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。     

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。     

金沙江白格堰塞坝自然泄流冲刷溃决过程数值模拟

堰塞坝冲刷溃决及溃决洪水演进过程十分复杂,其溃决洪水对下游人民生命财产构成巨大威胁。利用数值分析方法对大型滑坡堰塞坝的溃决演进过程进行模拟和重演,对堰塞湖下游的避险与防灾减灾具有重要指导意义。以2018年金沙江"10·11"白格滑坡堰塞湖为例,基于无人机获取的地形数据,建立白格滑坡堰塞坝的三维数值模型,采用Flow-3D软件对堰塞坝的自然泄流冲刷溃决过程进行模拟,分析泄流槽内的流速、冲淤变化特征以及下游溃口处的洪峰流量演变过程。模拟结果表明:堰塞坝漫顶冲刷可以划分为溃决冲刷前、溃口快速拓展阶段、洪峰时刻、溃口稳定发展阶段4个时间段;溃决泄流过程中,泄流槽斜坡道上的水流流速较大,冲刷深度最大,堰塞坝下游出现明显淤积;白格堰塞湖溃决过程中出现了明显的溯源侵蚀现象,在泄流槽不断下切的过程中,泄流槽跌坎不断向上游移动。模拟结果有助于进一步深化对金沙江"10·11"白格滑坡堰塞坝冲刷溃决过程和机理的认识,对于堰塞湖应急处置措施和科学避险方案的制定具有一定的参考价值。     

唐家山堰塞湖应急除险工程堰塞坝下游洪水演进复演验证

将溃坝模型和传统一维非恒定流模型相结合,建立了溃坝洪水演进数学模型.采用DEM数字模型插值技术快速获取计算断面地形,能适合于资料缺乏情况下的应急模拟计算.运用该模型,对栽唐家山堰塞湖应急除险工程堰塞坝下游洪水演进过程进行了复演计算,验证结果表明计算的水位、流量过程与实测情况符合较好,从而证明了模型的可靠性.     

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.     

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。     

唐家山堰塞湖应急处置技术特点与体会

四川汶川大地震造成北川附近唐家山山体大滑坡，形成一座危害程度极高的堰塞湖。为避免堰塞坝溃决而导致严重的次生灾害，由水利部组织实施了唐家山堰塞湖除险工程措施。工程应急处置方案为开挖泄流渠引流冲刷，并在实施过程对方案进行动态调整优化。唐家山堰塞湖排险施工历时17 d，成功地解除了险情，工程施工与泄流过程未造成人员伤亡。在唐家山应急除险中，充分体现行业专业优势和技术支撑作用，应急处置中采取的“因势利导、借力自然、安全可控”的技术思路，可作为其他大型堰塞湖抢险的科学指导原则。     

不同横断面泄流槽的地震堰塞湖溃决实验研究

堰塞湖的溃决问题是研究堰塞湖的核心内容之一,也是堰塞湖进行排险和处置的重要依据.本文以唐家山堰塞湖为原型,设计室内1∶250的近似模型实验,完成了堰塞湖自然溃决实验、梯形槽堰塞湖溃决实验、三角形槽堰塞湖溃决实验和复式槽堰塞湖溃决实验,通过对溃决过程中堰塞坝内部土体体积含水量变化特征、泄流槽侵蚀特征和溃决流量过程的分析,获得以下认识:(1)溃决初期以下切侵蚀为主、后期以侧蚀为主;溯源侵蚀方面,自然溃决表现最强烈,人工辅助溃决实验中溯源侵蚀由强到弱依次为:复式槽、三角形槽、梯形槽;(2)人工辅助溃决在一定程度上削减了洪峰流量,与自然溃决相比减小了7.7％ ～20.1％,表明开挖人工泄流槽降低坝前水位的措施对于降低堰塞湖溃决风险是可行的;(3)以溃决流量增长率高或到达溃决洪峰时间短为判定溃决初期排泄效率高的标准,对比3组人工槽溃决实验,排泄效率由高到低依次为:三角型横断面、复式横断面、梯形横断面.针对唐家山堰塞湖处置,可在梯形槽基础上开挖三角形槽变为复式槽来进一步提升溃决初期排泄效率.     

唐家山堰塞坝泄流对坝坡稳定的效果分析

采用极限平衡有效应力法研究了不同上游水位下唐家山堰塞坝坝坡的稳定性，评估了该堰塞坝滑坡的可能性，为制定科学有效的泄流方案提供了依据。同时，对泄流后该堰塞坝坝坡以及泄流形成的新河道岸坡的稳定性进行了分析，研究了泄流对坝坡稳定的效果。研究结果表明，上游水位继续上涨可能导致唐家山堰塞坝下游坝坡滑动破坏，应在水位达到高程675 m前采取泄流措施降低库水位，以确保下游侧坝坡的安全；泄流后剩余堰塞体的稳定性较好，不会发生大规模滑动；泄流形成的新河道岸坡可能发生局部垮塌，但其规模较小，应不会造成堵塞断流和影响行洪能力。     

