有軟弱通道土壩變形及潰決的離心模型試驗(yàn)研究

閆冠臣，張 嘎

(清華大學(xué) 水沙科學(xué)與水利水電工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100084)

摘 要：土石壩穩(wěn)定分析和潰壩機(jī)理研究具有重要的工程意義。離心模型試驗(yàn)通過(guò)離心力模擬重力，實(shí)現(xiàn)了模型試驗(yàn)應(yīng)力與原型應(yīng)力相等，是研究土石壩變形破壞過(guò)程的重要手段。圍繞小型土壩在管涌工況下變形及潰決的特征和影響因素開(kāi)展研究。在改進(jìn)原有的潰壩離心模型試驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一系列有軟弱通道土壩潰決的離心模型試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明有軟弱通道壩體的潰決過(guò)程為：首先管涌通道形成并逐漸貫通，然后下部壩體逐漸沖蝕，同時(shí)上部壩體塌陷或塌落，最后整個(gè)壩體潰決。管涌通道貫通是壩體發(fā)生潰決的重要影響因素，甚至可能是其發(fā)生的先決條件。

關(guān)鍵詞：軟弱通道；土壩；離心模型試驗(yàn)；潰壩；變形

1 研究背景

我國(guó)小型水庫(kù)眾多。據(jù)1995年的統(tǒng)計(jì)資料，小(一)型水庫(kù)約1.4萬(wàn)座、小(二)型水庫(kù)約6.2萬(wàn)座，其中95%以上是土壩。這些土壩的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和施工質(zhì)量偏低，泄洪能力不足，以致在歷年汛期中潰壩時(shí)有發(fā)生。據(jù)1962,1981,1991年3 a資料統(tǒng)計(jì)，小型土壩潰壩率高達(dá)20%，潰壩數(shù)量占總潰壩數(shù)量96.5%[1]。

2012年5月25日，湖南桃江縣八斗村水庫(kù)發(fā)生潰壩，造成10 hm2稻田受損。八斗村水庫(kù)屬小(二)型水庫(kù)，壩高13 m，總庫(kù)容16.9萬(wàn)m3，灌溉稻田近33.33 hm2。2012年8月10日，位于浙江省舟山市岱山縣的沈家坑水庫(kù)發(fā)生潰壩，造成10人死亡、27人受傷。沈家坑水庫(kù)集雨面積0.26 km2，壩型為土壩，壩高28.5 m，總庫(kù)容23.8萬(wàn)m3，也屬小(二)型水庫(kù)。類(lèi)似的小型土壩潰決事故并不少見(jiàn)，據(jù)水利部2011年公布的數(shù)據(jù)：從1954年有潰壩記錄以來(lái)，全國(guó)共發(fā)生潰壩水庫(kù)3 515座，其中小型水庫(kù)占98.8%。

根據(jù)USCOLD(美國(guó)大型壩體學(xué)會(huì))公布的數(shù)據(jù)，漫溢和管涌是導(dǎo)致絕大多數(shù)堤壩潰決的主要原因，分別占所有潰壩原因中的49%和32%[2]。土石壩的穩(wěn)定分析和潰壩機(jī)理研究歷來(lái)受到壩工界的普遍重視，具有重要的工程意義。需要指出，這里的管涌包含了大量的土壩由于具有軟弱通道而出現(xiàn)的類(lèi)似管涌破壞的情況，需要加以重視。

目前潰壩問(wèn)題研究的方法主要有數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)2種。就目前潰壩問(wèn)題的數(shù)值模擬研究情況而言，20世紀(jì)80年代逐漸興起的數(shù)值模擬研究仍缺少通用、精確的潰壩洪水模型，不僅三維潰壩模型有待建立，而且逐漸潰壩模型更是亟待開(kāi)發(fā)，只有精確的模型才能有效地模擬潰口發(fā)展過(guò)程。對(duì)于模型試驗(yàn)研究，19世紀(jì)末到20世紀(jì)80年代側(cè)重潰壩洪水研究，隨后20世紀(jì)90年代開(kāi)始逐漸過(guò)渡到以潰壩機(jī)理為研究重點(diǎn)，盡管觀測(cè)手段不斷進(jìn)步，目前潰壩的模型試驗(yàn)研究仍偏簡(jiǎn)單，難以精確而有效地測(cè)定和描述壩體的變形破壞過(guò)程，以及潰口的發(fā)展過(guò)程。因而關(guān)于潰壩機(jī)理，尤其是土石壩潰口發(fā)展過(guò)程的研究，以及潰壩模型的開(kāi)發(fā)，都將是未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)重要且熱門(mén)的研究方向[3-5]。離心模型試驗(yàn)通過(guò)離心力模擬重力，有效地實(shí)現(xiàn)了模型與原型應(yīng)力相等，已經(jīng)成為研究邊坡和土石壩變形破壞過(guò)程的重要手段[6-10]。

