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第 19 卷 第 5 期 中国水利水电科学研究院学报 Vol.19 No.5
2021 年 10 月 Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research October，2021

文章编号：1672-3031（2021）05-0469-07

堤坝裂缝集中渗流冲蚀起动判别指标对比分析

李维朝 ，尚静石 ，李少朋 ，唐 斌 3
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（1. 中国水利水电科学研究院 流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038；
2. 中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100024；3. 中国水务投资有限公司，北京 100053）

摘要：管涌和裂缝集中渗流冲蚀均是堤坝中最常见的渗透破坏形式。但与管涌研究相比，国内外关于裂缝集中渗
流冲蚀的研究成果相对较少，并且冲蚀起动的判别指标也不统一。鉴于此，本文参照泥沙动力学、桥基水力冲
刷、水土流失等相近学科中已相对成熟的水力冲蚀机理，在裂缝集中渗流作用力分析的基础上，对水力坡降、流
速和水力剪应力 3 个最常用的裂缝冲蚀判别指标进行了对比分析。分析表明，水力坡降和流速两个判别指标虽然
可以直接测量，但临界值会受到裂缝宽度的影响；水力剪应力作为裂缝冲蚀判别指标，虽然难以直接量测，需间
接计算得出，但该判别指标不仅避免了裂缝宽度对试验结果的影响，还可以将堤坝裂缝中水力冲蚀的起动与裂缝
发展过程紧密结合、连续描述。通过对水力坡降、流速和水力剪应力 3 个常用判别指标的对比分析，本文建议今
后统一使用水力剪应力作为裂缝冲蚀起动的判别指标。
关键词：集中渗流；冲蚀；水力剪应力；裂缝；堤坝
中图分类号：TV698.2 文献标识码：A doi：10.13244/j.cnki.jiwhr.20210042

1 研究背景

堤坝常因不均匀沉降、水力劈裂、土与建筑物变形不协调等原因而产生贯通裂缝，引发集中渗
流冲蚀，导致溃坝。国外学者对 267 个土坝渗透破坏案例进行了分析，发现裂缝集中渗流冲蚀破坏的
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占 49.8% 。作者对我国近年来 9 座水库渗透破坏险情的进一步分析发现 （表 1），7 座出险位置主要
位于排泄水建筑物附近，1 座为大坝沉降量最大的断面，这些位置均为易产生裂缝之处。

表 1 近年来部分水库渗透破坏出险现象与位置列表 ［2］
编号 水库名称 出险年份 出险现象与位置
1 八一 2004 先看到坝坡有渗流逸出，渗流出口的位置正好位于沉降量最大的断面
2 英德尔 2005 震后溢洪道下游右侧漏水，上游左侧有漩涡
3 岗岗 2007 新建泄洪排沙洞下游附近排水
4 小海子 2007 坝基渗流从排水沟内排出
5 曲亭 2013 大库大坝左侧灌溉洞进水口沿洞线下游约 20 米处水面有漩涡出现
6 联丰 2013 新建放水涵洞出口上部左侧发现渗透破坏现象
7 星火 2013 溢洪道闸室左侧翼墙与土坝结合处渗漏
8 翻山岭 2013 左坝肩山体出现渗透破坏
9 杨湾桥 2013 放水涵管漏水，大坝下游右岸坝坡发生塌坑`
当前国内外渗透破坏研究以管涌为主，主要是研究材料物理性质和应力状态等对管涌起动与发
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展的影响 ［3-8］ 。如 Fleshman 和 Rice 研究了管涌起动的力学机制，Chang 和 Zhang 研究了复杂应力状
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态对临界水力梯度的影响，Moffat 等 研究了试验条件下无黏性土试样管涌演化的时空过程，Fannin

收稿日期：2021-02-19；网络首发时间：2021-09-23
网络首发地址：https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.5020.TV..20210923.1227.001.html
基金项目：国家重点研发计划（2018YFC1505004）；流域水循环模拟与调控国家重点试验室项目（SKL2020ZY09）
作者简介：李维朝（1979-），博士，正高级工程师，主要从事堤坝、地质灾害和环境岩土研究。E-mail：liwc@iwhr.com
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