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双层堤基管涌的三维颗粒流模拟游碧波;陈绍名【摘要】Based on PFC3D software, numerical simulation is made concerning the argument over Shijiao segment of North river levee. A 3D particle flow levee model is developed after the generalization of real levee foundation. According to fluid-solid coupling analysis, the whole process of piping evolution and particles’ loss process are realized. Models are set up in which bedrock is presumed to be permeable and impermeable respectively, evolution mechanisms between two different models are compared, and particles’ loss tendency is acquired based on FISH language. Research shows that, permeable bedrock speeds up the piping evolution, and gives rise to damages and risks. Fine particles’ loss in sand layer results in further larger particl es’ loss, and overlying strata erosion poses a threat to the embankment, and the seepage effect of bedrock on sand layer is more severe than that of gravel layer. Simulation results reflect the real piping’s macrophenomena and micro rule of particles’ loss, and verify the validity of particle flow, which offers a new approach to study on piping with particle flow method and is of great significance for piping reinforcement in emergencies.%基于三维颗粒流程序PFC3D，对北江大堤石角段存在争议的堤基管涌问题进行了数值仿真研究。
堤基管涌发生发展过程的试验模拟
李广信;周晓杰
【期刊名称】《水利水电科技进展》
【年(卷),期】2005(025)006
【摘要】通过比例为1:100的有机玻璃模型槽进行模型试验,模拟二元堤基条件及不同防渗墙深度下,堤基内管涌的发生和发展过程.利用拍照还原等方式,得到管涌口出砂面积;并采用彩色砂作为示踪材料,切片观察测量管涌发生后试样的局部剖面.从而验证了二元结构堤基的渗透破坏模式为:首先在上层弱透水层中发生流土,然后在强、弱透水层之间发生自下游向上游的逐步潜蚀冲刷.并且从试验得到了一些悬挂式防渗墙深度及堤基土密度与管涌发展之间的定量关系.
【总页数】4页(P21-24)
【作者】李广信;周晓杰
【作者单位】清华大学水利水电工程系,北京,100084;清华大学水利水电工程系,北京,100084
【正文语种】中文
【中图分类】TV139.16
【相关文献】
1.堤基管涌发生发展与黏土层关系研究 [J], 何海清;王相臣;郦丽;龚丕仁;汪楚帆
2.非均质堤基管涌小尺寸试验模拟与预测模型研究 [J], 姚秋玲;丁留谦;Vera van Beek;孙东亚
3.基于高斯过程分类的堤基管涌发生可能性识别方法 [J], 肖义龙;林利森;赵鹏
4.堤基管涌模型试验的流速示踪与发展过程 [J], 牛贝贝;王丽影
5.管涌发生发展过程的细观试验研究 [J], 周健;姚志雄;张刚
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第11卷第7期中国水运V ol .11N o.72011年7月Chi na W at er Trans port J ul y 2011收稿日期：56作者简介：张炫，河海大学港口航道与近海工程学院。
苏北围垦大堤堤基土渗透破坏现场试验研究张炫，何良德，庄宁（河海大学港口航道与近海工程学院，江苏南京210098）摘要：在分析江苏苏北淤积海岸带淤积土结构特性与粒组组成的基础上，采用数码摄像与成像跟踪渗透全过程的现场渗透变形试验与室内颗分试验，通过现场试坑模拟高潮位及不同潮位变动频率条件下堤基渗透破坏形式与临界破坏动力条件，观测土体在不同水位变化条件下发生渗透破坏的细观特征，进一步研究了颗粒移动规律、渗透破坏类型与水力梯度、流量的关系，总结出围垦大堤堤基土渗透破坏的规律。
