满流条件下管道破损诱发渗流侵蚀的试验研究

摘要

针对富水砂层中地下管道破损诱发地面沉降的问题,设计了一套可视化试验装置,对骨架粒径d90=1.45~8.45mm的11种砂土样、5种满流流速下土体渗流侵蚀诱发地表沉降的规律进行了研究。研究表明:(1)管道破损诱发的土体渗流侵蚀有3种模式,分别为:只突水无沉降、形成土拱并发生沉降和溃砂沉降;(2)土体骨架粒径、破损口尺寸、厚跨比是决定土体产生何种渗流侵蚀模式的主要因素,满流流速主要影响土体沉降范围;(3)管道破损口上方土体形成土拱或溃砂时,土体骨架粒径d90与厚跨比r的关系为:当8.0≥r≥4.2时,d90随r的增大呈抛物线下降;当12.5≥r≥8.0时,d90保持不变;(4)管道破损口上方土体形成土拱或溃砂时,流速为0的初始沉降半径、沉降深度由破损口直径D与土体平均粒径d50的比值(D/d50)决定;沉降半径、沉降深度均随满流流速的增大而线性增大;形成土拱时,沉降半径、沉降深度随流速增大的扩展速度(VL、VH)与D/d50呈对数关系;溃砂时,沉降半径随流速增大的扩展速度VL规律如下:当23.0≥D/d50≥6.0时,VL随D/d50的增加而线性增大,当42.0≥D/d50≥23.0时,VL随D/d50的增大呈对数减小。