堤防管涌产生集中渗漏通道机理与探测方法研究.pdfVIP

维普资讯 水 利 学 报 2000年 9月 SHUILI XUEBAo 第 9期 文章编号 ：0559—9350 (2000)09—0048—07 堤防管涌产生集中渗漏通道机理与探测方法研究 T 曹7f． 陈建生 ，‘李兴文 ，‘赵维炳’ (1．河海大学 岩上工程研究所．江苏 南京 210098) 摘 要：车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^的分析探讨，在管涌发生初期采用井 流理论模拟河承向管涌 口补给时地下承的流场情况 ．确定管涌开始发生时的范围以及逐步的发展过程 ，根据管 涌的临界承力梯度 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 的地层中的承力梯度最大 ．被带走 的砂也最多 涌承量增加而水力梯度减小．造成接近管诵初~116i界面附近 的 水力梯度述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 本文还对管诵 渗漏探测的玉然示踪与同位索示踪方法进行了论述 美键词：盥 兰 塑皇；兰主堡塑墨 薹塑墨亘 芝商 中国分类号：TV871．2 文献标识码 ：B 对堤防管涌的研究前人 已做了大量的工作，但管涌发生后是否会形成集中渗漏通道至今未看到有 关的研究文章，而只有了解清楚随着管涌带 出的土粒在地层中的分布范围以及管涌的逐步发展过程， 我们才能在堤防加固时做到有的放矢．管涌的发生与地层 中土的组成成分、结构 、土的级配、水力梯 度、管涌发生的距离、深度、表面覆盖牯土层的内摩擦角、覆盖层厚度、牯滞系数、土的饱和度、固 结系数 、浸泡时问等因素有关 ，是一个多元的复杂问题 ．由于地层 中输砂量与流速 的 l～3次方成正 相关 ，我们通过研究管涌发生过程中各个阶段管涌周 围地层中水力梯度发生的变化 ，流线的改变 ，地 层中细颗粒在水流作用下被移动而造成渗透系数的不均匀增大，渗透系数变大后，细颗粒被移动量将 成倍增加 ，从而在水力梯度最大的地段可形成集中渗漏通道． 管涌产生初期涌水点附近局部区域的透水层中可以看作是均质 的，我们可以将地下水井流理论研 究渗流场的方法引人管涌初期渗流场的研究之中，近似将管涌看作 自流井，将堤外河流看作为半无界 的定水头补给源，应用稳定流或非稳定流井流理论研究管涌初期渗流场的分布特点 ，采用稳定流与非 稳定流的方法研究管涌初期流场的变化，其结果是一致的_]，采用完整井与非完整井研究管涌初期 的渗流场的结果也基本相 同，仅仅相差一个系数 管涌产生过程 中渗漏水与土体 问各种力复杂的 相互作用决定 了管涌发展经历 的时间，这是一个非线性的动态过程 ，目前 尚无很好的研究方法与理 论，我们定性地论述管涌发生后在多孔介质的透水层中将会产生集中渗潺通道 (或渗潺带)，理性地 分析产生渗潺通道的原因 1 堤防管涌产生集中渗漏通道原理 管涌发生之前，覆盖层下部的静水压力基本上就是江水位 ，因为粘土的渗透系数 比透水层中的要 小几个数量级 ，这时江水与地下水的水头差基本上都作用在覆盖层上 ．一旦覆盖层被水压力顶穿，四 面八方的水都集中涌向管涌处，江水位的压差将基本上作用在渗径上，但 由于管涌周围的流线分布与 收稿 日期 ：1999．1O-08 作者简介 ：陈建生 (1955 )、男．江苏i四阳^，河海大学博士 教授 ，主要研究方 向：岩体水力学同位紊示踪理论与方法研 究 ．堤埂管涌渗漏探测丑机理研究 — — 48 —— 维普资讯 自流井接近 ，不 同流线上的水力梯度是不 同的，同一流线上的水力梯度也是不 同的，参见图 l，距离 管涌点越近，其水力梯度也越大，土粒受到的渗流作用力也越大 我们假设所研究透水层在某一局部 范围为均匀的多孔介质，于是管涌点临近周围的水力梯度较大，管涌点与堤防垂直方 向上的水力梯度 最大，从泥砂运动