堤基管涌机理及悬挂式防渗墙渗控效果试验研究

摘要

98洪水中，长江干堤堤基管涌占较大险情总数的52.4％，居各种险情之首。堤基管涌问题严重威胁堤防工程的安全，是堤防工程中最普遍且难以治愈的心腹之患。因此研究管涌机理，并在此基础上研究悬挂式防渗墙对双层堤基管涌的控制效果，具有重要的现实意义。 本文采用砂槽模型试验的方法，对长江中下游典型的单层、双层、三层透水堤基管涌分别进行了试验研究，观察到了管涌发生、发展和导致溃堤的全过程，得到了相应的堤基管涌破坏的临界水平平均水力坡降，分析了不同堤基条件下管涌机理的特点和差异。在此基础上，针对双层堤基，试验研究了悬挂式防渗墙控制管涌发展的效果，论证了悬挂式防渗墙在降低管涌危害程度和提高堤基整体抵抗管涌破坏能力方面的作用。主要得到以下成果： ①堤基管涌的发展，在水头低于临界水头时，发展至一定程度后达到自愈，此时的管涌通道不会与上游连通，其宽度和深度有限，不会发生管涌溃堤事故。水头超出临界水头后，管涌持续向上游发展并与外水连通，连通管道流的水力冲刷最终导致溃堤破坏。 ②堤基结构类型不同，管涌破坏的临界水平平均水力坡降也不相同。对于试验所用砂样，单层堤基管涌破坏的临界水平平均水力坡降为0.278，双层堤基为0.214，三层堤基随着浅砂层厚度的减小，其临界水平平均水力坡降亦逐渐减小，试验得到的最小值为0.078。因此，堤基允许水平平均水力坡降的控制标准除了与浅砂层的性质有关外，还应考虑堤基的具体结构条件。 ③堤基结构类型不同，管涌发展的机理和管涌破坏的区域也不尽相同。单层、双层堤基以及三层堤基中浅砂层较厚的情况下，都是在砂层顶面发生水平向浅层管涌破坏，管涌破坏的区域只局限在砂层顶面的管涌通道，其深度和宽度有限。当三层堤基浅砂层较薄时，将发生深层管涌破坏，管涌破坏区涉及浅砂层及下部砂砾石层，其宽度和深度较双层堤基大，出口涌砂量也较多。 ④悬挂式防渗墙能显著提高堤基抵抗管涌破坏的能力，且防渗墙布置在堤防下游侧比上游侧更有效。这对传统的“前堵后排”渗流控制原则是一个突破，也验证了悬挂式防渗墙对提高堤基抵抗管涌破坏能力的有效性。因而在将来选取堤防渗控措施时，可以采用悬挂式防渗墙，并应尽量布置在堤内脚或压盖的术端。 试验成果对堤后压盖宽度和悬挂式防渗墙的合理设计、汛期抢险范围的确定以及促进堤防渗流控制理念的转变等，具有重要参考意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

第二章国内外管涌研究现状评述

第三章模型试验的设计

第四章堤基管涌机理模型试验

第五章悬挂式防渗墙控制双层堤基管涌效果试验

第六章结语与展望

参考文献

致谢