張　超，陳建生，張　華，袁克龍，張家甫

(1.河海大學(xué)　巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇　南京　210098；2.河海大學(xué)　巖土工程研究所，

江蘇　南京　210098)

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懸掛式防滲墻控制管涌發(fā)展的模型試驗(yàn)研究

張超1,2，陳建生1,2，張華1,2，袁克龍1,2，張家甫1,2

(1.河海大學(xué)巖土力學(xué)與堤壩工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210098；2.河海大學(xué)巖土工程研究所，

江蘇南京210098)

摘要：利用室內(nèi)砂槽試驗(yàn)，對(duì)有無(wú)懸掛式防滲墻以及不同土層結(jié)構(gòu)的3種堤基管涌破壞過(guò)程進(jìn)行了模擬，研究了懸掛式防滲墻控制管涌發(fā)展的機(jī)理以及懸掛式防滲墻對(duì)管涌發(fā)展過(guò)程的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，在雙層和三層堤基中設(shè)置懸掛式防滲墻，可以改變砂礫層內(nèi)部滲透壓力的分布和管涌破壞發(fā)展的路徑，提高管涌破壞的水力梯度，降低管涌破壞的流量、出砂量和破壞范圍。但是，含懸掛式防滲墻的雙層堤基和三層堤基的管涌破壞形式不同，雙層堤基中，防滲墻上游側(cè)的管涌破壞在砂礫層內(nèi)部發(fā)展，而在三層堤基中防滲墻上游側(cè)的管涌破壞在砂層頂面發(fā)展。

關(guān)鍵詞：管涌；懸掛式防滲墻；堤基；涌砂量；水力梯度

管涌作為一種主要的滲透破壞形式，嚴(yán)重危害堤防工程的安全，前人對(duì)此進(jìn)行了大量的研究工作，取得了一系列成果。如陳建生、毛昶熙等根據(jù)井流理論研究了管涌集中滲漏通道發(fā)展的機(jī)理；丁留謙等通過(guò)試驗(yàn)研究了三層堤基管涌破壞的機(jī)理；王霜、陳建生等通過(guò)模型試驗(yàn)研究了土層結(jié)構(gòu)變化對(duì)管涌的影響；毛昶熙、張家發(fā)等通過(guò)砂槽模型試驗(yàn)，研究了不同貫入度下懸掛式防滲墻控制管涌發(fā)展的效果；丁留謙等通過(guò)砂槽模型試驗(yàn)研究了雙層堤基設(shè)置懸掛式防滲墻情況下管涌發(fā)展的過(guò)程；王保田等研究發(fā)現(xiàn)堤基的臨界表觀水力梯度隨懸掛式防滲墻貫入度的增加而有較大的增加；周曉杰[10]等結(jié)合理論分析，研究了二元堤基結(jié)構(gòu)在不同防滲墻深度、位置條件下滲透變形的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程。而目前針對(duì)懸掛式防滲墻控制作用機(jī)理以及其對(duì)三層堤基的控制效果的研究比較少。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，開(kāi)展有無(wú)懸掛式防滲墻以及不同堤基結(jié)構(gòu)管涌試驗(yàn)，模擬了不同堤基管涌的破壞過(guò)程。分析總結(jié)測(cè)壓管水位、流量和涌砂量等的變化規(guī)律，對(duì)懸掛式防滲墻控制管涌發(fā)展的機(jī)理做了初步的探討。

