《砂卵石地基大型渠道的滲流與抗浮》基于對南水北調(diào)中線一期工程黃北段的特殊地基滲透特性研究，以及各種洪水工況的滲流場模擬計(jì)算研究，試圖在理論上探索能夠客觀描述砂卵石滲透特性的手段和方法，提出方便設(shè)計(jì)人員使用的簡便易行的計(jì)算方法。
寬級配砂卵石顆粒組成復(fù)雜，顆粒粒徑范圍較大。大顆粒有可能構(gòu)成堆積結(jié)構(gòu)，細(xì)顆粒能夠在水流作用下在大顆粒孔隙中自由移動，而不破壞堆積體整體穩(wěn)定性（不發(fā)生滲透破壞）。因此，其滲透特性具有與一般非黏性土不同的特征。目前的工程設(shè)計(jì)計(jì)算方法并未考慮這一因素，仍然采用傳統(tǒng)的滲透破壞理論，認(rèn)為細(xì)顆粒開始移動時(shí)（滲透變形）的坡降為滲透破壞的臨界坡降，并以此設(shè)防，往往會造成浪費(fèi)，有的情況下難以滿足規(guī)范要求。本書基于對南水北調(diào)中線一期工程黃北段的特殊地基滲透特性研究，以及各種洪水工況的滲流場模擬計(jì)算研究，試圖在理論上探索能夠客觀描述砂卵石滲透特性的手段和方法，提出方便設(shè)計(jì)人員使用的簡便易行的計(jì)算方法。
南水北調(diào)中線工程規(guī)模巨大，總干渠斷面大，黃北段遇到特殊的地質(zhì)條件，使得渠道設(shè)計(jì)既要防滲，又要考慮抗浮穩(wěn)定問題，而且，各渠段地質(zhì)、水文條件變化較大，使得設(shè)計(jì)工況復(fù)雜。為此，河南省水利勘測設(shè)計(jì)研究有限公司與南京水利科學(xué)研究院合作開展專題研究，本書是在此專題研究成果的基礎(chǔ)上提煉總結(jié)而成的。本書對山前沖洪積砂卵石層滲透特性的研究，為該段總干渠底板抗浮穩(wěn)定設(shè)計(jì)提供了較好的技術(shù)支撐。本書研究成果的出版，也將為類似工程設(shè)計(jì)提供重要參考。
本書內(nèi)容還包含了參與專題研究的談葉飛、馮瑞軍的部分工作成果，并得到了寧博、耿妍瓊等同事的支持。本書出版得到了黃河水利出版社岳德軍編審等的積極幫助，出版社同仁的編輯工作使本書增色不少。本書由南京水利科學(xué)研究院出版基金資助出版，在此表示感謝。
由于作者水平所限，書中定有謬誤之處，懇請讀者批評指正。
前言
第1章 砂卵石滲透特性研究進(jìn)展
1.1 砂土滲透變形破壞形式及判別方法研究
1.2 砂礫石土承載骨架研究
1.3 非黏性土滲透系數(shù)計(jì)算方法研究
1.4 非黏性土臨界坡降研究
1.5 滲透變形(破壞)試驗(yàn)方法研究
1.6 渠道防滲研究
1.7 渠道抗浮研究
第2章 粗顆粒砂卵石地基的滲流特性
2.1 河床砂卵石的顆粒組成特性
2.2 砂卵石的滲透變形與滲透破壞
2.3 影響渠道底板揚(yáng)壓力的因素
2.4 小結(jié)
第3章 渠道底板揚(yáng)壓力計(jì)算方法
3.1 底板揚(yáng)壓力及一般處理方法
3.2 滲流計(jì)算的有限單元法概述
3.3 飽和滲流基本方程及有限元分析計(jì)算式
3.4 干區(qū)虛擬流動不變網(wǎng)格模擬分析方法
3.5 自由面穿過的單元體分析模擬
3.6 出滲邊界模擬
3.7 滲流控制分析中密集排水孑L模擬方法
3.8 各向異性滲流問題的基本解
3.9 各向異性無限滲流域中單個(gè)排水孔作用的解
3.10 排水孔幾何邊界的數(shù)學(xué)描述
3.11 邊界條件分析及單個(gè)排水孔的準(zhǔn)解析式
3.12 排水孔群的相互干擾作用分析
3.13 排水孔準(zhǔn)解析式與有限元的耦合分析
3.14 計(jì)算程序簡介
第4章 南水北調(diào)中線黃北段渠道抗浮研究
4.1 渠段基礎(chǔ)地質(zhì)特性
4.2 總干渠黃北段水文特征
4.3 設(shè)計(jì)方案
4.4 處理長度及處理方案
4.5 方案對比分析
4.6 推薦方案設(shè)計(jì)
第5章 砂卵石渠道基礎(chǔ)施工
5.1 概述
5.2 施工方法
5.3 施工過程中應(yīng)注意的問題
參考文獻(xiàn)
非常規(guī)試驗(yàn)都是針對某一具體工程問題進(jìn)行的砂槽模型試驗(yàn)。試驗(yàn)的相似律遵循坡降相似的原則，一般采用原狀土。國內(nèi)有多位學(xué)者針對不同的問題開展了具有特色的砂槽模型試驗(yàn)。馮郭銘、付瓊?cè)A（1997）為研究天然層狀土的滲透特性，設(shè)計(jì)了測定雙向滲透系數(shù)的試驗(yàn)裝置。李廣信等（2005）利用砂槽模型試驗(yàn)研究了二元堤基管涌發(fā)展過程，得到了二元砂土管涌發(fā)生發(fā)展模式的定性描述，并得到了防滲墻深度與管涌發(fā)展的一些定量關(guān)系。毛昶熙（2004）根據(jù)源匯點(diǎn)理論推導(dǎo)出了計(jì)算管涌向上游沖蝕發(fā)展的簡易公式和迭代計(jì)算方法，并通過砂槽模型試驗(yàn)研究了管涌產(chǎn)生和發(fā)展的水力條件。在試驗(yàn)中提出了管涌有害與否與沿程承壓水頭分布的不斷調(diào)整和滲流量變化密切相關(guān)的結(jié)論。張家發(fā)等（2002）通過砂槽模型試驗(yàn)研究了長江堤防垂直防滲墻的作用效果，得出了懸掛式防滲墻對滲透變形的發(fā)生條件影響很小，但對滲透變形的擴(kuò)展及模型破壞的條件影響顯著的結(jié)論。砂槽模型試驗(yàn)最關(guān)鍵的是上表面砂卵石覆蓋層的形式，不同的砂卵石覆蓋層形式會影響臨界坡降的取值。國內(nèi)有多位學(xué)者采用不同的砂卵石覆蓋層做過類似的試驗(yàn)，得到的結(jié)果卻相差很大。有的采用有機(jī)玻璃板、水泥砂漿、黏土層、柔性密封水袋等。產(chǎn)生試驗(yàn)結(jié)果差異的主要原因是在接觸面上容易產(chǎn)生接觸滲漏，導(dǎo)致試驗(yàn)失敗而又不易發(fā)覺。
現(xiàn)有的渠道工程大多用于農(nóng)田水利工程的大型灌區(qū)灌溉。在全球范圍內(nèi)，像南水北調(diào)這樣的大型渠道目前建成的工程極少，建在砂卵石地基上的類似工程更是少見。
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