范文一：堤坝管涌的成因、危害及抢险.doc

堤坝管涌的成因、危害及抢险

1 管涌的成因及危害

管涌是在渗透水流作用下，无粘性土或粘性很小的土体中的细颗粒通过粗大颗粒间的孔隙发生移动或被逐渐冲走的现象。一般发生在背水坡脚附近地面或较远的潭坑、池塘或洼地，多呈孔状冒水冒沙。

1.1 管涌产生的原因

(1)管涌险情产生的条件:一是地基为强透水的沙层;二是汛期高水位持续压力渗透;三是透水地基表层虽有粘性土覆盖但局部有薄弱部位。

(2)堤坝背水侧产生管涌的主要原因:防御水位提高，渗水压力增大，堤坝背水侧地面粘土层厚度不够;历史上溃口段内粘土层遭受破坏，修复后，堤防背水侧留有渊潭，渊潭中粘土层较薄;历年在堤坝背水侧取土加培堤防，将粘土层挖薄;建闸后渠道挖方及水流冲刷将粘土层减薄;在堤背水侧钻孔或勘探爆破孔封闭不实和一些民用井的结构不当，形成渗流通道;由于其他原因将堤坝背水侧表土层挖薄。

1.2 管涌的危害

一旦出现管涌现象就会对堤坝造成非常不好的影响。具体如下:第一，管涌带走的细沙一旦堵塞下游的排水，就会使整个堤坝的渗漏情况更加糟糕。第二，由于堤坝是由土构成的，一旦这些细沙土被冲走，就会使整个堤坝的结构遭到破坏，甚至出现塌陷的危险。

2 管涌险情的判别及抢险原则

2.1 管涌险情的判别

由于管涌险情的特殊性，现在还是凭借经验以及实际情况进行判断。我们可以通过以下情况进行判断。第一，出现管涌的位置距离堤坝越近，那么就说明这次出现的管涌险情就越严重，特别是在距离堤坝十五倍水位的范围内是最危险的，超出这个范围危险系数就相应减少。第二，管涌险情如果出现在坑塘之中，那么水面上

会翻出含泥的水花，具体的深度可以潜水勘察，并查看管涌口是否已经形成了沙环。第三，一般发生在农田当中的管涌，都会形成管涌群，会表现出类似煮粥翻滚的情况，如果涌出来的是清水，那么情况还算比较稳定，可以暂时不进行处理，但是要时刻进行观察，并准备好相关的抢险物资。第四，有的管涌点距离堤坝的位置比较远，但是范围却越来越大，带出的泥沙也越来越多，那么这就是比较严重的险情，应该及时进行抢险。第五，如果背水坡出现了裂痕或者鼓包，那就应该引起重视，这可能是出现管涌的前兆。

2.2 管涌抢险的原则

在进行管涌抢险的时候应该遵循一定的原则，不能随便地进行抢修，这不但不会缓解情况，可能还会加剧险情。工作人员应该遵循反滤导渗，蓄水反压的原则，具体的就是减少涌水带沙量，并留出可以渗水的出口。当前最为有效的应急抢险措施就是通过改变几何条件，在渗水出口铺设反滤层。

3 堤坝管涌抢险措施

3.1 管涌检查

为了更好地预防管涌情况的发生，工作人员应该不定期对堤坝进行检查，可以采用一些有效的方法进行检测，例如，用脚渗入堤坝附近的水中，如果感觉到水温比平时要凉，那么就应该引起注意了。

查看堤坝附近是否有漩涡现象。判断是哪种管涌，应该用舌头舔水，如果含有沙子那就是浑涌,反之就是清涌.

3.2 管涌抢险

3.2.1 反滤围井这种抢险形式一般都是在背水坡出现一个管涌或者是比较集中的多个管用群。必须保证围井和地面的接触紧密，如果不够紧密就会出现渗漏进而造成水位无法升高。当围井的高度超过一点五米的适合，就可以建造内外围井，这样能够避免漏水现象的发生，但是一定要使用透水性材料。

(1)管涌抢险形式有很多，当前最为常用的一种形式就是砂石反滤围井，这种方式凭借自身的优势在应急抢险中取得了很好的

效果。下面讲解一下具体的使用方法。第一，先清理建造围井范围内的杂物，挖除零点一到零点二米的软泥，在使用土袋垒成围井的形状，内部使用反滤料。第二，针对零点一米的小管涌，可以使用比较细的反滤材料，厚度大约为零点二到零点三米，针对那些口径比较大的管涌，应该先使用块石垒在出口处，减小管涌的形势，再使用反滤材料，然后实时观察，如果出现不好的情况可以累计使用反滤材料。第三，当管涌情况得到缓解之后，应该在合适的高度插一个排水管，降低围井内的水位，避免出现二次管涌。对于孔比较小的管涌，可以在出水口位置放一个汽油桶，在桶中加入反滤材料。对于经常发生管涌的位置，应该备好反滤材料。