研究表明，堤基土颗粒分布特征、颗粒级配对渗透变形的类型具有决定性作用的结论。
为控制土体渗透变形稳定性的改善土体不均匀系数的措施提供重要试验依据。
关键词：围垦大堤；渗透破坏；临界水力坡降；现场渗透试验中图分类号：TV 223.4文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2011）07-0162-03一、引言江苏沿海地区位于我国东部沿海的中心地带，是沿海、沿长江和沿陇海兰新线三大生产力布局主轴线的交汇区，在全国区域发展大格局中具有“连接南北、沟通东西”的重要战略地位。
加快江苏沿海滩涂资源开发，已成为一项重大的国家战略决策。
江苏沿海滩涂面积广阔，后备土地资源丰富，居全国首位。
根据《江苏沿海地区发展规划》战略布署，“江苏沿海滩涂围垦270万亩垦区”建设任务已成为沿海经济快速发展的重要举措之一，对缓解我国人多地少的矛盾、补充耕地资源不足、拓展长三角产业发展空间具有重要作用。
但要科学地完成270万亩滩涂围垦的建设任务，仍有许多关键技术亟待解决。
围垦筑堤涉及堤基稳定性问题，而堤基渗透变形是围垦工程中的重要研究方面之一，尤其是江苏苏北海岸带的淤积物，颗粒组成特殊、土层厚度大、加上潮位变动大及高潮位的影响等，使得有关堤基土的渗透变形机理复杂，影响因素众多。
试论堤坝管涌的成因与防治作者：岑天锡来源：《城市建设理论研究》2013年第09期摘要：堤坝质量关系着人民的生命财产安全，而管涌是危害堤坝安全的重要工程隐患。
因此，探讨管涌形成的原因及如何防护治理是提高堤坝建设与管理的重要课题。
本文结合工程实际，分析了管涌形成的原因，并在此基础上提出相应的防治措施。
关键词：堤坝管涌；成因；防治中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1堤坝管涌成因管涌是指在汛期高水位情况下，堤内平地发生“流土”和“潜蚀”两种不同含义的险情的统称。
堤坝形成管涌原因很多，大致可分为以下几种情况：堤坝前期工作未做或做的不够细致，因而，对堤坝基础由多元质地结构组成不详，致使堤坝内处于高水位运行时，堤坝外原有透水层在堤内渗水压力作用下，持续携带泥沙而形成了管涌，如不及时发现抢护，将会酿成堤坝垮塌事故；在堤坝建设或续建过程中，未对堤坝内外划定安全取土界限，在建堤坝过程中取用了安全区不透水层土料，从而使堤坝在高水位运行时，通过堤坝后就近取土坑渗出水流并携带粉细砂持续流失，即造成堤坝垮塌事故。
在堤坝建设中，因对施工质量监管不严，把不合乎堤坝要求的土料，如粉细砂或干土块、冻土块（寒冷地区）填筑堤坝，在堤坝体中形成了薄弱层，在堤坝运行至水位高于此层时，就将形成透水酿成管涌险情。
例如：新疆乌鲁木齐市米东区塔桥湾水库（中型），于1962 年冬季在续建加高坝体时，因把3cm左右的积雪层未清除，而在其上加高，致使该库运行至1963 年6月中旬，库水位升至积雪层高层时，在夜深人静时，先发生渗流，近而管涌，直至大坝垮塌（见图 1）。
在堤坝外从事农田耕作、凿井、修渠或矿区挖掘等，破坏了堤坝后上下不透水层，而形成管涌结局。
图1：填筑质量不佳，管涌示意图2 堤坝管涌防治据上述形成管涌的诸多成因，我们应对已建、续建或新建堤坝工程可能造成的各种管涌隐患，做到早发现，早防护，早治理，以防患于未然。
对堤坝工程做好水文地质等前期工作，做出有无发生管涌隐患的科学论证，如有，就要做好其可靠的防治工程措施。
管涌现象细观机理的模型试验与颗粒流数值模拟研究一、本文概述管涌现象，作为一种在土壤或岩石介质中常见的流动现象，对于理解地下水流、土壤侵蚀、地质工程稳定性等问题具有重要意义。
近年来，随着计算机科学和数值方法的快速发展，对管涌现象的细观机理进行模型试验和颗粒流数值模拟研究逐渐成为研究热点。
本文旨在通过系统的模型试验和颗粒流数值模拟，深入探讨管涌现象的细观机理，以期为相关领域的研究和实践提供新的视角和工具。
本文首先通过文献综述，回顾了管涌现象的研究历程和现状，总结了目前研究中存在的问题和挑战。
在此基础上，设计了一系列模型试验，以模拟不同条件下的管涌过程，观察和分析管涌现象的发生、发展过程以及影响因素。
同时，利用颗粒流数值模拟方法，建立管涌现象的数值模型，对管涌过程中的颗粒运动和流动行为进行深入分析。
本文的研究内容主要包括以下几个方面：一是设计并开展管涌现象的模型试验，包括试验装置的设计、试验材料的选取、试验过程的控制等；二是利用高速摄像和图像处理技术，对模型试验中的管涌过程进行定量和定性分析，揭示管涌现象的细观机理；三是建立管涌现象的颗粒流数值模拟模型，通过模拟不同条件下的管涌过程，验证模型的准确性和可靠性；四是对比分析模型试验和数值模拟的结果，深入讨论管涌现象的影响因素和发生机制，提出相关理论假设和模型修正建议。
本文的研究成果将为深入理解管涌现象的细观机理提供新的方法和视角，有助于推动相关领域的研究进展和实践应用。
