水上滑坡冲击涌浪的远场传播特征数值模拟分析

为分析三维滑坡冲击涌浪的远场传播特征,采用FLOW-3D软件建立三维模型,选取不同的滑坡体厚度、宽度与入水速度,模拟滑坡体入水、水体飞溅以及涌浪产生和传播过程。结果表明：滑坡涌浪在传播7倍水深距离后趋于稳定,其相对波高与周期由滑坡体弗劳德数、相对下滑时间以及滑坡体相对体积决定,滑坡体对远场涌浪能量的传递率在8.0%～19.7%之间。     

滑坡涌浪对坝面冲击压力的影响因素研究

库区边坡在强震、暴雨等作用下发生的滑坡失稳破坏会对挡水大坝形成巨大的涌浪冲击作用。本文针对库区滑坡涌浪对坝面的冲击压力问题,采用光滑粒子水动力学(SPH)方法研究了涌浪生成传播过程以及坝面涌浪冲击压力的分布形式,分析了滑坡体宽度、入水速度以及库区水深等因素对滑坡涌浪波高、坝面冲击压力的影响。结果表明,随着滑坡体宽度的增加,最大浪高降低,但是稳定波高增加,坝面冲击压力增大;随着滑坡入水速度的增加,波浪高度增加,但当入水速度增加到一定程度后,坝面冲击压力变化不明显;随着库区水深的增加,首浪高度降低,坝面最大冲击压力以及距离水面的相对作用位置基本不变。     

基于流固耦合方法的滑坡涌浪数值模拟

以GMO流固耦合模型和k-ε紊流模型为基础,采用VOF方法追踪自由液面,利用FLOW-3D软件平台建立三维数值模型,模拟刚性滑坡体沿斜坡运动所引起的涌浪产生及其传播过程,将数值计算结果与观测数据进行对比,验证数值模型研究此类问题的有效性,并分析流固耦合作用和滑坡体运动状态对涌浪生成和传播过程的影响。结果表明:模拟结果与观测数据吻合较好;忽略水体对滑坡体的作用会明显增加涌浪的首浪高度和传播速度,流固耦合作用主要影响滑坡体从接触水面到完全浸没的阶段(入水阶段)内涌浪的规模与传播特性;在滑坡体入水阶段采用流固耦合数学模型,而当滑坡体完全浸没于水下时采用指定滑坡体运动轨迹的计算模型,这样所得的结果亦能够准确反映涌浪的产生与传播特性。     

基于FLUENT的狭长型水库滑坡涌浪研究

滑坡涌浪是水库库区岸坡岩土体失稳下滑冲击库区水体而产生波浪的现象。大规模的滑坡可使库区产生巨大的涌浪,传播至坝前甚至会翻越大坝造成坝体溃决,严重威胁下游城市居民生命财产安全。以长岭皮水库为例,采用FLUENT软件模拟其库尾渣土填埋场发生不同规模滑坡所激起的坝址处最大浪高,并与潘家铮方法、中国水科院经验公式法和美国土木工程协会推荐方法等经验公式的计算结果对比;分析了滑坡体入水横断面形态及入水角度对滑坡涌浪高度的影响,发现涌浪最大浪高与滑坡体入水临水面面积呈线性正相关,并与入水角度呈非线性先负相关后正相关;提出了滑坡涌浪不漫顶的滑坡体临界体积。不同滑坡工况下的计算结果可为长岭皮水库库尾滑坡涌浪灾害预防提供参考。     

滑坡涌浪的初始形态及其衰减规律的研究

通过滑坡涌浪模型试验,运用高速摄像机记录滑坡入水形成涌浪的过程,并采用多功能监测系统测量滑坡涌浪形成后沿程传播的水位变化过程线,揭示了滑坡涌浪的初始运动形态特征和衰减变化规律。由于滑坡体的高速入水,水体的形态从冲溅形态发展到前涌形态再到后溃形态,伴随着冲溅形态水体的大片落下、前涌形态水体的前涌和后溃形态水体的向后溃倒,最终形成初始形态的涌浪。创新性地引入涌浪初始形态Froude数,并据其数值范围将涌浪的初始形态分为三种形态:常规涌浪、推移涌浪、跃冲涌浪。在运动的过程中,常规涌浪衰减为波形较稳定的波;推移涌浪将慢慢地衰减为常规涌浪;跃冲涌浪先衰减为推移涌浪再衰减为常规涌浪。     

