落石运动偏移比的模型试验研究

为研究落石偏移比特征及影响因素,通过落石模型试验,分析下落高度、坡形、坡表铺装、质量等因素对落石偏移比的影响规律。结果表明:除落石从坡顶(0 cm)自由下落,偏移比随机性较强,无明显规律外,不同下落高度(不同入射速度),落石偏移比随入射速度的增加而增大;台阶状坡形上落石偏移比较上陡、下缓坡形上大;坡面越坚硬,偏移比越大;落石质量越小,偏移比越大;就偏移比值来说,均在0.5范围内。在实际工程中,较大的入射速度、台阶状坡形、较小的落石质量、坚硬的坡表都会带来较大的偏移比,以及较大的随机性。因此在被动防治中应考虑更大的横向威胁范围,为落石防护布设提供参考。     

滚石运动特性的物理模型试验研究

滚石的运动特征研究是滚石灾害防治的重要前提,而坡表覆盖层和滚石自身特性是影响其运动特征的重要因素。以斜坡覆盖层材质为变量,开展物理模型试验,研究了混凝土坡面和土质坡面下滚石试块的运动特征;并在此基础上,以在建合壁津高速公路边坡为例,开展滚石运动特征数值模拟研究,以运动速度、转动速度、运动能量等为指标分析了滚石形状和尺寸对其运动过程的影响。结果表明：形状和尺寸对滚石运动特征影响较大,滚石越接近球形、尺寸越小,其运动速度越大、转动速度越大;滚石在下落过程中有30%以上的势能通过坡面碰撞损耗,在滚石防治工程中应考虑这部分损耗,而滚石转动能量只占总动能的1/30～1/10,因此一般不单独考虑滚石的转动过程。研究成果可为滚石防治工程的设计及优化提供参考。     

高风险落石运动分析及边坡防护综合设计

中越边境某高速公路面临严峻的高位山体落石风险,常规防护方案难以奏效,为解决落石隐患,通过数值模拟方法分析落石运动规律,提出防护设计方案。研究得到以下认识:①对于落石冲击能远超工程措施防护能级的情况,应高度重视坡型设计,引导落石沿可控的轨迹运动、碰撞减速消能;落石与宽平台及落石槽碰撞后能量衰减率可达到80%以上;②坡顶挖方线与自然坡切线角度α越小,越有利于引导落石贴坡坠落;③内倾落石槽具有优越的落石滞留和能量衰减效果,但弹跳轨迹较复杂,可配合较高的低能级被动网使用;宽平台的优势在于运动轨迹规则、弹跳高度较小,可配合较矮的高能级被动网进行使用;④废弃土作为缓冲垫层能显著提高落石防护能力,还能缓解弃土造成的环境污染,种植绿化后尚有美化景观的作用。研究思路及成果可为落石防护提供借鉴和参考。     

台阶式溢洪道水流能量特性的研究

为了研究台阶式溢洪道上水流能量特性,对坡比1∶1.25不同台阶高度的台阶溢洪道进行模型试验,试验结果表明:台阶溢洪道上总水头沿程急剧降低;水流比能表现出沿程先增大后达到稳定值的规律;水流比能的变化决定总水头的变化,比能稳定值越小说明台阶溢洪道的消能效果越好。通过无量纲分析得出稳定比能与相关影响因子的2个无因次参数,结合试验和相关文献对2个无因次参数拟合,表现出良好的幂函数规律,相关系数为0.994 9~0.997 2。同时得出计算剩余能量和台阶溢洪道总消能率的经验公式,为相关设计提供参考。     

倾斜岸河流和水库水面污染带下的污染物质量浓度分布

基于静止水体中横向和垂向扩散系数不相等的瞬时线源二维扩散的解析解,推导出水面有限宽瞬时污染源二维扩散的质量浓度分布计算公式。在顺直倾斜岸坡大宽度深水情况下,基于横向和垂向扩散系数不相等的角形域映射原理,推导出倾斜岸水面瞬时污染带下角形域中二维扩散污染物质量浓度分布的理论公式。计算与分析结果表明,在简化条件下该公式与理论解完全一致,角形域倾角对污染物的质量浓度分布影响较大,角形域内质量浓度分布具有随倾角参数为奇、偶数而不同的特性,计算点距离岸坡顶点越近,角形域倾角对污染物质量浓度分布的影响越大;横坐标越大,影响越小;水深越大,影响也越小。     