本文針對(duì)小型土壩進(jìn)行了離心模型試驗(yàn)，利用離心場(chǎng)圖像采集與非接觸位移測(cè)量系統(tǒng)[11]，研究洪水條件下土壩在沿軟弱通道出現(xiàn)局部破壞后壩體變形和潰決的機(jī)理規(guī)律及主要影響因素。

2 試驗(yàn)設(shè)備與模型

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)在清華大學(xué)50 g·t土工離心機(jī)上進(jìn)行。其有效半徑為2 m，可提供的最大離心加速度為250 g。

試驗(yàn)用的模型箱分上下兩層。上層模型箱用于放置土壩模型，其側(cè)壁為有機(jī)玻璃，便于觀測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中土壩的變形及潰決過(guò)程;下層模型箱為水循環(huán)系統(tǒng)，主要包括水泵、水箱和過(guò)濾裝置，實(shí)現(xiàn)壩體上游的持續(xù)供水。

2.2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

試驗(yàn)所用土為粉質(zhì)黏土，液限30%，塑性指數(shù)15，顆粒相對(duì)密度2.71，最優(yōu)含水量16%。土壩模型的擊實(shí)干密度為1.45 g/cm3，制樣含水量為19%。采用分層擊實(shí)法制樣，根據(jù)所需干密度確定每層擊實(shí)高度，然后削去多余土樣形成土壩，壩體底部保留5 cm厚的水平土層。基于模型的對(duì)稱(chēng)性，取模型的一半，以便通過(guò)有機(jī)玻璃觀測(cè)軟弱通道及其附近壩體的變形、破壞情況(圖1)。在模型箱兩側(cè)的內(nèi)壁上涂抹硅油，從而減小模型箱側(cè)壁的摩擦力對(duì)土體變形及潰決的影響；在土體與模型箱內(nèi)壁的接觸邊界上涂抹玻璃膠，從而避免箱體內(nèi)壁與未損壞的壩體模型之間發(fā)生滲流。

圖1 1#試驗(yàn)的土壩模型
Fig.1 Photo and schematic diagram of earth dam
model for test 1#

圖1(a)給出了1#試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膫?cè)視照片，圖1(b)和圖1(c)分別給出其壩體及軟弱通道尺寸、傳感器及位移測(cè)量點(diǎn)的位置等信息。試驗(yàn)過(guò)程中使用到1個(gè)張力計(jì)和2個(gè)孔壓傳感器(扁圓柱體，直徑1 cm，高0.5 cm)，平行軟弱通道布置，距其12 cm，埋設(shè)深度距壩頂10 cm。為方便圖像位移處理系統(tǒng)識(shí)別土體位移，在靠玻璃一端的土體表面均勻安插白色水磨石，如圖1(a)不規(guī)則白點(diǎn)所示。

試驗(yàn)中采用“挖槽填糖”的方式模擬土壩的軟弱通道，根據(jù)已有試驗(yàn)，在遇水溶解前白砂糖的壓縮模量與土相近，從而使加載過(guò)程中壩體不會(huì)出現(xiàn)明顯的不均勻變形；又因其遇水后迅速溶化，故可以較好地模擬軟弱通道。

為了突出土壩變形和潰決的特征規(guī)律及影響因素，本試驗(yàn)針對(duì)軟弱通道截面尺寸、軟弱通道性質(zhì)及壩高壩坡等因素，分別進(jìn)行了一系列潰壩離心模型試驗(yàn)，具體試驗(yàn)方案如表1所示。試驗(yàn)在50 g的離心加速度下進(jìn)行，即模型比尺1∶50，主要模擬7.5～10 m的小型土壩。1#—4#試驗(yàn)針對(duì)管涌通道尺寸，進(jìn)行了不同橫截面積的軟弱通道及等橫截面積不同形狀的軟弱通道等條件下的對(duì)比試驗(yàn)；1#，5#，6#試驗(yàn)針對(duì)通道填充物質(zhì)組成及分布情況，進(jìn)行了軟弱通道貫通程度及軟弱通道是否貫通的對(duì)比試驗(yàn)；而1#，7#，8#試驗(yàn)則針對(duì)壩高壩坡，進(jìn)行了不同規(guī)模、不同坡比壩體的對(duì)比試驗(yàn)。

