劉 勝,王 媛,馮 迪

(1.河海大學(xué)水利水電學(xué)院,江蘇 南京 210098; 2.河海大學(xué)土木與交通學(xué)院,江蘇 南京 210098)

堤防工程是我國防洪體系的重要基礎(chǔ),在保護(hù)沿岸人民生命財(cái)產(chǎn)安全方面起到了重要作用。管涌作為一種主要的堤防滲透破壞形式,嚴(yán)重威脅堤防的安全運(yùn)行。狹義的管涌是指在滲流作用下土體中的細(xì)土粒在粗土粒形成的孔隙通道中發(fā)生移動(dòng)并被帶出的現(xiàn)象[1]。工程中常將堤防背水側(cè)地面被其下承壓水頂穿形成孔洞冒水涌沙的現(xiàn)象稱為管涌[2],為了說明方便,本文中的管涌指工程中堤防冒水涌沙的滲透破壞行為。

國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)堤防管涌開展了大量的研究[3]。例如:劉洪辰等[4]采用管涌砂槽模型試驗(yàn)研究了覆蓋層及其與砂層接觸面特性對(duì)堤基管涌發(fā)生發(fā)展的影響;倪小東等[5]基于透明土技術(shù)與顆粒流方法聯(lián)合開展了管涌細(xì)觀機(jī)理的研究;Akrami等[6]研究了粗砂屏障對(duì)管涌發(fā)生發(fā)展機(jī)理的影響。目前對(duì)堤防管涌的研究主要關(guān)注管涌發(fā)生發(fā)展的機(jī)理,對(duì)管涌發(fā)生前后堤防滲流場(chǎng)變化的研究較少。管涌發(fā)生后周圍土體的滲流場(chǎng)會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化[7-8],研究管涌發(fā)生后孔隙水壓力(簡(jiǎn)稱孔壓)的響應(yīng)特征,對(duì)于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)管涌機(jī)理和監(jiān)測(cè)識(shí)別管涌險(xiǎn)情具有重要意義。

管涌險(xiǎn)情的識(shí)別和預(yù)測(cè)對(duì)防汛搶險(xiǎn)至關(guān)重要。明攀等[9]研究了管涌發(fā)生過程中聲發(fā)射信號(hào)的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)在管涌發(fā)生時(shí)聲發(fā)射信號(hào)參數(shù)存在明顯的特征變化,可據(jù)此對(duì)管涌進(jìn)行預(yù)報(bào);Bersan等[10]研究了光纖分布式溫度傳感器在堤防管涌監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。一些學(xué)者研究了基于紅外熱成像技術(shù)的堤壩滲漏險(xiǎn)情探測(cè)方法[11],但這些方法大多處于研究階段。目前汛期堤防管涌險(xiǎn)情的巡查主要靠人海戰(zhàn)術(shù),不僅消耗大量人力,而且效率較低。研究基于孔壓響應(yīng)特征的管涌監(jiān)測(cè)方法,對(duì)于快速識(shí)別管涌險(xiǎn)情、提升搶險(xiǎn)效率具有重要意義。

為了減小室內(nèi)試驗(yàn)帶來的尺寸效應(yīng),本文采用數(shù)值模擬方法研究管涌發(fā)生后堤防的滲流場(chǎng)響應(yīng)特征,研究管涌發(fā)生后堤防不同深度和水平位置處的孔壓變化規(guī)律,分析管涌位置和管涌通道尺寸對(duì)管涌發(fā)生后堤防孔壓變化的影響,以期提出基于孔壓變化特征快速識(shí)別堤防管涌險(xiǎn)情的思路,得到可用于堤防管涌監(jiān)測(cè)的孔壓測(cè)量設(shè)備合理布設(shè)區(qū)域。文中將堤基內(nèi)形成豎向管涌通道后的堤防滲流場(chǎng)作為管涌發(fā)生后的滲流場(chǎng)。