1試驗(yàn)裝置及步驟

1.1　試驗(yàn)裝置

圖1為自制的有機(jī)玻璃槽，模型槽為100cm×30cm×30cm。模型槽左側(cè)為進(jìn)水室，試樣與進(jìn)水室之間由透水板隔開(kāi)。模型槽頂部為剛性有機(jī)玻璃蓋板，剛性蓋板下設(shè)置5cm厚度的黏土層模擬弱透水的上覆地層。蓋板右側(cè)距離進(jìn)水室65cm處預(yù)設(shè)有直徑為4cm的出水口，模擬上覆地層破壞后形成的管涌口，距離進(jìn)水室25cm處設(shè)置一高度為11cm(其中深入土層深度為6cm)、厚度為1cm的有機(jī)玻璃板，模擬懸掛式防滲墻，試驗(yàn)時(shí)將懸掛式防滲墻與模型槽側(cè)壁接觸處用膠水密封。模型槽側(cè)面設(shè)有8根測(cè)壓管，橫向深入試樣2cm，相鄰測(cè)壓管之間間隔為10cm，其中懸掛式防滲墻上布置5根測(cè)壓管(圖2)，用于測(cè)定試驗(yàn)過(guò)程中砂層內(nèi)部的孔隙水壓力。

1.2　試驗(yàn)材料

圖3為試驗(yàn)所用試樣砂礫石和細(xì)砂層的顆粒級(jí)配曲線，其中細(xì)砂粒徑范圍為0.075～0.5mm。為了清楚觀察懸掛式防滲墻上游側(cè)管涌破壞的情況，有機(jī)玻璃帷幕上游側(cè)細(xì)顆粒用彩砂裝樣，其粒徑與普通砂相同。三層堤基中細(xì)砂層的厚度為1cm。表1為試驗(yàn)材料的物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)。

1.3　試驗(yàn)步驟

(1)分層裝樣后飽和。配置試樣，并按預(yù)定密實(shí)度分層填筑，每層厚度5cm，擊實(shí)至預(yù)定密實(shí)度再填筑另一層。懸掛式防滲墻上游側(cè)彩砂分三層裝樣，每層2cm共6cm至設(shè)計(jì)標(biāo)高，從下到上彩砂顏色依次為藍(lán)色、紅色、綠色，寬度為3cm。砂礫石層上部覆蓋黏土層，向模型槽注水飽和24h以上。

(2)試驗(yàn)過(guò)程中分級(jí)提升上游水位，待滲流穩(wěn)定后記錄測(cè)壓管水位和流量，并收集試驗(yàn)過(guò)程中涌出的砂。

(3)管涌通道形成后，試驗(yàn)結(jié)束，觀察試樣管涌破壞情況。

2試驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)過(guò)程中分級(jí)提升上游水位，并維持20min左右，待滲流穩(wěn)定后再提升下一級(jí)水位。試驗(yàn)時(shí)以模型槽頂面為零勢(shì)面。

表1　試驗(yàn)材料物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)

一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)?shù)袒械乃μ荻却笥诩?xì)顆粒的臨界啟動(dòng)水力梯度時(shí)，細(xì)砂顆粒將沿著水力梯度最大的方向涌出。通過(guò)比較防滲墻上游和下游側(cè)的水平與垂直方向的水力梯度，分析確定防滲墻周?chē)苡科茐牡陌l(fā)展方向。圖4中i1、i2分別表示防滲墻下游側(cè)水平、垂直水力梯度，i3、i4分別表示防滲墻上游側(cè)水平、垂直水力梯度。其中i1、i2、i3、i4分別為測(cè)壓管和④、和、③和、⑨和之間的水力梯度。本文通過(guò)公式i=H/L求得管涌破壞時(shí)的水平表觀水力梯度，式中H為上游水位與管涌口之間水位差，L為滲徑。

2.1　試驗(yàn)一：無(wú)懸掛式防滲墻的雙層堤基

根據(jù)試驗(yàn)過(guò)程中各測(cè)壓管水位變化曲線(圖5)以及流量曲線(圖6)，試驗(yàn)過(guò)程按以下幾個(gè)階段進(jìn)行分析：

試驗(yàn)初始階段，各測(cè)壓管水位隨上游水位大致呈線性增長(zhǎng)關(guān)系(圖5)。各測(cè)壓管數(shù)值相差很小，管涌口水流清澈而穩(wěn)定，流量很小并隨著上游水位的增加而增加(圖6)。當(dāng)上游水位為32.1cm時(shí)，管涌口有砂涌出，滲流量增加，說(shuō)明滲

