李治军，高淑琴，高　宇，谢世尧，陈泽希

(1.黑龙江大学 水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080；2.黑龙江大学 寒区地下水研究所，黑龙江 哈尔滨 150080；3.太原科技大学，山西 太原 030000)



八岔段堤防工程渗透系数室内试验

李治军1,2，高淑琴3，高宇1,2，谢世尧1,2，陈泽希1,2

(1.黑龙江大学 水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080；2.黑龙江大学 寒区地下水研究所，黑龙江 哈尔滨 150080；3.太原科技大学，山西 太原 030000)

堤防的渗透破坏可以分为坝基渗漏和坝身渗漏，其中坝身渗漏的重要影响因素之一就是坝身的渗透系数。文章以黑龙江干流堤防八岔段工程为例，通过室内渗透试验，得出坝身的平均渗透系数。以此为依据得出结论，认为该堤坝透水性较弱，防渗性良好。

堤防；八岔；渗透系数；试验

渗透破坏在堤防工程中非常普遍，河流堤防决口，大多与堤防土体的渗透破坏有关。随着汛期河水位的不断升高，堤防内外河水位与地下水位的水力坡度也逐渐增大。当水力坡度达到临界值时，堤防便开始发生渗透破坏。堤防渗透破坏的发生，除了与水文因素有关外，还与堤防本身的透水性有关，即渗透系数[1-3]。

1　堤防渗透破坏分析

堤防渗透破坏在堤防工程中非常普遍，渗透产生的原因是堤防的临水侧和背水侧存在水头差，产生渗流引起。随着汛期水位的升高，堤身内的浸润线逐步形成并不断提高，堤基和堤身内的渗透比降也逐渐增大，土体将产生渗透破坏。

渗透破坏根据发生的部位不同，可以分为堤基破坏和堤身破坏[4-9]。

1.1堤身渗透破坏

堤身的渗透破坏包括三种类型：渗水造成的堤坡冲刷、漏洞和集中渗流造成的接触冲刷。

堤坡冲刷是由背水堤坡渗水所致。一种是堤坡的出逸比降大于允许比降而产生的渗透破坏；另一种是渗水集中后造成对坡面的水流冲刷。

堤防背水坡及堤脚附近出现横贯堤身的流水孔洞称为漏水洞。由于漏水洞中的集中水流对土体的冲刷力很强，因此对堤防的危害性极大[10-12]。

当堤身发生集中渗流且冲刷力大于土体的抗渗强度时，在集中渗流处就会产生接触冲刷破坏。

1.2堤基渗透破坏

堤基的渗透破坏常表现为管涌。一般来讲，堤防堤基的表土层一般极少是砂砾层，因此，堤基的渗透破坏一般均为土力学中的流土破坏。产生的原因是随着汛期水位的升高，背水侧堤基的渗透出逸比降增大，一旦超过堤基的抗渗临界比降就会产生渗透破坏。渗透破坏首先在堤基的薄弱环节出现。

综上所述，根据堤防的渗透破坏类型可以看出，堤防的渗透破坏多与堤防本身的透水性有关，透水性越好，堤防的渗透破坏越严重。而反映堤防透水性强弱的指标，常用渗透系数来表示。本文拟通过室内试验的方法，探讨确定堤防渗透系数的可行性[13-14]。

2　堤防渗透研究进展

2.1堤防渗透稳定性定量计算研究进展

经查阅相关文献，关于堤防渗透稳定性分析方面，2000年以前， 主要以理论分析为主，2000年以后，定量评价开始广泛应用。

邢万波等[15]基于有限元法，模拟堤防场地土层实际分布情况，计算洪水位下运行堤防背水面水力坡降，对板桥河堤防渗透破坏风险进行了分析研究。雷鹏等[16]以有限元法分析为基础，结合LHS-MC方法，计算堤防的最大水力坡降，分析不同水位条件下的渗透破坏概率。高昂等[17]将BP网络和Monte Carlo法相结合，利用有限元技术，建立了堤防渗透破坏模型，分析堤防渗流稳定可靠度。彭博[18]建立了渗透破坏水土耦合的动力学模型,对堤防渗透破坏过程进行了描述。敬晨等[19]以有限元技术为基础，利用Autobank软件，计算分析堤防渗流稳定问题。倪小东[20]采用有限差分法，建立堤防三维离散-连续耦合模型，模拟分析堤防工程渗透变形问题。