(2)先清理好管涌周围区域，特别是保证不出现尖锐物，才能够使用土工织物。在使用之前应该现在该区域撒上零点三到零点五米厚度的粗砂，然后再铺上，这样能够控制好涌水的压力，在土工织物上还应该使用一些透水性强的材料，例如块石，然后再进行压盖，做好围井的反渗工作。

也就是说土工织物的设置直接关系到整个管涌抢险工作能否顺利完成。所以说一定要重视对土工织物的选择和使用，保证所使用的土工织物的孔径和涌水中的泥沙直径相符合。

3.2.2 反滤层压盖出现大面积管涌或管涌群时，可采用透水性好的材料作为反滤层压盖。采用砂石反滤压盖时，应先清理铺设范围内的杂物和软泥，同时对其中涌水涌沙较严重的出口用块石或砖块抛填以消杀水势，然后在已清理好的管涌范围内，铺一层厚约 0.2m 的粗砂，再铺厚度各 0.2m 左右的小石和大石，最后压盖块石保护。采用梢料反滤压盖时，梢料末端应露出平台脚外，以利渗水排出;同时，梢料的厚度以能够制止涌水携带泥沙、变浑水为清水、稳定险情为原则。采用土工织物反滤压盖时，应先对地基进行清理，把一切带有尖、棱的石块和杂物清除干净，并加以平整。然后满铺一层土工织物，其上铺砂石透水料，最后压盖块石或沙袋。

3.2.3 蓄水反压当遇到:(1)涵闸或泵站的内渠道(坑塘、低洼地)发生的管涌险情;(2) 距堤脚很近的管涌，防止一处控制后又在附近出现新的管涌;(3)大面积的管涌群;(4)已经出现明显的面积较大的流土险情。

须采用蓄水反压方法处理。采用围井反压时，由于井内水位高、压力大，围井要有一定的强度，不得在围井附近取土。同时，

应加强巡视，避免围井周围出现新的管涌。

4 管涌抢险中应注意的事项

造成堤坝损坏的因素有很多，管涌就是其中最为常见的一种。

通过大量的抢险实践证明，有效的应急抢险措施如下，第一，在针对堤坝背面区域的抢险时应该使用一些不透水材料;第二，对于背水坡的压渗平台不能使用粘性的材料，一旦使用就可能造成一些内部的渗水没办法排出去，使险情更加严重;第三，在对围井进行反压时，除了要保证井壁围堰有足够的高度，同时还应该避免在围井周围取土;第四，所使用的反渗透材料，其颗粒应该达到一定的标准，而且不能不同材料一起使用。

5 结束语

综上所述，堤坝的管涌问题会造成很大损失。文章对管涌问题及其应急抢险措施进行了分析。为从根本上避免管涌问题的产生，就应该保证堤坝的质量，作为工作人员也应该对堤坝的修建和维护加以重视。希望能够在未来我国的水利事业能够得到更大的进步。

范文二：管涌对水库大坝的危害及处理

管涌对水库大坝的危害及处理

摘要:随着21世纪的到来，我国水利工

作开展速度迅猛，水库大坝工作建设如火如荼的开展，为人们的生活

和工业经济的发展等提供了巨大的支持。水库大坝是保障人民生命安

全，经济稳健发展等重要的屏障，保障水库大坝的安全已经引起了众

多人的关注。管涌是造成水库大坝垮坝的一个重要的危害，如何预防

水库大坝发生管涌，发生管涌后如何处理等已经成为水利工作者的重

点。本文详细的介绍了水库大坝发生的原因和危害，并且探讨了处理

管涌对水库大坝的危害等，为管涌的预防和治理工作贡献力量。 关

键词:水库大坝，管涌，水利工作

中图分类号: TV697.3 文献标识码:A 文章编号:

Abstract: with the coming of the 21 st century, in water conservancy work develops fast speed, reservoir dam construction work in full swing, for people’s life and the development of industrial economy, provides the great support.

Reservoir dam is to protect people’s life safety, stable economic development, and the important barrier, ensure the safety of the dam has caused many people’s attention. Piping is a breakdown of dam of an important harm, how to prevent reservoir dam piping happens, happens after piping how to deal with have become the focus of the water conservancy workers. This paper introduces the reasons of the occurrence of dam deformation and damage, and probes into the handle to the harm of the piping dam, the prevention and treatment for piping work contribute force. Keywords: reservoir dam, piping, water conservancy work

1引言 随着我国经济的高速发展，人们生产生活用水和工业用

水逐渐加剧，因此拦江断河和修建水库等工作显得尤为重要[1]。水

库大坝是保障水库正常运行的一道必不可少的屏障，因此水库大坝的

危害防治及处理成为众多科研人员的研究热点，其中管涌是水库大坝

等各种险情中最为普遍的险工，也是最容易忽视又最容易造成垮坝的

险工，因此，分析管涌对水库大坝造成的危害，研究管涌形成的原因，

探索管涌对水库大坝危害的处理方式，具有非常重要的现实意义，并且为造福人类，提供了极大的保障。本文根据笔者多年的工作经验，对管涌造成的危害和处理措施进行了深入的探讨。 2管涌的形成及危害 随着科学研究的提高，人们为管涌从不同的角度进行了定义，根据笔者的实际工作体验，总结如下:在渗流的作用下，无粘性土的细颗粒将会从孔隙通道中被连续带出，当土体内的渗透流速达到一定的数值时，将会导致土体的空隙增大，较大的土体颗粒也会被带走，因此会在土体内逐渐形成内部渗流通道，称之为管涌。 管涌现象主要发生在水库大坝的下游坡地，通常由下游地基表面渗流溢出。管涌在发生的初始阶段，通常其征兆非常不明显，具有不易发现的特点，但是一旦发作，管涌发展迅速，使得人们在慌乱的情况下难以做出正确的决策，因此束手无策，但是其随着时间的发展流逝，管涌造成的局面将会更加难以控制，从而导致水库大坝垮塌，进而为人们的生活带来更大的灾害。 因此必须严格的检查水库大坝发生管涌的原因，根据本人多年的经验，水库大坝发生的原因主要包括以下几个方面: (1)水库大坝的填筑土石料质量过差，比如大多选用坡体强风化石料、腐殖土等。 (2)坝体填筑时由于土层填筑过厚，有些地方最厚层甚至高达两米，导致水库大坝坝体夯实度差。 (3)水库大坝碾压条件差。对于很多水库大坝修建时，由于当时的科技能力不发达，坝体填筑时仅仅用重力小的机械进行碾压，导致坝体很多地方的土质非常疏松，没有夯实。 当水库大坝一处管涌发生时，其流速可能较大，带走更多的大坝材料，如果不能阻止管涌险情的发展，以流土最为迅

速，它的过程是随着水位上升，涌水挟带出的砂粒增多，涌水量也随着加大，涌水量增大挟带出砂粒也就更多，管涌对水库大坝造成的危害最为严重的就是垮坝[2]。那样就会造成水库下游农田被淹甚至被毁，严重的还会给人民群众带来生命危险。 在分析出水库大坝发生管涌的原因之后，人们便能够及时的对症下药，制定出合理的解决方案，并立即果断的将方案进行实施，使得管涌造成的危害降到最低点，保护水库大坝自身的安全和周边邻近建筑物、人民群众的安全，保证水库大坝的功能完整无损。 3处理水库大坝管涌的方法 依照近年来的洪灾情况来看，水库大坝发生灾害的主要原因是管涌，其发生的频率较高，若发现处理不及时，将造成巨大经济财产损失。对于不同地质，不同管涌程度处理的方案也有差异，本文根据笔者多年的经验，确定处理方案应根据现场情况具体分析，以疏为主，同时以疏、排、截、堵、压为原则，综合治理。水库大坝发生管涌的主要原因是动水压力的方向与大小，因而处理水库大坝发生管涌的原则是治水，消除、减少或者平衡动水压力可以采取以下方法: (1)为平衡动水压力需在管涌处用砂卵石袋堆筑平台或抛大石块，用来压住管涌，假如是坝内水库发生管涌，可将坝内水尽力减少，使水头高度差减小，平衡动力水对大坝造成的压力，进而防治管涌[3]; (2)认真的检测和确定管涌发生的位置，使用大石头，碎石袋和粘土等堵压，可以大大的减少水库的动水压力;也可以采用打板桩法:在管涌处坝外打板桩，增加水渗入坝内的渗流长度，以减小水力坡度，从而减小水库大坝渗透的动水压力，防止流砂管涌; (3)采用土壤冻结法:在水库大坝

发生管涌时，我们要详细的探察水库大坝附近的地质条件，对于构造比较复杂的情况，我们就可以使用冻结法形成冻结防渗冰幕，防止流砂管涌; (4)沙石反滤压盖:在水库大坝发生管涌时，首先在抢筑前必须先清理铺设范围内的杂物和软泥，同时对其中涌水涌沙较严重的出口用碎石块，也可以使用砖块抛填，等水势稍微减弱，就可以在已经清理好的管涌范围之内，铺一层厚约20cm，粗沙再铺小石子和大石子各一层，厚度均为20cm，最后压盖块石一层，予以保护[4]。 4结束语 总而言之，随着水库建设工作的大力加强，水库的水量日渐提升，水库大坝发生管涌的频率越来越高，其险情也是随着水库的容量的增加而越来越大，经过本人多年的实践证明，本文所采取的治理方法是切实可行的，可供来年水库大坝治理管涌进行参考，有可能水库大坝的地质条件复杂，可能产生各种险情，故而治理管涌除了要采取多种科学方法，光靠水利等部门的科技人员难以胜任，随着我国水利工程学的发展，水库大坝预防和处理管涌还要大力的组织机械、建筑、矿山、地质等多学科的科技人员共同参与水库大坝的管涌处理工作。 参考文献 [1]曹燕,葛建.管涌渗透形成集中渗漏通道机理研究[J].科技信息(学术研究).2008(09) [2]崔佳佳.管涌破坏的计算模型及工程抢护措施[J].山西建筑.2011(09) [3]李明珠.堤防工程管涌险情抢护措施[J].黑龙江水利科技.2011(03) [4]刘政.堤防工程常见的险情及抢险方法[J].科技资讯.2011(23)

