基于堤基管涌机理及悬挂式防渗墙渗控效果试验研究

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1、中国水利水电科学研究院硕士学位论文堤基管涌机理及悬挂式防渗墙渗控效果试验研究姓名：姚秋玲申请学位级别：硕士专业：岩土工程指导教师：丁留谦20060501摘要98洪水中，长江干堤堤基管涌占较大险情总数的52．4％，居各种险情之首。堤基管涌问题严重威胁堤防工程的安全，是堤防工程中最普遍且难以治愈的心腹之患。因此研究管涌机理，并在此基础上研究悬挂式防渗墙对双层堤基管涌的控制效果，具有重要的现实意义。本文采用砂槽模型试验的方法，对长江中下游典型的单层、双层、三层透水堤基管涌分别进行了试验研究，观察到了管涌发生、发展和导致溃堤的全过程，得到了相应的堤基管涌破坏

2、的临界水平平均水力坡降，分析了不同堤基条件下管涌机理的特点和差异。在此基础上，针对双层堤基，试验研究了悬挂式防渗墙控制管涌发展的效果，论证了悬挂式防渗墙在降低管涌危害程度和提高堤基整体抵抗管涌破坏能力方面的作用。主要得到以下成果：①堤基管涌的发展，在水头低于临界水头时，发展至一定程度后达到自愈，此时的管涌通道不会与上游连通，其宽度和深度有限，不会发生管涌溃堤事故。水头超出临界水头后，管涌持续向上游发展并与外水连通，连通管道流的水力冲刷最终导致溃堤破坏。②堤基结构类型不同，管涌破坏的临界水平平均水力坡降也不相同。对于试验所用砂样，单层堤基管涌破坏的临界

3、水平平均水力坡降为O．278，双层堤基为0．214，三层堤基随着浅砂层厚度的减小，其临界水平平均水力坡降亦逐渐减小，试验得到的最小值为0．078。因此，堤基允许水平平均水力坡降的控制标准除了与浅砂层的性质有关外，还应考虑堤基的具体结构条件。③堤基结构类型不同，管涌发展的机理和管涌破坏的区域也不尽相同。单层、双层堤基以及三层堤基中浅砂层较厚的情况下，都是在砂层顶面发生水平向浅层管涌破坏，管涌破坏的区域只局限在砂层顶面的管涌通道，其深度和宽度有限。当三层堤基浅砂层较薄时，将发生深层管涌破坏，管涌破坏区涉及浅砂层及下部砂砾石层，其宽度和深度较双层堤基大，出

4、口涌砂量也较多。④悬挂式防渗墙能显著提高堤基抵抗管涌破坏的能力，且防渗墙布置在堤防下游侧比上游侧更有效。这对传统的“前堵后排”渗流控制原则是一个突破，也验证了悬挂式防渗墙对提高堤基抵抗管涌破坏能力的有效性。因而在将来选取堤防渗控措施时，可以采用悬挂式防渗墙，并应尽量布置在堤内脚或压盖的末端。试验成果对堤后压盖宽度和悬挂式防渗墙的合理设计、汛期抢险范围的确定以及促进堤防渗流控制理念的转变等，具有重要参考意义。关键词：管涌，机理，模型试验，悬挂式防渗墙，渗控效果●I■Inaddition,itisrecommendedthatsuspendedCUt—o

5、ffwallatthelandsidediketoeortheendoflandsidebermbetakenasanalternativeintheselectionofpossiblecontrolIIr-11r-I‘III中国水利水电科学研究院学位论文1．1研究背景第一章绪论建国以来，我国进行了大规模的堤防工程建设，目前己建江河堤防约26万km，其中主要堤防约6．57万km【“。江河堤防是我国防洪工程体系的重要组成部分，在长江、黄河等七大江河的中下游地区，堤防是防御洪水的最后屏障【21。堤防顺河而筑，为了获取更多耕地，堤线愈加靠近河岸。对基础很

6、少有进行选择的余地，且绝大多数堤防未作基础处理，大多数堤防都修建在透水地基上；另外，堤防还受河势影响，一些河段深泓已临近堤脚，堤岸合一，迎流顶冲；而且由于取土修堤、抢险堵口或是溃口冲刷，破坏了堤后覆盖层，形成众多坑塘，堤脚也未加保护。当遭遇洪水时堤防经常发生管涌、滑坡、崩岸和漫溢等险情，严重威胁着堤防的安全，其中管涌险情最为常见且危害极大f3114115116】。据统计，堤防溃决90％以上都是由于管涌破坏造成的【71．根据98年洪水期间长江中下游堤防工程较大险情的统计资料f”，堤基管涌占险情总数的52．4％，居各种险情之首，见表I-I所示。其中有7处

7、溃堤，即湖南省安造垸、湖北省孟溪垸和觯洲湾、江西省九江市城防堤和江洲圩、湖南澧南垸和西官垸，这些溃堤险情前5个均是由管涌引起，后两个是洪水漫顶所致。管涌查险、抢险耗费了巨大的人力、物力和财力。堤防抢险和除险加固的实践表明，堤基管涌是堤防工程中最普遍且难以治愈的心腹之患【91。堤基管涌离堤内脚的距离有远有近，近可就在堤脚，远者可达400m甚至1000m，曾有人给出定量的概念，距堤脚30m以内的管涌为特大溃口性险情，30～50m范围为溃口性险情，50一i00m范围为重大险情，但只是经验的说法【4J。对于很远处的管涌对堤防的危害性到底有多大，是否需要抢险，

8、什么位置的管涌必须进行抢险等等，仍缺乏科学、系统的答案。另外，按照我国现行堤防设计规范110】计算，有时所需