细砂层埋深对堤基管涌影响的试验研究

不同土层结构的堤基,其管涌发生和发展的情形不同。以前的研究多集中于双层堤基的情况。事实上,含夹砂层堤基中,位于砂砾石层内的细砂层会对堤基管涌的发生产生重大影响,并且这些影响随细砂层在砂砾石层中的位置不同而不尽相同。利用室内砂槽试验,模拟当细砂层位于砂砾石层内部不同深度时含夹砂层堤基管涌的发展过程,研究细砂层埋深对 堤基管涌的影响。试验结果表明,细砂层埋深存在一个临界深度,当细砂层埋深较浅时,堤基的临界水力梯度较小,易于发生管涌,且管涌发生以后,堤基被侵蚀的速率较大,出砂较多;堤基破坏的临界水力梯度随着细砂层埋深的增加而增大,当细砂层埋深大于临界埋深时,堤基的临界水力梯度基本不变,同时堤基抵抗管涌破坏的能力较强,其破坏形式与双层堤基 相类似。     

管涌与滤层的研究:管涌部分

对管涌和滤层两个相关联问题的研究发展过程进行了综述和评论,并将过去的研究成果与之比较。管涌问题是土体渗透变形的一个重要现象,关系到地基的渗流破坏。首先探讨了管涌的内在涵义,评述了当今管涌的研究现状及其发展方向,然后介绍了一些过去的试验资料、研究成果和计算公式,包括管涌土与非管涌土的判别方法,垂直向上渗流和水平渗流时的管涌临界坡降,并引用目前文献中的试验资料验证其公式是可靠的,最后说明了建立在土颗粒级配曲线上的管涌研究方法是当前的研究趋势,因而对这些过去的研究成果进行比较、讨论是有益的。     

关于流土和管涌的试验研究和理论分析

该文从机理的角度对流土和和管涌破坏的概念、试验研究、有限元分析和解析分析等作了较为系统全面的研究。关于流土和管涌的形成机制，突破现有研究成果仅局限于宏观定性认识，进行对比性研究，定量分析，考虑潜在的流土通道的形成过程及流土通道形成后对地下水渗流的影响；模拟流土从发生到破坏的过程，得出试验数据验证了有限元模拟和解析解的实用性和完善性。     

双层堤管涌的悬挂型防渗控制实验研究

双层堤基是应用较多的双面层的堤基构造类型,上层为弱透水层,下层为强透水深厚砂层。堤内弱透水层在汛期高水位时面临较高的水头承压,出现管涌的危险性极大。以实验室模拟分析的方式,专题探究双层堤管涌的悬挂型防渗控制规律,结果可知:悬挂型防渗墙在有效截断管涌迁移路径方面具有独特功能和阻滞效果,管涌没有出现之前,悬挂式防渗墙消解水头冲刷的作用一般不很明显,而一旦有管涌发生,防渗墙对透水堤基深入越深,防渗作用将越好,如果保持贯入度相同,则下游布置防渗墙比上游布置防渗墙效果要好。研究结果为同类工程应用提供研究和技术参考。     

堤坝管涌的室内试验与颗粒流细观模拟研究

本文对水流垂直方向的堤坝管涌现象分别进行了室内模型模拟和颗粒流模拟实验。在室内模型试验模拟中采用先进的数码成像跟踪设备在细观的尺度上对土样在管涌发生发展的全过程进行了观察和记录,为颗粒流细观模拟提供了必要的细观参数及宏观依据。提出的二维孔隙率与三维孔隙率转换的关系公式很好的将室内模型试验的孔隙率同颗粒流数值模拟结合,运用颗粒流程序采用固液耦合的分析模型对管涌现象作进一步的数值模拟分析。根据模拟结果,分析了管涌产生、发展在颗粒细观尺度的原因,对管涌产生发展中的试样细观变化规律及流速的变化规律进行了分析。这些结果为PFC2D在渗流和渗透破坏等方面的深入研究应用提供了一定的实用依据,同时也为在细观尺度上解释和分析管涌现象提供了一条新的途径。     

