天然地层管涌研究与洪水灾害防治.doc

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天然地层管涌研究与洪水灾害防治

蒋严1.，蒋欢2，翟洪飞1

（1,江苏镇江建科建筑科学研究院有限公司，江苏镇江212004；2.辽宁省农业工程研究设计院，辽宁沈阳110041）

摘要：

（细土粒从较粗土粒的孔隙中被水流冲走，小洞成大洞称为管涌）管涌决堤、溢顶泛滥是人类经常遇到的洪水灾难，每年都有大量溃坝事故发生。

相关的天然地层管涌研究至今停留在“实验室模型”“数学模拟”“假设”阶段。

本文从土的结构、地质构造方面进行了管涌与洪水灾害关系的研究，两者存在科学与假科学的斗争。

研究方法是：

以管涌试验资料的统计数据为依据，以第四纪地质沉积规律为准则，以工程实用为目的。

土的渗透破坏形式用<2mm细料含量法、填充系数法、管涌孔隙直径法三种方法判别。

土的临界水力梯度，建议采用IC<0.05～0.08。

地基发生管涌的可能性，用地质构造分析法和管涌水力基本条件确定。

管涌是地质学的研究内容。

这些技术可用于工程勘察阶段预知发生管涌的可能性及其位置、减少或阻止洪水灾害和工程事故。

关键词：

管涌；临界水力梯度；土的结构管涌分析法；地质构造管涌分析法；加深河床、改造河网。

作者简介：

蒋严（1938~），男，江苏常州人，主任工程师，1956年参加工作，主要从事岩土工程工作及科学研究。

E-mail；jiangyan16345678@.

Studyonpipingofthenaturalformation

Andpreventionoffloodsdisasters

JIANGYan1，JIANGHuan2，ZHAIHong-fei1

（1,JiangsuZhenjiangResearchInstituteofBuildingScienceCo.,LTD.212004;2.LiaoningAgriculturalEngineeringResearchingandDesigningInstitute,Shenyang110041,China）

Abstract:

（FinesoilparticlesfromtheporesofthecoarsesoilparticlesWaswatercarriedaway,asmallholeintothebigholeknownaspiping）.leveescollapsedduetopiping,overflowthetopproliferationofhumanoftenencounteredintheflooddisaster,Relatedtothenaturalformationofpipingstudysofartostayinthe"laboratorymodel"and"mathematicalmodeling""Assume"thatstage,Inthispaper,thestructureofsoil,geologicalaspectsoftherelationshipbetweenpipingandtheflooddisasterstudy。

ThereexistedastrugglebetweenscienceandFalsescience。

thestudymethodis:

pipingtestdatabasedonstatisticaldatatoQuaternarydepositionofthelawasthecriterionforpracticalengineeringpurposes.Damageofsoilpermeabilityintheformwiththe<2mmfinematerialcontentlaws,fillingcoefficient,porediameterpipingarethreewaystodeterminethelaw.Criticalhydraulicgradientofsoil,recommendedIc<0.05~0.08.Thepossibilityofpipinginfoundationisdeterminedbythemethodofgeologicalanalysisandthebasicconditionsofpipinghydraulic.Pipingisthegeologyoftheresearchcontent.Thesetechniquescanbeusedfortheengineeringinvestigationstage,predictthelikelihoodofoccurrenceandlocationofpiping,Reduceorpreventflooddisastersandconstructionaccidents.

Keywords:

piping;criticalhydraulicgradient;soilstructurepipinganalysis;geologicalpipinganalysis;deepentheriverbed,transformedrivernetwork.

Author:

JiangYan（1938-）,male,Changzhou,Jiangsu,chiefengineer,toworkin1956,mainlyengagedingeotechnicalengineeringandscientificresearch.E-mail；jiangyan16345678@.

1目前天然地层管涌研究中存在的困难与问题

天然地层管涌研究与土石坝材料（人工配料）的管涌研究，两者概念及基础条件不同，是两个问题。

研究天然地层管涌存在较多困难与问题。

1．1远离实际的“理论-理论”管涌研究是假科学，占据统治地位

目前的管涌研究主要以“砂槽-堤基模型”“管涌数学模拟”理论分析为主[1]-[7]，长期停留在室内，远远脱离实际，没有同天然地质构造联系起来。

半个多世纪以来，人们把管涌研究列为“理论材料力学”的内容。

把天然地层看成均质、各相同性的“理想材料”，与事实不符。

天然地层是多种土类分层次各相异性组合体，

1．2地质学研究管涌极少。

管涌发生在自然界，天然的自生自灭管涌现象已有几亿年历史，至今尚未从地质学观点对管涌进行系统研究。

例如；长江下游的泥沙沉积速率约为1.36厘米/年，泥沙向海洋推进速度约为40米/年。

世界各国河流都存在淤积问题，河床增高，河堤也加高，水头压力逐年增大，其与管涌和洪水灾难关系的研究几乎空白。

1．3对砂砾卵石地层，钻探技术不能满足管涌要求.

