Page 36 - 2021年第19卷第5期

6 结论

针对水力坡降、流速和水力剪应力 3 个常用的堤坝裂缝集中渗流冲蚀起动判别指标，本文在裂缝
流体冲蚀机理和裂缝流体作用力分析的基础上，建立了 3 个指标之间的联系，然后通过 3 个指标之间
的对比分析，得出如下结论：
（1）3 个指标之间存在着一定的正比例力学联系，水力坡降和流速判别指标可在试验中直接量
测，而水力剪应力判别指标直接量测较困难，多是通过裂缝宽度和水力坡降（或流速）间接计算得出。
（2）当不考虑试验误差时，水力坡降和流速两个判别指标虽然可以直接量测，但其临界值受到试验
条件中裂缝宽度的影响，具有不确定性，而水力剪应力判别指标则不受试验条件中裂缝宽度的影响。
（3）利用水力剪应力作为判别指标，不仅可以判别裂缝土体冲蚀的临界状态，还可以通过力学公
式将堤坝裂缝中水力冲蚀的起动与发展过程紧密结合、连续描述，并为堤坝集中渗流冲蚀起动至溃
决的时间预报奠定了基础。
（4）在泥沙起动、水土冲蚀流失、桥梁路基冲蚀中广泛应用的水力剪应力可以用作堤坝裂缝集中
渗流冲蚀起动判别指标，并且该指标比水力坡降和流速指标具有一定的优势，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。

参 考 文 献：

［ 1 ］ RICHARDS K S，REDDY K R . Critical appraisal of piping phenomena in earth dams［J］. Bulletin of Engineer⁃
ing Geology and the Environment，2007，66（4）：381-402 .
［ 2 ］ 李维朝，蔡红，温彦锋，等 . 土坝病害与溃决原因分析［R］. 中国水利水电科学研究院，2013 .
［ 3 ］ 刘杰，谢定松 . 我国土石坝渗流控制理论发展现状［J］. 岩土工程学报，2011，33（5）：714-718 .
［ 4 ］ CHANG D，ZHANG L . Critical hydraulic gradients of internal erosion under complex stress states［J］. Journal of
Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，2012，139（9）：1454-1467 .
［ 5 ］ RICHARDS K，REDDY K . Experimental investigation of initiation of backward erosion piping in soils［J］ .
Géotechnique，2012，62（10）：933-942 .
［ 6 ］ FLESHMAN M S，RICE J D . Laboratory modeling of the mechanisms of piping erosion initiation［J］. Journal of
Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，2014，140（6）：4014017 .
［ 7 ］ MOFFAT R，FANNIN R J，GARNER S J . Spatial and temporal progression of internal erosion in cohesionless soil
［J］. Canadian Geotechnical Journal，2011，48（3）：399-412 .
［ 8 ］ FANNIN R，MOFFAT R . Observations on internal stability of cohesionless soils［J］. Géotechnique，2006，56
（7）：497-500 .
［ 9 ］ 朱炳，曹学兴，李维朝，等 . 不良级配粗粒土渗透变形的数值试验［J］. 中国水利水电科学研究院学报，
2020，18（3）：178-185 .
［ 10］ 车雯方，樊恒辉，张路，等 . 蛤蟆通和引汤灌区渠基膨胀土的渗透变形和裂缝冲刷试验［J］. 中国水利水电
科学研究院学报，2018，16（6）：578-585 .
［ 11］ 孙 东 亚 ，姚 秋 玲 ，赵 雪 莹 ，等 . 堤 坝 涵 管 接 触 冲 刷 破 坏 模 式 分 析［J］. 中 国 水 利 水 电 科 学 研 究 院 学 报 ，
2021，19（2）：276-280 .
［ 12］ 刘杰，罗玉再 . 高土石坝心墙裂缝的自愈机理与反滤层的防护作用［J］. 水利学报，1987，18（7）：20-29 .
［ 13］ 张朝晖，李振 . 水流对土石坝心墙裂缝在反滤层保护下的冲蚀特性［J］. 西北农林科技大学学报（自然科学
版），2003，31（4）：171-174 .
［ 14］ 党进谦，马晓婷，孙仲林，等 . 分散性对心墙土料裂缝冲刷影响的试验研究［J］. 水利学报，2012，43（9）：
1103-1107 .
［ 15］ WAN C F，FELL R . Investigation of Internal Erosion and Piping of Soils in Embankment Dams by the Soil Slot
Erosion Test and the Hole Erosion Test［D］. University of New South Wales，School of Civil and Environmental
Engineering，2002 .
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