考虑发育薄弱区对管涌发展影响的数学模型研究

为了揭示发育薄弱区对管涌发展的影响机制,进行了管涌砂槽模型试验和颗粒流数值模拟,建立了3组模型,以研究孔隙通道的空间发育对颗粒运移过程的影响,分析了土体内部细颗粒运移引起管涌破坏的动态过程。根据数值模拟结果,分析了管涌发展过程中试样细观及流体的变化规律,并与砂槽模型试验结果进行了比较,模拟与模型试验结果较吻合。结果表明,薄弱区越发育,压力分布调整的趋势越强,颗粒运移的趋势相应增加,达到破坏需要的时间越短。数值模拟获得的临界水力梯度与室内试验以及理论分析结果均比较接近,证明了采用颗粒流程序研究管涌问题是合理的,对研究存在薄弱区的砂土管涌现象具有明显的优势和广阔的应用前景。所揭示的结果有益于管涌机制的更深入研究。     

悬挂式防渗墙结合堤后压渗盖重防渗效果的试验研究

在实验室模型槽中进行了有悬挂式防渗墙以及堤后压渗盖重的渗流模型试验,取得了不同贯入度以及不同堤后压渗盖重宽度防止堤基渗透变形的系列试验成果。通过一系列试验结果表明,悬挂式防渗墙和堤后压渗盖重可有效地提高强透水层堤基抵抗渗透变形的能力,且在控制渗透变形向上游发展的作用上功效显著。研究表明,堤后压渗盖重的防渗效益往往低于较大贯入度的防渗墙,但从经济角度来看,不失为一种有效可靠的防渗措施。     

软土地基上土工织物加筋堤的离心模型试验研究

以黄骅港防波堤工程为依托,对有、无土工织物加筋垫层及不同织物加筋条件下堤坝和软土地基的变形与稳定进行了离心模型试验对比研究。得到了地基土体的竖向与水平位移分布规律以及孔隙水压力的消散特性。研究表明：土工织物加筋垫层的加筋机理源于其对土体的侧限效果,铺设土工织物后能有效地减小地基的沉降,并能够限制浅层土体的侧向变形;为使土工织物的加筋效果能够得以充分发挥,要求织物的强度及模量要与垫层的界面强度相匹配。     

宽级配砂土基料-滤层系统的室内模型试验研究

基料一滤层利用数码可视化跟踪技术、计算机信息实时处理技术和土体变形无标点量测技术,对宽级配基料一滤层系统进行了渗透室内模型试验。探讨了滤层准则的适用性,研究了不同滤层厚度和加压速率对管涌发生发展的影响。结果表明：传统太沙基滤层准则不适用于宽级配砂土,建议采用可移动颗粒中的d85s进行滤层准则设计;增加滤层厚度可提高系统的抗渗透破坏能力,但提高滤层厚度对提高整个系统抵抗渗透能力作用不大;水力梯度增加较快不利于系统的稳定。     

土工格栅加固道路软基的试验研究

通过室内模型试验，对土工格栅加固道路软土地基的效果及机理进行了研究。除测出４种不同试验条件下基底压力与地基沉降的关系曲线外，还用读数显微镜精确观测了软土地基的位移场，并对试验结果作了初步分析，揭示了土工格栅能有效加固道路软基的某些机理。     

粉砂地基深基坑渗透破坏研究

在地下水丰富的砂土和粉土地区进行深基坑开挖,坑内降水施工或渗漏引起的渗透破坏问题是威胁基坑稳定性和周围环境的主要因素。通过模型试验结合数值模拟,研究了土体密实度、黏聚力、内摩擦角、桩土界面摩擦特性以及围护结构插入深度等因素对临界水力梯度以及渗透破坏模式的影响。研究表明,发生渗透破坏时的水力坡降不仅与土的密实度有关,还与土性、强度指标、桩表面粗糙度以及围护结构的插入深度等因素有关,这些结论为实际基坑工程分析提供了指导。     

长江堤防地基类型与防渗方案

介绍了长江堤防地基的结构类型和渗流特点,论述了各种堤基渗控措施(如垂直防渗、水平防渗、盖重压渗及反滤导渗措施)的适用条件及布设方案.     

