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防洪长堤出现溃坝的土力原因 精选

已有 4413 次阅读 2016-7-6 22:29 |系统分类:海外观察

防洪长堤出现溃坝的土力原因

岳中琦

刚刚拜读了,《新京报》在7月6日11:55发布的报道:“武汉新洲溃堤伤口上,竟有贪官撒过盐”http://www.weibo.com/ttarticle/p/show?id=2309403994207818775701#_0。《新浪财经》转发的报道题目是“武汉告急!同时传来的噩耗是工程腐败!”http://yuntest.net/cz9fX2Jpej1NekE0TlRjM01EWXlPUT09JmlkeD0xJm1pZD0yNjUxNDE5NjI3JnNuPTFkMzUyNzg1ODg3YTcxN2M4OGMwOWY2Mjc1ZGFjYTc5.html。另外,《新华网》在2010年07月26日11:30报道了“水利工程里的豆腐渣工程依然屡见不鲜”http://news.sina.com.cn/c/sd/2010-07-26/113020758594_2.shtml

《新京报》在文中写道:“1998年之后,我们看到了国家天文数字的水利投资,习惯了各种水利工程的“固若金汤”,“豆腐渣”工程似乎已经销声匿迹。但是,这场洪水,又是让一些水利腐败现出原形的时候了。”

洪水来了,质量不好的堤坝段就可能会出现险情、甚至溃坝。这就能导致大量洪水流入、淹没被高堤坝保护的低洼地区,造成灾难(图1)。

质量不好的堤坝原因通常主要有4种。第一种是,偷工减料造成建造了的堤坝质量不好。这就是腐败了,人们对此痛恨之极。第二种,堤坝下部自然地基土体质量在局部地方发生变异变差。在洪水来时,它可发生管涌,导致溃堤。第三种,组成堤坝土体的质量沿着堤坝可能发生变化、沿长度和宽度方向不均匀。这种坝体质量在长度或宽度方向发生变化,可能是在施工过程中因为天气变化和土体物源变化等原因造成的。在过量洪水来到后,质量弱的堤坝段可能会出现险情。第四种,洪水大大的超过了堤坝设计标准,导致洪水漫坝,再溃坝。这4种因素都加在一起,就成了综合原因了。

发生溃坝的堤坝一般都是土堤坝。它们是由附近或外地挖掘和搬运来的泥土一层层堆起再碾压形成的。土堤坝建造在原有土体地基上。它的横截面为梯形的。它是远远高于河沟的、长长的堤围。人们用“豆腐渣”来概括质量不好的工程。在水利工程中,人们用“豆腐渣”工程土来描述出现问题的土堤坝工程。这是因为,豆腐渣是极其松散的,用手一拉就断、就开、就破。用手一压就缩、就扁、就软。

因此,我个人认为,质量不好堤坝的一个根本原因或许还是土体自己原因。这是因为,从土的力学行为来讲,土自己就是“豆腐渣”。

土是大地自产松散固体物质。它一定能够被人手拉断、拉开、拉破,直到组成土的细小岩石或粘土颗粒。它也能被人用手压缩、压扁、压软。另外,土也能被水冲开、冲散、液化,丧失抗拉、抗剪强度,变成流体、随水流动。洪水中就含有不少土。

简单地讲,土就怕水。土体一旦含水过多,就会丧失其固体特性和能力,变成流体。因此,用土做成的土堤坝本省就存在易扩散的癌细胞。土堤坝目的就是堵水,就需要土力来抗水。但是,土力就是怕水,且最怕长时间水泡、水浸。

在以下博文中,我已经介绍了土体破坏、山坡滑坡和边坡滑坡的原因和机理:1)突围范式Paradigm,走岩土力学与工程强国之路http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-851224.html2)全球岩土工程领域共同挑战性问题的经典土力学理论根源http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-838492.html3)经典土力学理论的根本局限性和灾难性后果http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-836715.html4)造成山体滑坡灾难的两个潜伏癌细胞http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-935416.html

因此,土遇水就腐,就能完全丧失土力。土堤坝在洪水来时溃堤是必然要发生的事件。这也就是千里之堤,溃于蚁穴的土力原因。

那人们为什么还是用土堤坝呢?

这是因为历史和经济能力的原因。古代人就是用土来建造堤坝和圩埂的。人们习惯了这种做法。同时,土堤坝利用当地自然土,堤坝材料费用极低。

如图1所示,土堤坝另外一个特点是,堤坝需要较缓的边坡角,要占用大量土地和河道。土堤坝不能过高。土堤坝越高,坡脚宽度就越大,河道就越窄,洪水就难流动、越易被堵。这造成了洪水水位更高,土堤坝溃坝的风险就越增大。过大过高的土堤坝本身稳定性也就变得越来越低。

因此,在博文“防治土堤坝溃塌的简易有效有力工程技术http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-987932.html中,我建议用水冲插板隔水挡土连续墙来加固土堤坝(图2)。

如图2所示,在土堤坝中用水冲插入加筋混凝土薄板,可形成隔水挡土的地下连续墙,有力有效地防治土堤坝溃口。加筋混凝土薄板能够既不怕水又不怕土。它可克服上述纯土堤坝所有的困难和不足。图2中的具体设计数据需要按照安全规范进行实际的定量计算

2016年7月6日22:15写成于香港大学黄克競楼办公室



http://blog.sciencenet.cn/blog-240687-989089.html

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