基于NWS BREACH的唐家山堰塞坝泄流过程模拟

NWS BREACH模型是目前国内外模拟土石坝或堰塞坝漫顶及管涌破坏最常用的数学模型。基于唐家山堰塞坝的实测资料,建立了唐家山堰塞坝漫顶泄流过程数学模型,并通过现场监测得到的流量过程和库水位变化资料验证了所建立模型的合理性。对模型中的重要参数进行了敏感性分析,研究了坝料平均粒径、冲蚀率、下游坝坡坡比3个参数对模型计算结果的影响,表明坝料冲蚀率和下游坝坡坡比对泄流过程影响显著。研究成果对堰塞坝除险和洪水风险评估具有指导意义。     

唐家山堰塞坝溃坝可能性及冲刷形式初步分析

结合已有资料和研究成果，统计分析了堰塞坝可能的溃坝方式，分析表明，洪水漫坝和坝体渗透破坏或基础渗透破坏是造成堰塞坝溃坝的主要原因。进一步对唐家山堰塞坝堰体物质抗冲能力、突溃与渐溃可能性和堰塞坝渐溃的可能模式等逐一进行了分析。分析认为，由于该堰塞坝规模巨大，且上游坝坡较缓、下部结构较密实、整体稳定性较好，不存在整体溃决的危险，溃决过程是逐步渐变的，不会发生瞬时溃决。     

堰塞坝渗透稳定性评估

 2008年5月12日，汶川特大地震在灾区诱发了34处规模较大的堰塞湖，影响巨大，特别是唐家山堰塞湖，引起了全国广泛关注和重视。堰塞湖往往会带来严重的灾害，不仅在形成过程中可能造成生命财产的直接损失及上游的淹没损失，而且在形成后还会对下游带来淹没或溃坝洪水等次生灾害。考虑堰塞坝应急处置的特点，评价了堰塞坝的渗透稳定性，确定了渗透破坏的形式和程度，并以唐家山堰塞坝为例进行了渗流计算分析，以期对堰塞坝安全性状评估的进一步研究提供参考。     

唐家山堰塞湖形成机制及应急处置工程措施研究

通过唐家山堰塞湖的形成机制分析和堰塞坝物质组成研究,针对各种渍决可能及堰塞坝特点,提出了三种工程处理措施方案,根据现场施工情况及水文特性及时进行动态调整,满足了现场施工及利用水力特性溯源冲刷泄流的要求,实现了有效控制泄流过程及减少对下游影响的目的,成功解除了唐家山堰塞湖对下游人民生命财产的严重威胁,创造了堰塞湖处理的奇迹.     

基于Visual Modflow的关门山沟堰塞坝渗流稳定模拟研究

为了研究堰塞湖渗流稳定性，通过钻孔资料及试验获取关门山沟堰塞坝地层结构及物理参数，采用Visual Modflow建立堰塞坝三维渗流模型，研究堰塞坝在1 705,1 710,1 715 m和1 720 m四种水位条件下的渗透特性及稳定性。根据渗流模拟成果，得出了4种水位条件下出水口平均渗透坡降和最大渗透坡降，并与堰塞坝允许坡降进行比对。结果表明：渗透坡降与水位呈正相关性，最大渗透坡降出现在下游出水口附近。当堰塞湖水位达到1 715 m时，堰塞坝部分细颗粒将被带走；当水位达到1 720 m时，坝脚处将出现较大范围的渗透破坏。根据渗透坡降变化趋势，拟定1 719 m为堰塞坝渗透破坏临界水位。     

唐家山堰塞湖应急排险设计及综合整治的设想

在分析研究唐家山堰塞坝地形地质条件、物质组成、通口河段水文条件的基础上,针对堰塞坝特点及各种溃决可能,提出了三种工程处理措施方案,并根据现场施工情况及水文特性及时进行动态调整,从而满足了现场施工及利用水力特性溯源冲刷泄流的要求,实现了有效控制泄流过程及减少对下游影响的目的,成功解除了唐家山堰塞湖对下游人民生命财产的严重威胁。对泄流后的唐家山综合治理进行了进一步的专题研究,提出了综合治理的设想、技术路线。     