表1 試驗(yàn)方案

Table 1 Schemes of contrast tests

編號(hào)壩高/cm坡度通道尺寸/(cm×cm)填充物是否整體潰決1#151∶1．501．0×1．0糖是2#151∶1．501．5×1．5糖是3#151∶1．500．5×0．5糖否4#151∶1．500．5×2．0糖否5#151∶1．501．0×1．0糖、砂否6#151∶1．501．0×1．0糖(不貫通)否7#101∶2．001．0×1．0糖否8#201∶0．751．0×1．0糖是

2.3 試驗(yàn)過(guò)程與測(cè)量

試驗(yàn)開(kāi)始后，逐級(jí)加載至離心加速度50 g，待變形穩(wěn)定后通過(guò)手動(dòng)控制水泵開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)整壩體上游水位，直至壩體最終潰決或者變形達(dá)到穩(wěn)定。

試驗(yàn)中采用離心場(chǎng)圖像采集與非接觸位移測(cè)量系統(tǒng)來(lái)觀察、記錄和測(cè)量土壩的位移場(chǎng)[11]，位移測(cè)量精度為0.03 mm。其中，水平向位移以向上游為正，豎向位移以向下為正。采用孔壓傳感器和張力計(jì)測(cè)量和記錄壩體內(nèi)部典型點(diǎn)的孔隙水壓力和張力的變化。

3 土壩破壞過(guò)程

3.1 潰壩過(guò)程分析

本文試驗(yàn)中土壩潰決的主要誘因是軟弱通道發(fā)生管涌引起的滲流破壞。通過(guò)“挖槽填糖”模擬軟弱通道，在蓄水位高于該通道時(shí)，水便會(huì)流入由糖填充的軟弱通道，使糖迅速溶化，在壩體內(nèi)部形成一個(gè)軟弱通道，進(jìn)而發(fā)生滲流破壞。一旦水貫通壩體，形成流動(dòng)，便會(huì)不斷沖蝕、淘空內(nèi)部壩體，上部壩體便會(huì)隨之塌陷，直至最后上部的土體完全脫落，墜落水中被水流沖走。以1#試驗(yàn)為例，分析管涌引發(fā)的土壩變形及潰決過(guò)程。圖2給出了壩體上、下游側(cè)壩體測(cè)點(diǎn)處孔隙水壓力隨時(shí)間變化的過(guò)程。

圖2 上、下游側(cè)壩體內(nèi)測(cè)點(diǎn)的孔隙水壓力時(shí)程曲線(xiàn)
Fig.2 Time-history curves of pore water pressure at measurement point in the upstream and the downstream

圖3給出了土壩變形潰決過(guò)程的錄像截圖，并描繪出壩體潰決過(guò)程的管涌通道輪廓線(xiàn)。

圖3 管涌通道擴(kuò)展輪廓
Fig.3 Photographs of piping channel extension

結(jié)合孔隙水壓力時(shí)程曲線(xiàn)和管涌通道輪廓線(xiàn)演變過(guò)程，可以將整個(gè)破壞過(guò)程概括為以下3個(gè)階段：

(1) 管涌通道形成階段。大致對(duì)應(yīng)圖2中0～600 s，77 s開(kāi)始供水，孔隙水壓力隨著蓄水位上升逐漸增加，下游與上游比相對(duì)滯后，管涌通道約在580 s形成，如圖3(a)、圖3(b)所示，管涌通道形成后逐漸貫通。

(2) 壩體沖蝕、通道擴(kuò)展階段。大致對(duì)應(yīng)圖2中600～1 500 s，通道貫通后水位迅速下降，上游孔隙水壓力隨之減小，而下游由于大部分的水通過(guò)管涌通道流走，沒(méi)有蓄水，因而孔隙水壓力沒(méi)有明顯變化，平穩(wěn)緩慢下降，如圖3(c)—圖3(e)所示，下部壩體逐漸沖蝕，同時(shí)上部壩體塌陷或塌落。