透破壞已經(jīng)發(fā)生；繼續(xù)提升上游水位，待上游水位增加至43.5cm時(shí)，涌砂量有所增加，流量較上一級(jí)水位增長(zhǎng)較快；待管涌口水流清澈后，繼續(xù)增加上游水位。當(dāng)上游水位提升到70.8cm，流量突然增加，測(cè)壓管水位突然下降，說(shuō)明滲透破壞發(fā)生后使試樣內(nèi)部水頭重新分布，同時(shí)管涌口變渾濁，有大量細(xì)顆粒涌出；當(dāng)上游水位抬升到86cm時(shí)，對(duì)應(yīng)的水力梯度為1.32，流量增加顯著，測(cè)壓管水位急劇下降，同時(shí)管涌口一次涌出大量細(xì)砂，觀察到測(cè)壓管水位和流量趨于穩(wěn)定，說(shuō)明管涌通道已經(jīng)貫通，結(jié)束試驗(yàn)。

靜置一段時(shí)間后，揭開(kāi)蓋板，觀察砂礫石層的破壞情況(圖7)，發(fā)現(xiàn)在砂礫石層表面形成管涌通道，通道深度為1.5cm左右，管涌通道寬度約占模型寬度的1/2，且通道范圍內(nèi)細(xì)顆粒大量流失。

2.2　試驗(yàn)二：含懸掛式防滲墻的雙層堤基

試驗(yàn)二過(guò)程中測(cè)壓管水位和防滲墻周?chē)μ荻茸兓€如圖8、圖9所示。試驗(yàn)初始階段，流量(圖6)、各測(cè)壓管水位以及防滲墻下游側(cè)水力梯度i1和i2隨上游水位的增加而增加，且基本保持線性增長(zhǎng)，但防滲墻上游側(cè)水力梯度i3和i4增加到一定值后近似趨于恒定。

當(dāng)上游水位提升至37.7cm時(shí)，管涌口處有細(xì)顆粒涌出，但涌砂量較少。繼續(xù)抬升上游水位進(jìn)行試驗(yàn)，在此過(guò)程中各測(cè)壓管水位值逐漸增加且各測(cè)壓管數(shù)值差距越來(lái)越大，懸掛式防滲墻附近測(cè)壓管數(shù)值基本保持逐漸增加的趨勢(shì)。當(dāng)上游水位提升到73.2cm，管涌口有大量藍(lán)色彩砂涌出，當(dāng)上游水位增加至82.8cm時(shí)，有極少量紅色彩砂涌出。

當(dāng)上游水位為153.5cm時(shí)，觀察到各測(cè)壓管水位明顯下降，水量很大來(lái)不及記錄數(shù)據(jù)，說(shuō)明管涌通道已經(jīng)貫通，結(jié)束試驗(yàn)。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中并未有綠色彩砂涌出，說(shuō)明管涌通道并未繞懸掛式防滲墻發(fā)展。管涌通道貫通時(shí)水力梯度為1.99，約為雙層堤基無(wú)防滲墻時(shí)的1.51倍。

試驗(yàn)結(jié)束后，揭開(kāi)有機(jī)玻璃蓋板，觀察到在懸掛式防滲墻下游側(cè)滲漏通道位于砂礫石層上部(圖10)，通道深度約為2.5cm左右，而防滲墻上游側(cè)砂礫石層表面未見(jiàn)管涌通道；通過(guò)開(kāi)挖發(fā)現(xiàn)，在防滲墻上游，管涌通道則位于砂礫石層內(nèi)部，通道深度范圍在砂礫石層下部5～7cm之間，即厚度大約為2cm。

