堤坝基岩软弱结构面渗漏通道的形成、探测及数值模拟研究

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1、河海大学博士学位论文堤坝基岩软弱结构面渗漏通道的形成、探测及数值模拟研究姓名：叶合欣申请学位级别：博士专业：岩土工程指导教师：陈建生20080301蕾姜摘要国内外学者对堤坝渗透变形进行了大量的研究，取得了丰硕成果，但是把注意力主要集中在第四系松散层上。由于地质条件的复杂性，基岩软弱结构在适当条件下，可产生渗透变形、形成集中渗漏通道，这对堤内渗透变形造成一定的影响，它使得仅停留在松散层上的工程措施对根治堤内管涌有时难以奏效。针对以往对基岩软弱结构形成集中渗漏通道的研究不足，本文在软弱结构面内讨论渗透变形问题。首先研究堤坝基岩集中渗漏通道的形成机制，详细讨论了水

2、力冲刷与管涌形成机制；采取风化程度不同的岩样进行室内模拟试验，验证在适当条件下，软弱结构可形成集中渗漏通道；然后考虑示踪剂的弥散作用探测地下水水平流速；对于涌水含水层的水平流速，由于示踪荆不能直接进入含水层，提出垂向流测定与注水试验相结合的方法来解决这一难题；接着建立了基岩集中渗漏模型并进行数值模拟；最后将前述成果应用于工程实例。本文主要工作如下：(1)研究了软弱结构面在适当地质条件下，可形成集中渗漏通道。讨论了软弱结构面地下水冲刷形成机理，给出了位于不同部位的土体颗粒受水流冲刷起动的临界流速计算公式，探讨了土体颗粒受水流冲刷而起动的随机性。(2)针对红层基

3、岩软弱结构面能否形成集中渗漏通道，在野外采取了不同风化程度的岩样，在室内分别进行浸泡、化学溶蚀试验、水力冲刷试验，并适当地进行了对比试验。结果表明红层作为堤坝基岩，在适当的自然条件下，可产生溶蚀。设计一种岩体裂隙受水流冲刷的试验装置，采用改变流向的方法，定性、定量地论述了地下水造成裂隙冲淤、岩块膨胀使隙宽变小，与软弱结构面受水流冲刷表面颗粒流失使裂隙变大的对比关系。f3)为了能够采取钻孔中指定深度的水样，为示踪技术提供指定点的未受外界水混和的原状水样，研制了定点取样器一弹簧压卡式取水器。该成果已取得实用新型专利。(4)分析了广义稀释定理的局限性，考虑沿孔纵向

4、示踪剂弥敖作用，忽略横向弥散的影响，提出了考虑弥散作用的地下水水平渗透流速测定方法。(5)论证了对具有天然水力坡度的涌水含水层，其涌水量仍可用相关井流公式来计算。对于涌水含水层的水平流速，由于示踪剂不能直接进入含水层，提出与注水试验相结合的方法来测定。(6)提出基岩软弱结构形成集中渗漏通道模型，并进行了数值模拟，讨论了集中渗漏通道与堤内管涌的关系。(7)将综合探测技术应用实例。在前人工作的基础上，针对石角段堤内管涌屡屡不得根治的工程实际情况，首次将地质条件与综合示踪技术较为完整地结合起来。首先从地质条件入手，详细阐述了基岩红层发育有软弱结构——新构造断裂，在

5、合适的条件下，断裂可形成集中渗漏通道，然后以综合示踪技术，探测出石角管涌多发地段基岩确实存在集中渗漏通道，对下一步采取工程措旌具有科学的指导意义。关键词：堤坝基岩管涌集中渗漏探测示踪技术软弱结构lIABSTRACTManyscholarsintheworldhadmuchstudyintheembankments’seepagedeforrnationandhadalotofproduction．BuLtheypaidtheirmainattentiononthequaternaryloosestrata．Asthecomplexityofthegeolog

6、icalconditions，inaproperconditiontheweakstructureofthebedrockmaybringseepagedeformationandformtheconcentratedleakageaccesswhichhavebiginfluencetothepipingintlledam．evensometimestheinfluenceiscruelalanditsometimescausestheengineeringmeasuresunsuccessfulonlyinviewoftheloosestrata．Thi

7、spaperstudiestheformationmechanismoftheconcentratedleakageaccessfirstlyanddiscussestheformingmechanismofthehydrauliccleaningandthepipingfully．ItcarriesthroughthesimulatingexperimentsbytheweatheringdegreeofbedrockanditverifiesthattheweakstructurecanfoITntheconcentratedleakageaccessi

8、naproperconditionandthende