(3) 整體潰決階段。大致對(duì)應(yīng)圖2中1 500 s后的時(shí)段，水流基本穩(wěn)定，緩慢沖蝕管涌通道，上下游孔隙水壓力隨之穩(wěn)定緩慢地下降，如圖3(f) —圖3(h)所示，隨著水流的不斷沖蝕，上部壩體不斷塌落，直至最終整體潰決。

3.2 典型點(diǎn)位移分析

典型點(diǎn)的布置見(jiàn)圖1(a)和圖1(c)所示，針對(duì)壩體的4個(gè)典型點(diǎn)分析其位移發(fā)展過(guò)程，各典型點(diǎn)具體的豎向位移和水平向位移時(shí)程曲線(xiàn)如圖4所示。

圖4 豎向和水平向位移時(shí)程曲線(xiàn)
Fig.4 Time-history curves of vertical and lateral displacements

試驗(yàn)中采用離心場(chǎng)圖像采集與非接觸位移測(cè)量系統(tǒng)記錄和測(cè)量典型點(diǎn)的位移場(chǎng)[11]。在試驗(yàn)過(guò)程中各典型點(diǎn)會(huì)隨著壩體的沖蝕和塌落先后脫落，被水流沖走，此時(shí)位移時(shí)程曲線(xiàn)的位移呈現(xiàn)為突然增大。圖4給出了各典型點(diǎn)破壞前的位移場(chǎng)。由于位移曲線(xiàn)終點(diǎn)之后時(shí)刻的位移，因壩體該點(diǎn)發(fā)生沖蝕或潰決無(wú)法測(cè)量，因此該終點(diǎn)對(duì)應(yīng)時(shí)刻可近似作為該測(cè)點(diǎn)所在處壩體的破壞時(shí)刻。

從4個(gè)典型點(diǎn)的豎向位移時(shí)程曲線(xiàn)可以看出，壩體在管涌形成后出現(xiàn)明顯沉降(圖4(a))。壩體上部在管涌形成后變形一度趨于穩(wěn)定，后來(lái)由于壩體潰決而發(fā)生了破壞。壩體右側(cè)下部的典型測(cè)點(diǎn)4的破壞早于左側(cè)同高度的典型測(cè)點(diǎn)3，而典型測(cè)點(diǎn)2的破壞也早于左側(cè)同高度的典型測(cè)點(diǎn)1，可見(jiàn)典型測(cè)點(diǎn)4處壩體的較早破壞對(duì)典型測(cè)點(diǎn)2處壩體的穩(wěn)定性產(chǎn)生了影響，以致典型測(cè)點(diǎn)2所在處，即右側(cè)上部的壩體較早發(fā)生破壞，推測(cè)其原因是缺少下部壩體的支撐作用，以致上部壩體較早塌陷破壞。從水平向位移時(shí)程曲線(xiàn)(圖4(b))也可以得出同樣的結(jié)論。

圖4(a)中，為了突出下部典型測(cè)點(diǎn)處對(duì)上部典型測(cè)點(diǎn)處的影響，將不同高度處的2個(gè)典型測(cè)點(diǎn)豎向位移繪制于同一圖中，清晰地反映了相同高度處左、右兩典型測(cè)點(diǎn)破壞的先后順序，以及相同一側(cè)下部典型測(cè)點(diǎn)對(duì)上部典型測(cè)點(diǎn)的影響。

與豎向位移時(shí)程曲線(xiàn)不同的是，下部的典型測(cè)點(diǎn)的水平向位移大于上部壩體典型測(cè)點(diǎn)的水平向位移，典型測(cè)點(diǎn)3和典型測(cè)點(diǎn)4的水平向最大位移分別約為-9 mm和+3 mm，而典型測(cè)點(diǎn)1和典型測(cè)點(diǎn)2的水平向最大位移分別約為-2.5 mm和+0.5 mm。

對(duì)比相同高度的左、右典型測(cè)點(diǎn)的相對(duì)位置，還可以看出:下部壩體的左、右兩典型測(cè)點(diǎn)分別向兩側(cè)移動(dòng)，呈遠(yuǎn)離趨勢(shì)，而上部壩體的左、右兩典型測(cè)點(diǎn)初始呈現(xiàn)統(tǒng)一趨勢(shì)，隨著下部壩體的破壞才逐漸呈遠(yuǎn)離趨勢(shì)。在下部典型測(cè)點(diǎn)3和典型測(cè)點(diǎn)4破壞之前，上部典型測(cè)點(diǎn)1和典型測(cè)點(diǎn)2的水平向位移較小，而當(dāng)下部典型測(cè)點(diǎn)所在處的壩體破壞后，上部典型測(cè)點(diǎn)所在處的壩體水平向位移迅速加劇?？梢?jiàn)下部壩體是否破壞對(duì)上部壩體的穩(wěn)定性具有顯著的影響。