2.3　試驗(yàn)三：含懸掛式防滲墻的三層堤基

試驗(yàn)三為砂礫石層上部覆蓋一層1cm厚細(xì)砂層的三層堤基。試驗(yàn)現(xiàn)象與試驗(yàn)一、二均不相同，且該試驗(yàn)管涌破壞速度較快。圖6、圖11和圖12分別為試驗(yàn)過(guò)程中流量、測(cè)壓管水位以及防滲墻周?chē)μ荻茸兓€。試驗(yàn)初始階段，水流速度較小，管涌口清澈。當(dāng)上游水位升至22.7cm時(shí)，滲流一段時(shí)間后，管涌口附近測(cè)壓管水位下降，流量增大，同時(shí)，管涌口變渾濁，出現(xiàn)第一次涌砂，涌砂較多。

當(dāng)水位抬升至28.1cm時(shí)，流量突然增大，測(cè)壓管水位突然下降，防滲墻下游側(cè)水平、垂直水力梯度增幅較大，說(shuō)明試樣內(nèi)部水頭進(jìn)行了重新分布。同時(shí)管涌口持續(xù)出砂，涌砂量較大，隨后觀察到沿程各測(cè)壓管水位均有不同程度的下降，且防滲墻周?chē)臏y(cè)壓管水位值降低幅度最大；當(dāng)水位增加至33.5cm時(shí)，管涌口先后有藍(lán)色彩砂和紅色彩砂涌出，說(shuō)明此時(shí)滲透破壞以及發(fā)展到懸掛式防滲墻上游側(cè)。當(dāng)上游水位達(dá)到37.5cm，管涌口處有藍(lán)色、紅色、綠色彩砂涌出，且以綠色彩砂居多，表明滲透破壞發(fā)展到防滲墻上游側(cè)砂層頂面，隨后防滲墻上游側(cè)水平、垂直水力梯度逐漸增大，而下游側(cè)水平、垂直水力梯度逐漸減??；直到上游水位提升到87.5cm時(shí)，流量增加明顯，一次大量涌砂，測(cè)壓管水位下降幅度較大，且靠近進(jìn)水室的測(cè)壓管降幅最大，說(shuō)明此時(shí)管涌通道貫通，待流量和測(cè)壓管水位基本穩(wěn)定，結(jié)束試驗(yàn)，管涌通道貫通破壞時(shí)的水力梯度為1.14，約為三層堤基無(wú)防滲墻時(shí)的2.38倍。

試驗(yàn)結(jié)束后，觀察黏土層下部砂礫石層的破壞情況(圖13)，發(fā)現(xiàn)砂礫石層上部的細(xì)砂已經(jīng)大量流失并形成強(qiáng)滲漏通道，懸掛式防滲墻上游砂礫石層表面的綠色彩砂和細(xì)砂也已經(jīng)部分流失。

3試驗(yàn)結(jié)果分析

從上述試驗(yàn)現(xiàn)象可以看出，堤基有無(wú)懸掛式防滲墻以及堤基結(jié)構(gòu)形式的不同，三組試驗(yàn)發(fā)生管涌的臨界水位分別是32.1、37.7、22.7cm，管涌通道貫通破壞的水位分別為86、153、87.5cm，這說(shuō)明懸掛式防滲墻和土層結(jié)構(gòu)是影響管涌發(fā)展的重要因素。

3.1　懸掛式防滲墻作用機(jī)理分析

試驗(yàn)一為雙層堤基，管涌破壞主要發(fā)生于砂礫石層頂面，管涌發(fā)展的速度快，破壞程度大，屬于淺層管涌破壞。這種管涌破壞使得砂礫石層表面土體流失嚴(yán)重，極易造成上部堤基產(chǎn)生較大滲透變形，危害堤基的穩(wěn)定。

