山区河道型水库滑坡涌浪特征分析

对滑坡涌浪的特征进行研究对山区河道型水库滑坡灾害治理十分重要。本文首先设计了概化模型试验方案,共设置了12组工况。随后对试验结果展开分析,在对数据进行处理后,简单分析了原始波及合成波三要素特征,并对二者从最大波高、平均波高两方面进行简单对比。该研究对山区河道型水库治理具有一定的工程学价值。     

基于FLUENT的狭长型水库滑坡涌浪研究

滑坡涌浪是水库库区岸坡岩土体失稳下滑冲击库区水体而产生波浪的现象。大规模的滑坡可使库区产生巨大的涌浪,传播至坝前甚至会翻越大坝造成坝体溃决,严重威胁下游城市居民生命财产安全。以长岭皮水库为例,采用FLUENT软件模拟其库尾渣土填埋场发生不同规模滑坡所激起的坝址处最大浪高,并与潘家铮方法、中国水科院经验公式法和美国土木工程协会推荐方法等经验公式的计算结果对比;分析了滑坡体入水横断面形态及入水角度对滑坡涌浪高度的影响,发现涌浪最大浪高与滑坡体入水临水面面积呈线性正相关,并与入水角度呈非线性先负相关后正相关;提出了滑坡涌浪不漫顶的滑坡体临界体积。不同滑坡工况下的计算结果可为长岭皮水库库尾滑坡涌浪灾害预防提供参考。     

黄河龙羊峡工程近坝库岸滑坡涌浪及滑坡预警研究

龙羊峡水库近坝库岸南岸是半岩性土组成高陡岸坡，蓄水后可能产生高速滑坡激起巨大涌浪。研究工作内容有岸坡岩土特性、岸坡破坏机制、监测岸坡变形，预测今后１０年的变化，建立滑坡预警标准。     

弯曲河道型库岸滑坡涌浪传播及其与大坝的相互作用

库岸滑坡是一种常见地质灾害,如果无法及时预测而出现下滑,则滑坡入库后很可能诱发涌浪,危及河道交通或附近水利设施安全。以弯曲型河道滑坡入库诱发涌浪为研究对象,基于Flow-3D模拟弯曲河道型库岸滑坡涌浪传播过程及其与下游水利设施——大坝相互作用。为了检验水工物理模型试验的有效性和精度,在相关库岸滑坡涌浪研究基础上构建了三维滑坡涌浪数值模型。研究表明：三维数值模拟和水工物理模型试验结果吻合较好,主要体现在涌浪水面高度变化和传播过程。同时,分析不同水深和下滑坡角条件下大坝和滑坡涌浪相互作用过程,得出最危险的水深条件和入射角度,通过工程实例验证分析得出最大动水头小于涌浪高度水头且沿水深有一定程度的折减,则采用最大涌浪爬高水位静力方法计算分析坝体应力,其结果偏安全。     

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。     

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。     

滑坡涌浪近远场划分及其水波特性分析

滑坡涌浪是一种危害较大的次生灾害,会对人民的生命财产安全造成重大威胁。为探究滑坡涌浪在不同场域的涌浪水波特性,及时发现危害并采取防范措施,对滑坡涌浪全程进行数值模拟。通过CFD软件FLOW-3D建立滑坡涌浪数值模型,并将其模拟精度与有效性,与经典滑坡涌浪试验进行验证。对比结果表明数值模拟涌浪首浪高度与物理模型试验结果一致性较好,数值模拟能反映滑坡涌浪传播的整个过程。基于数值模型,制定关于滑坡体密度、滑坡体体积及滑坡体初始入水特征的27组数值模拟试验。结果表明:近场涌浪回弹及首波波谷出现时间与滑坡体密度呈负相关;近场涌浪首波势能占全程涌浪势能的70%左右;远场涌浪周期约为滑坡体水下运动时间的2倍;通过涌浪势能给出了特定条件下距滑坡体入水点22 m处为远场涌浪波起始位置。研究成果为滑坡涌浪灾害的预警和防治提供一定的参考,可避免发生更大灾害,减少损失。     

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。     

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。     

水库滑坡涌浪爬坡特征试验研究

由滑坡引起的涌浪灾害不仅严重威胁航运安全,还会冲毁码头、大坝等水工建筑物并造成沿岸居民生命财产的损失。采用物理模型试验的方法对散粒体滑坡涌浪的爬坡特性开展了研究。试验结果表明：影响涌浪爬坡高度的主要因素有滑坡入水速度、滑坡体规模、滑动面倾角、水深、传播距离和爬坡角度等;当涌浪远场传播形态类似椭圆余弦波或孤立波时,涌浪爬坡高度较高,岸坡处水流紊动剧烈,涌浪对岸坡的破坏能力也最强。根据试验结果还建立了近岸坡处涌浪最大波幅计算模型,并结合经典波浪爬坡经验公式推导出了新滑坡涌浪爬坡高度计算公式。以长江新滩滑坡为例,验证了新涌浪爬坡高度计算公式的精度。研究结果能为实际工程中可能存在的滑坡涌浪爬坡灾害范围预测和涌浪避险方案制定等提供一定参考。     

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。     

Numerical simulation of landslide-generated impulse wave

A numerical model is proposed for the simulation of impulse waves generated by landslides. The fluid-like landslide is modeled as a generalized non-Newtonian visco-plastic fluid. The conservative level set method is extended to the n-phase flow and applied to capture the interfaces of air, water and landslide. Numerical results show an excellent performance of the current model to capture the whole process of the landslide and the impulse wave generation.     

