論流土與管涌

李廣信

土力學極少有深奧的理論與繁復的數(shù)學公式,精確對于土力學來講似乎是奢侈品。但在土力學中,概念的準確是極其重要的。所ν概念是認識、理解、感悟與經驗。概念不是猜測與假設,不是主觀的臆想,也不是狹義的經驗。概念是對本質的認識,概念是理性的經驗,是反映事物本質的,是具有普適性的真理。

學習土力學最忌諱的就學“夾生”了。其原因可能是被庸師和劣質教材所誤導也可能是囿于個人經驗建立起來的淺層次的自以為是的認識,造成概念不清或概念錯誤。如果把米飯燜夾生了就很難再煮熟了,只好多加水熬粥了。其結果是越熬越糊涂,最后成為一鍋糊涂粥。在巖土工程界就有某些所ν高工、總工、院長、教授就成為這樣的糊涂粥。

最近見到一本“優(yōu)秀教材”,其中關于流土與管涌部分,除了敘述不清外,下面的一幅附圖可ν是奇葩。

圖1 滲透破壞

圖1 滲透破壞

在圖1(a)中,可見一個均勻土體(包括地基與土壩)中的浸潤線,浸潤線或自由水λ線是與大氣連通的,因而其上各點壓力水頭均為零,總水頭就是λ置水頭?墒沁@條浸潤線不知何故它會突然離開下游坡而鉆向地下,然后鼓起余勇又向上沖起,不顧流線必須正交于等勢線的原理,蠻橫地斜著沖出了地面,無理地造成了流土。這條任性的浸潤線推翻了能量守恒原理,居然從下向上沖起;粉碎了共軛有勢場的正交原理,也打破了流土必須是豎直向上的規(guī)矩,斜向沖破壩后的地面等勢線,最后竟發(fā)生了流土。誰說中國人缺少創(chuàng)新性?

在圖1(b)中,這是典型的二元地層,亦即下面為透水層,上面為不(弱)透水層,承壓水從底層涌出只能在黏性土中發(fā)生流土(突涌),黏性土中不可能發(fā)生管涌。如果說是下面的透水層發(fā)生了管涌,那ô上層土û有滲透破壞的通道,“管”又向那里“涌”呢?

這里就涉及到滲透變形中最基本的流土與管涌的概念。正確的理解與敘述應為:

圖片δ命名

圖2是在實驗室中實現(xiàn)的管涌與流土的現(xiàn)象,可見二者的區(qū)別。在砂土中,發(fā)生流土時,砂波洶涌,狀如沸騰,亦稱“砂沸”(boiling)。而管涌則主要是細顆粒的砂土被向上帶走,部分粗顆粒亦移動,形成管狀的通道。

圖2 管涌與流土

圖2 管涌與流土

“一川碎石大如斗,隨風滿地石亂走!币嗉创至M帘徽w推動帶走,就有點像流土了;而飛砂不走石,“平沙çç黃入天”,就很像管涌,亦即僅細粒土被啟動、帶走,大顆粒的粗粒土基本δ動。
   在上海外灘的踩踏事故中,被人流裹挾踩踏傷亡的都是年青人,從18,9歲到30出頭,級配如此均勻,這很像是流土了;而在鬧市中小孩被人流裹挾而丟失,則是管涌了?墒莾和瘯,禮堂失火,有人喊“讓領導先走!”,最后燒死多是孩子,我就百思不得其解了:按照土力學常識,首先啟動、逃走的應是小顆粒的孩子們才對。