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《北江大堤典型堤段管涌试验研究与分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、水利学报2005年7月SHUILIXUEBAO第36卷第7期文章编号：0559-9350(2005)07-0818-07*北江大堤典型堤段管涌试验研究与分析1112毛昶熙,段祥宝,蔡金傍,羽海英(1.南京水利科学研究院水工研究所,江苏南京210029；2.广东省水利厅,广东广州510150)摘要：用北江大堤典型堤段的堤基粉细砂砾在玻璃水槽中模拟不同砂层厚度、埋深、层次结构及接触面粗糙度等条件下的管涌试验。论证了接触面加糙后能使临界坡降由光滑面的0.10提高到0.13～0.20。较细的上层砂和较粗的下层砂砾将有可能使临界坡降减小30%左右。最后,根据多层地基渗流
2、理论推导出堤基渗流管涌发展的计算公式,并用三维有限元计算进行了验证。该公式可以用来估算管涌突发时的涌砂范围和继续向上游冲蚀发展的距离,以便判别危害大堤安全的程度。关键词：管涌；砂模；临界坡降；接触面糙率；多层地基；计算公式中图分类号：TV139.16文献标识码：A[1,2]在长江细砂模型管涌试验研究的基础上,直接取用从现场运来的北江大堤典型堤段的堤基砂样在砂槽中进行管涌冲蚀从发展到破坏的试验,以便试验成果更能具体地应用到北江大堤,作为判别有害还是无害管涌条件。江河冲积平原为双层地基,而且都具有愈向深处砂砾愈粗,以及下游冲积层结构逐渐深于和细于上游的普遍特征,因
3、此,比照具有这些普遍特征的北江典型堤段的堤基情况,取用北江砂样进行不同深度的上细下粗两层砂基的管涌试验与单一砂层比较；同时对于接触面糙率影响也进行比较试验。这些结果对于同类双层地基的其它江河管涌险情判断也将可以借鉴。1试验条件及试验过程试验所依据的4个北江典型堤段的堤基情况如表1所示。堤基砂样颗分曲线如图1所示。模型布置和试验方法同文献[1,2],即在长8m、宽0.3m的玻璃水槽中装填堤基砂,上覆盖预留开孔的有机玻璃板,并以螺钉压杆将盖板压紧。堤身以闸板代之。上、下游各有竖井式升降平水设备调整水位。试验测量管涌发展过程中的沿程测压管水头,色水测流线,观察砂粒冲
4、动,并录像以及测渗流量数据等。图1北江大堤砂样和长江粗砂垫层的颗分曲线收稿日期：2004-07-21作者简介：毛昶熙，男，教授级高级工程师，主要从事水工和渗流方面的研究。E-mail:xbduan@njhri.edu.cn*参加工作者还有茹建辉、吴金山、徐小定、王辉义等同志。1水利学报2005年7月SHUILIXUEBAO第36卷第7期表1北江大堤典型堤段堤基情况堤段砂层厚/m覆盖层厚/m已加固措施石角(0+000～16+280)20～272～4高喷防渗墙、减压井、压渗芦苞(27+400～35+650)22～271～3黏土截水墙、压渗黄塘(35+650～44+
5、750)5～152～4压渗、减压井西南(50+980～55+189)7～302～5压渗、减压井、高喷防渗墙2试验成果除流速、流量、时间的比例推算仍保留模型(脚标M)的数据，待最后非稳定流试验时再作讨论外，其余数据直接推算到天然，在试验结果中采用天然原型(脚标N)尺寸。2.1接触面加糙比较试验芦苞段1号砂样的颗分曲线见图1，其中值粒径d50=0.25mm，较之文献[1]的长3-2江砂样(d50=0.22mm)稍粗。砂的干容重1.4g/cm,渗透系数k=1.8×10cm/s。由于砂层盖板接触面的粗糙度对试验结果影响甚大，故在芦苞段砂样试验组次中重点比较糙率影响。即
6、在盖板面上刷胶覆以砂粒以模拟粗糙接触面，试验中接触面绝对糙率为：Δ=0.2～0.5mm及Δ=1.0～1.5mm。图2北江大堤芦苞段1号砂管涌试验水头及渗流量变化(顶板加糙Δ=0.2～0.5mm)模型比尺λL=20的试验结果如图2(Δ=0.2～0.5mm)所示。由图2可见，距江河边LN=80m处发生管涌不危及大堤，而若为光滑有机玻璃板面时，管涌就将发展使大堤溃决。加糙板面后，管涌危及大堤的距离缩短为LN=60m，其平均临界坡降由光滑面的Jc=0.1提高到Jc=0.13。若加糙Δ=1.0～1.5mm，其临界坡降提高到Jc=0.18。若砂模型为比尺λL=40，同时砂
7、层厚度由TN=12m增加为TN=24m(已经接近于芦苞段堤基最大砂层深度)，此时水头HN=8m、LN=80m及60m仍甚稳定，直到LN=50m时破坏，其平均临界坡降Jc=0.19。此组试验Jc再2水利学报2005年7月SHUILIXUEBAO第36卷第7期次提高的主要原因是模型缩小，糙率推算到天然更大的关系。改变糙率的试验结果列入表2，其中长江细砂为文献[1]的试验结果。由表2可知，糙率对管涌的破坏临界坡降影响很大。表2管涌试验临界坡降与接触面糙率的关系砂样模型比尺αL天然砂层厚TN/m管涌距离河边LN/m水头HN/m盖板糙率Δ/mm临界坡降Jc北江20126
8、08.00.2～0.50.13芦苞20