深厚软土地基上充灌袋围埝下沉计算研究

采用大型充灌袋在深厚软土地基上建造围埝具有节约材料、降低造价、方便施工等优势,因此,在围海造陆中得到了广泛地应用。软弱地基由于承载力不足,且常处于流塑状态,故充灌袋围埝建造时会挤出淤泥而沉入软土中。随着下沉深度增加,围埝两侧的边载也随之增加,围埝基底也逐渐落在承载力较高的土层上,当围埝的重量与地基承载力相等时,围埝停止下沉,达到极限平衡状态。确定围埝达到设计标高时的下沉深度和充灌袋的用量是充灌袋围埝设计的核心问题。利用土体极限平衡理论并考虑隆起淤泥对承载力的影响,推导出充灌袋围埝挤淤深度的计算公式,并通过挤淤的模型试验和现场工程的监测数据来验证公式的合理性和适用性。此研究成果可供充灌袋围埝挤淤深度的设计及相关工程以参考。     

粉砂地基深基坑工程土体渗透破坏机理及其影响研究

在砂土和粉土地区,渗透破坏是威胁基坑稳定性和周围环境的主要因素。基坑工程是由土、水以及围护结构组成的一个复杂系统,影响基坑工程渗透破坏的因素很多。在总结前人对土体渗透破坏与基坑工程渗透破坏模式的研究基础上,结合渗流对土体性质影响的试验成果,提出了考虑渗流、开挖卸荷以及围护结构变形共同作用的基坑工程渗透破坏分析方法,并分析了均质地基基坑工程的渗透破坏模式。将该方法运用于某粉砂地基基坑渗透破坏工程实例,通过有限元数值模拟,揭示了渗透破坏过程及其对围护结构的影响。通过对该基坑工程实例的分析认为,在进行基坑工程设计时不仅需要进行防止流砂、管涌等验算,还需考虑基坑工程整体破坏的可能性。     

砂砾土各级颗粒的管涌临界坡降研究

基于渗透力概念在管涌问题研究中的具体应用,按照渗透力与土颗粒浮重间的极限平衡推导出能计算管涌土的砂砾土料各级大小土颗粒的管涌临界坡降公式,并经过国内外大量管涌试验资料的验证是合理可信的。     

An empirical model for the development and equilibrium morphology of current ripples in fine sand

A flume study on the development and equilibrium morphology of current ripples in fine sand (D₅₀ = 0·238 mm) was performed to extend an empirical model for current ripple stability in 0·095 mm sand to larger grain sizes. The results of the flume experiments agree with the very fine sand model that current ripple development from a flat bed is largely independent of flow velocity. At all flow velocities, ripples evolve from incipient, through straight, sinuous and non-equilibrium linguoid, to equilibrium linguoid plan morphology. The time needed to achieve an equilibrium linguoid plan form is related to an inverse power of flow velocity and ranges from several minutes to more than hundreds of hours. Average equilibrium height and length are 17·0 mm and 141·1 mm respectively. These values are about 20% larger than in very fine sand. Equilibrium ripple height and length are proportional to flow velocity near the stability field of dunes. In the same velocity range, a characteristic grouping of ripples with smaller ripples migrating on the upstream face of larger ripples was observed. Bed-form development shows a conspicuous two-phase behaviour at flow velocities < 0·49 m s^?1. In the first phase of development, ripple height and length increase along an exponential path, similar to that at higher flow velocities, thus reaching intermediate equilibrium values of 14·8 mm and 124·5 mm respectively. After some time, however, a second phase commences, that involves a rapid increase in bed-form size to the typical equilibrium values for 0·238 mm sand. A comparison with literature data shows that the results obtained for 0·238 mm sand agree reasonably well with other flume studies at similar grain size. Yet considerable variability in the relationships between ripple dimensions and flow strength ensues from, among others, underestimation of equilibrium time, shallow flow depths and differences in sediment texture.