1 模擬方法

對(duì)堤防發(fā)生管涌后的滲流場(chǎng)計(jì)算已有了大量的研究。張健等[12-13]將管涌通道看作完整井或非完整井,推導(dǎo)管涌發(fā)生后的堤防滲流場(chǎng)理論公式,這些理論公式使用方便,但適用性有限,無法考慮復(fù)雜的地質(zhì)條件和堤身結(jié)構(gòu)對(duì)滲流場(chǎng)的影響。王霜等[14-15]將管涌通道的滲透系數(shù)進(jìn)行放大,在整個(gè)計(jì)算區(qū)域采用達(dá)西滲流理論計(jì)算堤防的滲流場(chǎng),這種方法操作簡(jiǎn)單,但是管涌通道滲透系數(shù)的科學(xué)確定比較困難。王大宇等[16]在管涌通道區(qū)域采用管流理論,在其他區(qū)域采用達(dá)西滲流理論計(jì)算,管流和達(dá)西滲流區(qū)域公共邊界上水頭相等、流量大小相等且方向相反,這種計(jì)算方法更加精確,但是需要耦合計(jì)算,計(jì)算代價(jià)較大。

管涌發(fā)生后,由于與地表連通的豎直管涌通道內(nèi)水流流速較小,為兼顧計(jì)算效率和精度,本文不考慮管涌發(fā)生后豎直管涌通道內(nèi)的水頭損失,以地面為零位置水頭面,管涌通道邊界的總水頭為零,刪除管涌通道內(nèi)的介質(zhì),其余區(qū)域采用達(dá)西滲流理論計(jì)算堤防的滲流場(chǎng)。

1.1 方法驗(yàn)證

以王霜等[17-18]的管涌模型槽試驗(yàn)為參考進(jìn)行數(shù)值模擬,驗(yàn)證所提出模擬方法的合理性。數(shù)值模擬中模型參數(shù)的選取參考文獻(xiàn)[17-18],數(shù)值計(jì)算模型如圖1所示,模型長73cm,寬、高均為30cm。模型頂部為厚5cm的黏土層,滲透系數(shù)為5.0×10-6m/s,下部為砂土層,滲透系數(shù)為8.7×10-5m/s。模型左側(cè)為進(jìn)水室,以模型頂面為零位置水頭面,模型左側(cè)的總水頭為23.4cm。模型頂面預(yù)設(shè)一管涌通道,管涌通道直徑和深度均為5cm,管涌通道中心與模型右側(cè)邊界的距離為20cm。模型中設(shè)置7個(gè)測(cè)壓點(diǎn),測(cè)壓點(diǎn)與模型頂面和側(cè)邊間的距離均為10cm。模型左側(cè)設(shè)置為總水頭為23.4cm的邊界條件,管涌通道邊界設(shè)置為總水頭為0的邊界條件,其余邊界均為不透水邊界,進(jìn)行穩(wěn)態(tài)達(dá)西滲流計(jì)算。

不同測(cè)壓點(diǎn)處總水頭的試驗(yàn)值和數(shù)值解如表1所示。由表1可知,測(cè)壓點(diǎn)處總水頭的試驗(yàn)值和數(shù)值解基本一致,僅在4號(hào)測(cè)壓點(diǎn)處兩者有一定偏差,在該測(cè)壓點(diǎn)處總水頭的數(shù)值解比試驗(yàn)值低5.7%,仍在可接受的范圍內(nèi),因此本文中采用的數(shù)值模擬方法在管涌發(fā)生后的堤防滲流場(chǎng)的模擬上是可行的。

