堤基管涌模型试验研究

肉眼观察 记 录试 验 现 象 和数 据 ． 验 模 型 用 砂 为一 试 般建 筑用 河砂 ．
１２ 试 验 过 程 ．
该试 验采用 不 同级配 的砂 样逐级 增加 水头 的方
式进行 ， 级水 头渗 透 变 形 稳定 后 再 继 续 抬 高水 头 每 进行 下一 步试验 ． 型渗透 变形 稳定 的判别 标 准是 ： 模 渗水 清澈稳 定且 砂 粒 不再 带 出 ， 压 管 水位 平 稳 和 测 渗流量 稳定 ．
摘
要 ： 对 堤 基 进 行 了管 涌 砂 槽 模 型 试 验 研 究 ， 察 并 分 析 了 管 涌 发 生 、 展 并 导 致 溃 堤 的过 程 ． 验 结 果 针 观 发 试
表 明 ， 涌 破 坏 均 发 生 在 透 水 层 的顶 面 ， 要 低 于 临 界 水 头 ， 涌 就 仅 在 一 定 范 围 内发 展 并 最 终 停 止 ， 果 超 管 只 管 如 过 临界 水 头 ， 涌 通 道 持 续 发 展 并 最 终 与 上 游 河 水 连 通 ， 通 管 流 的 强 力 冲 刷 力 最 终 导 致 堤 基 整 体 破 坏 和 管 连
文 章 编 号 ：０ ２—５ ３ （０ １ ０ ０ ０ ０ １０ ６ ４ ２ １ ） ６— １７— ３
堤 基 管 涌模 型试 验研 究
郭 书 亮 ，宿 辉 ，张玲 刚
（． 北工程大学 ， 北 邯郸 ０６２ ； ． １河 河 ５ ０ １ ２ 中国 水 电建 设 集 团 第 十 五 工程 局 ， 西 西 安 ７ ００ ） 陕 １０ ３
法， 如朱伟 等 以有 限元 饱 和 一非 饱 和 非稳 定 渗流
解 析 ， 究 了 地 基 渗 透 破 坏 发 生 的 机 制 ； 守 德 研 李 等 提 出 以一维 通道 嵌 入 三 维块 体 的方 法 ， 均 质 对
收 稿 日期 ：０ １ ０ ２ ２ １ — ９— ６
作 者 简 介 ： 书 亮 （ ９４ ） 男 ， 北 临 漳 人 ， 士 研 究 生 ， 要 从 事 水 工 结 构 分 析 方 面 的 研 究 郭 １８ 一 ， 河 硕 主
分 别 为 １ ，０ ３ ｍ． 验 过 程 用 摄 像 机 、 相 机 和 ０ ２ ，０ｃ 试 照
为理 论基 础 ， 立 了管 涌 的 随 机 模 型 ； 建 生 等 建 陈 采用 同位 素示 踪 的方 法 探 测 管 涌 通 道 ， 管 涌 现象 对 进行 了揭 示 ； 李广 信 等 通 过 砂 槽 模 型试 验 研 究 了管 涌发 生 、 展 以及破 坏 的过程 ． 发 当前也 有许 多学 者 以数值 方法研 究 管 涌 ， 用 的数 值 方 法 为有 限元 常
第３ ２卷 第 ６期
２１ ０ １年 １ ２月
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学Hale Waihona Puke 院学报 Ｖｏ＿ ２ Ｎｏ ６ ｌ３ ． ＤＣ ． ２ １ Ｃ Ｏｌ
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｏ ｔ ｉ ａ Ｉ ｓｉ ｔ ｆ ａｅ ｎ ｅ ｖ ｎ ｙ ａ ｄ Ｈｙ ｒ ｅｅ ｔ ｃ Ｐ ｗｅ ｏ ｒ ａ ｆＮ ｒｈ Ｃｈ ｎ ｎ ｔ ｕ ｅ ｏ ｔｒＣｏ ｓ ｒ ａ ｃ ｎ ｄ ｏ ｌｃ ｒ ｏ ｒ ｔ Ｗ ｉ
复 杂并 具有 随机性 ， 道堤 防得 不 到有 效加 固 ， 河 以至
１ 堤 基 管 涌 模 型试 验
１ １ 模 型设计 ． 试验 所 用 砂槽 模 型 如 图 １所 示 ， 试验 砂 槽模 型
于 每年 都不 得不 在汛 期 投 入 大 量 的 人 力 、 力 和 财 物 力， 长期 以来 由于管 涌 引 起 的坝 体 破 坏 及 堤 防 溃 决 给 社会造 成 了重 大损 失 ， 强对 管 涌 的研 究 有 着 十 加 分 重要 的现 实意 义． 因此 ， 涌 现象 已引起 国内外 越 管 来越 多 的重视 ， 多 学 者对 管 涌 现 象 进 行 了多 种 方 众
个 名词— — 管涌 ． 里 所 说 的 管 涌并 不 是 土 力 学 这
中 的名 词 ， 而是 堤基 沿着 强 、 透水 层 的交 界面 由下 弱
游 向上 游发 展 的接 触 冲 刷 或潜 蚀 ． 量 的洪 涝 灾 害 大 资 料表 明 ， 堤基 管涌 是 江 河 大 堤 在 汛期 的 主要 险 情 之 一 ， 不 仅发 生 的数量 多而 且分 布 的范 围广 ， 要 其 重 的是易 于诱 发溃 堤 险 情． 由于 土体 本 身 的复 杂 性 及 多 样性 ， 使得 渗透 变形 机理 及 产生 、 发展 过程 也极 为
法 的研究 ， 刘忠 玉 等 … 以可 动 颗 粒 起 动 的 随 机性 如
槽 长 １０ ｍ， ０ ３ ｍ， ０ ４ ｍ． 样 长 ０ ６ ｍ， ． 宽 ． 高 ． 砂 ． 宽
０ ３Ｉ， ０ ４ ｍ． 样 两 端 填 充 大 粒 径 石 子 稳定 水 ． 高 ． 砂 ｎ 头 ． 了便于观察 试验 现象 ， 样上 部覆 盖厚 ０ ８ｃ 为 砂 ． ｍ 的有 机玻 璃板 ． 有机 玻璃 板上 开孔模 拟 管涌孔 口， 在 模 型槽底 部位 置开 孑 Ｌ３排 安装 测 压 管 ， 压 管 高度 测
溃堤 ．
关 键 词 ： 基 ； 涌 ； 型 试 验 ； 界 坡 降 堤 管 模 临
近年来 ， 国极 端气 象频 发 ， 我 洪水 和 干旱现 象频 繁 ．９ ８年长 江 流 域 发 生 特 大 洪 水 ， 人 们 熟 悉 了 １９ 使
一
土坝 管涌发 展过 程进 行 了有 限元 模 拟． 此外 还 有 学 者 用 颗粒流 对 管 涌机 理 进 行 研 究 ， 周 健 等 如 得 出 了一 系列 较好 的结论 ． 而 ， 涌过 程是 土水相 互 然 管 作 用 的复杂 过程 ， 涌 发 展 的三 维 动 态模 拟 在 理 论 管 和数值 分析 实现 上难 度 都 非 常 大 ， 此笔 者 针 对 这 为 种 透水 堤基 开展 了管 涌砂槽 模 型试 验研 究 ．