4 影響因素分析

為了有效地分析管涌潰壩試驗(yàn)的主要影響因素，本文分別針對(duì)管涌通道尺寸、管涌通道填充物質(zhì)以及壩高壩坡等幾方面做了多組對(duì)比試驗(yàn)。

4.1 軟弱通道尺寸對(duì)比試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果顯示，3#試驗(yàn)盡管形成管涌通道，但是壩體沒(méi)有潰決，管涌通道在形成后由于受自重應(yīng)力作用而逐漸閉合、密實(shí)。而4#試驗(yàn)中，盡管管涌通道截面積與1#試驗(yàn)相同，但由于管涌通道在自重應(yīng)力作用下閉合較快，而最終沒(méi)有貫通，因而壩體最終沒(méi)有破壞。這表明軟弱通道尺寸(高和寬)越小，越難發(fā)生管涌破壞。尺寸小到一定程度時(shí)，盡管形成管涌通道，但不會(huì)引起壩體破壞；在軟弱通道截面積相同情況下，通道高度較高時(shí)更易破壞。

4.2 軟弱通道填充物質(zhì)對(duì)比試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果顯示，在5#(糖砂以1∶1的質(zhì)量比混合)和6#(通道不貫通，下游段末尾2 cm填土)試驗(yàn)中，壩體均沒(méi)有破壞。5#試驗(yàn)中，糖溶解后砂顆粒成為管涌通道中的骨架，起一定支撐作用，而其上部的土體也很快與下部閉合并逐漸密實(shí)，因而壩體沒(méi)有形成貫通的滲流通道，最終沒(méi)有破壞。6#試驗(yàn)中，由于末端土的作用，也沒(méi)有形成貫通的滲流通道，最終也沒(méi)有破壞。這表明如果管涌通道處土顆粒含量較高，壩體不易發(fā)生整體破壞；管涌通道在不貫通的情況下很難發(fā)生壩體的整體破壞。1985年，曹敦履[12]設(shè)計(jì)試驗(yàn)?zāi)M滲流管涌孔道端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，得到了發(fā)生管涌并非發(fā)生滲流破壞的充分條件，還受相對(duì)滲徑和絕對(duì)滲徑影響的結(jié)論，與該結(jié)論有相互印證之處。

4.3 壩高壩坡對(duì)比試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果顯示，在8#試驗(yàn)(壩坡1∶0.75)中，管涌通道形成后迅速貫通，壩體很快潰決，整體破壞的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于1#試驗(yàn)(壩坡1∶1.5)。而7#試驗(yàn)(壩坡1∶2)中，在管涌通道形成后，由于上部壩體的自重應(yīng)力相對(duì)較小，通道閉合及密實(shí)過(guò)程相對(duì)較慢，但最終仍然沒(méi)有貫通，沒(méi)有發(fā)生壩體整體破壞。這表明軟弱通道尺寸相同時(shí)，壩坡越陡,壩體越易發(fā)生破壞。

本文試驗(yàn)表明，凡是形成管涌通道后發(fā)生壩體整體破壞的試驗(yàn)，在破壞前均形成了貫通的滲流通道?？梢酝茢啵苡客ǖ镭炌ㄊ前l(fā)生壩體潰決的重要因素，甚至可能是其發(fā)生的先決條件。這一認(rèn)識(shí)的合理性還需要通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)一步研究。

5 結(jié) 論

本試驗(yàn)研究針對(duì)小型土壩，進(jìn)行有軟弱通道土壩變形和潰決的離心模型試驗(yàn)。基于試驗(yàn)結(jié)果歸納、總結(jié)了土壩潰決的特征規(guī)律，并分析了管涌引起壩體潰決的主要影響因素，結(jié)論如下：

(1) 有軟弱通道壩體的潰決過(guò)程中，首先是管涌通道形成并逐漸貫通，然后下部壩體逐漸沖蝕，同時(shí)上部壩體塌陷或塌落，最后整個(gè)壩體潰決。

(2) 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明，壩體在存在軟弱通道的情況下，未必會(huì)發(fā)生潰決。在軟弱通道斷面尺寸較小，尤其高度較低，軟弱通道中砂顆粒的含量較多，壩體上下游壩坡較緩時(shí)，軟弱通道會(huì)隨著上部土體的沉降而產(chǎn)生閉合和密實(shí)的趨勢(shì)，無(wú)法形成貫通的管涌通道，便不易引起壩體整體破壞。