堰塞坝溃坝数学模型研究与应用

针对堰塞坝坝体土石料的宽级配特性,引入与水流方向垂直的附加作用力来考虑粗颗粒对细颗粒的阻拦、遮蔽作用以及细颗粒对粗颗粒的包围、填实作用,提出了一个可模拟堰塞坝漫顶溃决过程溃口发展规律与流量过程的数值模型和相应的计算方法,利用该模型对唐家山堰塞坝泄流过程进行了模拟,得出的泄流槽发展规律与洪水流量过程与实测资料接近,验证了该模型和计算方法的合理性。进一步,利用笔者建议的数学模型及数值计算方法,比较分析了唐家山堰塞坝除险过程中泄流槽断面型式对堰塞坝泄流过程的影响,发现堰塞湖在采用泄流槽引流除险时,泄流槽深度与断面型式对其泄流过程具有重要影响,增加泄流槽深度,可明显提高泄流效率,但堰塞湖下游将承受更大的风险。对于同样深度的梯形泄流槽,如果将槽底部断面减小,形成复合梯形泄流槽,不仅可减少开挖工作量,而且没有明显降低泄流效率,同时后者的泄流过程更为平缓,最大洪峰流量减小,出现的时间滞后,堰塞湖下游承受的风险也将降低。     

不同河道状况下的堰塞坝溃坝洪水特性研究

采用溃坝流量经验公式计算并比较分析了不同溃决模式、工程引流措施和上游来水、上游河道及坝址状况对唐家山堰塞坝溃坝流量过程的影响，采用一维溃坝洪水演进数学模型计算分析了溃坝洪水在北川至绵阳、重庆段的演进过程，比较分析了溃坝前下游河道不同水流状态和不同边界条件对溃坝洪水传播特性的影响。经过对堰塞坝实际泄流的洪水演进过程的复演计算，证明数值模拟结果与实际情况较为吻合。     

舟曲泥石流堰塞坝稳定性分析及应急预案研究

以舟曲泥石流堵江堰塞坝为研究对象,采用数值分析和极限平衡法研究舟曲泥石流堰塞坝边坡稳定性。计算得出:坝体边坡位移随水位升高而增加,坝体边坡安全系数随水位升高而减小;坝体边坡坡比不同时,坝体边坡位移分布相似,且安全系数变化不大;堰塞坝位移随坝体材料含水量减小而减小,安全系数随坝体材料含水量减小而增大。应急除险研究认为,设计深4 m、底部宽20 m、侧边1∶1. 5坡比梯形断面的泄流槽,随着上游堰塞湖水位的缓慢下降,不断加大泄流槽深度和宽度,对于快速降低堰塞湖的水位是有效的。     

唐家山堰塞湖泄流后新河道行洪能力计算分析

根据唐家山堰塞湖泄流渠设计条件，分析比较了堰流公式、渠道水面线法和MIKE-11模型等流量计算方法，认为渠道非均匀流水面线法精度较高。采用渠道水面线法，计算了堰塞坝天然过水通道、泄流渠设计方案、实际施工方案的过流能力，并对水流冲刷所导致泄流渠缓坡段缩短、底高程降低、底宽变窄等影响泄流能力的因素进行了分析。对于泄流后形成的新河道，也进行了行洪能力计算分析。     

堰塞坝慢顶溃决流量过程数值模拟

堰塞坝的溃口流量过程是堰塞湖应急处置与风险管理的关键问题，采用数值模型计算分析堰塞坝溃口流量过程的关键是正确模拟溃口形成机理。本文在前人工作基础上，根据一般滑坡堰塞坝特点和实际观测到的堰塞坝溃口发展规律建立了一个溃口扩展模式，将溃口扩展过程归纳为三种主要表现形式，采用试验资料建立的高强度泥沙冲刷计算公式将溃口冲刷的三种表现方式联系在一起，建立堰塞坝逐渐溃决数学模型，利用实测溃坝资料验证了模型的可靠性。考虑到溃坝洪水计算的极大不确定性，对计算模型中一些关键参数给定一定变幅范围研究了这些参数对计算结果的影响。     

小湾拱坝设计及基础处理

小湾拱坝动静应力水平较高，在拱坝体型优化及应力分析中采用多种数值分析方法和模型试验进行深入研究，特别是对于高拱坝坝踵可能出现的开裂问题和抗震问题开展了一系列攻关研究，并采取了相应的工程措施。坝肩稳定是高拱坝安全的关键，针对存在于坝肩抗力岩体内的地质缺陷，首先采用多种数值分析方法和模型试验对抗滑稳定性和变形稳定性进行深入研究在此基础上，从安全可靠、经济合理以及可实施性等方面充分论证和分析比较各种加固处理措施，综合确定了实施方案。     

