stringtranslate.com

Внутренняя эрозия

Внутренняя эрозия — это образование пустот в почве, вызванное выносом материала путем просачивания . [1] Это вторая по распространенности причина разрушения дамб и одна из основных причин разрушения земляных плотин , [2] ответственная за около половины разрушений насыпных плотин. [3]

Внутренняя эрозия происходит, когда гидравлические силы, создаваемые водой, просачивающейся через поры и трещины материала в плотине и/или фундаменте, достаточны для отрыва частиц и выноса их из конструкции плотины. Внутренняя эрозия особенно опасна, поскольку может не быть никаких внешних доказательств или быть только едва заметными доказательствами того, что она происходит. Обычно можно обнаружить песчаное кипение , но кипение может быть скрыто под водой. Плотина может прорваться в течение нескольких часов после того, как станут очевидны доказательства внутренней эрозии.

Трубопроводы — это родственное явление, которое определяется как прогрессирующее развитие внутренней эрозии за счет просачивания, проявляющееся ниже по течению как отверстие, через которое вытекает вода. [4] Трубопроводы вызываются регрессивной эрозией частиц от нижнего течения и вдоль линии вверх по течению к внешней среде до тех пор, пока не образуется непрерывная труба. [5] [6]

Внутренняя эрозия и процесс прокладки труб

По данным Международной комиссии по большим плотинам (ICOLD), существует четыре основных вида разрушения при внутренней эрозии грунтовых плотин и их оснований: [7]

Процесс внутренней эрозии происходит в четыре фазы: начало эрозии, прогрессирование с образованием трубы, поверхностная нестабильность и, наконец, начало прорыва . Внутренняя эрозия также классифицируется на четыре типа в зависимости от пути разрушения, способа начала и развития эрозии и ее местоположения:

Концентрированная утечка

Концентрированные утечки возникают, когда в почве образуются трещины. Трещины должны быть ниже уровня водохранилища, и для поддержания открытой трубы должно присутствовать давление воды. Поток воды может вызвать разбухание стенок трубы, закрыв ее и, таким образом, ограничить эрозию. [7] Кроме того, если почва не обладает достаточной связностью для поддержания трещины, трещина разрушится, и эрозия концентрированной утечки не перейдет в прорыв. [8] Трещины, которые допускают концентрированные утечки, могут возникать из-за многих факторов, включая:

Продольные трещины возникают из-за распространения насыпи, в то время как поперечные отверстия, которые встречаются гораздо чаще, возникают из-за вертикальной осадки плотины. Критическое гидравлическое напряжение сдвига τ c, необходимое для начала концентрированной эрозии утечки, можно оценить с помощью лабораторных испытаний, таких как испытание на эрозию отверстия (HET) или испытание на эрозию струи (JET) . [9]

Обратная эрозия

Эта висячая долина образовалась в результате быстрой обратной эрозии скал из валунной глины.

Обратная эрозия часто происходит в непластичных почвах, таких как мелкие пески . Она может происходить в песчаных основаниях, внутри плотины или дамбы, или в коффердамах под высоким давлением паводка во время строительства, вызывая распутывание на нисходящей стороне. Она также происходит в оползневых и подверженных наводнениям регионах, где склоны были нарушены. [10]

Обратная эрозия чаще всего проявляется в наличии песчаных пузырей на нижней стороне плотин. Эксперименты Селлмейера и его коллег показали, что обратная эрозия начинается в щели через слои, которые покрывают эродированную почву (например, через выемки или дренажные канавы) [11] [12] , а затем прогрессирует во многих, более мелких трубах (менее 2 мм в высоту), а не в одной. Устойчивость труб зависит от напора, и как только он становится больше критического значения (0,3-0,5 длины пути потока), канал простирается вверх по течению. За пределами этого, при любом напоре больше критического значения, эрозия прогрессирует до тех пор, пока в конечном итоге трубы не прорвутся в водохранилище выше по течению, и в этот момент происходит прорыв. Для того чтобы произошла обратная эрозия, тело плотины или дамбы должно образовывать и поддерживать «крышу» для трубы.

Суффузия

Суффозия происходит, когда вода протекает через широкофракционные или щелевидные , несвязные почвы. [7] Более мелкие частицы переносятся просачиванием, а крупные частицы несут большую часть эффективного напряжения. [13] Суффозия может происходить только при условии, что мелкие частицы почвы достаточно малы, чтобы проходить между крупными частицами и не заполнять пустоты в более грубой почве. Скорость потока воды также должна быть достаточной для транспортировки этих мелких частиц.