范文三：由一道物理题说开去“管涌”——大堤的致命危害

由一道物理题说开去“管涌”——大堤的

致命危害

有这样一道物理题:每年的7月份左右，长江进入汛期，江水猛涨，水变浑浊，堤脚处极易出现管涌等险情。请你用所学的物理知识解释出现险情的原因。

学习了液体的压强知识以后，我们不难解释这个问题。因为液体的压强与液体的深度和密度有关，并且随液体的深度、密度的增加而增大。长江水在汛期往上猛涨，使汛期水位比平时高出很多，加上江水浑浊，江水的密度也比平时增大，这样会对大堤下部产生比平时大很多的压强，大堤由于自身的原因，自然会出现管涌等险情。

这道题我们似乎已经解释明白了，但是，如果我们深究一下，什么是管涌,它是怎样产生的,我们该怎样处理管涌险情呢,下面我们就来谈谈管涌。

管涌是指在汛期高水位情况下，水流从河岸沿着大堤基础土壤空隙而流向下游，因水流受到周壁的限制，有点类似管道中的水流，水流入堤内之后，仍有很大的压力，如果冲破了粘土性覆盖层，将下面的粉砂，细砂带出来，就会发生冒水涌沙现象，即称管涌。如图1是大堤出现管涌时的大致结构图。

管涌形成的原因是多方面的。一般来说，大堤的基础结构

决定了管涌的产生，在易发生管涌的地方，大堤的基本结构是:上层是相对不透水的粘性土壤，下面是粉沙、细沙，再下面是砂砾、卵石等强透水层，并与河水相通(如图2)。在汛期高水位时，由于强透水层渗透水压强大，水的压力损失很小，大堤背水的一侧数百米范围内，表面土层底部将承受到很大的水压力。如果这股水压力冲破了粘土层，粉沙、细沙就会随水流出，从而发生管涌。

管涌的危害在于它可将大堤的基础泥砂逐渐掏空，从而使大堤出现更大的水流管洞，至使堤坝垮塌或是洪水直接将堤坝冲倒。

由管涌产生的原因可知，要使大堤不产生管涌，必须使大堤基础不产生渗水，这样在修筑大堤时就必须使用不渗水的材料，这说起来理论上是似乎是可行的，但是在实际是不可能的。首先是一些大堤基础天然是由粉沙、细沙及砂砾卵石等强透水材质构成，修筑大堤时不可能将这些先挖走再填上不渗水的基础材料(经济上不允许，也不现实);再则长江堤防是在历年的防汛中加高加宽加固的，更不可能毁堤重建，所以只有在原有大堤基础上进行防汛，在原有大堤的基础上对管涌等险情进行处理，这样既经济可行，又符合实际，采用科学的方法，完全可以将管涌等险情控制，使大堤安然

无恙。

实践经验证明，大堤的管涌抢护原则是尽力制止涌水带砂，使大堤渗水有出路。这样既可以使粉砂、细砂不再被破坏，又可以降低附近渗水压力，使险情得以稳定。从图1中可以看出，发生管涌时，可以把江水、渗水管道和管涌出口看作为个连通器。出现管涌后，具体的抢护方法有如下三种。

(一)反滤围井法

该方法就是在管涌口处用编织袋或麻袋装土抢筑一定高度的围井，井内同步铺填沙石等反滤料，以防险情进一步扩大。其实此方法就是利用滤料保证涌出的水不带走大堤基部的泥砂;围井产生一定高度的水位就会产生一个反水压，减少了江水的渗透压力。

(二)反滤导渗:在管涌范围较大，孔眼较多的地方，险情不太严重，做围井困难时，可直接按反滤要求，分层铺设反滤料(如麦秸、稻草等)，其上盖块石或砂袋。这样既可滤住砂，又可将渗水导走。

(三)蓄水反压(俗称养水盆)

在大堤内再打一道小堤围住渗水，通过抬高管涌区内的水位来减小堤内外水的压强差，从而降低渗透压力，减小管涌出水的水势，达到制止管涌的破坏和稳定管涌险情的目的。

大堤除了受到管涌的威协外，还会受到白蚁穴，鼠洞等的困扰，它们也同样会对大堤产生毁灭性的危害。我国水灾频

繁，堤防众多，每遇洪水，堤防隐患经常导致各种险情，传统的用木棒或脚踩的原始方法探查管涌等显然落后了，科学家们于是纷纷探索堤防隐患快速无损探测技术。

据息武汉大学光电信息工程学院近日研制出“双频多普勒相控阵地质雷达”，它可以探测到地表以下20米内的蚁穴、鼠洞、管涌，并把相应的地质状况转换成可视图像。这样，防汛员今后不上堤巡查，也可对堤坝安全状况了如指掌。