本文的研究方法和技术手段也可为其他类似问题的研究提供借鉴和参考。
二、管涌现象概述管涌是土壤或岩石介质在渗流作用下的一种特殊现象，主要发生在松散介质中，如砂土、砾石层等。
当渗流速度超过某一临界值时，介质中的细小颗粒会被渗流携带走，形成管涌通道。
这些通道会逐渐扩大，并可能连接成网络，严重威胁到工程的安全。
管涌现象的发生通常伴随着一系列复杂的物理化学过程，包括颗粒间的应力变化、孔隙水压力的分布与变化、颗粒间的摩擦和碰撞等。
黄泛区粉土研究综述摘要：黄泛区人口稠密，粉土分布广泛，大量的工程建设对粉土工程性质研究的需求很大。
黄泛区粉土和一般的粉土相比，分布于黄泛区的粉土具有一系列工程缺点，包括但不限于粉粒含量占比高、黏性差、级配不良、结构松散，使得在黄泛区的工程建设在建设过程中或运营时会遇到多种工程问题，尤其是城市中因水力侵蚀粉土层导致塌陷事故频发。
综述出于避免黄泛区粉土引发事故的目的，通过参考多份文献，总结黄泛区粉土研究发展的现状。
关键词：黄泛区工程特点工程问题发展现状一、引言受黄河淮河流域的影响，河南境内大部分地区都属于黄泛区，粉土广泛分布。
一般将土壤粒径大于0.075mm且质量占比小于总质量的一半，塑性指数大于10的土被称作粉土[1]。
我国黄河流域地区雨水比较多，并且流域内的植被覆盖率不高，时常发生洪涝灾害，在我国的历史上黄河的河道就发生了多次的改变。
进入21世纪之后，黄河河道的多次改变和决堤使山东的西南部分地区、河南东部以及淮北地区成为了泛滥淤积区，即黄泛区[2-3]。
黄河流经黄土高原时在水流中携带了大量的粉土，这些被水流挟裹来的粉土大多都淤积在下游地区，从而演变成了独特的黄泛区粉土。
黄泛区的粉土和普通的粉土相比，黄泛区粉土具有一系列工程缺点，级配不良、结构松散、粘性差使得黄泛区建设苦难重重。
郑州市地处黄河冲洪积平原，是黄泛区的重要组成部分，有学者研究发现，郑州地区浅层土体以粉土、粉质黏土为主，且分布极为广泛。
二、研究背景最近十多年内，我国城市道路塌陷事故频发[4-9]，城市的交通安全问题严重的影响了人民的生命和财产安全，不利于提升人民生活幸福感，引发了多方关注。
2012年7月21日，北京暴雨，水灾过后，北京的城区道路上出现上百处的塌陷；2013年，深圳龙岗区横岗街面突现塌陷坑，导致5人死亡和1人受伤，事后测量该塌陷坑长约12m、宽约6m、深约3m；2014年5月，广东省惠州市遭遇暴雨，导致该地区的地下管线处的土壤被掏空，形成了将近上百平方米的空洞，有两位路人不慎掉入；2015年2月10日，在武汉市建设大道与黄孝河路交叉口处突发地陷，路面塌陷形成了一个300多平方米的大坑，原因是盾构机密封处损坏，引起了隧道内涌水涌砂。
不同细颗粒含量下土的本构模型参数研究摘要：土颗粒的破碎和在渗流作用下颗粒的流失会造成土体中细粒含量的变化。
土体中细颗粒含量的变化对土的力学特性具有巨大的影响。
作为大坝损坏、坍塌事故的主要原因，土体内部细颗粒的流失对土体力学性质、应力-应变特性变化具有显著影响。
本文结合三轴排水实验数据定性分析侵蚀过程，不同细颗粒含量下土体物理特性、应力-应变关系变化特性。
试验表明细颗粒损失越大，剪胀效应越小，应变从剪胀转变为剪缩。
通过下屈服面剑桥模型较好的模拟了土体在未侵蚀与侵蚀后的力学特性，从而得到各种模型参数。
通过建立模型参数与细颗粒含量的关系，得出了模型参数与细颗粒含量之间的定量关系表达式，进而实现颗粒流失对应力应变关系影响的定量描述方法。
关键词：三轴排水实验；应力-应变特性；下屈服面剑桥模型；模型参数，细颗粒含量0 引言当前世界接近三分之一的堤坝损害是由于土体内部的侵蚀导致的[1]。
在堤坝土体中，包含粗颗粒与细颗粒，粗颗粒构成基本骨架，细颗粒能够在通过渗流作用在粗颗粒构成的基本骨架中运动。
管涌是堤坝破坏最常见的形式，且其发展具有很高的随机性与隐蔽性。
管涌发生的原因是大量细颗粒的流失使土体强度与稳定性降低，最终导致土体失稳引起地基的塌陷或者沉降。
导致土体内部侵蚀的原因有很多，主要包括：冲刷、渗流、土体表面侵蚀等。
在侵蚀过程中，细小颗粒的损失导致土体内部颗粒重新排列，并改变颗粒之间的接触方式，通过细颗粒的传力路径减少，增加土体内部孔隙，使得土体内部变得更易渗透，且压缩性增大。
目前很多学者已经对此方面内容进行研究。
进行了3组不同细粒含量（>0.075mm）的粗细粒混合土的固结排水三轴压缩实验，实验发现：围压相同的条件下，细粒含量较高的混合土样应力水平偏低；在低围压下，试样随偏应力的增加而逐渐体积缩小，而细粒含量越高，体积收缩越小[2]。
通过对原状土样进行共振柱和动三轴实验发现，当细粒含量小于30%时，细颗粒（<0.075mm）含量越高，抗液化强度越低，抗液化强度随细粒含量的增加而上升，这与石杰等的结论一致，这主要是由于在细粒含量少于30%时，细颗粒处于粗颗粒所构成的骨架中起到了类似于“滚珠”的作用，起到了缓冲的作用。