Суффозия приводит к повышению проницаемости в ядре насыпи, более высоким скоростям просачивания и, возможно, гидравлическим трещинам. Она также может привести к осадке [14], если она происходит в основании плотины. Грунты, подверженные суффозии, также, как правило, подвержены сегрегации . Подход Кенни-Лау является известным методом анализа суффозии, который использует распределение размеров частиц для оценки внутренней устойчивости грунта, что напрямую влияет на вероятность возникновения суффозии. [ необходима цитата ]

Контактная эрозия почвы

Контактная эрозия почвы происходит, когда поток воды (поток воды, параллельный интерфейсу) размывает мелкую почву, контактирующую с грубой почвой. [7] Контактная эрозия во многом зависит от скорости потока, которая должна быть достаточной для отрыва и транспортировки более мелких частиц, а также от способности более мелких частиц почвы проходить через поры в грубом слое. Когда начинается контактная эрозия, образуется полость, что приводит к снижению напряжения. Затем свод полости разрушается; обрушенный материал уносится, в результате чего образуется более крупная полость. Процесс продолжается до образования воронки. Полость может не разрушиться; это приведет к возникновению обратной эрозии.

Эрозия при контакте с почвой может возникнуть между любым зернистым слоем и более мелкой почвой, такой как ил-гравий, и часто приводит к потере устойчивости, увеличению порового давления и засорению проницаемого слоя. Экспериментальные результаты показывают, что вблизи геометрического предела, точки, в которой мелкие частицы могут просто проходить между крупными частицами (критерий фильтра), возникновение эрозии и разрушение гораздо более вероятны.

Профилактика с использованием фильтров

Процесс внутренней эрозии можно прервать с помощью фильтров. Фильтры задерживают эродированные частицы, при этом допуская просачивание, и обычно они грубее и проницаемее отфильтрованной почвы. Тип требуемого фильтра и его расположение зависят от того, какие зоны плотины наиболее подвержены внутренней эрозии. Согласно регламенту, фильтры должны удовлетворять пяти условиям: [15]

Ссылки

  1. ^ Словарь терминов по рекультивации, Министерство внутренних дел США, Бюро рекультивации
  2. ^ Прогресс в оценке внутренней эрозии на britishdams.org
  3. ^ Фелл, Р.; МакГрегор, П.; Стэплдон, Д.; Белл, Г.; Фостер, М. (2014). "Глава 8: Внутренняя эрозия и трубопроводы насыпных плотин и фундаментов плотин". Геотехническое проектирование плотин (2-е изд.). CRC Press/Balkema. стр. 375. ISBN 978-1-13800008-7.
  4. ^ ICOLD GIGB, Словарь ICOLD
  5. ^ Развитие условий эрозии трубопроводов в районе Бенсона, Аризона, США.
  6. ^ Закон масштабирования эрозии трубопроводов
  7. ^ abcd «Внутренняя эрозия существующих плотин, дамб и дамб, а также их оснований». 1: Процессы внутренней эрозии и инженерная оценка (Бюллетень 164). Париж : Международная комиссия по большим плотинам. 2013. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  8. ^ Vaughan, PR; Soares, HF (1982). «Проектирование фильтров для глиняных сердечников плотин». Журнал геотехнического отдела . 108 : 17–32. doi :10.1061/AJGEB6.0001233.
  9. ^ Ван, К. Ф.; Фелл, Р. (2004). «Исследование скорости эрозии почв в насыпных плотинах». Журнал геотехнической и геоэкологической инженерии . 130 (4): 373–380. doi :10.1061/(ASCE)1090-0241(2004)130:4(373).
  10. ^ Джейкоб, Джимон (5 сентября 2019 г.). «Техногенная катастрофа Кералы». India Today . Прокладка грунтовых труб является основной причиной оползней, наблюдаемых в этих местах.
  11. ^ Селлмейер, Дж. Б. (1988). «О механизме трубопроводов под непроницаемыми конструкциями» (кандидатская диссертация). Технический университет Делфта , Делфт . {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  12. ^ Koenders, MA; Sellmeijer, JB (1991). "Математическая модель для трубопроводов". Applied Mathematical Modelling . 12 (11–12). Surrey , Delft : 646–651. doi : 10.1016/S0307-904X(09)81011-1 .
  13. ^ Скемптон, AW; Броган, JM (1994). «Эксперименты по прокладке трубопроводов в песчано-гравийных породах». Géotechnique (на английском и французском языках). 44 (3): 449–460. Bibcode :1994Getq...44..449S. doi :10.1680/geot.1994.44.3.449.
  14. ^ Fannin, RJ; Slangen, P. (2014). «О различных явлениях суффозии и суффозии». Géotechnique Letters (на английском и французском языках). 4 (4): 289–294. Bibcode :2014GetqL...4..289F. doi :10.1680/geolett.14.00051.
  15. ^ "Насыпные плотины, гранулярные фильтры и дренажи" (Бюллетень 95). Париж : Международная комиссия по большим плотинам. 1994. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )