无粘性土是各类砂及砂砾(卵)石混合料的统称,颗粒组成变化范围很广,在自然界的分布广泛、储量丰富,并具有压实性能好、透水性强、抗压强度高等优良工程特性,广泛应用于当前的建设中。无论是作为渗透材料或是大坝地基,在渗流作用下都需要考虑渗透破坏问题。 对无粘性土的渗透特性及管涌等渗透变形前人已经做了很多工作,包括室内实验和理论计算方面的研究,得到了一系列的经验公式和理论公式。本文在前人研究成果基础之上,对无粘性土的渗透特性及管涌机理进行深入研究主要完成了以下三方面的工作: (1)从土性方面入手,分析影响无粘性土的渗透系数的因素,通过无粘性土级配中控制粒径特征及土体密实度,结合试验提出一个计算无粘性土渗透系数的新的计算方法,并与前人计算方法及实测结果进行比较,结果证明了新方法计算结果能够较好的与实验数据吻合,并具有一定的精确度和可靠性。 (2)研究无粘性土发生管涌的水力条件。分别针对自下而上和水平向的渗流,分析不同粒径的可动颗粒在层流和紊流两种状态下的受力,从而得到不同状态下的管涌发生时的临界水力梯度。 (3)建立紊流下管涌破坏后形成集中渗漏通道的数学模型,引入地下水动力学中的井流理论,结合考虑水流挟沙运动,阐述管涌机理并计算相应的出砂量、管涌后地层水头以及渗透系数的分布。