不同工况下梯级土石坝溃决模型对比研究

对不同工况下的梯级土石坝的连续溃决模型进行研究有重要意义。通过对6种土石坝溃决模型进行对比研究,总结各模型所应用案例的具体特点以及机理特性。对溃坝案例进行数值模拟,得出计算的参数指标与实际值的误差,对影响溃坝问题的各种参数进行了分析。研究结果对梯级土石坝溃决模型选择具有一定应用价值。     

土石坝漫顶破坏溃口发展数值模型研究

我国已溃决土石坝中由于漫顶破坏而造成的比例高达50%以上,因此,开展土石坝漫顶溃决机理和溃口发展过程研究,正确预测溃口流量过程线及溃坝致灾后果很有必要.本文首先根据现场溃坝调查资料和大型溃坝试验结果,研究分析了土石坝的溃决机理和溃决过程,在此基础上提出了一个描述土石坝漫顶破坏溃口发展过程的数值模型.该模型采用高速水流泥沙输移公式来计算溃坝水流对溃口纵横向的连续冲蚀;采用溃口边坡稳定性分析来模拟边坡失稳坍塌所引起的间歇性横向扩展;通过楔块体力的平衡计算来模拟坝体突发性崩塌所引起的溃口增大现象;通过下游坝体冲槽和坝顶溃口流量平衡来建立两者发展过程的相互影响.最后利用该模型计算分析了板桥水库土石坝发生漫顶溃决的溃口发展过程及溃口流量过程线,模拟结果与实测资料基本一致,从而证实了该模型的合理性.     

溃坝洪水的统一二维数学模型

本文通过资料分析，在前人已有工作基础上，提出了通过统一的二维模型替代以往一维和二维模型嵌套方法的理论基础，探讨了基于此新的概念模式进行数值计算的网格剖分。利用作者以往的洪水冲刷试验研究成果模拟土石坝溃坝发展过程中的逐渐溃模式，探讨了土石坝逐渐溃的溃坝模式数值描述方法，溃坝洪水过程的数值模拟等。文中还介绍了一个实例计算。     

土石坝溃决过程数值模拟研究进展

土石坝的溃决将对淹没区的人民生命财产带来巨大灾难,因此土石坝溃决过程的研究对溃坝致灾后果的评价具有重要意义。首先对大坝的溃决原因进行了分析,并依据常用的土石坝溃决数学模型的分类标准,着重介绍了土石坝溃决参数模型、土石坝溃决过程简化模型和土石坝溃决过程精细化模型的研究进展,对现有成果的优缺点进行了分析总结,并对今后研究的重点提出了相关建议。     

土石坝溃决过程数值模拟研究进

土石坝的溃决将对淹没区的人民生命财产带来巨大灾难,因此土石坝溃决过程的研究对溃坝致灾后果的评价具有重要意义。首先对大坝的溃决原因进行了分析,并依据常用的土石坝溃决数学模型的分类标准,着重介绍了土石坝溃决参数模型、土石坝溃决过程简化模型和土石坝溃决过程精细化模型的研究进展,对现有成果的优缺点进行了分析总结,并对今后研究的重点提出了相关建议。     

大桥水库大坝逐渐溃决的数值模拟

根据逐渐溃坝模型原理和FLUENT软件的二次开发程序,建立两种逐渐溃坝模型,编制水库水位随溃坝洪水下泄而变化的UDF程序和溃口动态变化的UDF程序,对大桥水库大坝溃决过程和溃坝水流进行三维数值模拟,较准确地描述了大坝溃决的机理、溃口发展过程、坝址处洪水的水位和流量过程线,对比分析了线性模型和冲蚀模型的水位过程、流量过程、水面形态、流速分布等模拟结果。分析表明,三维逐渐溃坝模拟能形象而精确地展示溃口的水面形态和流速场分布。     

土石坝漫顶溃坝模拟分析计算

本文对土石坝的溃坝模式进行了简述,针对土石坝漫顶溃坝模拟分析的概化数学模型编制了计算程序,并结合大洼水库溃坝的工程实例进行数值模拟,与该工程实例的实测数据进行了比较分析,进一步说明土石坝漫坝计算过程中数学模型与假设对计算结果、精度、风险分析的重要性。     