表1 測(cè)壓點(diǎn)處總水頭的試驗(yàn)值和數(shù)值解

1.2 模型設(shè)置

為減小尺寸效應(yīng)給滲流場(chǎng)計(jì)算帶來的影響,建立場(chǎng)地尺度的堤防數(shù)值模型,如圖2所示。選用典型的二元堤基堤防結(jié)構(gòu),具體尺寸參考GB5028—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》和文獻(xiàn)[19],堤頂寬6m,堤身高8m,堤身迎水坡和背水坡的坡度均為1∶3,堤基長320m、寬100m,背水坡堤基長度為4倍的堤身底部寬度。覆蓋層厚3m,滲透系數(shù)為3.0×10-6m/s,下臥層厚25m,滲透系數(shù)為3.0×10-4m/s。在堤腳附近管涌口位置設(shè)置豎向管涌通道,管涌通道位于模型寬度的中間位置。

圖2 堤防場(chǎng)地尺度數(shù)值模型(單位:m)

滲流場(chǎng)計(jì)算中邊界條件的設(shè)置如下:以堤基表面為零位置水頭面,將堤防迎水坡和迎水坡側(cè)堤基頂面設(shè)置為總水頭為7m的邊界條件,模擬設(shè)計(jì)洪水位的情況,將堤防背水坡側(cè)堤基頂面和管涌通道邊界設(shè)置為總水頭為0的邊界條件,將堤防背水坡設(shè)置為自由溢出邊界,其余邊界設(shè)置為不透水邊界。將管涌通道周邊位置網(wǎng)格進(jìn)行加密,計(jì)算管涌發(fā)生后堤防穩(wěn)定滲流場(chǎng)。上覆黏土層被承壓水頂穿后滲流場(chǎng)是一個(gè)非穩(wěn)定滲流的過程,最終趨于穩(wěn)定,本文采用穩(wěn)定滲流分析,模擬的是上覆黏土層被承壓水頂穿后滲流場(chǎng)穩(wěn)定的工況。

2 結(jié)果與分析

分別計(jì)算堤防發(fā)生管涌前后的滲流場(chǎng),分析堤防不同位置處孔壓的變化規(guī)律。為了解管涌通道周圍不同位置處孔壓的響應(yīng)規(guī)律,以堤防的截面A和截面B(圖3(a)(b))為代表(截面A為通過管涌通道中心的軸向截面,截面B為通過管涌通道中心的橫向截面),分析不同位置處的孔壓變化規(guī)律。截面A上設(shè)置測(cè)線Ⅰ和測(cè)線Ⅱ兩條水平測(cè)線(圖3(c))。截面B上設(shè)置4條測(cè)線(圖3(d)),測(cè)線Ⅲ和測(cè)線Ⅳ為豎向直線,測(cè)線Ⅴ和測(cè)線Ⅵ為水平直線。

圖3 堤防典型截面及測(cè)線示意圖

2.1 管涌發(fā)生后不同深度處孔壓變化規(guī)律

管涌通道直徑設(shè)置為1m,深度設(shè)置為3m,完全貫通覆蓋層,管涌通道邊緣與堤腳的距離設(shè)置為1m,計(jì)算該工況下堤防的滲流場(chǎng)。選用截面B上的兩條豎向直線為測(cè)線,測(cè)線Ⅲ通過管涌通道中心,測(cè)線Ⅳ位于管涌通道右側(cè),距管涌通道右邊緣1m。管涌發(fā)生后兩條測(cè)線上不同深度處孔壓變化情況如圖4所示。管涌發(fā)生后,堤防不同位置處的孔壓均出現(xiàn)一定程度的降低。在測(cè)線Ⅲ上,隨著測(cè)點(diǎn)深度的增加,孔壓降低值不斷減小,且減小幅度逐漸降低。越靠近管涌通道底部,孔壓降低值越大,管涌發(fā)生后管涌通道底部孔壓降低了2.199m,降低42.3%;孔壓降低率(指管涌發(fā)生后的孔壓相對(duì)于沒有發(fā)生管涌時(shí)孔壓降低的百分比)變化規(guī)律與孔壓降低值變化規(guī)律相似。