試驗(yàn)二為含懸掛式防滲墻的雙層堤基，試樣的管涌破壞過(guò)程與試驗(yàn)一不同。試驗(yàn)初期，隨著上游水位的增加，管涌口附近達(dá)到臨界啟動(dòng)水力梯度的細(xì)顆粒被滲透水流帶出，發(fā)生涌砂，說(shuō)明滲透破壞已經(jīng)發(fā)生。隨著管涌口附近砂層頂面的細(xì)顆粒逐漸流失，管涌口附近黏土層與砂礫石層交界面處并指向堤外的水平水力梯度逐漸增大，滲透破壞將沿黏土層與砂礫石層接觸的界面上水平向上游發(fā)展，屬于淺層管涌破壞。當(dāng)破壞發(fā)展到懸掛式防滲墻處時(shí)，由于防滲墻垂直截?cái)嗔斯苡堪l(fā)展的通道，在滲透水流的作用下，滲透破壞垂直沿防滲墻表面向砂層內(nèi)部發(fā)展。當(dāng)破壞發(fā)展到防滲墻底部時(shí)，位于防滲墻底部的細(xì)顆粒被水流帶出孔口，由于防滲墻改變了其周?chē)皩觾?nèi)水頭的分布，并且隨著通道前端細(xì)顆粒的不斷流失，進(jìn)水室到防滲墻底部水平方向上的滲徑逐漸減小，導(dǎo)致防滲墻周?chē)剿μ荻仍龃?，因此，在防滲墻上游側(cè)水平方向?qū)⑹菨B透破壞的優(yōu)先發(fā)展方向，這就是在防滲墻下游側(cè)垂直方向上的水力梯度i2大于水平方向上的水力梯度i1，而在上游側(cè)水平方向上的水力梯度i3明顯大于垂直水力梯度i4的原因(圖9)。隨著上游水位的增加，管涌通道將在砂層內(nèi)部沿近水平方向向上游發(fā)展直至貫通，因此試驗(yàn)結(jié)束后可以觀察到在防滲墻上游側(cè)管涌通道位于砂層內(nèi)部。綜合來(lái)看，在防滲墻下游側(cè)的破壞主要是淺層管涌破壞，而當(dāng)通道發(fā)展到防滲墻上游側(cè)，這時(shí)的破壞則為在砂層內(nèi)部的深層管涌破壞，這種深層管涌破壞導(dǎo)致砂礫石層中的細(xì)顆粒在粗顆?？紫吨械牧魇?，但土層結(jié)構(gòu)依然穩(wěn)定，保證了上部堤基的穩(wěn)定，這說(shuō)明懸掛式防滲墻能夠降低滲透變形對(duì)堤基的危害，保證上部堤基的穩(wěn)定。

試驗(yàn)三為三層堤基結(jié)構(gòu)，管涌破壞過(guò)程不同于王霜等所做的無(wú)防滲墻的三層堤基情況。試驗(yàn)初始階段，由于細(xì)砂層滲透系數(shù)小，在細(xì)砂層的阻擋下，滲透水流集中在下部砂礫石層中，因此滲透破壞前的流量較小，測(cè)壓管數(shù)值相差不大(圖11)。當(dāng)上游水位達(dá)到22.7cm時(shí)，當(dāng)管涌口周?chē)?xì)砂層承受的滲流力超過(guò)了細(xì)砂顆粒的臨界起動(dòng)水力梯度時(shí)，細(xì)砂層被沖破，涌出大量細(xì)砂，發(fā)生垂直滲透破壞。隨著細(xì)砂顆粒逐漸流失，原本由砂礫石層承擔(dān)的滲流力轉(zhuǎn)由細(xì)砂層和砂礫石層共同承擔(dān)，又由于細(xì)砂顆粒的臨界水力梯度較小，砂礫層頂部的細(xì)砂逐漸流出管涌口，位于砂礫層與細(xì)砂層交界面上的細(xì)砂逐漸流失，發(fā)生深層管涌破壞，這就是管涌破壞后大量涌砂的原因。隨著上游水位的提升，當(dāng)滲透破壞發(fā)展到防滲墻處時(shí)，在防滲墻有效阻擋下，滲透破壞繞防滲墻發(fā)展，由于防滲墻截?cái)嗔藵B流路徑，改變了防滲墻周?chē)乃^分布，并且細(xì)砂顆粒很細(xì)無(wú)黏性，很容易被侵蝕，在砂層內(nèi)部水壓力和細(xì)顆粒自重作用下，砂礫石層上部的細(xì)砂顆粒隨滲透水流垂直繞過(guò)防滲墻流出，當(dāng)防滲墻上游側(cè)砂礫石層上部細(xì)砂顆粒逐漸流失后，在細(xì)砂層下部與砂礫石層交界面處形成管涌通道，隨后將在此交界面發(fā)生水平滲透破壞向上游發(fā)展，這就是防滲墻下游側(cè)的垂直水力梯度i2高于水平水力梯度i1，同時(shí)防滲墻上游側(cè)的垂直水力梯度i4高于水平水力梯度i3的原因(圖12)。試驗(yàn)三在細(xì)砂層下部與砂礫石層接觸的界面上發(fā)生深層管涌破壞，隨后在深層管涌和淺層管涌共同作用下垂直繞懸掛式防滲墻向上游發(fā)展，但防滲墻上游側(cè)破壞范圍明顯小于下游側(cè)(圖13)。這說(shuō)明懸掛式防滲墻能在一定程度上降低管涌破壞范圍，控制堤基的滲透變形。