库水位缓变作用下高陡边坡变形及稳定性分析

库水位缓变时,对边坡岩体在无裂隙、有裂隙、增大渗透系数、单独降水及升水等5种条件下,进行了流固耦合数值模拟试验,研究升、降水全过程条件下坡面裂隙及渗透系数对边坡岩体变形位移、近似蠕变及稳定安全系数的影响效应,以及单独升、降水条件下渗透系数对稳定安全系数的影响规律。结果表明,有近似平行坡面裂隙时,对坡面位移影响较大,对稳定安全系数几乎无影响;增大渗透系数时,对位移影响较小,下部1/3高度内观测点位移表现最敏感;升、降水全过程时,渗透系数越大,各阶段稳定安全系数越小;单独升水时,渗透系数越大,稳定安全系数越小,且裂隙的存在不影响此规律;单独降水时,渗透系数越大,稳定安全系数越大。     

木桥河水库面板坝缺陷渗透稳定性数值模拟研究

为研究木桥河水库面板坝不同缺陷在库水位变动工况下的上下游坝坡渗透稳定性规律,利用Geo-studio软件进行了数值模拟,得到了缺陷面板坝的坝后浸润线高程、渗漏量及稳定性变化规律,结果表明:库水位高程越高,面板坝坝后浸润线高程越高;坝体渗漏量越大,上游坝坡安全系数越大,下游坝坡安全系数越小;库水位骤降速率越大,最小安全系数出现的时刻越早,最小安全系数也越小;一旦面板发生缺陷,面板坝后的浸润线及渗漏量会出现较大增长,安全系数下降幅度也较大,缺陷高程越高,面板坝后浸润线高程及渗漏量越大,安全系数也越小。     

Z形薄壁堰过流能力试验

鉴于Z形堰的水流特性及过流能力尚未见到相关报道,为研究Z形堰的过流能力,采用概化水工模型,进行了6个堰型方案、12组流量的水工模型试验。结果表明,Z形堰的过流能力大于直线堰,且Z形堰的展宽比越大,流量扩大倍数越大;Z形堰的流量计算可采用通用的堰流公式,其综合流量系数与堰上水深、堰高、展长、前堰宽、后堰宽等因素有关,展宽比、前后堰宽比越大,流量系数越大;堰上水深与堰高之比越大,流量系数越小。利用试验数据给出了考虑堰上水深与堰高之比、展宽比、前后堰宽比等因素的Z形堰流量系数估算公式。     

不同雨强和坡比条件下黄土边坡降雨入渗研究

降雨诱发滑坡是我国黄土地区的主要地质灾害之一,为了给黄土边坡防护设计提供参考,采用室内边坡降雨模型箱,开展了2种降雨强度(中雨7.00 mm/d、大雨10.75 mm/d)和2种坡比(1∶0.5、1∶1)条件下的模型边坡降雨试验,实测边坡土体含水率、基质吸力及边坡形态变化情况,比较了不同降雨强度和坡比条件下降雨入渗的差异。结果表明:黄土边坡降雨入渗深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,降雨入渗速率坡顶最高、坡脚次之、坡中最低,雨水的入渗能力随着入渗深度增加而减弱;降雨结束后边坡湿润锋深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,即降雨入渗深度坡脚最大、坡顶次之、坡中最小,降雨强度越大边坡湿润锋深度越大,坡比越大边坡坡中降雨入渗深度越小;不同降雨强度和坡比条件下,边坡不同位置处基质吸力稳定值坡中最大、坡顶次之、坡脚最小,降雨强度越大基质吸力稳定值越小、相应的含水率越低、降雨入渗速率越高,坡比越小边坡坡中降雨入渗速率越高、入渗深度越大;降雨初期坡面未产生径流,随着降雨历时的延长,表土逐渐饱和、坡面产生径流现象,降雨强度和坡比越大边坡表层土体剥落越严重、坡面径流深越大。     

木河桥水库面板坝缺陷渗透稳定性数值模拟研究

为研究木河桥水库面板坝不同缺陷在库水位变动工况下的上下游坝坡渗透稳定性规律,利用Geo-studio软件进行数值模拟,得到缺陷面板坝的坝后浸润线高程、渗漏量及稳定性变化规律。研究结果表明,库水位高程越高,面板坝坝后浸润线高程越高,坝体的渗漏量越大,上游坝坡安全系数越大,下游坝坡安全系数越小;库水位骤降速率越大,最小安全系数出现的时刻越早,最小安全系数也越小;一旦面板发生缺陷,面板坝后的浸润线及渗漏量会出现较大的增长,安全系数下降幅度也较大,缺陷高程越高,面板坝后浸润线高程及渗漏量越大,安全系数也越小。     