圖4 管涌發(fā)生后堤防不同深度處孔壓變化

在測(cè)線Ⅳ上,隨著測(cè)點(diǎn)深度的增大,孔壓降低值先增大后減小,管涌通道底部上側(cè)1m處(距離地表2m)孔壓降低值最大,為0.557m,降低16.1%。管涌通道底部對(duì)應(yīng)的深度處(距離地表3m)孔壓降低0.538m,降低10.4%。隨著測(cè)點(diǎn)深度的增大,孔壓降低率逐漸減小。相同深度處測(cè)線Ⅲ上測(cè)點(diǎn)的孔壓降低值大于測(cè)線Ⅳ,兩條測(cè)線上管涌通道底部以下4.9m范圍內(nèi)的孔壓降低值均大于0.2m。綜上所述,當(dāng)管涌通道貫通覆蓋層后,管涌通道底部及其上部1m范圍內(nèi)孔壓有較大幅度的降低,可作為監(jiān)測(cè)管涌發(fā)生的孔壓測(cè)量設(shè)備埋設(shè)深度范圍。

2.2 管涌發(fā)生后不同水平位置處孔壓變化規(guī)律

管涌通道直徑設(shè)置為1m,深度設(shè)置為3m,完全貫通覆蓋層,管涌通道邊緣與堤腳距離設(shè)置為1m,計(jì)算該工況下堤防的滲流場(chǎng)。選用截面B上兩條水平直線為測(cè)線,測(cè)線Ⅴ通過管涌通道底部,測(cè)線Ⅵ位于管涌通道底部以上1m處。管涌發(fā)生后兩條測(cè)線上不同位置處的孔壓變化如圖5所示,當(dāng)測(cè)點(diǎn)位于管涌通道左側(cè)時(shí),測(cè)點(diǎn)與管涌通道邊緣的距離設(shè)為負(fù)值。管涌發(fā)生后,越靠近管涌通道位置孔壓降低值越大,隨著測(cè)點(diǎn)與管涌通道距離的增大,孔壓降低值的減小逐漸變緩。管涌通道兩側(cè)與管涌通道距離相同位置處的孔壓變化基本一致。

圖5 管涌發(fā)生后堤防截面B上不同水平位置處孔壓變化

對(duì)管涌發(fā)生后截面B上兩條測(cè)線不同位置處孔壓變化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,管涌通道左側(cè)測(cè)點(diǎn)的孔壓降低值稍大于右側(cè)距離相同位置處,但孔壓降低率稍小于右側(cè)距離相同位置處。當(dāng)測(cè)線位于管涌通道底部時(shí)(測(cè)線Ⅴ),管涌通道邊緣處孔壓降低值為2.213m,降低率為42.5%;管涌通道邊緣兩側(cè)3m范圍內(nèi)孔壓降低值大于0.26m,降低率不小于5%;管涌通道邊緣兩側(cè)16m范圍內(nèi)孔壓降低值不小于0.1m。當(dāng)測(cè)線位于管涌通道底部以上1m時(shí)(測(cè)線Ⅵ),管涌通道邊緣處孔壓降低值為1.567m,降低率為43.9%;管涌通道邊緣兩側(cè)3m范圍內(nèi)孔壓降低值大于0.19m,降低率不小于5.8%;管涌通道邊緣兩側(cè)7m范圍內(nèi)孔壓降低值大于0.1m。

當(dāng)測(cè)點(diǎn)與管涌通道邊緣距離大于1m時(shí),與測(cè)線Ⅵ上測(cè)點(diǎn)相比,測(cè)線Ⅴ上測(cè)點(diǎn)的孔壓降低值更大,但降低率更小。對(duì)于測(cè)線Ⅴ和測(cè)線Ⅵ上的測(cè)點(diǎn),管涌通道兩側(cè)孔壓降低率不小于5%的范圍分別為3.0m和3.6m,測(cè)線Ⅵ上測(cè)點(diǎn)的范圍比測(cè)線Ⅴ大0.6m。