范文四：管涌与滤层的研究

第26卷第2期 岩 土 力 学 V ol.26 No.2 2005年2月 Rock and Soil Mechanics Feb. 2005

文章编号：1000－7598－(2005) 02－0209－07

管涌与滤层的研究:管涌部分

毛昶熙

（南京水利科学研究院，江苏 南京 210029）

摘 要：对管涌和滤层两个相关联问题的研究发展过程进行了综述和评论，并将过去的研究成果与之比较。管涌问题是土体渗透变形的一个重要现象，关系到地基的渗流破坏。首先探讨了管涌的内在涵义，评述了当今管涌的研究现状及其发展方向，然后介绍了一些过去的试验资料、研究成果和计算公式，包括管涌土与非管涌土的判别方法，垂直向上渗流和水平渗流时的管涌临界坡降，并引用目前文献中的试验资料验证其公式是可靠的，最后说明了建立在土颗粒级配曲线上的管涌研究方法是当前的研究趋势，因而对这些过去的研究成果进行比较、讨论是有益的。 关 键 词：管涌；滤层；管涌土；临界坡降；级配曲线 中图分类号：O 357.3 文献标识码：A

Study on piping and filters : part I of piging

MAO Chang-xi

(Nanjing Hydraulic Research Institute, Nanjing 210029, China)

Abstract: In this paper the piping and filter, two correlative topics, are stated and the background of studying development is reviewed. Meanwhile our studied results are also given for comparison. This is part I about piping topic which is an important phenomenon of seepage deformation and related to the foundation destroying caused by seepage. Firstly, the inherent meaning of piping and the present studying situation with its developing direction are discussed and criticized. Secondly, our experimental data in past about piping and the studied results with formulas, including the discriminating method of piping soil and non-piping soil and the piping critical gradients for seepage flow upward and horizontal, are introduced. Then the published experimental data in references up to date are cited to verify the writer’s formulas once again that shows reliable after verification. Also it shows that the method of piping study based on the soil grain size grading curve is the latest studying trend. Therefore publishing those past studied results for comparison and discussion is beneficial.

Key words: piping; filter; piping soil; critical gradient; grading curve

1 前 言

管涌与滤层，对于松散颗粒的土石料来说，有其共同点，就是都需要考虑它们本身的稳定性。所以在这方面的一些试验资料研究成果，一般都是可以互相借鉴通用的。但是，由于试验方法、渗流方向以及鉴别细颗粒冲动或流失量的衡量标准不同，以致试验资料规律性差，成果分析难以互相吻合，迄今为止，对于判别土石料的稳定性或是否发生管涌，还没有一个被公认的统一准则或计算模式，而且这方面的研究进展缓慢。在渗流领域远比不上有限元数值计算的迅速发展。然而，管涌与滤层关系到渗流破坏的防护，在工程应用方面非常重要。

管涌与滤层的研究过程和发展趋势，总的来说是由简单的不均匀系数、粗细料粒径相比的层间系数、细粒含量多少、骨架土的孔隙直径大小等单个因子研究，逐渐发展到土粒结构的多因子或控制粒径多点法以及目前发展的整个颗分曲线法，不仅是土粒结构之间的相对粒径关系，还有绝对的粒径关系；不仅是土粒间的几何特性，还有渗流的水力特性等，笔者应邀撰文分别对其进行讨论。本文阐述管涌部分，同时介绍笔者等多年来在这方面的研究成果。

2 管涌的涵义

管涌（piping ）一词，太沙基（Terzaghi,1922年）做板桩围堰防渗砂模型试验时，把下游土体砂面被

收稿日期：2003-09-27 修改稿收到日期：2004-01-16

作者简介：毛昶熙，男，教授级高工。主要从事水工、渗流研究。Tel: 025-85828246

210 岩 土 力 学 2005年

渗流水头顶起浮动的现象称为管涌（原德文grundbruch ），随后，它就代表着地基土的渗透变形总称了[1]，而且引导出渗流向上顶托土体破坏的渗流临界坡降太沙基公式J c =(s ?1)(1?n ) （s 为土粒比重；n 为孔隙率）。经过前苏联学者研究，进而把土的渗透变形类型区别为管涌、流土、接触冲刷和接触流土4种，将管涌定义为细颗粒在渗流作用下沿着骨架颗粒孔隙道的移动或流失，而流土定义为局部土体或颗粒群体被渗流冲动流失，这样太沙基的管涌临界坡降公式也就相当于流土类型的破坏了。直到现在，很多英文书刊及文献[23]仍不加区别地通

，

此后，骨架颗粒孔隙间的细粒填充料的多少，成为研究土料内部稳定性或是否发生管涌的热点，例如肯尼等（Kenney and Lau，1985年）认为，管涌土与非管涌的分界限是细粒含量29 %（不密实）和24 %（密实）。科瓦兹（Kovacs, 1981年）认为，细粒含量超过35 % 时就等于粗颗粒被淹浮其中，总是稳定的。我国在这方面的研究更深入，不仅提出过填充细颗粒含量P f ＞35 %时为流土，P f 20时是管涌。巴特拉雪夫认为，土体的平均孔径d 0与细粒直径d 的比值( d 0/d ) 1.8时为管涌土。而d 0的值，皮契肯 （Pe ?enkin ）给出算式d 0=0. 44n d e ，科瓦兹(Kovacs,