基于动力有限元法的落石运动轨迹研究

落石运动轨迹的研究是进行落石拦截系统设计的关键,它直接关系到落石拦截系统的成败。采用落石质点模型与ANSYS/LS-DYNA有限元软件研究落石运动轨迹特征,并对2种方法在变坡点处的偏角大小进行比较分析,然后基于实际落石灾害案例对2种方法进行比较,结果表明:忽略形状和大小的质点模型运动轨迹在变坡点处,其弹跳高度与运动距离大于数值模型;以质点模型计算结果作为防护依据,工程造价过高;对于单个典型落石而言,质点模型只能大致反映落石运动趋势,而有限元计算结果能真实反映空间范围内不同形状落石在坡面微地貌影响下不同位置的运动姿态,可以提取任意时刻落石运动特征参量,更接近实际工程情况,可预测落石运动轨迹。研究成果可为落石灾害防治提供指导。     

山区公路沿线地质灾害分布与环境影响关系研究——以汶川-茂县公路为例

汶茂公路地处我国地质灾害高易发区,是汶川地震发生后重要的"生命通道"。为深入探究该类区域崩滑灾害的发育规律,并据此对公路选线和设计提供依据,通过对灾害最新遥感解译、现场调查和资料搜集,运用Arc GIS平台,分析了汶茂公路走廊带的地表坡度、坡向、工程地质岩组、断层、水系、道路影响共6个环境因子与地质灾害之间的关系。结果表明:(1)研究区共计崩塌258个,滑坡127个,其在30°~60°的坡度范围内分布最广,E、W、SW、NW坡向范围内坡体稳定性较差,灾害频发。(2)地层及岩性在宏观上对灾害发生起着控制作用。(3)距断层越远,其受到的影响越小。(4)走廊带内崩滑灾害受区域水系的控制。(5)距道路400 m的范围内灾害点密度最大,在道路修建时,应重点考虑边坡、路基的的影响因素。     

四川麻柳沟地震崩塌落石运动特征分析

根据麻柳沟斜坡的坡体结构、地震崩塌落石分布位置及落石运动轨迹,采用运动学理论方法研究了麻柳沟地震崩塌落石的运动特征。结果表明,地震崩塌落石有别于重力崩塌落石,其运动形式更为复杂。麻柳沟地震崩塌落石的运动过程可分为平抛、滚动两个阶段。受落石大小、形态等影响,不同规模的崩塌落石运动方式有所差异。大型落石往往经过平抛阶段后直接停留在落地的位置,据此可以反算崩塌落石的初始速度;小型落石由于能量较小,落地后迅速被耗尽,基本停留在离落地不远处;对于那些偏心距较小的中型落石,受其形状、大小及坡度等影响,运动距离较远。地震崩塌落石在滚动阶段不受地震力影响,因此其运动方式与重力崩塌落石运动形式相同。     

攀西黑水河流域北部地区崩塌与滑坡分布规律

攀西黑水河流域北部地区是我国地质灾害高易发地区。为深入研究该地区崩塌、滑坡灾害发育规律,基于现场调查和高精度遥感影像崩塌、滑坡解译,借助Arc GIS平台强大的空间分析能力,研究区内崩塌、滑坡的分布规律。主要成果与结论为:1研究区共发育崩塌76个,滑坡487个,93.4%的滑坡分布于10°~40°斜坡范围内,47.4%的崩塌发育于40°~50°斜坡;2地层岩土体结构组合特征及力学强度在宏观上决定山地灾害的类型及其易发性;3尽管研究区现今处于地震活动的相对平静期,但断层对崩塌、滑坡的发育仍有一定的影响(滑坡约300 m,崩塌约500 m),断层切过处往往发育大型崩塌和滑坡;4研究区滑坡的分布宏观上受河网水系的控制;5公路对滑坡发育的影响范围约300 m。     

INFLUENCING FACTORS FOR THE ENERGY DISSIPATION RATIO OF STEPPED SPILLWAYS

In order to search for the measure to increase the energy dissipation ratio of stepped spillways, some main influencing factors for the energy dissipation ratio of stepped spillways, such as unit discharge, dam slope, height of step and so on, were studied. The results show that the energy dissipation ratio decreases with the increase in the unit discharge and increases as the slope becomes gentle. The effects of step height on the energy dissipation ratio are closely related to unit discharge. If the unit discharge is smaller, the change of energy dissipation ratio with step height becomes greater. While, if the unit discharge is greater, the influence of step height on energy dissipation ratio is very little. According to the distributions of the turbulence kinetic energy and turbulence dissipation rate obtained by numerical simulation, the basic reason of the decrease of energy dissipation ratio with the increase in the unit discharge was discussed and some specific measures to increase the energy dissipation ratio were suggested.     