選用截面A上的兩條水平直線為測(cè)線,測(cè)線Ⅰ通過管涌通道底部,測(cè)線Ⅱ位于管涌通道底部以上1m處。管涌發(fā)生后兩條測(cè)線上不同位置處孔壓變化情況如圖6所示,當(dāng)測(cè)點(diǎn)位于管涌通道左側(cè)時(shí),測(cè)點(diǎn)與管涌通道邊緣的距離設(shè)為負(fù)值。管涌發(fā)生后,越靠近管涌通道位置孔壓降低值越大,隨著測(cè)點(diǎn)與管涌通道距離的增大,孔壓降低值的減小逐漸變緩;管涌通道兩側(cè)與管涌通道距離相同位置處的孔壓變化基本一致。

圖6 管涌發(fā)生后堤防截面A上不同水平位置處孔壓變化

對(duì)管涌發(fā)生后截面A上兩條測(cè)線不同位置處的孔壓變化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,當(dāng)測(cè)線位于管涌通道底部時(shí)(測(cè)線Ⅰ),管涌通道邊緣處孔壓降低值為2.199m,降低率為42.3%;距管涌通道邊緣3m位置處孔壓降低值為0.264m,管涌通道邊緣兩側(cè)3m范圍內(nèi)孔壓降低率大于5%;管涌通道邊緣兩側(cè)19m范圍內(nèi)孔壓降低值不小于0.1m。當(dāng)測(cè)線位于管涌通道底部以上1m時(shí)(測(cè)線Ⅱ),管涌通道邊緣處孔壓降低值為1.524m,降低率為43.2%;距管涌通道邊緣3m位置處孔壓降低值為0.201m,管涌通道邊緣兩側(cè)3.5m范圍內(nèi)孔壓降低率大于5%;管涌通道邊緣兩側(cè)8m范圍內(nèi)孔壓降低值大于0.1m。

當(dāng)測(cè)點(diǎn)與管涌通道邊緣距離大于1m時(shí),與測(cè)線Ⅱ上測(cè)點(diǎn)相比,測(cè)線Ⅰ上測(cè)點(diǎn)的孔壓降低值更大,但降低率更小。對(duì)于測(cè)線Ⅰ和測(cè)線Ⅱ上的測(cè)點(diǎn),管涌通道兩側(cè)孔壓降低率不小于5%的范圍分別為3.1、3.5m,測(cè)線Ⅱ上測(cè)點(diǎn)的范圍比測(cè)線Ⅰ大0.4m。以孔壓降低率閾值作為判別管涌發(fā)生的指標(biāo)時(shí),將孔壓監(jiān)測(cè)設(shè)備置于測(cè)線Ⅱ上監(jiān)測(cè)范圍更大,以孔壓降低值閾值作為判別管涌發(fā)生的指標(biāo)時(shí),將孔壓監(jiān)測(cè)設(shè)備置于測(cè)線Ⅰ上監(jiān)測(cè)范圍更大。

2.3 管涌位置的影響

改變管涌通道與堤腳的距離計(jì)算堤防滲流場(chǎng),分析管涌通道位置對(duì)管涌發(fā)生后堤防不同位置孔壓變化的影響。管涌通道直徑設(shè)為1m,深度設(shè)為3m,管涌通道完全貫通覆蓋層。定義管涌通道邊緣與堤腳的距離為d,d分別取為1、5、10、20、50m。選用堤防截面A測(cè)線Ⅰ上測(cè)點(diǎn)作為代表分析管涌發(fā)生后孔壓的變化規(guī)律,管涌通道距堤腳不同距離時(shí)測(cè)線Ⅰ上測(cè)點(diǎn)孔壓降低值如圖7(a)所示。管涌通道與堤腳距離不同時(shí),測(cè)線上孔壓變化規(guī)律相似,越靠近管涌通道,孔壓降低值越大。當(dāng)d分別為1、5、10、20、50m時(shí),測(cè)線Ⅰ上距管涌通道邊緣3m處孔壓降低值分別為0.264、0.249、0.233、0.204、0.144m;管涌通道距堤腳越遠(yuǎn),與管涌通道距離相同位置處孔壓降低值越小。