2.2堤防渗透破坏试验研究进展

关于堤防渗透破坏的试验研究，主要在近几年逐步发展起来。

赵敬川等[21]设计了一种堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置，可模拟堤防各种水力梯度下的渗透破坏发展过程。周晓智等[22]设计了一种研究土体渗透破坏发展的多功能试验装置，模拟堤基在不同水头下的渗流以及渗透破坏，并能够得到相应的渗流场。梁越等[23]利用自主研发的渗透破坏实验装置，研究了细颗粒含量、细颗粒组成以及干密度等对散粒土渗透破坏特性的影响,得到了试样渗透破坏过程中渗流流速、临界水力梯度、渗透系数等的变化规律。

3　堤身透水性试验分析

渗透系数测定的室内方法主要为渗透试验。试验是在装有沙的圆筒中进行的(图1)。水由筒的上端加入，流经土柱，由下端流出。上游用溢水设备控制水位，使试验过程中水头始终保持不变。在圆筒的上下端各设一根测压管，分别测定上下两个过水断面的水头。下端出口处测定流量。

图1　渗透试验装置示意图

根据达西定律，得到下列关系式：

(1)

进而得到渗透系数:

(2)

式中：Q为渗透流量，cm3/d；ω为过水断面面积，cm2；H1、H2为上、下游过水断面的水头，cm；L为上、下游过水断面的距离，cm；I为水力梯度；K为渗透系数，cm/s。

4　试验步骤

本次试验以八岔段堤防工程实际土样为试验样本，采用70型渗透仪进行渗透试验。

首先，按图1所示装好仪器，并检查各接头处是否漏水，将调解试管与供水管连通，从仪器底部开始充水至水位略高于金属孔板。然后，将试样分层(每层厚约2～3 cm)装入渗透仪内，每层均用捣棒轻轻捣实，以控制孔隙比，如试样含有细粒的黏性土，则应在金属网上铺上一层粗沙(厚约2 cm)作为缓冲层，以防细颗粒被水冲走，并量出过渡层厚度。如此继续分层装入试样并使之饱和，直至试样装到高出上测压孔3～4 cm为止，最后在试样上部放约2～3 cm厚的砾石作为缓冲层，以防供水时冲刷试样。

试样装好后，缓慢地打开管夹，使水流由仪器底部向上渗透，使试样逐渐饱和，并保持水面不高出试样顶面。

将调节管管口位于试样上部2/3高度处，使渗透仪内产生水位差，水即通过试样发生渗透，经调节管流出，并保持水位不变。当测压管水位稳定后，记录测压管水位值，并计算各测压管间的水位差，同时测量一定时间内的出水量。

5　试验数据整理分析

试验过程中，由于试样粒径较小，经常堵塞测压管，对试验结果造成一定的影响；另外，试验与仪器壁中间存在空隙，水流通过空隙进行渗流，对试验结果也有一定的影响。因此，试验观测数据存在误差。经多次试验后，试验数据整理见表1。

表1　渗透试验计算成果表

将表1中的实测数据，代入公式(2)中，最终计算出试样的平均渗透系数为3.84×10-6cm/s，透水性微弱。

6　结　论

通过对八岔段堤防工程土样进行渗透试验，根据试验结果，初步计算出试样的渗透系数为3.84×10-6cm/s，透水性微弱。此结果存在一定的误差，可以通过改进试验设备，减小仪器误差。同时，由于采样点比较分散，结果的代表性有待于进一步分析。综上所述，建议在确定堤防的渗透系数时，可以采用原位试验、室内试验及数学计算等多种方法来共同验证。

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Permeability coefficient of levee engineering of Bacha through laboratony tests

LI Zhijun1,2,GAO Shuqin3,GAO Yu1,2,XIE Shiyao1,2,CHEN Zexi1,2

(1.HeilongjiangUniversityCollegeofWaterConservancy&Electric-power，Harbin150080,China;2.HeilongjiangUniversityInstituteofFrigidZoneGroundwater，Harbin150080,China;3.TaiyuanUniversityofScienceandTechnology,Taiyuan030000,China)

The seepage failure of the embankment can be categorized into the seepage of its base and body. One of the important factors that affect the seepage of the embankment body is its seepage coefficient. Taken the Bacha project as an example, the mean seepage coefficient has been worked out in this paper by indoor seepage tests, based on which the conclusion that the embankment has low water permeability and high impermeability has been reached.

embankment; Bacha; seepage coefficient; tests

黑龙江省三江工程建设管理局项目(HGZL/KY-02)

李治军(1978-)，男，讲师，主要从事寒区地下水渗流方向的教学和研究工作。

TU441.4

A

2096-0506(2016)09-0031-04