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。     

土石坝溃坝洪水分析:原理和计算程序

准确预测土石坝溃决洪水过程直接影响应急处置方案的制定与实施。本文详细介绍了DB-IWHR溃坝洪水分析软件的原理与应用,提出了双曲线冲刷侵蚀模型,侧向扩展模型改进为双曲线形式,并且将敏感性较低的淹没系数m简化。同时,对比了双曲线冲刷侵蚀模型和线型冲刷侵蚀模型的计算结果,验证了双曲线冲刷侵蚀模型的合理性。DB-IWHR溃坝洪水分析软件可快速进行土石坝溃决洪水的计算,其程序使用简单,计算快速、准确,鲁棒性强。     

唐家山堰塞湖溃坝洪水分析及泄流冲刷模拟

土石坝溃坝数学模型BRESZHU建立在溃坝试验及原型溃坝案例中所观察到的溃坝机理基础之上。模型先后用不同国家的多组溃坝试验资料进行率定和验证，并被成功应用于原型堤坝溃决案例的模拟，结果良好。“5·12”地震唐家山堰塞湖险情发生后，其不断升高的水位和不断增大的湖容给下游百万群众的生命财产安全造成了巨大威胁。运用BRESZHU模型并结合坝下游溃坝洪水演进模型针对堰塞湖上游可能出现的不同频率洪水、坝体的不同溃决方案和不同溃决过程等对数10种工况下唐家山堰塞湖的调洪、溃坝及洪水传播过程进行了计算与分析，为抢险方案和应急预案的制定提供了有力的技术支持。险情结束后运用BRESZHU模型及时对湖水下泄过程中泄流渠断面发展及坝址处洪水过程等进行了模拟，结果表明模型计算的下泄洪水过程（水位、流量）及泄流渠断面发展等与实测情况符合较好。     

有软弱通道土坝变形及溃决的离心模型试验研究

土石坝稳定分析和溃坝机理研究具有重要的工程意义。离心模型试验通过离心力模拟重力,实现了模型试验应力与原型应力相等,是研究土石坝变形破坏过程的重要手段。围绕小型土坝在管涌工况下变形及溃决的特征和影响因素开展研究。在改进原有的溃坝离心模型试验设备的基础上,进行了一系列有软弱通道土坝溃决的离心模型试验。试验结果表明有软弱通道坝体的溃决过程为:首先管涌通道形成并逐渐贯通,然后下部坝体逐渐冲蚀,同时上部坝体塌陷或塌落,最后整个坝体溃决。管涌通道贯通是坝体发生溃决的重要影响因素,甚至可能是其发生的先决条件。     

特高坝及梯级水库群设计安全标准研究Ⅲ:梯级土石坝连溃风险分析

为承应本系列论文提出的建立在梯级水库群连续溃决风险分析基础上的特级土石坝分级标准,本文阐述了溃坝计算、洪水演进和连溃分析模型的基本原理,通过对冲刷模型、泄流渠水深计算方法等方面的改进,提出了一个数值分析稳定、对输入参数敏感性低的溃坝分析方法。通过实际工程算例分析表明,本文方法不仅适用于单坝溃决洪水分析,计算成果符合工程实际,而且对连溃分析也具有很好的操作性。溃坝风险分析可作为土石坝风险等级确定的重要手段,也为实施本系列论文建议的等级标准提供了基础支撑条件。     

土石坝溃口流量过程分析

基于土石坝漫顶溃决物理过程基础上,综合水库调洪演算、溃口泥沙冲蚀计算和溃口边坡稳定性分析,构建溃口流量过程的数值计算模型。利用该模型计算分析某土石坝水库发生漫顶溃决的溃口流量过程,计算分析结果表明,模型合理,计算精度较好,能反映土石坝溃口流量过程变化特点。     

堰塞坝的形成机理与溃决风险

基于多座溃决堰塞坝案例的调查,对堰塞坝的形成机制、溃决风险及其影响因素进行分析总结,认为堰塞坝主要是由地震或降雨或火山喷发引起的山体滑坡、崩塌、泥石流所形成,形成方式可概括为滑坡、崩塌、泥石流以及碎屑流,其中滑坡是形成堰塞坝最主要的形式。堰塞坝的工作条件、坝体几何特征以及坝体物质组成和内部结构都与人工土石坝存在明显差别,其溃决的可能性远高于人工土石坝。指出堰塞坝的溃决风险主要取决于上游来水量、坝的拦蓄水量、坝的几何尺寸和坝的结构与物质组成,并讨论了降低堰塞坝溃决风险的应对措施。鉴于堰塞坝极高的溃决可能性与严重的致灾后果,建议今后加强堰塞坝溃决机理、溃坝过程的试验与数值模拟研究工作,提出能合理反映堰塞坝溃口发展规律、溃坝洪水流量过程的数值模型与相应计算方法,为科学预测堰塞坝溃决致灾后果,制定堰塞坝溃决应急预案提供技术支撑。     

