土石坝管涌溃坝过程数学模型及应用

通过国内外土石坝管涌溃坝模型试验发现,管涌通道断面在溃坝过程中呈现城门洞形,并不断发展扩大直至坝顶发生坍塌。而目前常用的管涌溃坝过程数学模型大多假设管涌通道为圆形或矩形,与实际情况不符。基于土石坝管涌破坏机理,提出一个土石坝管涌溃坝过程数学模型,模型假设初始管涌通道断面为底部正方形顶部半圆形的城门洞形,采用基于水流剪应力的冲蚀公式模拟冲蚀过程管涌通道两侧边向外的发展,采用普罗托季亚科诺夫压力拱理论模拟管涌通道顶拱的发展;通过比较管涌通道上部坝体的重力与管涌通道两侧土体的抗剪强度判断管涌通道的垮塌,分别选择孔流和堰流公式模拟管涌通道坍塌前后的溃口流量;当管涌通道坍塌后,假设坍塌的土体立刻被溃坝水流带走,随后发生漫顶破坏,使用极限平衡法模拟漫顶溃坝过程中的溃口边坡稳定性。模型采用按时间步长迭代的数值计算方法模拟溃口的水土耦合过程,选择国内外25个具有实测资料的土石坝管涌溃坝案例对模型进行验证,比对峰值流量、溃口最终宽度及溃坝历时等参数发现,模型计算结果与实测值的相对误差可满足工程需求,验证了模型的合理性。     

尾矿坝管涌的试验研究

管涌会给尾矿坝的的安全带来很大威胁,因此进行管涌的现场试验和室内砂槽模型试验,观察并分析了管涌发生、发展并导致溃坝的机理和过程。管涌的发生与最大有效粒径、饱和容重、渗透系数、下游滤层倾角、地层中土的组成成分、土的级配、水力梯度、土的结构、表面覆盖层土体的内摩擦角、黏滞系数、覆盖层厚度、黏聚力、土的饱和度等因素有关,是一个多元非线性的复杂问题。     

玄武岩纤维遏制作用下的砾类土管涌试验研究∗

管涌如果无法及时得到遏制,会导致大量土体流失以致堤防溃决。为研究管涌发生环节时使用玄武岩纤维的遏制作用,拟通过室内管涌试验,从孔压、水力梯度、渗透系数、流速、颗粒流失等方面,研究不同纤维含量和纤维长度的玄武岩纤维对管涌发生发展的遏制效应。结果表明,玄武岩纤维的加入使得缺级配砾类土体的迁移通道变得更加曲折和狭窄,从而遏制整个土体的管涌发展。同等玄武岩纤维含量下玄武岩纤维缺级配砾类土存在最佳的纤维长度遏制管涌发展。纤维长度过长,增大了土体的迁移路径同时也使迁移通道相对变宽;纤维长度越短使得细颗粒的迁移通道变得更加狭窄,更加容易造成局部堵塞,进一步使得管涌继续从其他方向发展,造成颗粒的进一步流失。     

地铁施工管涌坍塌事故

<正>2003年7月1日,上海市地铁4号线在董家渡段发生了一起管涌坍塌的生产安全事故。事故导致施工作业面内大量水和流砂涌入,隧道部分结构损坏及周边地区地面沉降,3幢建筑物严重倾斜,防汛墙局部塌陷等险情。事故发生后,武警上海总队1000多名官兵紧急驰援。尽管事故没有造成人员伤亡,但直接经济损失高达1.5亿元,属于特别重大事故。