第36卷 第2期河北工程大学学报（自然科学版）V ol.36 No.22019年6月Journal of Hebei University of Engineering (Natural Science Edition)Jun.2019不同细颗粒含量土体管涌三轴试验研究陈 亮1，2，张 哲1，2，陈 成1，2，余 旺1，2(1.河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点试验室，江苏 南京210098；2.河海大学岩土工程科学研究所，江苏南京210098)摘要：为探究不同细颗粒含量土体管涌机理以及管涌后土体力学性质，选取三种不同细颗粒含量的土体，利用自行研制的管涌三轴仪选择向上管涌的方法模拟管涌实际。
通过管涌试验以及管涌后的排水剪切试验，分析了细颗粒含量对临界水力梯度、累计涌砂量、峰值强度以及体变的影响。
结果表明：管涌发生前，临界水力梯度和临界流速随细颗粒含量的增加而增加；土体在较高的同一水力梯度作用下，累计涌砂量增长速度随时间逐渐减小，流失相同的细颗粒含量，累计涌砂的时间随细颗粒含量的增加而减小；随着细颗粒含量的增大，管涌后土体峰值强度呈不规则变化，土体体积先发生剪缩后发生剪胀，试样体积最大剪缩量随细颗粒含量的增大而增大。
关键词：细颗粒含量；临界水力梯度；累计涌砂量；力学性质中图分类号：TV223.4 文献标识码：AResearch on Piping and Triaxial Test in Soils with Different FineParticle ContentCHEN Liang 1，2，ZHANG Zhe 1，2，CHEN Cheng 1，2，YU Wang 1，2(1.Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering ，Hohai University ，Nanjing ，Jiangsu 210098，China ；2.Geotechnical Research Institute of Hohai University ，Nanjing ，Jiangsu 210098，China)Abstract ：In order to explore the piping mechanism and the mechanical properties after piping of soils with different fine particle content ，three kinds of soils with different fine particle content were selected and piping up was simulated by self-developed piping triaxial apparatus. Through piping test and drainage shear test after piping ，the effects of fine particle content on critical hydraulic gradient ，cumulative sand inflow ，peak strength and volume change were analyzed. The results show that the critical hydraulic gradient and critical flow velocity increase with the increase of fine particle content before piping. The growth rate of cumulative sand inflow decreases with time under the action of higher hydraulic gradient. The cumulative time of sand gushing decreases with the increase of fine particle content when the same fine particle content is lost. With the increase of fine particle content ，the peak strength of soil changes irregularly after piping ，the volume of soil first shears and then dilates ，and the maximum volume shrinkage of sample increases with the increase of fine particle content.Key words ：fine particle content ；critical hydraulic gradient ；accumulated sand inflow ；mechanical properties收稿日期：2019-01-12基金项目：国家自然科学基金资助项目(51778210)作者简介：陈亮(1976-)，男，江苏徐州人，博士，教授，从事岩土渗流理论与测试方面的研究。