基于GIS和支持向量机的土石坝溃决损失评估模型

针对土石坝溃决损失评估涉及众多地理空间对象且影响因素多而复杂的特点,基于GIS空间信息格网模型与支持向量机建立了土石坝溃决损失评估模型.利用GIS空间信息格网模型组织和管理大量空间信息数据,应用支持向量机评估溃坝生命损失率.以评估模型为基础,构建了土石坝溃决损失评估系统.实例应用研究表明,利用该系统可实现土石坝溃决损失快速评估,精度较高,效果较好.可为土石坝风险管理以及防灾减灾、救援决策提供参考.     

土石坝漫顶溃决过程数值模拟研究

针对水动力条件变化复杂、水土耦合作用强烈的土石坝溃决过程,结合水库调洪演算、清水冲刷以及溃口冲刷侵蚀机理,在Breach模型基础上建立了土石坝漫顶溃口流量过程计算物理模型。结果表明:模型对JP水库大坝溃决过程的模拟,很好地再现了溃决洪水流量过程线、溃口展宽和下切过程,验证了模型的合理性和应用潜力。     

上游溃坝引发库区土石坝梯级连溃的模拟研究

基于某水库溃坝过程,以单库非恒定流溃坝数理模拟计算的方式,对上游溃坝洪水涌入下游紧邻的梯级水库以及下游紧邻水库调水御洪防范库坝连溃进行模拟,结果表明:上游发生大坝突然溃决时,可能造成下游库区土石坝连续溃决;在遭遇超级溃决流量是,提前预警泄流只能起到推迟紧邻的梯级水库溃坝时间的作用,不能完全阻止下游紧邻的梯级水库发生连溃;增大紧邻梯级水库的泄流能力,可使库区漫坝洪水流速维持在不发生危险冲刷的指标范围内,但不能彻底防止水坝漫顶;通过增设非常泄洪通道提高泄洪能力,通过预警提前调整库容,能有效防止紧邻梯级水库的坝体连续溃决。可为防范上游溃坝引发紧邻库区土石坝梯级连溃的工程技术应用提供技术参考。     

土石坝溃决模拟研究进展

据统计,目前所溃决的坝体中,多数为土石坝。由于大坝溃决后果的严重性,各国政府对大坝的安全管理问题尤为重视。针对土石坝溃决模型试验及溃坝预测模型的发展进行介绍,并对溃坝预测模型中存在的问题加以总结,并提出下一步研究重点与建议。     

土石坝溃坝离心模型试验系统研制及应用

研制成功了一套土石坝离心模型溃坝试验系统，采用旋转接水环，确保了高加速度条件下溃坝试验过程中能持续提供足够的对坝体进行冲蚀的水量；先进的数据量测方法和图像采集系统能多角度捕捉和摄取土石坝的溃坝全过程，且该系统在高加速度和泥石流条件下能正常工作，利用该试验系统对最大坝高达32m的三种不同坝高均质土石坝开展了漫顶溃坝离心模型试验，清楚揭示了其溃决机理，研究了坝高对均质坝溃口发展规律和溃坝洪水流量过程的影响，结果发现：随着坝高的增加，溃口的纵向下切与溃口边坡的失稳坍塌速度明显加快，溃口流量过程线更为陡峭，峰值流量增大，且峰值流量出现时间更早，溃坝历时更短，因此，溃坝致灾后果将更为严重。     

漫顶溃坝过程的水土耦合数值模型研究

针对溃坝过程中水流与溃口变化快、相互作用强烈耦合的特点,采用无网格基于Lagrange描述的光滑粒子动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics-SPH)方法,引入土体的弹塑性本构关系,构建了土体变形破坏的三维力学模型、水土耦合界面作用模型和一种新的水土耦合冲刷模式,建立了能够较为完整地描述土石坝漫顶溃决过程的水土耦合数值模型。算例模拟表明,该模型能够合理地描述水流对土体的冲刷发展过程。