滑坡涌浪近远场划分及其水波特性分析

滑坡涌浪是一种危害较大的次生灾害,会对人民的生命财产安全造成重大威胁。为探究滑坡涌浪在不同场域的涌浪水波特性,及时发现危害并采取防范措施,对滑坡涌浪全程进行数值模拟。通过CFD软件FLOW-3D建立滑坡涌浪数值模型,并将其模拟精度与有效性,与经典滑坡涌浪试验进行验证。对比结果表明数值模拟涌浪首浪高度与物理模型试验结果一致性较好,数值模拟能反映滑坡涌浪传播的整个过程。基于数值模型,制定关于滑坡体密度、滑坡体体积及滑坡体初始入水特征的27组数值模拟试验。结果表明:近场涌浪回弹及首波波谷出现时间与滑坡体密度呈负相关;近场涌浪首波势能占全程涌浪势能的70%左右;远场涌浪周期约为滑坡体水下运动时间的2倍;通过涌浪势能给出了特定条件下距滑坡体入水点22 m处为远场涌浪波起始位置。研究成果为滑坡涌浪灾害的预警和防治提供一定的参考,可避免发生更大灾害,减少损失。     

库岸滑坡涌浪首浪高度计算方法研究

库岸滑坡涌浪不仅威胁航行船只的安全,还可能冲毁库区内的水工建筑物,有必要对其展开系统研究。而确定涌浪首浪高度是研究库岸滑坡涌浪的首要问题。通过对影响首浪相对高度因素的无量纲化处理,获知滑坡体入水的相对Froude数、滑坡体的相对高度和滑坡入水角度是影响首浪相对高度的主要因素;同时运用微波的波能理论和机械能守恒理论推导出一项新的首浪高度理论计算式,再利用滑坡涌浪模型试验数据对计算式进行拟合,并考虑计算式的实际运用和推广,最终得到一种计算库岸滑坡涌浪首浪高度的新方法。可为库区滑坡涌浪灾害提供预测基础。     

某水电站边坡失稳涌浪计算分析

边坡失稳滑坡高速入水激起的涌浪直接威胁到大坝的安全。运用潘家铮滑速和涌浪计算方法,预测滑坡体在各种工况下的滑动速度、滑坡涌浪初始最大浪高和对岸及下游坝址点涌浪高度。计算结果为边坡治理工作提供了科学依据。并对潘家铮法在具体工程应用中提出了几点探讨意见。     

澜沧江某库区滑坡涌浪物理模型试验

为研究水库滑坡涌浪特征及传播规律,以澜沧江某水电站上游河道为模型,采用正交试验方法设计试验组次,制定了包括滑坡体规模、入水速度、水深、河面宽度的影响因素的试验方案,采用试验控制系统、量测系统开展了滑坡涌浪三维物理模型试验;以量纲分析为基础,借鉴了潘家铮涌浪公式的相关物理量结合方法,基于试验数据,采用多元回归分析法给出了最大首浪经验公式并拟合出了沿程传播浪的回归方程。结果表明:试验拟合推导的方程预测梅里石4^#滑坡在不同失稳工况下最大首浪高度为90.37 m;坝前涌浪高度最大值为15.09 m。其成果可为滑坡体涌浪灾害预警及水电大坝安全保障提供依据。     

某水库高位散体滑坡下滑速度分析

水库滑坡涌浪是水库运行中面临的重要的灾害类型,对涌浪灾害的预测需先进行滑坡体的下滑速度分析。以某水库高位散体滑坡体为例,分别利用传统经验公式法和离散单元法(DEM)对滑坡体下滑速度进行了分析计算。结果表明,传统方法计算散体滑坡下滑速度具有局限性,DEM法计算得到不同时刻滑坡体变形破坏过程及DEM球形颗粒速度,在重力作用下失稳物质在滑坡启动时速度不大,在基岩坡面运动过程中速度不断增大,最终入水速度最大约40 m/s左右。DEM法分析滑坡变形破坏过程与滑坡体失稳运动过程定性分析基本一致,对于高位散体滑坡灾害过程分析具有优势,可以为同类工程问题提供良好的借鉴。     

基于分流比的复杂分汊河道滑坡涌浪远场传播计算方法

基于分汊河道的分流比理论,综合斜条分法和水阻力影响等经典滑速分析方法,提出一种适用于复杂分汊河道的涌浪远场传播计算方法。以雅砻江两河口水电站磨古倾倒滑坡体为例,考虑磨古倾倒滑坡体至两河口水电站坝前河道分汊的实际工况,应用所提出的方法分析两河口库区磨古倾倒滑坡体涌浪产生和传播特征,得到了二期蓄水位2785 m 工况下2 种典型滑坡滑动模式涌浪的初始浪高、坝前浪高及大坝爬高。结果表明:滑坡沿折断带滑动时滑坡涌浪至大坝浪高为9. 32 m;沿强弱倾倒分界面滑动时滑坡涌浪至大坝浪高为14. 73 m。     

