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    论流土与管涌

    发布人: 发布时间:2016-11 浏览数:


    土力学极少有深奥的理论与繁复的数学公式,精确对于土力学来讲似乎是奢侈品。但在土力学中,概念的准确是极其重要的。所谓概念是认识、理解、感悟与经验。概念不是猜测与假设,不是主观的臆想,也不是狭义的经验。概念是对本质的认识,概念是理性的经验,是反映事物本质的,是具有普适性的真理。

    学习土力学最忌讳的就学“夹生”了。其原因可能是被庸师和劣质教材所误导也可能是由于个人经验建立起来的浅层次的自以为是的认识,造成概念不清或概念错误。如果把米饭焖夹生了就很难再煮熟了,只好多加水熬粥了。其结果是越熬越糊涂,最后成为一锅糊涂粥。在岩土工程界就有某些所谓高工、总工、院长、教授就成为这样的糊涂粥。

    最近见到一本“优秀教材”,其中关于流土与管涌部分,除了叙述不清外,下面的一幅附图可谓是奇葩。

    1 渗透破坏

    在图1(a)中,可见一个均匀土体(包括地基与土坝)中的浸润线,浸润线或自由水位线是与大气连通的,因而其上各点压力水头均为零,总水头就是位置水头??墒钦馓踅笙卟恢喂仕嵬蝗焕肟掠纹露晗虻叵?,然后鼓起余勇又向上冲起,不顾流线必须正交于等势线的原理,蛮横地斜着冲出了地面,无理地造成了流土。这条任性的浸润线推翻了能量守恒原理,居然从下向上冲起;粉碎了共轭有势场的正交原理,也打破了流土必须是竖直向上的规矩,斜向冲破坝后的地面等势线,最后竟发生了流土。谁说中国人缺少创新性?

    在图1(b)中,这是典型的二元地层,亦即下面为透水层,上面为不(弱)透水层,承压水从底层涌出只能在黏性土中发生流土(突涌),黏性土中不可能发生管涌。如果说是下面的透水层发生了管涌,那么上层土没有渗透破坏的通道,“管”又向那里“涌”呢?

    这里就涉及到渗透变形中最基本的流土与管涌的概念。正确的理解与叙述应为:

    流土可发生在无粘性土和粘性土中,当向上的渗透力大于土的有效重度时,土粒处于悬浮状态。故它一般发生在渗流出逸处,可以用公式γcr=γ'/γw判断,管涌发生在无粘性土中,特别是缺少中间粒径的情况,土的细颗粒在粗颗粒形成的孔隙中流动,以致流失,逐渐形成管形通道。

    2是在实验室中实现的管涌与流土的现象,可见二者的区别。在砂土中,发生流土时,砂波汹涌,状如沸腾,亦称“砂沸”(boiling)。而管涌则主要是细颗粒的砂土被向上带走,部分粗颗粒亦移动,形成管状的通道。

    2 管涌与流土

    “一川碎石大如斗,随风满地石乱走?!币嗉创至M帘徽逋贫?,就有点像流土了;而飞砂不走石,“平沙莽莽黄入天”,就很像管涌,亦即仅细粒土被启动、带走,大颗粒的粗粒土基本未动。
       在上海外滩的踩踏事故中,被人流裹挟踩踏伤亡的都是年青人,从18,9岁到30出头,级配如此均匀,这很像是流土了;而在闹市中小孩被人流裹挟而丢失,则是管涌了??墒嵌?,礼堂失火,有人喊“让领导先走!”,最后烧死多是孩子,我就百思不得其解了:按照土力学常识,首先启动、逃走的应是小颗粒的孩子们才对。

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