考虑分界面的黏性泥石流下游演进数学模型研究

基于分界面理论,以泥石流屈服深度对应的面为分界面,将黏性泥石流分为理想流体和Bingham流体,建立了模拟黏性泥石流演进过程的数学模型和相应计算方法。该模型基于泥石流的运动特征,注重不同层间泥石流流速的差异,并可合理反映泥石流运动速度对其演进形态的影响机制;同时,全面考虑了黏性泥石流在演进过程中所呈现的"舌状体"和"龙头"由上向下翻落现象,因此可更准确描述黏性泥石流在演进过程中的运动状态。采用3组模型试验结果对建立的数学模型与计算方法进行了验证,结果表明:模型计算得出的泥石流泛滥范围和最大堆积厚度与模型试验结果误差在±5%以内,验证了模型的合理性。     

平原河网区河道交汊口分流特性模型试验研究

以苏南运河-蠡河-望虞河交汊河道为研究对象,基于经验证的江苏省太湖地区整体一维河网数学模型及苏南运河-蠡河-望虞河交汊口局部物理模型,构建了交汊口平面二维数学模型,利用“16·7”超历史洪水资料并联合物理模型进行验证,在现状交汊角计算基础上,进一步模拟了苏南运河-蠡河变交汊角条件下蠡河分流比特性,并开展了多因素影响分析。结果表明,苏南运河-蠡河-望虞河分汊口不同于“Y”型或者斜接形交汊口,蠡河分流比主要由望虞河水位与苏南运河-望虞河水位差决定,与苏南运河下泄流量关系较小;苏南运河-蠡河交汊角度对蠡河分流比影响不大,主要是口门回流区束缩了支流有效过水宽度,导致进水口的实际过流宽度小于支流宽度。     

连续降雨下尾矿库失稳溃坝数学模型研究与应用

针对连续降雨导致的尾矿库失稳溃决,基于饱和-非饱和渗流理论和水砂混合物非平衡连续方程和动量方程,建立了一个尾矿库边坡失稳溃坝数学模型。该模型可考虑连续降雨条件下尾矿库的渗流场和应力场变化、溃口和底床变化对溃坝下泄物流量过程影响。应用该模型对某尾矿库进行了连续降雨条件下失稳溃坝过程的模拟分析,计算结果表明：连续降雨入渗使尾矿库浸润线不断抬升,进而导致尾矿库边坡发生失稳,失稳后坝体受力条件急剧恶化,在上游荷载作用下发生剪切破坏导致漫顶溃决。     

尾矿库漫顶溃坝数学模型研究与应用

基于水砂混合物非平衡连续方程和动量方程,考虑尾矿库溃坝过程中溃口及底床变化对溃坝下泄物中尾矿砂体积浓度的影响,建立了一个描述尾矿库漫顶溃坝溃口发展过程和溃口下泄物流量过程的数学模型。应用该数学模型对某尾矿库漫顶溃坝过程进行了模拟,结果表明,尾矿库溃坝过程中下泄物体积浓度变化很大,前期下泄物以水为主,尾矿砂含量较低且以悬移质运动为主;后期下泄物主要以尾矿砂为主,水的含量很低,尾矿砂以推移质运动为主,当下泄物底床剪应力增量小于尾矿砂起动的临界剪应力时,溃坝过程停止。     

均质土坝漫顶溃坝过程数学模型研究及应用

国内外大量模型试验表明,"陡坎"式冲蚀是均质土坝漫顶溃决的重要机理。近年来,各国学者开发了一系列的考虑"陡坎"式冲蚀的溃坝过程数学模型,但模型均采用了"陡坎"出现在下游坡脚的假设。通过大比尺均质土坝漫顶溃决模型试验发现,对于坝高较大的均质土坝,"陡坎"出现的位置与漫顶水头和下游坝坡坡比存在内在联系,且"陡坎"的移动速率与坝料的物理力学指标相关,因此初始冲坑的位置和"陡坎"移动参数的选取对于溃坝过程模拟结果的合理性具有重要意义。本文借鉴国内外的漫顶溃坝过程数学模型,提出一个可考虑均质土坝漫顶溃决过程中"陡坎"移动的数学模型。该模型通过漫顶水流特征和坝体形状参数确定下游坡初始冲坑的位置,采用能量分析方法模拟"陡坎"移动,并通过室内与现场模型试验提出可考虑坝料黏粒含量、含水率、干密度等指标的"陡坎"移动参数;利用基于水流剪应力原理的冲蚀速率公式模拟溃口纵向下切与横向扩展;采用宽顶堰流量公式计算溃口流量,通过极限平衡法分析溃坝过程中溃口边坡的稳定性,采用迭代的数值计算方法模拟整个溃坝过程。选择国内外典型的大比尺均质土坝漫顶溃坝试验和有实测资料的溃坝案例对模型进行验证,并研究了是否考虑"陡坎"冲蚀对溃坝模拟结果的影响;通过模型计算分析可以得出,本文提出的数学模型可合理模拟均质土坝的漫顶溃坝过程。