1?n 1981年) [7] 给出算式d 0=4n d e （d e 为有效粒径；

1?n α；α为形状系数, 球体时α=6, 立方体n 为孔隙率）

时α=10. 4。康特拉契夫（Kondratchev ，1958年）认为，沿颗分曲线各点取其微分画出微分曲线，若出现双峰，就是缺乏中间粒径的土，属于管涌土，并又区别为发展的危险性管涌与非发展的非危险性管涌，若是连续级配土，其微分曲线是单峰型，则属流土或非危险性管涌[89]；鲁包契可夫（Loebotsjkov ，

，

H =F 4D ?F D =[(4)

3/5

?1]F =1. 3F ，此直线就是土料

内部不稳定与稳定或管涌土与非管涌土的分界线。

[2]

1994年）随后司肯普顿等（Skempton and Brogan，

也引用了这种观点，经过一些试验资料分析，认为分界线应取H /F = 1，见图1(b)，并指出H /F = 1.3的试验资料适用于较松散的土料，图中的一条示例曲线最低点(H /F ) min = 0.16是塔贝拉水库所在地的印度河滩土料。结合级配曲线，阿柏格（Aberg ，

1992年）[12]把曲线形分为A 型（凸起）和B 型（下A 型在细粒部分曲线陡，细粒充填骨架孔隙有凹），余，不会发生管涌；B 型曲线则相反，可能是管涌土，他提出与密实度和级配曲线相关的颗粒-孔隙比链索模型，建立了骨架颗粒与可移动的填料颗粒之间的界限粒径计算式，计算模式包含积分，实用上尚有难度。但却代表着近年来管涌问题结合级配曲线和密实性从理论及实验方面的研究发展趋势。

1955年，1969年）根据细粒在粗粒骨架孔隙中被渗流冲动流失的管涌定义，首先把土料划分为管涌土和非管涌土两大类，如果骨架孔隙都被一级一级的相对细粒所填满，自然就不会发生内部管涌，因 此，他认为完全可以从颗分级配曲线这一几何特性来研究管涌土和非管涌土，从而引导出各种颗粒形体排列的理论非管涌土计算公式及其上下限的相对粒径颗分曲线，由于公式较繁，又是俄文资料，交流不广[10

，11]

4 管涌研究

20世纪50年代在前苏联专家鲁包契可夫的指导下，在南京首建了管涌试验室，研究他定义的管涌土和非管涌土，包括土料内部会否发生管涌的判别方法和寻求管涌土在渗流作用下的临界坡降。试缺乏中间粒 验土料，有正规级配曲线的土料16种，径的土料13种，玻璃球配制缺乏中间粒径的土料28

，但其思路对后人研究颇有启发。

第2期 毛昶熙：管涌与滤层的研究：管涌部分

211

种，共进行了200余组次的试验。笔者根据这些资料[13]整理分析后，也曾提出了结合级配曲线及孔隙率研究管涌的判别方法和计算公式，但是均未在刊物上公开发表，交流有限，现摘录于下

[14]

V 2V 1

==n 1 （3） 如果没有填满，则有

，并再引

用最近文献中的试验资料进行比较讨论。

V 2V 1?V n 1?n

==

（4）

22

00

图2

正规级配曲线的土料

Fig. 2 Normal grading curves of soils

图1 用级配曲线判别土料稳定性的Kenney and Lau图示 Fig. 1 Kenney and Lau’s diagram for determining the

stability of soil by grain size grading curve

4.1 管涌土与非管涌土的判别方法

试验资料中的土料典型级配曲线如图2、图3所示。按照鲁包契可夫的思路，如果粗料骨架孔隙被细料填满就不会发生内部管涌，因此完全可以从颗粒级配曲线这一几何特性来研究。

如图4所示，包括孔隙的骨架土的体积V 1和填料土的体积V 2掺合后，细粒填料恰好填满骨架孔隙，最后的土料体积V 当然就和V 1相同。它们的孔隙率n 都注在图下，符号V 0代表其孔隙体积。

一般情况下：

图3 缺乏中间粒径的土料

Fig.3 Grading curves of soils lacking of intermediate

grain size

V ?V

V =V ?V 2(1?n 2)；V 2=1 （1）

?2

01

00

V 1 V 2 V (=V 1)

V n 1=1

V 1

用符号P f 表示掺合后土料中填料的重量百分数，如果化为填料体积占总体积的比数，则应为

n (1?n )P f V 2??

=P f ?1?n ? （2）=P f (1?n )+2

2?2?

