堰塞坝稳定性快速评价方法对比

由降雨、地震等灾害产生的堰塞坝坝体寿命短、溃决后危害大,其稳定性一直是学术界和工程界关注的热点,国内外学者已经提出了一系列基于地貌学指标的堰塞坝稳定性快速评价方法。为了对比分析各评价方法的优劣,通过收集世界各地具有实测参数的堰塞坝案例(共421例),分别采用错判率F、绝对准确率R、保守准确率R_c,以及基于3种准确率的综合准确率R_r对国内外常用的堰塞坝稳定性快速评价方法进行了对比分析。综合分析结果表明:DBI和L_s(AHV)的准确率较其他评价方法更高,且模型计算参数较易获取,具有更好的适应性和可靠性;但是堰塞坝稳定性的影响因素较多,前人提出的快速评价方法大多仅考虑坝体形态、流域面积、堰塞湖体积等地貌学因素,具有一定的局限性,今后应在地貌学指标的基础上,通过先进的测量手段快速获取堰塞坝的坝料特性和堰塞湖的水动力学参数,进一步提升堰塞坝稳定性快速评价方法的合理性。     

堰塞坝溃决参数及其寿命预测

堰塞坝溃决洪水对下游影响区域的人民生命财产、基础设施以及生态环境构成严重威胁,提高堰塞坝溃决参数及其寿命预测的准确度是应急处置的迫切需求。本文对全球1957组堰塞坝案例分别进行地理、统计学分析,在得到溃决参数主要影响因素的基础上,选取数据库中拥有完整信息的48组案例,利用非线性回归方法分别建立了洪峰流量、破坏深度、溃口顶宽、溃口底宽和溃决时长的预测模型,其均具有较高的拟合程度。之后分析了堰塞坝溃决参数的敏感性,结果显示坝高对溃决过程有显著影响。此外,基于19组寿命信息充分的案例,使用不同自变量和算法分别建立了蓄水阶段持续时间、溢流阶段持续时间的预测模型,并采用加权融合法提出了相应的融合模型。该成果可为量化评估堰塞坝溃决过程参数和寿命预测提供参考。     

基于贝叶斯网络的堰塞坝稳定性快速评价模型

为了科学、合理地评价堰塞坝稳定性,收集了国内外313个已溃和未溃堰塞坝的基础信息,建立了案例数据库;考虑堰塞坝形态特征、物质组成以及堰塞湖水动力条件包含的8个影响参数,基于贝叶斯网络提出了两种新的堰塞坝稳定性快速评价模型,分别为节点缺失条件下的简化模型和节点完整条件下的精细化模型。这两种新模型与国内外典型的堰塞坝稳定性快速评价模型的对比结果表明：基于贝叶斯网络的简化模型的绝对准确率和保守准确率分别为83.33%和94.44%,精细化模型的绝对准确率和保守准确率分别为80.77%和96.15%,验证了贝叶斯网络模型的可靠性和科学性,且贝叶斯网络模型可以实时输入和更新样本集,从而不断提高模型预测精度。     

两级堰塞坝连溃过程数值模拟及溃口流量演化特征研究

在强震作用下,高山峡谷区易发生滑坡堵江形成串联的梯级堰塞坝,其中一级一旦溃决易引发梯级连溃。本文基于三维雷诺平均Navier-Stokes方程、湍流重正化群模型,以及悬移质和推移质冲蚀方程,并考虑溃口边坡的失稳坍塌,采用有限体积法建立了梯级堰塞坝连溃过程数值模拟方法,用于模拟连溃过程中的水动力特征及梯级堰塞坝的溃口形态演化过程。选择典型的两级堰塞坝连溃概化模型试验作为数学模型验证案例,对比实测值和计算结果发现,上下游堰塞坝溃口洪水流量过程和溃口形态演化过程基本一致,上下游堰塞坝溃口峰值流量、区间洪水演进时间等关键参数的相对误差小于±5%;比较上下游堰塞坝溃口洪水流量过程发现,梯级堰塞坝发生连溃时,溃坝洪水存在级联放大效应。选择上下游堰塞坝距离、河道坡度和下游坝坝高等三个关键参数,研究连溃洪水的放大效应及其影响因素,参数敏感性分析结果表明：下游坝溃口峰值流量随两坝间距和下游坝坝高的减小而增大,随河道坡度的增长呈先增大后减小的趋势;上游坝溃决洪水演进至下游坝时可能产生涌浪翻越并冲蚀坝顶,导致坝顶高程降低,并对下游坝发生溃决的时间以及溃口峰值流量产生影响,因此涌浪对下游坝溃决过程的影响与涌浪翻越坝顶的水量以及坝料冲蚀特性相关。选择小岗剑上、下两级堰塞坝连溃案例,通过对比计算和实测的溃口流量以及溃口形态发现,关键溃坝参数的相对误差小于±10%,验证了模型在实际案例中应用的合理性,本文提出的数值模拟方法可为梯级堰塞坝连溃风险评估和应急处置提供重要技术支撑。     

