散粒土管涌侵蝕機(jī)理試驗(yàn)研究.pdf

1、滲透破壞是誘發(fā)堤防、土石壩等水利工程失穩(wěn)破壞的主要原因之一，管涌是最常見的滲透破壞形式，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界上有近一半的堤壩失事是由管涌引起的。管涌破壞的發(fā)生發(fā)展過程實(shí)質(zhì)上是土體內(nèi)部滲流場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)的多相多場(chǎng)耦合過程，主要與顆粒組成、密實(shí)度、滲流方向、水力梯度、應(yīng)力狀態(tài)等因素有關(guān)，而現(xiàn)階段關(guān)于管涌規(guī)律的研究多數(shù)集中在顆粒的組成及密實(shí)度等的影響，對(duì)于其它因素考慮較少，不能真實(shí)全面的反映出不同條件對(duì)于管涌發(fā)生發(fā)展的影響，難以建立實(shí)際情況

2、與土體管涌參數(shù)之間的關(guān)系。因此，為了確定散粒土管涌破壞過程中管涌參數(shù)的變化規(guī)律，揭示散粒土管涌侵蝕機(jī)理，建立管涌發(fā)生發(fā)展的數(shù)學(xué)模型，本文通過模型試驗(yàn)對(duì)散粒土的管涌規(guī)律進(jìn)行了研究，主要研究內(nèi)容與成果如下所示:
　　(1)研制了散粒土管涌侵蝕規(guī)律試驗(yàn)系統(tǒng)。該試驗(yàn)系統(tǒng)包括壓力室、壓力/體積控制裝置、上游供水裝置、砂水分離裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等重要部分。該系統(tǒng)可以模擬試樣在不同應(yīng)力狀態(tài)下的管涌過程，測(cè)定管涌發(fā)生時(shí)的臨界水力梯度及管涌過程中的

3、顆粒流失率兩個(gè)重要參數(shù)，確定管涌過程中顆粒流失與體積變形之間的關(guān)系。
　　(2)揭示了散粒土管涌臨界水力梯度的變化規(guī)律。利用研制的試驗(yàn)儀器，開展了散粒土管涌侵蝕試驗(yàn)研究。分別研究探索了應(yīng)力狀態(tài)、水力梯度、顆粒級(jí)配、密實(shí)度等因素對(duì)于散粒土管涌臨界水力梯度的影響特性?；谏⒘Ｍ翝B透破壞試驗(yàn)現(xiàn)象，結(jié)合土體滲透流速隨水力梯度的變化規(guī)律，提出了堤基下伏砂礫石層管涌破壞的低臨界水力梯度與高臨界水力梯度兩種類型。
　　(3)揭示了散粒土管

4、涌侵蝕速率的變化規(guī)律。針對(duì)應(yīng)力狀態(tài)、水力梯度、顆粒級(jí)配、密實(shí)度等因素對(duì)于散粒土管涌侵蝕速率的影響，通過試驗(yàn)過程中的有效監(jiān)測(cè)，明確了散粒土管涌侵蝕速率與土體性質(zhì)以及應(yīng)力狀態(tài)之間的關(guān)系。細(xì)顆粒的流失對(duì)于散粒土的強(qiáng)度特性具有較大影響，基于試驗(yàn)結(jié)果，提出了用于描述土體坍塌破壞的臨界流失量。
　　(4)揭示了散粒土管涌侵蝕-體積變形耦合規(guī)律。利用試驗(yàn)過程中體積變化量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，總結(jié)了復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，顆粒級(jí)配、密實(shí)度以及水力梯度對(duì)于散粒土管涌