堤基管涌破坏的室内实验及数值模拟研究

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本文首先介绍当前管涌理论及室内模型实验的发展情况,然后在相关管涌破坏理论成果的基础上探讨管涌破坏机理。 自行设计制作砂槽模型,对砂槽模型实验技术进行探讨。主要涉及(1)砂槽模型制作及其尺寸影响:(2)覆盖层模拟方法及其适用范围;(3)渗透系数的反演及进出口水头损失误差的排除等。除此以外,对实验中其他的制作细节进行了阐述。 使用砂槽模型进行管涌破坏发生、发展过程实验模拟,实验内容包括(1)覆盖层开管涌孔,即给定破坏出口的情况下,管涌破坏发展过程的模拟,其特点是,砂粒从管涌孔开始涌出,砂土体内颗粒移动掏空、渐进上溯、形成通道;(2)覆盖层破坏过程实验模拟,覆盖层不开管涌孔,直到高压水头顶裂拱翻,砂粒大量涌出,实验结束。其特点是覆盖层变形开裂,突然破坏,形成砂涌出口。堤防的实际情况是覆盖层先行开裂破坏,然后砂粒从破坏处涌出,为了更深入探讨砂涌过程,重点做了管涌点开孔实验。 本文初步探讨了用有限元数值方法模拟管涌的发展过程。首先编写稳定渗流的有限元计算程序,在此基础上考虑采用拟非稳定渗流的方式进行管涌通道发展的模拟,通过改变渗透系数来表达管涌通道的性质,并将数值模拟的管涌通道发展过程与实验现象对比印证。 从上述三个方面的研究,探讨了管涌的实验和数值模拟方法,初步了解所涉及方法的优缺点。堤基管涌的破坏过程是一个非常复杂的过程,与堤后地形,堤基地质,堤前水文等众多因素紧密相关。
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