;当管涌扩展接近悬挂式防渗墙时,管涌区上覆土体开始出现坍塌;当管涌绕过防渗墙向上游扩展后,管涌区上覆土体的坍塌对管涌扩展路径影响较大。这说明,管涌发展到一定阶段后,土体实际发生破坏的区域比不考虑坍塌作用时模拟得到的破坏区域更大。     

鹿溪防洪堤工程地质条件分析及防渗方案浅释

漳州市漳浦县城区位于鹿溪下游左岸的冲积平原和低丘台地,历史上鹿溪水灾频繁发生,鹿溪左岸防洪堤是保障城区人民生命财产安全的重要屏障。鹿溪左岸防洪堤堤身填筑土含砂量高,堤基为单层～双层地质结构,堤基广泛分布第四系冲洪积砂、砾层,堤身及堤基常发生管涌及渗漏。根据不同堤段的地层分布情况,有针对性地采用悬挂式防渗及堤背反滤排水两种方法,可经济有效地完成对堤身、堤基的防渗加固。文章对此进行了阐述。     

关于堤坝管涌计算方法的进一步研究

堤防工程在洪水期间发生渗流管涌而形成的险工往往占堤防重点险工的 2 3以上。因此在对管涌产生集中渗流通道机理进行深入分析的基础上 ,提出管涌条件下地下水的渗流模型 ,并以此计算出管涌发生后在承压透水层中所形成的临界面、涌口尺寸及涌水流量 ,一直是从事水利及岩土工程专业的学者关注潜心专研的问题。但到目前为止 ,尚没有较理想的计算方法被人们所接受。此文将管涌产生初期涌水点附近透水层看作是各向同性均质 ,并利用地下水井流理论 ,推求出了管涌形成后的出水流量、临界面及破坏界面孔口尺寸的计算公式 ,并将计算成果与工程实际进行了比较 ,获得了满意的相关效果。     

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。