接触冲刷研究现状及存在问题的解决思路

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1、http://www.paper.edu.cn接触冲刷研究现状及存在问题的解决思路12邓伟杰，路新景1河海大学岩土工程研究所，南京(210098)2黄河规划勘测设计有限公司，郑州(450003)E-mail：namedwj@yahoo.com.cn摘要：接触冲刷是一个重要的工程问题，出现在土石坝、堤防等工程中。但目前有关的研究成果寥寥无几，显然不能满足实际工程的需要。本文根据目前研究现状详细总结了国内外的研究成果，提出了目前存在的一些主要问题。思考了土的粘性、砂砾石渗透特性等对接触冲刷的影响，探讨了对接触冲刷进行理论研究的思路。关键词：接触冲刷；渗透变

2、形；临界比降中图分类号：TN223.61.引言[1~4]国内外许多学者都对世界上所发生的大坝失事的原因进行过分析并分类，从分类统计的结果可以看出，由渗流问题造成大坝破坏的比例相当高。理论上水利工程由渗流问题造[5]成的破坏可分为以下两类:因渗流量太大引起对坝基和坝体冲刷造成的破坏；或因孔隙水压力太高引起坝基承载力降低乃至崩塌造成的破坏。渗透变形的形式及其发生发展过程与地质条件、土粒级配、水力条件、防排水措施等[6~13]因素有关，通常可分为以下四种形式种类型：（1）管涌。在渗流作用下，土体中的细颗粒在孔隙孔道中移动并被带出土体以外的现象，称为管涌。主要

3、发生在砂砾石土层中，这种土属内部结构不稳定的土。（2）流土。流土在上升渗流的作用下，局部土体的表面隆起、浮动或某一颗粒群的同时起动而流失的现象，称为流土。前者多发生在含有粉土颗粒的土体中或较均匀的砂土中，后者多发生在不均匀的砂性土中，而且都是发生在渗流出口无任何保护的情况下。即在无粘性土中，表现为颗粒群的同时起动，如泉眼群、砂沸，土体翻滚最终被渗流托起。在粘性土中则表现为土块隆起、膨胀、浮动、断裂等现象。（3）接触冲刷。渗流沿着两种不同介质的接触面流动时，把其中颗粒层的细颗粒带走。在诸如砾石与砂土间接触面。沙砾与粘土间接触面，渗流速度比单一砂砾料中的渗

4、流速度大一些。当渗透比降超过临界渗透比降时，细颗粒沿着接触面冲刷流失，这种现象称为接触冲刷。接触面的方向可以是任意的。在自然界中，沿两种介质界面，如建筑物与地基，土坝与涵洞等接触面流动促成的冲刷，都属于此类破坏。（4）接触流失。接触流失在层次分明，渗透系数相差很大的两层土中，当渗流垂直于层面运动，将细粒层中的细颗粒带入到粗粒层中的现象，称为接触流失。表现形式可能有单个颗粒进入邻层，也可能是颗粒群的同时进入，所以包括接触管涌和接触流土两种形式。上面提到的四种渗透破坏现象，机理各不相同，它们的临界渗透比降也不同。发生管涌的临界渗透比降小于流土的临界渗透比降

5、，接触冲刷的临界渗透比降小于管涌的临界渗透[14]比降，接触流土的临界渗透比降大于接触冲刷的临界渗透比降。对于管涌和流土，国内外学者已经做了大量的工作。而对于接触冲刷和接触流土的研究则非常少，目前还不能达到同管涌和流土一样的认识高度，本文将把目前比较有影响的研究成果做一下总结和分析，并提出目前存在的主要问题和解决思路。-1-http://www.paper.edu.cn2.研究现状接触冲刷是指渗透水流沿着两种不同粒径组成的土层接触面流动，水流将细颗粒带走的一种渗透变形形式（见图1）。图1接触冲刷示意图发生接触冲刷的原因在于接触面上存在有细颗粒土，且孔隙

6、通道大于细颗粒土层所具有的孔隙，这就形成了渗透破坏最薄弱的一个区域。一般认为上下两土层的颗粒直径悬殊较[15~18]大时容易发生接触冲刷，特别是砂砾石与粘性土的接触面最易发生接触冲刷。它是渗透稳定的基本问题之一。目前研究中把土质防渗体与基岩、坝体与坝基、土坝与涵管、土与刚性水工建筑物等接触面流动而造成的冲刷都归属于接触冲刷，国内外学者做了一些研究。但粘性土层与砂砾石层之间这种典型的接触冲刷研究成果寥寥无几。在上个世纪工程界对砂砾石地基中具有粗细颗粒成层的结构层时，沿层面的渗流能否导致地基的渗透破坏，在何种条件下将会引起地基渗透破坏等进行过许多的探讨和争

7、论。部分学者认为这种破坏是一种隐患，往往不可预见的，应该在设计地基防渗体的长度时加大安全系数或者必须采用垂直防渗的方法，以消除这种接触冲刷破坏。土石坝土质防渗体沿岩基层面的渗流冲刷有两种形式，一是岩基裂隙中的纵向渗流对防渗土体的冲刷。二是土与岩基结合面接触不良时渗流沿接触层面出现的接触冲刷。由于有些土石坝的渗流破坏和溃决就是由于防渗土料从岩基裂隙中的流失所造成，所以工程界十分关注岩基中存在的裂缝对土质防渗体的冲刷的问题。土石坝防渗体与基岩结合面的抗渗强度问题。工程界广为关注土石坝防渗体与基岩结合面的抗渗强度的问题，为解决这种问题和隐患，20世纪70年代

8、以前，工程中多在基岩上部修筑一道1~2m的混凝土齿墙，插入心墙，以加强土石接触面的抗渗强度。渗