两种溃坝模型在唐家山堰塞湖溃决模拟中的对比

基于唐家山堰塞坝溃决的实测数据,使用BREACH模型及中国水科院DB-IWHR模型,对唐家山堰塞坝溃决过程进行了反演分析,并对两种模型进行参数敏感性分析。研究结果表明:使用针对唐家山的参数,两种模型均可较好地反演唐家山溃决洪水的过程,BREACH模型的下游坡比和孔隙率是对结果影响比较敏感的输入参数;DB-IWHR模型在冲刷参数和下游水深计算两方面做了改善,较好地解决了这一问题;DB-IWHR提供了一个Excel格式的计算软件,数值分析稳定性好,使用简洁客观,可供类似堰塞湖应急处置时参考。     

金沙江白格堰塞体结构形态与溃决特征研究

四川、西藏交界处的金沙江右岸白格村所在岸坡于2018年10月10日和11月3日发生两次失稳滑坡,堵塞金沙江形成堰塞湖。在介绍堰塞湖形成过程及成因的基础上,分析了堰塞体结构及形态特征、溃决发展阶段、溃决特征值,并将这些特征参数与以往一些堰塞湖作了比较。分析表明:该堰塞体总体由细颗粒组成,表面及下游侧粗颗粒增加,抗冲性差、库容、来水量及堰塞体物质组成是决定溃决峰值流量的关键因素,来水量、堰塞体抗冲性及堰塞体溃流段长度是决定坝体溃决时长的关键因素。     

金沙江“10·10”白格堰塞湖溃坝洪水反演分析

准确预测堰塞湖溃坝洪水流量过程在堰塞湖应急抢险过程中极其重要。以白格堰塞湖下游水文站实测的洪水过程为依据,通过DB-IWHR溃坝洪水分析程序和GST洪水演进模型,分别采用不同冲刷侵蚀参数对"10·10"白格堰塞湖漫顶自然泄流过程进行了反演分析。结果发现:冲刷参数a=1.100 0、b=0.000 6时,叶巴滩、拉哇水文站模拟结果与实测流量结果最为接近。由此判断"10·10"白格堰塞湖溃决洪峰流量为10 882.78 m~3/s,溃决历时6.2 h到达洪峰流量,最终溃口水面宽度为99.66 m。运用DB-IWHR溃坝洪水分析程序结合基于GPU加速技术的GST洪水演进模型,计算效率得以大大提高,可以在应急抢险工作中实现快速、精准的预测。     

堰塞坝漫顶溃决试验及相关数学模型研究

针对当前堰塞坝溃决试验粒径取值偏低和粒径相差不大的现状,采用两组粒径差别明显的砂样进行了堰塞坝垭口漫顶溃决试验。试验表明,同条件下粗、细两种颗粒坝体的溃决现象有着较明显的不同。垭口挡板提起后,细颗粒坝体以下切侵蚀为主,冲刷强度比较剧烈,坝体较容易发生溃决;而粗颗粒坝体则是以渗流出流形成的溯源冲刷为主,冲刷强度较低,溯源面逐渐向上发展,只有当其发展到垭口下端附近时坝体才有可能迅速发生溃决。试验还发现,下游坝坡对溃决过程的影响比较显著,坝坡越陡,坝体越易溃决,溃口的平均展宽速率也越大。此外以deVries输沙率公式为基础建立了具有物理意义的概念性溃口出流计算模型,并采用试验实测数据对该模型进行了验证,结果表明该模型具有良好的适用性。     

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。     

滑坡堰塞湖溃坝波影响因素分析

滑坡堰塞湖坝体随着上游水位的不断上升极易失稳。基于流体计算软件Fluent,对水体在重力作用下的塌落及演进过程进行数值模拟,分析溃坝洪水在下游河道传播过程中的影响因素,结果表明:上下游水深比、下游河道坡降及弯曲程度均对溃坝洪水的推进速度、波形及流量产生影响。水深比比较小时,下游洪水推进较快;下游河道坡降越大,洪水推进速度越快,流量越大;下游河道弯曲度≥0.25时,溃坝洪水受影响比较明显,波前传播速度减缓,能量耗散增大。     

基于HEC-RAS的施工期围堰溃决洪水模拟研究

研究溃坝(堰)洪水演进对下游区域的灾害预警和防洪决策等具有重要意义。基于HEC-RAS一维非恒定流水力学模型,考虑不同的入库流量及围堰破坏形式,对某水利工程施工期围堰溃决洪水进行了数值模拟,并分析了各工况下围堰溃口及河道下游的洪水流量过程、洪峰到达时间等。研究成果可为该工程防洪抢险预案的制定提供科学依据,同时可供其他类似工程参考。     

高土石坝大交角挑流消能水垫塘优化布置

通过如美水电站整体模型试验,从水流流态、水垫深度、动水压力、下游河道流速分布等特性,对比研究了增设二道坝和降低底板高程两类优化方案。结果表明,大交角挑流消能水垫塘下游增设二道坝,其效果与二道坝高度、泄量、河谷宽度等密切相关,会恶化出流与下游河道的衔接;降低水垫塘底板高程对下游衔接影响较小,且可有效增加水垫深度,降低水垫塘临底水力指标。