冲击作用下混凝土板-缓冲层组合结构动力响应

钢筋混凝土板-缓冲层组合结构常用于落石灾害防治。为研究此类结构在落石冲击作用下的动态响应,基于ABAQUS有限元,以缓冲层厚度、落石冲击速度为参变量,开展了冲击力、缓冲效果、钢筋混凝土板损伤的数值模型研究。结果表明：冲击过程中,落石与缓冲层表面的名义冲击力远大于缓冲层与混凝土表面的真实冲击力,在缓冲层为0.6 m,冲击速度分别为20,15,10 m/s时,冲击力衰减率分别为42.0%,42.0%,40.0%;与目前典型冲击力计算模型对比分析发现,在不同冲击速度下,冲击力与冲击速度呈正相关。研究结果与日本公式及隧道手册计算公式的基本一致。对混凝土板位移分析表明：在一定的缓冲层厚度下,随冲击速度的增大,永久变形增大,回弹量占总变形比例较小;最大损伤范围与缓冲层厚度关系不明显。在缓冲层厚度相同的情况下,冲击中心对应的板面与损伤外边缘连线形成的损伤锥锥角介于30°~ 45°。冲击速度很大程度上影响损伤程度和损伤范围。研究结论对落石防护结构的合理设计具有重要指导意义。     

台阶式溢洪道相对流速和相对消能水头的关系

流速和消能水头是重要的水力参数,但在台阶式溢洪道中尚无系统研究成果。将台阶式溢洪道流速、消能水头与对应光滑溢洪道流速、消能水头对比,引入相对流速、相对消能水头的概念。通过对0.5,1.0,2.0 m 3种不同台阶高度,38.66°坡度的台阶式溢洪道进行试验研究,探讨了流速、消能水头,相对流速、相对消能水头之间的关系。结果表明:非均匀流流态下流速、消能水头呈曲线关系,不便分析应用;相对流速和相对消能水头表现出良好线性关系,相关系数0.973 7~0.995 9,证实了引入相对流速、相对消能水头的必要性。     

台阶式溢洪道滑行流相对水力特性规律研究

台阶式溢洪道消能效果显著、能大大减小下游消力池的尺寸、节省工程量和投资,但其水流规律复杂。本文对比研究了台阶式溢洪道和同体型的光滑溢洪道,并引入台阶式溢洪道相对流速、相对弗劳德数、相对消能率等3个相对水力参数。通过模型试验,分析了台阶式溢洪道流速、弗劳德数、消能率等常规水力参数及3个相对水力参数沿程变化规律、相对临界水深及溢洪道坡度对常规及相对水力参数的影响。分析结果表明:台阶式溢洪道常规水力参数沿程呈复杂的曲线变化规律,相对临界水深及坡度对常规水力参数的影响亦较为复杂,不便应用;台阶式溢洪道相对水力参数沿程表现出良好的线性相关关系,相关系数平均值为0.9887～0.9944;相对水力参数均随相对临界水深的增大而减小,随溢洪道坡度的增大而增大。通过对台阶式溢洪道相对水力参数沿程线性规律的定量分析,并结合光滑溢洪道成熟的水力计算理论,可为台阶式溢洪道复杂水力特性计算提供新方法。     

思林水电站碾压混凝土大坝设计

介绍了思林水电站碾压混凝土大坝枢纽布置及泄洪消能系统设计、大坝基础处理及优化、大坝边坡设计、坝基防渗处理以及采用的工程措施等。思林水电站泄洪消能采用了X形宽尾墩＋台阶坝面＋戽式消力池联合消能的消能工，该消能设计适应大流量低佛氏数泄流消能的特点，利用宽尾墩三元漩滚水跃消能特性，提高了消能率；对复杂的地质基础及边坡，如两扇岩边坡卸荷裂隙和断层发育、下游引航道九级滩段岩体强度偏低且易软化及覆盖层厚度较大等，采用了多种方法分析边坡稳定及充分利用岩体的抗拉强度进行了处理。本工程可供类似工程设计时参考。