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双层堤基堤后薄覆盖层在较高水位时容易发生渗透破坏,是堤防发生管涌等险情的重要诱因。目前,对薄覆盖层本身的渗透破坏模式和渗透破坏机理少有研究,对薄覆盖层的工程处理方法常用填砂压渗的方法,其计算方法多采用传统的压力平衡方法,忽略了薄覆盖层的土体抗剪强度、平面尺寸等因素的影响。因此双层堤基薄覆盖层破坏模式及渗控处理方式的研究,对能合理、及时地处理堤后渗流控制的薄弱环节,确保堤防工程的安全具有重要意义。
本文首先假设一个双层堤基堤后坑塘模型,对薄覆盖层提出几种破坏模式:三边剪切破坏、剪切破坏和弯曲破坏。考虑坑塘平面尺寸、薄覆盖层厚度、以及土体抗剪强度等因素的影响,对相应的计算方法进行了探讨。
为研究双层堤基堤后薄覆盖层在水流渗透力作用下的破坏过程及破坏模式,以及堤后近堤坑塘在不同渗控处理方式下,对远堤坑塘的影响,展开了砂槽模拟试验,主要研究内容如下:
(1)自主设计制作砂槽模型,对砂槽模型试验方法进行了研究。主要涉及双层堤基砂层的制备、测压管的布置连接、进出口水头误差的排除,以及粘性土覆盖层的模拟制作方法。粘性土覆盖层主料为膨润土,介于柔性和刚性之间,同时解决了压重、变形协调性以及渗透系数小的问题,能比较真实的模拟堤防工程中二元堤基的弱透水覆盖层。
(2)研究了二元堤基堤后薄覆盖层的渗透破坏过程及破坏模式。坑塘平面尺寸、覆盖层厚度、抗剪强度指标c、()与覆盖层的渗透破坏密切相关。试验验证了薄覆盖层几种破坏模式,并表明坑塘尺寸是控制破坏模式的关键,土的剪切强度是影响薄覆盖层破坏所需水头大小的主要参数。
(3)对蓄水反压、粘性土填塘固基、砂性土填塘固基进行了试验模拟,并对渗控效果进行了评价。砂性土填塘固基须做好清基处理,否则渗控效果不理想。填塘固基可将大面积的坑塘用土堤改造成若干小坑塘,从而不易发生渗透破坏且减少对土地资源的占用及对环境的影响。