怒江干流堰塞坝特征及稳定河床机制

滇西怒江是青藏高原东缘地形急变带内深切河流的典型代表,因崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害在干流形成数百个稳定堰塞坝,有效抑制了河流下切。为探究怒江堰塞坝发育及提升河床稳定性的负反馈机制,通过野外考察和卫星影像,总结了怒江干流沿程和堰塞坝地貌特征,基于地貌水力特性对堰塞坝分类,并量化评估不同类别堰塞坝的稳定性和消能率特征。研究结果表明,怒江干流的堰塞坝分布密度较高,且与单宽水流能量正相关。干流堰塞坝可分为崩塌滑坡(崩滑)堰塞坝与泥石流堰塞坝。崩滑堰塞坝可在特大洪水中保持稳定,泥石流堰塞坝则可在一般性洪水中稳定。两类堰塞坝的消能率接近自然阶梯-深潭结构。崩滑堰塞坝消能率随单宽水流能量增大而提高,而泥石流堰塞坝则因较大的河谷横向空间汛期单宽水流能量增长较慢。干流堰塞坝的稳定性和消能特点均与当地单宽水流能量特点匹配,从而持久高效地消耗水流能量,提升河床整体稳定性。     

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。     

怒江干流堰塞坝特征及稳定河床机制

<正>滇西怒江是青藏高原东缘地形急变带内深切河流的典型代表,因崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害在干流形成数百个稳定堰塞坝,有效抑制了河流下切。为探究怒江堰塞坝发育及提升河床稳定性的负反馈机制,通过野外考察和卫星影像,总结了怒江干流沿程和堰塞坝地貌特征,基于地貌水力特性对堰塞坝分类,并量化评估不同类别堰塞坝的稳定性和消能率特征。研究结果表明,怒江干流的堰塞坝分布密度较高,且与     

存在高渗透区域的堰塞坝渗流稳定性分析——以红石河堰塞坝为例

堰塞坝是由滑坡体土石材料快速堆积而成,没有经过充分固结,坝体结构松垮、组成物质松散,材料分布极不均匀,局部很可能存在由大颗粒组成的高渗透区域,在堰塞湖蓄水的高水头作用下可诱发渗流破坏(如管涌),进而导致坝体失稳。本文以汶川大地震中形成的红石河堰塞坝为例,通过分析高渗透区域对红石河堰塞坝渗流特性的影响规律,提出一种考虑高渗透区域存在的堰塞坝渗流稳定分析方法。该方法将渗流失稳定义为管涌和边坡失稳的循环发展过程,并针对土体材料和水力学参数设置管涌和边坡失稳临界条件用于判断渗流失稳发展情况。通过对红石河堰塞坝的分析发现,高渗透区域的存在对堰塞坝的渗流稳定是不利的。高渗透区域越长、渗透性越高、其位置越靠近坝体下游坡脚,堰塞坝的渗流稳定性越差。由于红石河堰塞坝坝宽坡缓,高渗透性区域的存在可引发局部管涌,但不会发生管涌及边坡失稳破坏;当坝顶宽度较小、下游边坡比较大时,坝体发生管涌和失稳连续破坏,最终导致漫顶溃坝。     

