管涌与流土渗流破坏的比较研究

管涌与流土渗流破坏的比较研究

1管涌流土的渗流通道管涌和流土是同一土壤中两种基本渗出反应和破坏形式的两种基本渗出反应。在实际工程中常统称为管涌。主要原因是渗流破坏出口形式,一般都表现为单个或多个泉涌(管涌),最后导致土体内部形成渗流通道(管涌通道)。实际上,管涌和流土从发生机理、渗流破坏发展的过程及危险程度都是不同的。因此,只有从现象到本质上区别管涌和流土,才能正确地选用相应的防治措施。在工程防渗设计中,必须确定土的抗渗比降(或允许比降)、管涌土和非管涌土(流土)的允许比降值相差很大,见表1。由此可见,判别管涌和流土的不同渗流破坏形式,对工程的防渗设计和防汛抢险都具有十分重要的意义。2不同级配土的累积曲线管涌和流土的判别,应以土的颗分试验成果为依据。以累积曲线(级配曲线)及分布曲线来表示。由累积曲线形状可判别土的级配好坏。图1为几种累积曲线。a线陡,表示土的粒径范围窄,土的不均匀系数Cu(Cu=d60d10)小,表示土粒均匀。b线平缓,土的粒径范围宽,Cu大,表示土粒不均匀。C线呈台阶状,表示为缺乏中间粒径的土,又称为级配不连续的土。而a、b线代表级配连续的土。为判别管涌和流土,有时还需借助土的分布曲线,如图2、分布曲线不明显图2中分布曲线谷点的粒径含量为零,这是典型的级配不连续土。图3中分布曲线呈双峰,累积曲线台阶不明显,有可能是级配连续土,也有可能是级配不连续土。这种土的判别,取决于分布曲线谷点的粒径含量。当谷点粒径含量大于3%时为连续级配的土,否则为不连续级配的土。3设计中的方法在渗流作用下,为判别土体是否产生管涌、流土破坏,国内外各家提出多种方法。我国各有关设计规程、规范都规定了不同的判别方法。北京水科院和南京水科院也都提出了不完全相同的判别方法。归纳为下列几种。3.1流土型破坏模式这种方法不够准确,对于Cu<10的土,一般来说较为准确;而对于Cu>20的土,仍有可能产生流土破坏。过渡型是指破坏形式,有可能变化在管涌和流土之间。当土处于密实状态时,则可能出现流土型破坏;处于疏松状态时,则可能出现管涌型破坏。3.2细粒含量的评价方法3.2.1北京水科学研究院刘杰提出的细粒含量测定方法对于不同均匀系数Cu>5的土,可分为级配不连续的土和级配连续的土,应分别先按以下方法,区分细粒径d及相应的含量P。3.2.1.细粒径和属性充填的确定按不连续土分布曲线图2和图3中方法,确定细粒径d(分布曲线断裂谷点或含量小于3%点),再在颗粒级配曲线上确定小于对应点粒径的对应含量P1。3.2.1.通过计算平均值几何结构确定2级连续土壤的细粒含量再在级配曲线上确定小于细粒粒径d对应含量P2。3.2.1.有特色的粗粒含量的计算方法对于级配连续或不连续的土,从工程实际应用出发,均可按下式判别:P1(或P2)>35%流土型(3-2-2-1)P1(或P2)<25%管涌型(3-2-2-2)P1(或P2)=25%--35%过渡型(3-2-2-3)以上计算方法是假定充满粗粒孔径的细粒含量按下式确定:对于级配连续的土,刘杰提出在理论上也可按下式判别:P2>1.1Pop流土型(3-2-3-2)P2<0.9Pop管涌型(3-2-3-3)P2=(0.9-1.1)Pop过渡型(3-2-3-4)3.2.2南京水科院提出的细粒含量评价方法推荐佛山设计规范3.2.3水库项目的质量分析规则意见草案提出的详细粒度含量法刘杰提出不均匀系数Cu>5的粗粒土(大于0.1mm的粒径超过总重的50%的土)3.3坝后的渗流控制措施这种方法适用于连续级配的土。将连续级配的土视为一整体,按整体土的孔隙尺寸与可移动的土颗粒的含量判别渗透破坏形式,如果土体中有一定量细颗粒的粒径小于土体的孔隙直径,这部分细颗粒容易被带出土体外,破坏形式表现为管涌型,相反,细颗粒全部大于土的平均孔隙平均直径,细颗粒无可能被渗透带出,土的渗流破坏必然是整体的,即表现为流土型。无粘性土的平均孔隙直径有多种计算方法,这里介绍2种:管涌和流土渗流破坏的判别及工程实例4.1某工程地基土颗分累积曲线如图1中b线用不均匀系数法判别:按伊斯托明娜方法Cu=10-20为过渡型4.2某堤基土颗分累积曲线如图1中a线按伊斯托明娜方法Cu<10为流土型4.3音河水库是座大型水库,1959年合龙后,坝后普遍出现翻砂、涌泉,导致大面积沼泽化,实测渗流0.87m3s。1979年消险时,根据实测渗流量、浸润线、库水位、大坝和铺盖质量检测、工程地质等资料,判定是流土和管涌后,经验算分析,确认工程措施方面:铺盖短、薄、差;坝体薄,质量差,浸润线偏高,坝后排水减压不强。决定采取防渗与排渗相结合的渗流控制措施;铺盖由60m延长至100m,60cm等厚铺盖,改为梯形断面1.0-2.0m;加高培厚续建土坝,翻修加大坝后块石棱体排水;不透水盖重