窄缝消能工水力特性对比分析研究

以某大型水电站为例,基于RNG κ-ε和VOF相结合的数值模拟方法,对不同方案的窄缝消能工下游水垫塘内流态进行了对比分析研究,并与试验结果进行了对比,吻合较好。研究结果指出:(1)体型Ⅰ(3股纵向水舌消能方案)和体型Ⅱ(2股横向水舌+1股纵向水舌消能方案)条件下水垫塘内流态具有一定差异,但对水垫塘底板的冲刷效果基本一致;(2)两种体型条件下底板冲刷均由2~#表孔泄洪导致,而1~#和3~#表孔泄洪主流受到两侧回流及水体顶托作用下潜深度较小;(3)水垫塘首部基本为静压区,水垫塘桩号0+280 m下游底板压力较大,为主流冲刷区,2~#表孔下游为冲刷重点防护区域,而1~#和3~#表孔泄流方式对水垫塘底板冲刷较小。研究结果可为窄缝消能工的设计方案对比提供借鉴。     

库岸滑坡涌浪首浪高度试验研究

滑坡体的几何特征以及滑坡发生的空间特征直接影响滑坡入水时涌浪的产生及其传播情况,而首浪高度是滑坡涌浪灾害评估的重要指标。为探究各滑坡特征因素对首浪高度的影响规律,使用弯曲河道型水库物理模型进行了试验研究。分析滑坡涌浪的影响因素,利用正交试验法拟定试验方案测得首浪高度数据,然后对试验结果进行方差和极差分析,再结合已有计算公式得到首浪高度的无量纲计算公式,采用多元线性回归方法分别进行线性函数、幂函数、指数函数的公式拟合,并以龚家方滑坡为例验证了公式的准确性。结果表明:河道水深和滑坡体厚度对首浪高度影响最为显著;幂函数形式的首浪高度经验公式拟合程度最好;将滑坡体形状概化为偏长形的长方体时,运用经验公式计算的结果更为准确。研究成果可供滑坡涌浪灾害治理及预防研究参考。     

闲林水库水动力特性模拟研究

考虑到杭州供水安全,拟建闲林水库作为战略备用水源,以防钱塘江因咸潮或重大水质污染事件导致的供水不足问题。闲林水库放水后,需从钱塘江引水进行补充。针对不同的引水口位置和流量的4种方案,分别模拟计算了各自的流场分布,流场模拟结果不但为水库引水口的位置和引水流量的选择提供决策依据,而且为水库水质模拟提供基础,该研究具有一定的实用价值。     

河道束窄段对上游洪水过程特性的影响

为了研究束窄河段对洪水演进过程特征的影响,采用二维全水动力模型GAST模拟了束窄段河道洪水过程,通过理想河道和灞河上游实际河道分析了河道束窄程度与洪水特性间的定量关系。结果表明：束窄断面形状对洪水过程特征中水深、流速影响的大小依次为V形>U形>梯形>矩形。断面形状相同时,束窄程度越大对水深和流速影响越大。河道束窄段上游水位壅高,下游水位相对降低但流速更大。扩宽河道束窄段可以降低上游水位及上下游流速差。在“8·19”洪水下,灞河束窄河段束窄程度降低时(原河道束窄程度为64.4%,河道疏浚后束窄程度分别为55.6%、46.7%、37.8%),上游最大水深分别减小0.669、0.985和1.066 m,上下游流速差分别减小0.702、1.592、2.550 m/s。洪量越大则河道水位越高、流速越大,束窄程度变化对水位和流速变化的影响也越大。将“8·19”洪水进行缩放入流情况下,原始河道最大水深分别为2.177、2.778、3.618 m,束窄程度为37.8%时最大水深减小至1.866、2.367、3.175 m。通过分析不同束窄程度的束窄段河道洪水过程特性,可为束窄段河道防...     

水库蓄水对库岸边坡稳定性的影响

采用一种新型的监测方法(GPS),以甘肃省九甸峡水库燕子坪滑坡为例,通过对滑坡的监测位移进行分析,定量化研究水库蓄水对库岸边坡稳定性的影响规律。研究结果表明:蓄水位70~100m阶段,蓄水对库岸边坡稳定性是不利的,蓄水至一定高度后,滑坡体趋于稳定;低蓄水位阶段,滑坡的稳定性受蓄水影响较小;水库蓄水引起的库岸失稳类型主要有3类:已有滑坡的复活滑动、形成新的库岸滑坡和库岸坍塌再造。     

水库断层岩溶带地震波波速比研究

采用固定台站法计算了三峡水库蓄水期间,高桥断层附近断层岩溶地区记录到的ML2.0以上地震的波速比,并对研究区内沿断裂带及透水性不同地层的内波速比值等进行对比分析。结果表明,断层岩溶带地区受库水影响,波速比值偏高,波速比与不同地层岩石的透水性成正比,断层岩溶带地区孕育较大水库地震的可能性不大。     

安康水库洪水传播特性水槽试验研究

本文采用大型水槽高变率变态模型非恒定试验与理论分析相结合的方法，对汉江安康水库洪水传播的若干特性进行了研究，就洪水波在水库中的传播时间、入库洪水过程的推算方法、坝址入库洪水与入库洪水和关系、各频率设计洪水的最高库水位、下泄洪水过程、调蓄滞洪历时、洪型对水库防洪的影响及水库平水区水位变化规律等问题得出相应的结果或结论，与可对比资料及安康水库蓄水运用资料吻合良好，其成果对安康水库防洪具有实用价值，对类