白沙面板堆石坝大坝剖面优化设计

本文介绍了在白沙面板堆石坝的大坝设计中，采用三种不同岩石填料的分区剖面，通过E—B二维选优，三维印证，使白沙水电站的溢洪道开挖软岩料得以合理利用，比纯硬岩料筑坝节约投资约1020万元（此处不计硬岩料场运距）     

百色水利枢纽主坝的某些特点

百色水利枢纽主坝采用全断面碾压式砼重力坝 ,其主要特点是 :坝基座落在横跨河床宽约 12 0m ,倾向下游 ,倾角约为 5 5°的辉绿岩条带上 ,基岩强度高 ,透水性小。但由于岩体侵入影响 ,隐性节理发育 ,开挖前后力学指标变化较大 ;基岩的上下游均存在蚀变带和硅质岩地层 ,强度低 ,透水性极强 ;碾压砼采用了二级配和准三级配 (最大粒径为 60mm)配比 ;砼骨料采用辉绿岩人工骨料 ,其难点在于制砂 ,砂粒级配缺中间粒径 ,粉粒含量高达 2 0 %～ 2 4% ,而其细度模数又偏大 ,其特点十分明显     

坝体裂缝对拱坝承载力的影响

文章以下涧口水库拱坝的相关数据,选取单位高度拱圈作为研究对象,采用有限元法,应用ANSYS通用计算软件进行模拟计算分析.从拱圈开裂后出现的裂缝条数的变化,拱圈中心角的改变、跨度不同等,多方面分析裂缝对拱圈承载能力的影响.得出裂缝对拱圈的承载能力有所降低,单边开裂对拱圈承载能力降低最为明显,但裂缝数量的增加对拱圈的承载能...     

坝身溢洪道在小型土石坝工程中的应用

施工开挖出露的地质条件和高边坡稳定等因素是决定泄洪形式和泄洪建筑物布置的关键.永红山塘土石坝整治工程,由于左岸地形高陡及右岸岸坡施工开挖出露的高边坡不稳定安全隐患,不宜继续修建岸坡溢洪道.根据施工现场情况,结合工程特性,设计将溢洪道优化调整为直接布置在土石坝坝体上的坝身溢洪道方案.设计论证成果和蓄水运行检验表明:对于坝址两岸溢洪道修建条件有限且泄洪单宽流量不大的中、低土石坝,将溢洪道布置在土石坝坝体的坝身溢洪道新技术可行、经济.     

河道景观橡胶坝和钢坝的优选

提出了景观橡胶坝和钢坝各自的适用范围,从景观效果、管理运用、投资、基础要求、坝长、运用年限等方面,阐述了两者各自的优势和存在问题,得出了橡胶坝存在管理运用不便、使用寿命短等诸多不足,钢坝克服了橡胶坝等诸多缺点,但与橡胶坝相比也有投资高、对基础条件要求较高等缺陷。     

土石坝和堰塞坝溃决机理与溃坝数学模型研究进展

土石坝溃坝机理与溃坝数学模型研究对于预测溃坝洪水致灾过程和致灾后果具有重要的意义。为此,概要介绍了国内外在土石坝溃决机理与溃坝过程数学模型方面的研究进展,特别是笔者研究团队近年来在该领域的最新研究成果,表明以笔者研究团队为代表的国内专家学者,在高土石坝溃坝离心模型试验技术,高心墙坝、面板坝及堰塞坝溃决机理和溃坝过程模拟理论研究方面走在了世界前列。但在土石坝溃坝过程模拟计算机软件的通用性以及溃坝致灾过程的可视化技术方面与欧美国家相比,仍有相当大的差距。建议今后应加大精细模拟高心墙坝、高面板坝溃坝过程数学模型的研究力度,注重可视化技术在溃坝过程模拟中的应用,加快研制通用性友好,能精细模拟土石坝溃坝及其致灾过程的可视化计算机软件。     

高拱坝坝基稳定研究

针对高拱坝坝基失稳机理,稳定分析方法,最不利滑型及相应岩石力学参数进行了全面,深入地研究,在此基础上,提出了坝基和坝肩的加固处理原则及优化方案,并采用大规模的渗流场分析及地质力学模型试验分析,验证了理论研究成果及加固处理措施的合理性和有效性。     

徐家河尾矿库溃坝分析

根据尾矿库溃坝计算可知,尾矿库如遇溃坝,易对人民生命财产造成极大危害,分析尾矿库一旦溃坝所带来的严重后果,以提高相关部门的重视,为相关部门提供科学的水文数据,供防汛部门参考。