3.2　流量分析

試驗(yàn)過(guò)程中，每次提升上游水位后，通過(guò)測(cè)定各組試驗(yàn)的流量，作出各組試驗(yàn)流量變化曲線(圖6)。從圖中可見(jiàn)，未發(fā)生管涌破壞前，流量較小，且與上游水位基本保持線性增長(zhǎng)關(guān)系。試驗(yàn)發(fā)生滲透破壞后，由于管涌后砂層內(nèi)細(xì)顆粒流失，滲透系數(shù)增大，因此也導(dǎo)致了流量增速較快，流量曲線以較快的速度線性增長(zhǎng)。試驗(yàn)二在懸掛式防滲墻對(duì)水流的作用下，改變了砂層內(nèi)部的滲流場(chǎng)的分布，消散了砂礫石層內(nèi)部的水頭，使得試驗(yàn)初期的沿砂礫石層表面的淺層管涌破壞逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樵谏皩觾?nèi)部的深層管涌破壞，滲透破壞速度較慢，流速增加緩慢，因此試驗(yàn)二的流量曲線繼續(xù)沿近似直線變化。而試驗(yàn)三雖然試驗(yàn)初期的滲流量很小，但是一旦發(fā)生滲透破壞后，管涌口周?chē)募?xì)砂在深層管涌破壞下基本流失，隨著破壞向上游發(fā)展，在深層管涌和淺層管涌的共同作用下，形成強(qiáng)滲漏通道，流量曲線開(kāi)始向上偏轉(zhuǎn)，曲線斜率增加明顯，隨后在懸掛式防滲墻的作用下，改變了滲透破壞的路徑，管涌通道發(fā)展速度減慢，流量增速也變緩，曲線斜率有所減小。因此，從對(duì)流量分析的角度來(lái)看，懸掛式防滲墻對(duì)管涌破壞前流量的影響很小，但是對(duì)于發(fā)生滲透破壞后能顯著減小流量增加的速度，減緩管涌破壞的速度，在一定程度上控制堤基滲透變形的發(fā)展。