(3) 管涌通道貫通是壩體發(fā)生潰決的重要影響因素，甚至可能是其發(fā)生的先決條件。更準(zhǔn)確的結(jié)論需要通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1] 汝乃華, 趙智華. 小型土壩的漫頂泄洪新技術(shù)[J]. 水利水電科技進(jìn)展：2001, 21(3)：38-43.

[2] 張修忠. 堤防潰決過(guò)程的數(shù)值模擬[D]. 北京：清華大學(xué), 2003.

[3] 王立輝, 胡四一. 潰壩問(wèn)題研究綜述[J]. 水利水電科技進(jìn)展, 2007, 27(1): 80-85.

[4] 文 岑, 蔣友祥, 趙海燕. 潰壩問(wèn)題數(shù)值模擬研究綜述[J]. 中國(guó)科技信息, 2010, 2(21): 58-61.

[5] 李 云, 李 君. 潰壩模型試驗(yàn)研究綜述[J]. 水科學(xué)進(jìn)展, 2009, 20(2): 304-310.

[6] 陳正發(fā), 于玉貞. 土工動(dòng)力離心模型試驗(yàn)研究進(jìn)展[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2006, 25(2): 4026-4033.

[7] 馮 振, 殷躍平. 我國(guó)土工離心模型試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展綜述[J]. 工程地質(zhì)學(xué)報(bào), 2011, 19(3): 323-331.

[8] 張 嘎, 王愛(ài)霞, 牟太平,等. 邊坡破壞過(guò)程離心模型試驗(yàn)的應(yīng)力位移場(chǎng)研究[J]. 巖土力學(xué), 2008, 29(10): 2637-2641.

[9] 曹 潔, 張 嘎, 王麗萍. 坡頂加載時(shí)黏性土坡土釘加固前后的離心模型試驗(yàn)比較研究[J]. 巖土力學(xué), 2011, 32(1): 364-369.

[10]LI Guo-zhen, WU Hai-peng, HU Yun, et al. New Independent Earth Dam Failure Simulation System for Centrifuge Model Tests[C]∥China Association of Hydraulic Engineering Education. International Conference on Modern Hydraulic Engineering, Xi’an, November 27-28, 2010: 135-138.

[11]ZHANG G, HU Y, ZHANG J M. New Image Analysis-based Displacement-measurement System for Geotechnical Centrifuge Modeling Tests[J]. Measurement, 2009, 42(1): 87-96.

[12]曹敦履. 滲流管涌的隨機(jī)模型[J]. 長(zhǎng)江水利水電科學(xué)研究院院報(bào), 1985, 2(2): 39-46.

(編輯：王 慰)

Centrifuge Modeling on Deformation and Failure ofEarth Dam with Weak Layer

YAN Guan-chen, ZHANG Ga

(State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

Abstract：Stability analysis and failure mechanism of earth dam are of important engineering significance. By using centrifugal force to simulate gravity, centrifuge model test has effectively solved the problem of stress equality in model test. As a result, centrifuge model test has been an important means to investigate the deformation and failure process of earth dam. This article focuses on the deformation and failure behavior of earth dams under piping condition. Centrifuge model tests on failure of earth dam with weak layer were conducted based on improving the previous equipment. Test results show that the process of the failure of earth dam with weak layer is as follows: a piping channel forms gradually at first, and in subsequence, the lower dam is washed away gradually, and upper dam collapses in the meantime, and the whole dam breaks in the end. The breakthrough of the piping channel is an important influential factor, and even could be the prerequisite of dam failure.

Key words：weak layer; earth dam; centrifuge modeling; dam failure; deformation

收稿日期：2016-05-16

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51479096)

作者簡(jiǎn)介：閆冠臣(1988-)，男，遼寧本溪人，博士研究生，主要從事土力學(xué)及巖土工程方面的研究，(電話(huà))010-62797085-18(電子信箱)ygc11@mails.tsinghua.edu.cn。

doi：10.11988/ckyyb.20160470

2017,34(8):101-105

中圖分類(lèi)號(hào)：TU411

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-5485(2017)08-0101-05