无黏性土管涌出砂及流量研究

管涌对堤防工程的危害极为严重,人类对管涌的认识也逐渐加深。目前,对管涌破坏开始的条件及其破坏后通道贯通的后果了解较多,然而,因其破坏及发展机制的复杂性,对于管涌发生后涌砂及流量的研究并不深入。通过自行设计的室内模型,改变上覆黏土的厚度对3组土性相同的无黏性土试样进行试验。对测压管水头、通道范围、涌砂量和流量等进行对比分析,研究孔隙率、渗透系数以及流量的变化规律,发现涌砂随时间变化满足非线性关系——Boltzmann模型。最后,利用渗透系数与孔隙率以及孔隙率与累计涌砂量的关系,推导并验证了流量随时间变化的理论公式。这对于认识管涌和有效控制管涌发展以及减灾避难有着非常重要的意义。

不同细颗粒含量土体管涌三轴试验研究

为探究不同细颗粒含量土体管涌机理以及管涌后土体力学性质,选取三种不同细颗粒含量的土体,利用自行研制的管涌三轴仪,选择向上管涌的方法模拟管涌实际情况。通过管涌试验以及管涌后的排水剪切试验,分析了细颗粒含量对临界水力梯度、累计涌砂量、峰值强度以及体变的影响。结果表明:管涌发生前,临界水力梯度和临界流速随细颗粒含量的增加而增加;土体在较高的同一水力梯度作用下,累计涌砂量增长速度随时间逐渐减小,流失相同的细颗粒含量,累计涌砂的时间随细颗粒含量的增加而减小;随着细颗粒含量的增大,管涌后土体峰值强度呈不规则变化,土体体积先发生剪缩后发生剪胀,试样体积最大剪缩量随细颗粒含量的增大而增大。

堤基渗流管涌发展的理论分析

本文在渗流理论基础上,推导出了管涌孔口附近的涌砂范围及继续向上游冲蚀发展距离的计算公式,所提出的管涌冲蚀向上游发展的计算方法,可用来鉴别管涌的危害程度。计算结果与模型试验及管涌的实际调研资料比较接近。文中还用三维有限元数值计算方法验证了本文推导的水头分布及渗流坡降公式的可靠性,并论证了直接引用源汇点理论计算管涌附近水头分布的不适应性。

无黏性土管涌出砂与渗透性非均匀发展试验研究

管涌对堤防与大坝的危害严重而常见,但对管涌发生后期细颗粒涌出以及地基土体渗透性非均匀发展的研究不够深入。由于管涌发生发展的随机性和复杂性,通过自行设计试验装置,在特定试验条件下,利用3组级配不同孔隙比变化的12种试样,从测压管水头、流量、渗透系数、细颗粒变化趋势、累计涌砂量等方面进行对比分析,研究渗透系数、孔隙比、试样内部细颗粒运动趋势和剩余细颗粒含量等的变化规律;结合理论计算,揭示试样内部细颗粒运动趋势、剩余细颗粒含量以及渗透系数非均匀变化的相关关系;利用渗透系数与孔隙率的关系,推导出上游水头固定下的累计涌砂量随时间变化的理论公式。

细砂层埋深对堤基管涌影响的试验研究

不同土层结构的堤基,其管涌发生和发展的情形不同。以前的研究多集中于双层堤基的情况。事实上,含夹砂层堤基中,位于砂砾石层内的细砂层会对堤基管涌的发生产生重大影响,并且这些影响随细砂层在砂砾石层中的位置不同而不尽相同。利用室内砂槽试验,模拟当细砂层位于砂砾石层内部不同深度时含夹砂层堤基管涌的发展过程,研究细砂层埋深对堤基管涌的影响。试验结果表明,细砂层埋深存在一个临界深度,当细砂层埋深较浅时,堤基的临界水力梯度较小,易于发生管涌,且管涌发生以后,堤基被侵蚀的速率较大,出砂较多;堤基破坏的临界水力梯度随着细砂层埋深的增加而增大,当细砂层埋深大于临界埋深时,堤基的临界水力梯度基本不变,同时堤基抵抗管涌破坏的能力较强,其破坏形式与双层堤基相类似。

悬挂式防渗墙控制管涌发展的模型试验研究

利用室内砂槽试验,对有无悬挂式防渗墙以及不同土层结构的3种堤基管涌破坏过程进行了模拟,研究了悬挂式防渗墙控制管涌发展的机理以及悬挂式防渗墙对管涌发展过程的影响。试验结果表明,在双层和三层堤基中设置悬挂式防渗墙,可以改变砂砾层内部渗透压力的分布和管涌破坏发展的路径,提高管涌破坏的水力梯度,降低管涌破坏的流量、出砂量和破坏范围。但是,含悬挂式防渗墙的双层堤基和三层堤基的管涌破坏形式不同,双层堤基中,防渗墙上游侧的管涌破坏在砂砾层内部发展,而在三层堤基中防渗墙上游侧的管涌破坏在砂层顶面发展。

非均匀砂土管涌侵蚀机理试验研究

管涌对堤防和大坝的危害严重而常见,目前对非均匀砂土管涌发生机理以及颗粒流失规律的研究不够深入.通过室内渗透试验,在特定条件下,从测压管水位变化、渗透系数、细颗粒运动趋势、累计涌砂量以及平均涌砂速率等方面来研究非均匀砂土的管涌发生与发展规律.揭示了试样内部细颗粒运动趋势以及渗透系数变化规律.

不同形式变水头作用下土体的管涌特性

为探究不同形式变水头作用下无黏性砂土的管涌特性,选取12种不同的变水头形式,利用自行研制的管涌三轴仪选择向上管涌的方法模拟管涌实际.通过管涌试验分析了变水头的周期和振幅对渗透系数和累计涌砂量的影响规律.结果表明:不同形式周期和峰值的正弦水头条件下,土体渗透系数均随着时间的推移而逐渐增加,当达到一定时间后,渗透系数趋于稳定;管涌相同的时间,渗透系数值随着正弦水头周期的减小而逐渐增加,随着峰值的增加而逐渐增加,土体抗渗性能下降;土体管涌3h后,不同周期和峰值正弦水头条件下的渗透系数在常水头渗透系数线两边呈近似对称分布.土体管涌3h内累计涌砂量随时间的增长基本呈线性增长,变水头周期越小峰值越大,累计涌砂量越大;通过扩大系数α,得到土体管涌3h后的变水头累计涌砂量公式和马鞍形状的拟合曲面图.