3.3　涌砂量分析

各組試驗(yàn)的瞬時(shí)涌砂量與上游水位變化曲線如圖14所示。試驗(yàn)一和試驗(yàn)二均為雙層堤基，試驗(yàn)一在試驗(yàn)過(guò)程中瞬時(shí)涌砂量基本保持逐漸增加的趨勢(shì)，管涌通道貫通時(shí)的涌砂量最大，管涌破壞范圍較大。試驗(yàn)二在懸掛式防滲墻的有效阻擋下，管涌破壞速度較慢，試驗(yàn)初期管涌口出砂量逐漸增加，試驗(yàn)后期涌砂量隨著上游水位的增加上下波動(dòng)，說(shuō)明當(dāng)滲透破壞發(fā)展到懸掛式防滲墻處時(shí)，隨滲透水流帶出的細(xì)顆粒在懸掛式防滲墻處時(shí)而堵塞，時(shí)而疏通，涌砂量比試驗(yàn)一要小，說(shuō)明試驗(yàn)二的管涌破壞過(guò)程比較緩慢，表明懸掛式防滲墻能夠有效控制管涌出砂，降低管涌破壞的程度和范圍。相比于試驗(yàn)一、二，試驗(yàn)三在較小的上游水頭下就開(kāi)始出砂，且出砂量明顯高于試驗(yàn)一、二，這主要是深層管涌破壞引起的，隨后在懸掛式防滲墻的作用下，涌砂量有所減少，試驗(yàn)后期涌砂量呈明顯的上下波動(dòng)趨勢(shì)，與三層堤基無(wú)防滲墻的情況相比，涌砂量較小，說(shuō)明管涌破壞的速度比較慢，且懸掛式防滲墻上游側(cè)的管涌破壞范圍明顯小于下游側(cè)(圖13)，表明防滲墻能夠有效較低管涌破壞的范圍。因此，結(jié)合各組試驗(yàn)黏土層

下部砂層和砂層內(nèi)部破壞情況進(jìn)行分析對(duì)比，懸掛式防滲墻對(duì)管涌發(fā)生條件的影響很小，但是管涌發(fā)生后，它能夠減緩管涌發(fā)展的速度，降低管涌出砂量和管涌破壞范圍，有效控制因發(fā)生管涌破壞導(dǎo)致堤基產(chǎn)生明顯的滲透變形，降低管涌對(duì)堤身的危害。

4結(jié)論

1)懸掛式防滲墻對(duì)于管涌通道貫通時(shí)的水力梯度有很大影響。含懸掛式防滲墻的雙層堤基管涌通道貫通時(shí)的水力梯度約為無(wú)防滲墻時(shí)的1.51倍；而對(duì)于含懸掛式防滲墻的三層堤基管涌通道貫通時(shí)的水力梯度約為三層堤基無(wú)防滲墻時(shí)的2.38倍。說(shuō)明懸掛式防滲墻能夠提高管涌通道貫通時(shí)的水力梯度。

2)含懸掛式防滲墻的雙層堤基和三層堤基的管涌破壞形式不同。土層結(jié)構(gòu)為雙層堤基時(shí)，在懸掛式防滲墻的作用下，防滲墻上游側(cè)的管涌破壞在砂礫層內(nèi)部進(jìn)行；土層結(jié)構(gòu)為三層堤基時(shí)，防滲墻上游側(cè)的管涌破壞在砂層頂面發(fā)展。

3)懸掛式防滲墻對(duì)管涌破壞的流量、出砂量和破壞范圍有一定影響。對(duì)于無(wú)懸掛式防滲墻的堤基，隨著管涌破壞的進(jìn)行，出砂量基本保持增長(zhǎng)的趨勢(shì)，管涌破壞范圍較大。而含有懸掛式防滲墻的堤基，防滲墻有效阻擋了滲透水流的傳遞，管涌破壞的出砂量呈上下波動(dòng)的趨勢(shì)，管涌出砂量和破壞范圍降低，流量有一定程度的減小。說(shuō)明懸掛式防滲墻能夠降低管涌破壞的出砂量和破壞范圍。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳建生，李興文，趙維柄.堤防管涌產(chǎn)生集中滲漏通道機(jī)理與探測(cè)方法研究.水利學(xué)報(bào)，2000，31(9)：48-54.

[2]毛昶熙，段祥寶，蔡金傍，等.堤基滲流管涌發(fā)展的理論分析.水利學(xué)報(bào)，2004，35(12)：46-50.

