江河大堤双层地基渗透破坏机理模型试验研究.pdf

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江河大堤双层地基渗透破坏机理模型试验研究刘杰，谢定松，崔亦昊水利学报11998366决。时至今日，大堤险情的分析多是现象描述，很少论及其发生的机理。文献个大坝险情50m50100m70出现险情的范围有多大，并无答案。因此在指导大堤抢险与加固方面至今仍缺乏科学的论据。现有地勘资料统计结果表明，长江中下游及珠江的北江大堤％以上的堤基是双层和三层结构。lO105cms10102ends10021100中水头分布的特点是，江水上涨后堤脚附近的弱透水层将承担％以上的水头，比值越大承压水头越大，土层较薄时最容易达到破坏水力比降，而流土破坏。分析统计结果，堤基的渗透破坏多数出现在这-本文模型规划是建立在双层地基渗流场渗流特性分析的基础上，紧紧围绕双层地基中形成承受水头的因子，将其分为．：．、和种情况，以体现不同的承压状态，并能反映不同的地质3与下层承压水头大小以及土层渗透变形特性之间的关系。最后将复杂的双层地基按土的组成细分为砂44b1一—第卷第期摘要：本文通过模型试验研究了双层地基的渗透破坏问题。在模型设计中不仅考虑下层地基中承压水头的大小，4100最危险结构，最终控制地基渗流稳定的是下层管涌型土层。整个破坏过程可描写为上层流土穿孔一下层管涌一上层流土破坏向堤脚发展一上层整体破坏。下层管涌型土的允许水力比降应采用水平允许水力比降，以此确定双层地基不允许的渗透破坏范围。关键词：双层地基；上层流土；砂砾石层管涌；水平水力比降A年月文章编号：．．．泄缈蒲а芯吭海本中图分类号：．收稿期：．．基金项目：国家自然科学基金委员会、二滩水电开发有限责任公司雅砻江水电开发联合研究基金项目作者简介：刘杰，男，甘肃临洮人，教授级高级工程师，主要从事岩土工程渗流理论及渗流控制的研究。
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2模型试验的难度及所需要研究的问题决定模型试验的主要因素是模型规划，其中关键问题是地层的分解和土料选择。双层地基同样地质结构复杂，研究工作者的首要任务是如何将其分解为几种典型地层结构，并分别描述其渗透破坏的发生和发展过程，最终解读双层地基的渗透破坏机理。根据什么原则分解双层地基，是当前需要探讨的问题，本文根据当前对双层地基渗流场特性及土的渗透稳定理论的研究水平，按下层形成承压水头大小的因子，以渗透系数为准则，将其分解为．：／3均没有土的颗粒组成方面的资料，多数只给出了土名：少数给出了土的渗透系数心’。决定地基渗透稳定性的两大因素是水力比降和土体的渗透稳定性质。如果不考虑地基土的渗透稳定特性，双层地基的研究将是空中楼阁。决定无黏性土渗透稳定性的首要因素又是颗粒组成，由于没有土的颗粒组成资料，给模型试验中土料选择和模型规划带来很大难度，致使以往的许多模型试验及双层地基的渗透变形研H51(41土的渗透稳定理论表明，对于不均匀系数大于纳袄咽粒绻赶凳笥×～，它一定是管涌型土。颗粒组成的特点是其中小于的细粒含量一定小于％【，这一理论为我们选择土料的颗粒组成提供了依据。管涌型土的渗透破坏水力比降远小于流土破坏的中粗砂，对渗透系数大2102ems25坏的发生和发展过程与流土型的砂土地基有何区别，最终控制渗透稳定的地层是上层还是下层，控制整个堤基渗透稳定的水力比降应如何确定，堤内不允许渗透破坏的范围多大等，至今很少看到专门的模型3(1)1002102ems(2)5020(3)透破坏的特征，以此达到全面揭示双层地基渗透破坏机理的目的。模型试验设备及试验布局(1)580m065m080m065m模拟半无限长的双层地基。模型槽一侧为有机玻璃，可以直接观察地基的渗透破坏特征，另一侧装有测压管，以量度地基不同部位的水头值。水压力是用移动式水箱逐级施加的，以模拟江水位的逐步上升过程。Ｐ统叽纭Ｒ阅Ｐ蜕鞒”匦胗朐拖嗨频脑蛉范Ｐ统叽纭Ｔ痛蟮谈叨．，上、下游边坡比为和．潭タ矶．，则堤底宽度为Ｈ羧∧Ｐ捅壤：，则堤底在模型中的125em现破坏水力比降，按此原则模拟上层土的厚度以保证模型渗透破坏时模拟的水头条件与实际情况相类1(3)[3]5种土料。其中质乔客杆纳袄希赶凳cms一—1
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一鑫袭l5mm2mm其分为粗料和细料，其中细料含量分别为％、％和％，试验结果都为管涌型土，易于渗透破坏。122步(4)反映双层地基的特点，即模型下层必须出现一定的承压渗流。对江河大堤已有地质资料分析结果幢’，434试验方法(1)"1用刚性盖板来代替。为防止试验过程中因地基的微量下沉引起盖板与砂基之间呈不良接触，引起盖板8em密实红黏土，试验过程中地基若有微量下沉，红黏土自行膨胀，保证与地基仍呈紧密接触。地基土料按级配要求专门配成，分层仔细填筑。填筑到要求高度后填上红黏土，夯实后压上刚性盖板并紧固于模型匝樗肥欠旨吨鸺妒┘拥模岳诓舛俳缢Ρ冉怠Ｃ考端范家2舛次测压管水位及一一槽壁。1赫窨挝颗粒直径／2ra