在恰好填满的情况下：

V

n 2=2

V 2

n =

V

V

图4 骨架土孔隙被填料土充满

Fig. 4 Voids of skeleton grains just filled up by fine

grains filler

212 岩 土 力 学 2005年

研究恰好填满孔隙的临界条件，使上3个式子相等，则得：

n =n 1n 2；P f =

n ?n

（5） ?n

设n 1=n 2，得填料百分数与孔隙率的关系：

n P f =n ?n =（6）

1+n

由于式（6）中的分子n ?n 接近常数，一般情况（n = 0.15～0.4）在0.23至0.25之间，在大多数的孔隙率情况，n ?n =0. 25，因此，可取为常数0.25，偏于安全。因而可将式（6）写作管涌土的判别式：

1 或 4P (1?n ) <1 （7）="">

图5 填料粒径与不均匀性的关系

Fig. 5 Relation between filler grain diameter and

nonuniformity

P f

式（8）为用粗细粒径的几何平均值表示的填料粒径关系。根据该式确定最大填料粒径d f 后，可在颗粒级配曲线上查得填料的重量百分数P f ，然后代入式（7），就可判别是否为管涌土。

现在举正规级配曲线的土料，以图2中的d 曲线为例，查出d 85 = 16 mm，d 15 = 1.1 mm，由式（8）算出d f =1. 3×1. 1=5. 45mm ，查级配曲线上的粒径5.45 mm相对应的百分数P f = 28 %，已知该土料的孔隙率n ＝32.2 %，由式（7）算出4P f (1?n ) =0. 760.75就属于非管涌土或流土破坏形式。注意文献[8]判别管涌及流土的标准 是：细粒含量P f ＞35％为流土，P f 1，已可以肯定是非管涌土，其临界坡降则可取太沙基的传统理论公式计算J c ≈1。

其次，再引用文献[3]肯尼等人的滤层粒料的稳定性试验资料，查该文17组有试验结果的级配曲 线（图及计算表格删略），按照笔者公式加以检验分析的结果也一致，只有4组不稳定的管涌型砂砾料的4P f (1?n ) ＞1。分析原因是该试验由上向下渗流试验过程还有震动，孔隙率是试验后的压实状态取样的，而试验开始却是很松散的。所以，文献[2, 3]都采用级配曲线斜率(H /F ) min 这一指标判别是否属于稳定性的非管涌土，结果就不同，一个为1，一个为1.3，相差较大；如果采取试验开始的松散粒孔隙率n ＝0.4左右，再以笔者公式d f 的下限计算，就可得出判定指标小于1的结果。同时，也可从式（17）计算临界坡降J c ＝0.25～0.72参考判别其为不稳定的砂砾料，说明以笔者公式检验他们的试验资料都比较可靠。

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范文五：关于管涌的处理方法

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。这种险情在?湖北一般叫?翻砂鼓水，江西叫泡泉?。

管涌险情的?发展，以流土最为?迅速。它的过程是?随着水位上?升，涌水挟带出?的砂粒增多?，涌水量也随?着加大，涌水量增大?挟带出砂粒?也就更多，如将附近堤?(闸)基下砂层淘?空，就会导致堤?(闸)身骤然下挫?，甚至酿成决?堤的灾害。当然有由于?管涌孔距堤?较远，一时尚未演?成堤防、闸身的下挫?或溃决的;也有由于水?位转落，渗水压力减?小，险情暂时稳?定下来的;还有由于是?潜蚀，没有产生堤?(闸)身下挫、溃决险情的?。但是，险情是属于?流土还是潜?蚀，一时难于判?明。而且流土也?与地层下面?的粉砂、细砂层埋藏?的深度、厚度以及其?结构的疏密?，高水位持续?的久暂等因?素有关，而这些因素?一时也是难?以判定的。所以发生管?涌时，不论它是流?土，还是潜蚀和?距堤远近，均不能掉以?轻心，必须迅速予?以处理。

临时抢护管?涌可采用(抢筑)反滤围井。

管涌是指在?高水位情况?下，堤坝下游坡?脚附近或更?远的地方，发生“流土”和“潜蚀”两种不同险?情的统称，又称“泡泉”。管涌险情的?发展，以流土最为?迅速。如不及时抢?护，任其发展，就将把堤坝?工程地基下?的沙层淘空?，导致堤坝工?程骤然塌陷?，造成决堤溃?坝。管涌出水孔?径小的如蚁?穴，大的可达几?十厘米;少则出现一?两个，多则出现冒?孔群或称泡?泉群，冒沙处形成?“沙环”。有时也表现?为土块隆起?(即牛皮包)、膨胀、浮动和断裂?等现象。

造成管涌的?原因，一般是堤坝?地基上面覆?盖有弱透水?层，下面有强透?水层，在高水位时?，渗透坡降变?陡，渗透的流速?和压力加大?。当渗透坡降?大于地基表?层弱透水层?允许的渗透?坡降时，即在堤坝下?游坡脚附近?发生渗透破?坏，或者在背水?坡脚以外地?面，因取土、挖坑等，破坏表面覆?盖，在较大的水?力坡降作用?下，渗水冲破土?层，将下面地层?中的粉细沙?料带出而发?生管涌。