[3]丁留謙，姚秋玲，孫東亞，等.三層堤基管涌砂槽模型試驗(yàn)研究.水利水電技術(shù)，2007，38(2)：19-22.

[4]王霜，陳建生，黃德文，等.土層結(jié)構(gòu)對(duì)管涌發(fā)展影響的試驗(yàn)研究.巖土工程學(xué)報(bào)，2013，35(12)：2334-2341.

[5]陳建生，張華，王霜，等.多層堤基中土層結(jié)構(gòu)變化對(duì)管涌影響的試驗(yàn)研究.巖土工程學(xué)報(bào)，2014，36(12)：2213-2219.

[6]毛昶熙，段祥寶，蔡金傍，等.懸掛式防滲墻控制管涌發(fā)展的試驗(yàn)研究.水利學(xué)報(bào)，2005，36(1)：42-50.

[7]張家發(fā)，吳昌瑜，朱國(guó)勝.堤基滲透變形擴(kuò)展過(guò)程及懸掛式防滲墻控制作用的試驗(yàn)?zāi)M.水利學(xué)報(bào)，2002，33(9)：108-116.

[8]丁留謙，姚秋玲，孫東亞，等.雙層地基中懸掛式防滲墻滲控效果的試驗(yàn)研究.水利水電技術(shù)，2007，38(2)：23-26.

[9]王保田，陳西安.懸掛式防滲墻防滲效果的模擬試驗(yàn)研究.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2008，27(Z1)：2766-2771.

[10]周曉杰，丁留謙，姚秋玲，等.懸掛式防滲墻控制堤基滲透變形發(fā)展模型試驗(yàn).水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2007，26(2)：54-59.

(特約編輯李軍)

Experimentalresearchesonpipingdevelopmentcontrolbymeansof

suspendedcut-offwallindoubleandthreelayerembankment

ZHANGChao1,2,CHENJian-sheng1,2,ZHANGHua1,2,YUANKe-long1,2,ZHANGJia-fu1,2

(1.KeyLaboratoryofMinistryofEducationforGeomechanicsandEmbankmentEngineering,HohaiUniversity,Jiangsu

Nanjing210098,China;2.GeotechnicalResearchInstituteofHohaiUniversity,JiangsuNanjing210098,China)

Abstract：Basedonthelaboratorytest,thedestructionprocessofwithornosuspendedcut-offwallanddifferentsoilstructureof3kindsofembankmentpipingweresimulated,studiedthemechanismofsuspendedcut-offwallcontrolpipingdevelopmentandtheimpactofsuspendedcut-offwallonthedevelopmentprocessofpiping.Thetestresultsshowthat,setofthesuspendedcut-offwallindoublelayerandthreelayerembankment,thesuspendedcut-offwallcanchangethedistributionoftheosmoticpressureinsidethegravellayerandthedevelopmentpathofpipingfailure,improvethehydraulicgradientofpipingfailure,canreducetheflux,thesandcontentandtheextentofdamagewhenthepipingoccurred.However,thepipingfailureformsofdoubleandthreelayerembankmentwiththesuspendedcut-offwallaredifferent,indoublelayerembankment,ontheupstreamsideofthecut-offwallthepipingfailurewasdevelopedintheinternalsand,butinthreelayerembankment,ontheupstreamsideofthecut-offwallthepipingfailurewasdevelopedonthetopsurfaceofthesandlayer.

Keywords：piping;suspendedcut-offwall;embankment;erosionmass;hydraulicgradient

中圖分類(lèi)號(hào)：TV871

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-9469(2015)04-0052-06doi:10.3969/j.issn.1673-9469.2015.04.012

作者簡(jiǎn)介：張超(1989-)，男，安徽舒城人，碩士，主要從事滲流測(cè)試及滲流計(jì)算方面的研究。

基金項(xiàng)目：江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(CXZZ130243)

收稿日期：2015-06-03