圖7 管涌通道與堤腳距離不同時(shí)管涌發(fā)生后測(cè)線Ⅰ上測(cè)點(diǎn)孔壓變化

管涌通道與堤腳距離不同時(shí),管涌發(fā)生后堤防截面A測(cè)線Ⅰ上測(cè)點(diǎn)孔壓降低率見圖7(b)。管涌通道兩側(cè)距離相同位置處孔壓變化基本一致,越靠近管涌通道,孔壓降低率越大。隨著管涌通道與堤腳距離的增大,與管涌通道距離相同位置處孔壓降低率逐漸減小,當(dāng)d從1m增大到50m時(shí),與管涌通道邊緣相距3m位置處的孔壓降低率從5.1%降低到3.4%。當(dāng)d分別為1、5、10、20、50m時(shí),管涌通道兩側(cè)孔壓降低率不小于5%的范圍分別為3.1、2.9、2.7、2.4、1.7m(截面A測(cè)線Ⅰ上測(cè)點(diǎn))。管涌通道與堤腳的距離越大,發(fā)生管涌后管涌周邊位置孔壓降低值和降低率越小,使用孔壓監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)管涌發(fā)生的監(jiān)測(cè)范圍就越小。

2.4 管涌尺寸的影響

改變管涌通道直徑計(jì)算堤防滲流場(chǎng),分析管涌通道尺寸對(duì)管涌發(fā)生后堤防不同位置孔壓變化的影響。數(shù)值模擬中管涌通道邊緣與堤腳的距離設(shè)為1m、深度設(shè)為3m,管涌通道完全貫通覆蓋層。管涌通道直徑分別取0.5、1、2m。選用堤防截面A測(cè)線Ⅰ上測(cè)點(diǎn)作為代表分析管涌發(fā)生后孔壓的變化規(guī)律,不同管涌通道直徑條件下管涌發(fā)生后測(cè)線Ⅰ上測(cè)點(diǎn)孔壓降低值如圖8(a)所示。管涌通道直徑不同時(shí),測(cè)線上孔壓變化規(guī)律相似,越靠近管涌通道,孔壓降低值越大。當(dāng)管涌通道直徑分別為0.5、1、2m時(shí),測(cè)線Ⅰ上距管涌通道邊緣3m處孔壓降低值分別為0.136、0.264、0.510m,管涌通道直徑越大,與管涌通道距離相同位置處孔壓降低值越大。當(dāng)管涌通道直徑分別為0.5、1、2m時(shí),測(cè)線Ⅰ上管涌通道兩側(cè)孔壓降低值大于0.2m對(duì)應(yīng)的范圍分別為1.6、4.6、16.8m。

不同管涌通道直徑條件下,管涌發(fā)生后測(cè)線Ⅰ上測(cè)點(diǎn)孔壓降低率見圖8(b)。越靠近管涌通道,孔壓降低率越大。隨著管涌通道直徑的增大,與管涌通道距離相同位置處孔壓降低率顯著增加,當(dāng)管涌通道直徑從0.5m增大到2m時(shí),與管涌通道邊緣相距3m位置處的孔壓降低率從2.6%增加到9.8%。當(dāng)管涌通道直徑分別為0.5、1、2m時(shí),管涌通道兩側(cè)孔壓降低率不小于5%的范圍分別為1.1、3.1、9.2m(截面A測(cè)線Ⅰ上測(cè)點(diǎn))。管涌通道直徑越大,發(fā)生管涌后管涌通道周邊位置孔壓降低值和降低率越大,使用孔壓監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)管涌發(fā)生的監(jiān)測(cè)范圍就越大。