管涌抢护原?则是:上堵下排，反滤压重，保护管涌出?口。即在管涌入?渗处，采取“临水截渗”措施，对管涌入口?进行封堵;在管涌出口?用透水材料?进行反滤压?重保护，既使透水层?不再被破坏?，又可降低渗?水压力，使险情得以?稳定。

具体抢护方?法有以下几?种:

1.反滤围井

在翻沙鼓水?处，抢筑反滤围?井，制止涌水带?沙，防止险情扩?大。一般使用于?背水坡脚附?近地面或洼?地坑塘数目?不多和面积?不大，或数目虽多?，但未连成大?面积，可分片处理?严重翻沙鼓?水险情。对于水下的?翻沙鼓水，当水深较浅?，也可采用此?法。

在背水坡堤?坝坡脚附近?险情处，抢筑反滤压?盖，降低涌水流?速，制止地基泥?沙流失，以稳定险情?。一般适用于?翻沙鼓水范?围面积较大?，漏水涌沙成?片的地方。

3.减压围井(或称养水盆?)

在堤坝背水?坡脚附近险?情处使用土?袋抢筑围井?，壅高井内水?位，减小水头差?，降低渗透压?力，减小水利坡?降，制止渗透破?坏，以稳定管涌?险情。此法适用临?背水头差较?小，高

水短时，出现翻沙鼓?水险情范围?小，周围地表较?坚实完整，未遭破坏，渗透性较小?，出险处少，沙石反滤材?料的翻沙鼓?水险情抢护?。

4.透水压渗台?

在堤坝背水?坡脚抢筑透?水压渗台，可以平衡渗?压，延长渗径，减小水力坡?降，并能导出渗?水，防止土沙细?粒流失，使险情趋于?稳定。此法适用于?翻砂鼓水险?情较多、范围较大、反滤料缺乏?，但沙土料源?丰富的堤坝?处 管涌又叫翻?沙鼓水，是在渗流作?用下，土体细颗粒?沿骨架颗粒?形成的孔隙?涌出的现象?(孔隙周围多?形成隆起的?沙环(管涌发生时?，水面出现翻?花,随着上游水?位升高，持续时间廷?长，险情不断恶?化，大量涌水翻?沙，使堤防、水闸地基土?壤骨架破坏?，孔道扩大，基土被淘空?，引起建筑物?塌陷，造成决堤、垮坝、倒闸等事故?(

发生原因:

(1)堤坝、水闸地基土?壤级配缺少?某些中间粒?径的非粘性?土壤，在上游水位?升高，出逸点渗透?坡降大于土?壤允许值时?，地基土体中?较细土粒被?渗流推动带?走形成管涌?(

(2)基础土层中?合有强透水?层，上面覆盖的?土层压重不?够.

(3)工程防渗或?排水(渗)设施效能低?或损坏失效?(

抢护方法:临截背导，导压兼施，降低渗压，防止渗流带?出泥沙。

抢护方法:

(1)反滤围井(在冒水孔周?围垒土袋，筑成图井(井壁底与地?面紧密接触?(井内按三层?反滤要求分?铺垫沙石或?柴草滤料(在井口安设?排水管，将参出的清?水引走，以防溢流冲?塌井壁(如遇涌水势?猛量大粗沙?压不住，可先填碎石?、块石消杀水?势，再按反滤要?求铺填滤料?，注意观察防?守，填料下沉，则继续加填?，直到稳定为?止(此法适应于?地基土质较?好，管涌集中出?现，险情较严重?情况(

(2)养水盆:在管涌周围?用土袋垒成?围井，井中不填反?滤料，井壁须水漏?水，如险情面积?较大(险口附近地?基良好时，可筑成土堤?，形成一个蓄?水池(即养水盆)，不使渗水流?走，蓄水抬高井?(池)内水位，以减小监背?水位差，制止险情发?展(此法适用于?监背水位差?小、高水位持续?时间短的情?况，也可与反滤?井结合处理?(

(3)滤水压浸台?: 在大片管涌?面上分层铺?填粗沙、石屑、碎石，下细上粗，每层厚20?cm左方，最后压块石?或土袋。如缺乏沙石?料，可用秸柳作?成柴排(厚15-30cm)，再压块石或?土袋，袋上也可再?压沙料，厚度以不使?柴草压辱太?紧为限。此法适用于?管涌数目多?， 出现范围较?大的情况。如系水下发?生管涌:切不可将水?抽干再填料?。 以免险情恶?化。

流土为另一?种渗透变形?形式。在非粘性土?中流土表现?为颗粒群的?同时运动，如泉眼群、沙沸、土体翻滚等?最终被渗流?托起;在粘性土中?，表现为土块?隆起，膨胀、浮动、断裂等险情?。枪护方法与?管涌同。

管涌、流土险情的?发展，将导致堤身?裂缝、沉陷。在抢护管涌?的同时，应迅速枪护?堤身险情。外侧闭渗，防洪水沿袭?缝渗漏，加固加高堤?身，防洪水没溢?。

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