库区滑坡涌浪数值模拟方法研究进展

对近年来库区滑坡涌浪涉及的边坡失稳、滑动、涌浪产生和传播这4个阶段研究中采用的数值模拟方法的研究进展和发展趋势进行了综述,重点归纳总结了边坡滑动过程以及涌浪产生过程的数值模拟方法的研究成果,指出滑坡涌浪从库区边坡失稳到涌浪传播是一个完整连续的过程,今后需要在目前各个阶段独立研究的基础上融合固体力学和流体力学两类学科中的相关研究方法,建立库区滑坡涌浪全程数值模拟方法,实现滑坡涌浪的全过程模拟。     

滑坡涌浪的数值模拟

推导了用于模拟滑坡涌浪的DIF方程,并采用非规则网格有限体积法和显式MacCormack预测-校正数值方法求解该方程,建立了滑坡涌浪数值模型。利用新滩滑坡涌浪原型观测资料对数值模型进行了验证。模拟的涌浪首浪高度、涌浪爬坡及涌浪的沿程传播规律与原型观测资料吻合较好。研究了计算结果的可视化及进一步分析了滑坡涌浪灾害,此研究成果可用于滑坡涌浪灾害的预报和防治。     

某电站库区典型滑坡涌浪 传播数值模拟

选择某水电站近坝段的一个典型滑坡体作为研究对象,对天然河道建立数学模型进行涌浪传播过程的数值模拟,得到了涌浪沿河道传播衰减规律和涌浪淹没范围。结果表明涌浪传至坝址处一定高度时,不会对坝体安全产生破坏性影响,为库区移民和防灾减灾提供了参考依据。     

库区滑坡涌浪传播及其与大坝相互作用机理研究

库区滑坡涌浪可能危及大坝及下游安全,基于流体动力学的滑坡涌浪数值模拟可获得完整的分析数据,将成为研究滑坡涌浪与大坝作用过程的重要手段。本文以某大坝上游约1300 m的3#变形体滑坡涌浪为研究对象,建立库区三维滑坡涌浪数值模型,并通过水工物理模型试验对其模拟精度和有效性进行了验证。研究结果表明,数值模拟得出的涌浪高度变化、水面起伏过程与水工物理模型试验结果基本一致,数值模拟能反映滑坡涌浪传播及其与大坝相互作用的整个过程。最后基于数值模拟获得的数据,分析了滑坡涌浪与大坝作用过程,以及坝面动水头与坝前涌浪高度的变化关系。分析认为,库区水体反复震荡、叠加而形成的涌浪对下游沿岸安全危害可能更大,大坝坝顶及下游有必要采取避险措施;最大动水头小于涌浪高度,若采用静力方法计算分析坝体稳定应力,其结果偏于安全。     

滑坡涌浪传播及翻坝过程数值模拟

将滑坡体概化为滑块,并给定其水下运动规律,利用UDF自定义函数对Fluent进行二次开发,模拟了滑块入水产生的涌浪性质,并分析了涌浪首浪传播及翻坝过程。仿真结果表明:若将滑坡概化为滑块,在给定水下运动形式下,产生的涌浪性质与孤立波类似,即涌浪只影响水面以下一定范围,对水底影响不大;涌浪顺水流方向的运动对动压起主要贡献;首浪在传播过程中涌浪波幅会减小而波宽会增大,且波高沿着传播方向其衰减速率在逐渐变小;滑块排挤的库区水体体积小于自身体积;小体积的滑坡对大库容的水库影响程度很小。对比分析不同体积滑坡激发涌浪翻坝的过程发现,滑块体积越大,激发的涌浪传播速度越快,高度越高,形成的翻坝流量越大,对下游的危害性越大。     

山区库岸滑坡涌浪翻坝三维数值模拟研究

以往对滑坡涌浪的研究较多地关注其形成过程和传播规律,而对翻坝模式的研究尚为欠缺。将滑坡涌浪形成、传播、翻坝三个阶段作为整体研究对象,运用FLOW-3D模拟了实际地形中滑坡入水生成涌浪、涌浪传播至坝前并造成翻坝的整个物理过程,全面分析了滑坡涌浪的翻坝规律,以期为库岸滑坡灾害预防提供参考。     

山区河流型水库碎土石滑坡涌浪三维数值模拟研究

采用RNGκ-ε紊流模型与VOF方法对散粒体滑坡涌浪进行数值模拟。通过与已有文献的试验结果对比分析,发现数值模拟得到的滑坡体水下初始堆积形态与试验结果吻合较好,且波幅计算精度较高。基于此,建立了某山区河流型水电工程库区的三维模型,模拟了碎土石滑坡涌浪在库区内的生成与传播过程,并分析了涌浪的波幅和波速特征。研究结果表明,通过数值模拟获得的涌浪波幅和传播速度等参数,可以为大坝安全评估和滑坡涌浪灾害影响范围预测提供一定的科学依据,还可为通航河流航行船舶的避险范围提供参考。     

雅砻江流域滑坡涌浪对库区的影响

以雅砻江流域的水文站滑坡体作为研究对象,研究其在锦屏水电站三期蓄水后滑坡体滑动失稳对于库区的影响。采用经典的Fluent软件进行数值模拟,依托VOF方法跟踪自由液面流场,借助动网格技术与UDF程序结合来模拟滑坡体的滑动,通过对河道切面施加探针提取涌浪高程数据,将数值模拟的结果同潘家铮院士的涌浪经验公式计算结果进行对比分析,同时对探针数据进行时域分析、涌浪特征点的涌浪振幅值拟合分析、流场分析。分析结果显示,Fluent软件在模拟滑坡涌浪的形成、传播、消散方面表现突出,能够准确模拟涌浪变化情况,通过与理论公式计算结果比较发现,初始涌浪、对岸涌浪、坝址涌浪高度的误差在10%以内,滑坡涌浪能量衰减,在空间上和时间上都符合指数分布规律。模拟分析结果表明,水文站滑坡体失稳导致的涌浪不会对坝体造成漫堤等严重后果。     

某水电站库区变形体滑坡涌浪初步分析

通过应用潘家铮法对某水电站库区变形体滑坡涌浪进行计‘箅分析,得到在不同滑速下的涌浪高度,以及距变形体不同距离的涌浪高度,为防范涌浪对水库和大坝正常运行造成影响而提供了依据。