位于地下水位以下和两个钻孔之间的砂砾卵石地层、风化砂层，钻探无法查明缝隙，只能用细料含量和砾卵石颗粒直径判断孔隙（缝隙）的大小。

勘察中只有地下水位以上的坑、槽勘探才能发现砂砾卵石地层的厘米毫米级缝隙。

砂土层，粘性土层等细粒土层深部一般不存在贯通性构造缝隙。

1．4自然界的不可抗力因素

堤坝与自然界共存，动植物洞穴、地震缝、沉降缝、收缩缝；漩涡、冲刷坑等都在表土层2-3米范围内，对深层地基的影响有限，但是，仍不可忽视。

江中盗砂、钻孔、打桩等可瞬间减小渗透阻力。

堤后开塘、打井，等于卸载堤后压重，危害极大。

1998年，长江特大洪水灾难，死亡3000余人，经济损失2000余亿元，发生几十起大型管涌溃坝事故出水口的位置，大多数都在堤后的井、塘、洼地等地下隐蔽临空面的管涌土层中。

这是发生灾难的人类条件。

2土的结构渗透破坏形式判别方法和临界水力梯度经验值

土的渗透破坏形式判别是管涌分析的首要步骤，现有粒径判别法和土的结构判别法二类。

根据400多组管涌试验资料的统计，对粒径判别法已作过一些讨论[8]，关于土的结构判别法，叙述如下：

2．1。

管涌研究中，孔隙率仅对同一土类有效，不同土类则无关。

本文土的渗透破坏判别式中的d0法，采用可流失颗粒标志直径d10大于或小于管涌孔隙直径d0的方法进行判别。

选用d10作为可流失颗粒标志直径的依据，已作过阐述[8]。

对管涌孔隙直径d0研究如下：

工程实践发现，粘性土、砂土、砂砾卵石的颗粒含量，都是两头少中间多，颗粒组成曲线中段主要成份区段的平均线多数接近直线，均等划分该直线所得的粒径级是等比数列（图1曲线1、2、3、4之黑点），这是第四纪沉积物的重要规律和特性。

受此启发，于是用单个颗粒的等比级数排列计算孔隙直径：

设球a的直径为a1=1，a2=1/2，a3=1/4，……，ai=1/n，式中=1，2，3，……，n为等比数列。

用几何方法计算,所得孔隙直径与相邻颗粒中值粒径的比值为0.136。

由此，得土的管涌孔隙直径计算公式

d0=0.136D50

（1）

式中D50为土的颗粒分配曲线上,50%处的颗粒直径，mm。

对填充系数Cn<0.95时的砂砾卵石，采用>2mm的砾卵石的颗粒分配曲线上,50%处的颗粒直径，mm。

用该式计算的孔隙直径与H.A康德拉契夫公式[10]的计算结果比较接近，且依据更真实；对Cn<0.95的砂砾卵石，由于采用卵砾石颗粒的D50，所得结果比没有填充系数概念的国内外其他公式提高了精度。

我国现有刘杰公式：

d0=0.25D20，式中D20为20％处的颗粒直径mm，原式是d0=0.63nD20[9],设孔隙率n=0.4，得刘式。

应用该式时，可通过D20的颗粒大小分配曲线范围很广，其d0对砂砾卵石的误差较大。

土的颗粒组成大多数是以D50为中点的对称反S型曲线，D50反映了中值；参考俄罗斯的康德拉契夫公式[10]和美国的反滤层标准[11]等资料，建议用D50计算d0。

（1）式是用于天然地基的试用性指标。

发生管涌时可流失颗粒可能从最大孔隙处流出土体之外，d0怎样取值，尚需做更多研究试验工作。

2．2砂砾卵石是卵砾石、砂、粘性土三组体；砂土是砂子、粘性土二组体。

两者结构不同，砂土用孔隙