3 討 論

目前我國汛期堤防管涌險(xiǎn)情的巡查主要靠人海戰(zhàn)術(shù),管涌險(xiǎn)情搶險(xiǎn)效率低,如何根據(jù)管涌險(xiǎn)情關(guān)鍵參數(shù)的響應(yīng)特征對(duì)其進(jìn)行快速識(shí)別,提升防汛搶險(xiǎn)效率,是工程中亟須解決的難題。當(dāng)?shù)谭劳馑徊蛔儠r(shí),管涌發(fā)生后,堤防不同位置處的孔壓會(huì)發(fā)生一定程度的降低。因?yàn)楣苡侩U(xiǎn)情的出現(xiàn)一般具有突發(fā)性,若埋設(shè)在堤防周邊的滲壓計(jì)讀數(shù)突然降低,可能是由于附近區(qū)域發(fā)生了管涌,可利用堤防孔壓的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)快速識(shí)別管涌險(xiǎn)情的發(fā)生。

由前文分析可知,當(dāng)管涌發(fā)生后,管涌通道底部及其上部1m范圍內(nèi)的孔壓有較大幅度的降低,可將覆蓋層底部及以上1m范圍作為監(jiān)測(cè)管涌發(fā)生的孔壓測(cè)量設(shè)備埋設(shè)深度范圍。管涌發(fā)生后,與管涌通道底部以上1m深度處相比,管涌通道底部所在深度的孔壓降低值更大,但孔壓降低率更小。以孔壓降低率的閾值作為判別管涌發(fā)生的指標(biāo)時(shí),將孔壓測(cè)量設(shè)備置于管涌通道底部以上1m深度時(shí),監(jiān)測(cè)效果更好;以孔壓降低值的閾值作為判別管涌發(fā)生的指標(biāo)時(shí),將孔壓測(cè)量設(shè)備置于管涌通道底部深度時(shí)監(jiān)測(cè)效果更好。

管涌發(fā)生后,同一水平面上與管涌通道距離相同的位置處孔壓降低值近似相等,管涌通道與堤腳的距離越大,發(fā)生管涌后管涌周邊位置孔壓降低值和降低率越小。可根據(jù)此規(guī)律對(duì)管涌的發(fā)生進(jìn)行監(jiān)測(cè)。例如:在本文數(shù)值模擬設(shè)置的條件下,當(dāng)管涌通道邊緣與堤腳距離為5m,且管涌通道的直徑為1m時(shí),在管涌通道底部所在的平面內(nèi),管涌發(fā)生后以管涌通道中心為圓心,四周2.9m范圍的孔壓降低率均不小于5%;以孔壓降低率大于等于5%為管涌發(fā)生的閾值,將滲壓計(jì)埋設(shè)在覆蓋層下側(cè),若距堤腳2.1m處滲壓計(jì)孔壓降低率均大于5%,說明滲壓計(jì)方圓2.9m范圍內(nèi)有直徑1m以上的管涌發(fā)生。

4 結(jié) 論

a.管涌發(fā)生后,堤防不同位置處的孔壓均出現(xiàn)一定程度的降低。管涌通道底部及其上部1m深度范圍內(nèi)孔壓降低幅度較大,可作為監(jiān)測(cè)管涌發(fā)生的孔壓測(cè)量設(shè)備埋設(shè)深度范圍。

b.管涌發(fā)生后,同一水平面上與管涌通道距離相同的位置孔壓變化基本一致,越靠近管涌通道位置孔壓降低值越大,隨著測(cè)點(diǎn)與管涌通道距離的增大,孔壓降低值的減小逐漸變緩。

c.管涌通道與堤腳的距離越大,發(fā)生管涌后管涌周邊位置孔壓降低值和降低率越小。管涌通道尺寸對(duì)管涌后堤防滲流場(chǎng)影響較大,隨著管涌通道直徑增大,發(fā)生管涌后管涌通道周邊位置孔壓降低值和降低率顯著增大。