散体滑坡涌浪形成与传播的物理模拟试验研究

滑坡入水淹没率是影响滑坡涌浪生成和传播的重要因素。采用正交试验开展散体滑坡涌浪室内模拟试验研究,探讨了滑体规模、速度与水深条件对涌浪波形特征的影响。取得如下研究成果:①滑体完全入水激发涌浪,首浪具有较大波幅,波前平缓、波后较陡,且波形关于竖直和水平轴对称,呈“匍匐”态传播;未完全入水滑坡涌浪初始波峰明显,形态尖突,无明显波谷,波形关于竖直轴对称。②建立了基于单宽体积比R和弗劳德数Fr的波形分类方法,将涌浪分为类斯托克斯波、类椭圆余弦波(或类孤立波)和涌波3种波形,界定了基于R-Fr关系的波形边界方程。③构建了基于R参数的最大波幅预测模型,选取4个涌浪案例验证了模型的可靠性。研究结果对探究深水与浅水区滑坡涌浪的预测具有参考意义。     

考虑复合滑动边坡内部剪切约束机制的刚体极限平衡方法

有别于平面滑动与圆弧滑动,具有复合底滑界面的滑坡体在滑移过程中,滑体各部位滑移方向因必须适应底滑界面的倾角而各不相同。滑体经过底滑界面转折部位时其滑移方向会产生突变,这种突变诱导滑体内部产生剪切破裂面,滑体内部的抗剪阻力则阻碍这种剪切破裂面的形成,从而有利于滑体的整体稳定。针对前缓后陡的复合滑动边坡,提出了考虑滑体内部剪切破裂面的三滑面刚体极限平衡分析方法,从而反映滑体内部抗剪阻力对边坡稳定的约束机制。以Vajont滑坡为例进行了详尽的案例分析,结果表明,复合滑坡体存在客观的内部剪切约束机制,三滑面刚体极限平衡分析可以充分反映这种机制,该方法可为具有复合底滑界面的边坡稳定性分析提供新的思路和方法。     

高坝大库滑坡涌浪灾害链研究综述

对高坝大库滑坡涌浪灾害链相关研究成果和发展趋势进行综述,概述了水库区典型滑坡涌浪实例,从水库滑坡分类、滑坡失稳诱发因素、滑带强度参数确定、滑速计算及运动演化规律、滑坡涌浪产生及传播模拟技术、涌浪与水工建筑物相互作用等方面对已有研究现状进行总结归纳,对各类研究方法的适用性和局限性进行了评述,并对目前存在的研究难点、关键技术以及下一步亟待解决的问题做出了展望。     

滑坡涌浪传播及翻坝过程数值模拟

将滑坡体概化为滑块,并给定其水下运动规律,利用UDF自定义函数对Fluent进行二次开发,模拟了滑块入水产生的涌浪性质,并分析了涌浪首浪传播及翻坝过程。仿真结果表明:若将滑坡概化为滑块,在给定水下运动形式下,产生的涌浪性质与孤立波类似,即涌浪只影响水面以下一定范围,对水底影响不大;涌浪顺水流方向的运动对动压起主要贡献;首浪在传播过程中涌浪波幅会减小而波宽会增大,且波高沿着传播方向其衰减速率在逐渐变小;滑块排挤的库区水体体积小于自身体积;小体积的滑坡对大库容的水库影响程度很小。对比分析不同体积滑坡激发涌浪翻坝的过程发现,滑块体积越大,激发的涌浪传播速度越快,高度越高,形成的翻坝流量越大,对下游的危害性越大。     

水库滑坡涌浪爬坡特征试验研究

由滑坡引起的涌浪灾害不仅严重威胁航运安全,还会冲毁码头、大坝等水工建筑物并造成沿岸居民生命财产的损失。采用物理模型试验的方法对散粒体滑坡涌浪的爬坡特性开展了研究。试验结果表明：影响涌浪爬坡高度的主要因素有滑坡入水速度、滑坡体规模、滑动面倾角、水深、传播距离和爬坡角度等;当涌浪远场传播形态类似椭圆余弦波或孤立波时,涌浪爬坡高度较高,岸坡处水流紊动剧烈,涌浪对岸坡的破坏能力也最强。根据试验结果还建立了近岸坡处涌浪最大波幅计算模型,并结合经典波浪爬坡经验公式推导出了新滑坡涌浪爬坡高度计算公式。以长江新滩滑坡为例,验证了新涌浪爬坡高度计算公式的精度。研究结果能为实际工程中可能存在的滑坡涌浪爬坡灾害范围预测和涌浪避险方案制定等提供一定参考。