泥石流堰塞坝研究进展

泥石流堰塞坝是泥石流堵塞河道而形成的一种天然坝。泥石流堰塞坝在形成过程、坝体物质结构与组成、坝体物质侵蚀速率、溃决过程以及洪水峰值流量等方面与滑坡堰塞坝存在诸多差异性。因此,开展泥石流堰塞坝的形成与溃决机理研究具有重要意义。依次从泥石流堰塞坝的特点、堵河判据和坝体溃决过程与机理等方面,对近年来泥石流堰塞坝方面的研究进展进行了比较系统的阐述与总结;指出了当前研究中存在的问题与不足,并提出了泥石流堰塞坝形成与溃决方面需要进一步研究与解决的关键科学问题。     

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。     

土坝滑坡风险计算方法研究

根据土凡运行的实际，对土凡滑坡的风险进行了定义，建立了土坝滑坡风险计算的数学模型，分析了影响土凡滑坡失稳风险的不确定性因素，采用蒙特卡罗方法计算了某水库土坝滑坡风险，结合国内外研究果以及我国工程实际，提出了土凡滑坡风险分析的容许风险标准，为现有土坟的安全评价及改找建提供了科学依据，可在实际工程中推广应用。     

堰塞坝溃决模拟研究综述与展望

堰塞坝几何形态、粒径级配和库容决定了其溃决机理的复杂性,而溃决过程的精细模拟和峰值流量的准确预测是应急处置的基础和关键.堰塞坝溃决过程与模拟技术是面向国家防灾减灾重大需求的前沿热点问题.在系统梳理国内外试验和数值模拟研究进展的基础上,指出以往试验研究坝体尺度小,足够大的库容基本未模拟,难以显示最终溃口形态;数学模型假设...     

高拱坝抗震安全评价指标研究——以白鹤滩拱坝为例

为研究拱冠梁中上部在地震作用下的局部稳定性,提出合理的局部抗震安全评价指标,本文以白鹤滩拱坝为例,建立三维有限元模型进行数值模拟计算。将拱冠梁中上部作为研究对象,以基于坝段的抗滑安全系数及抗滑安全系数持时作为局部安全评价指标,研究了两个指标随地震动峰值加速度(PGA)的变化规律及其沿坝段高程的分布规律,并基于指标的统计结果明确了拱冠梁中上部薄弱位置。结果表明,随着PGA的增加,拱冠梁中上部抗震安全薄弱面所在的位置是逐步降低的。PGA低于0.8g时,拱冠梁中上部位抗震安全的薄弱面位于0.79~0.83倍坝高位置;PGA大于等于0.8g时,拱冠梁中上部抗震安全的薄弱面位于0.76~0.79倍坝高位置。本文计算结果与高拱坝振动台地震破坏试验结果相近,提出的评价指标应用于拱冠梁中上部的评价效果较好,可为高拱坝中上部抗震薄弱部位的定位及大坝安全监测提供参考。     

Sensitivity analysis of factors affecting gravity dam anti-sliding stability along a foundation surface using Sobol method

The anti-sliding stability of a gravity dam along its foundation surface is a key problem in the design of gravity dams. In this study, a sensitivity analysis framework was proposed for investigating the factors affecting gravity dam anti-sliding stability along the foundation surface. According to the design specifications, the loads and factors affecting the stability of a gravity dam were comprehensively selected. Afterwards, the sensitivity of the factors was preliminarily analyzed using the Sobol method with Latin hypercube sampling. Then, the results of the sensitivity analysis were verified with those obtained using the Garson method. Finally, the effects of different sampling methods, probability distribution types of factor samples, and ranges of factor values on the analysis results were evaluated. A case study of a typical gravity dam in Yunnan Province of China showed that the dominant factors affecting the gravity dam anti-sliding stability were the anti-shear cohesion, upstream and downstream water levels, anti-shear friction coefficient, uplift pressure reduction coefficient, concrete density, and silt height. Choice of sampling methods showed no significant effect, but the probability distribution type and the range of factor values greatly affected the analysis results. Therefore, these two elements should be sufficiently considered to improve the reliability of the dam anti-sliding stability analysis.     

堰塞坝漫顶溃口流量变化过程的数值模拟

根据一般滑坡堰塞坝特点和实际观测到的堰塞坝溃口发展规律建立了一个溃口扩展模式,并将溃口扩展过程归纳为溃口垂直下切、横向扩展和坝坡溯源冲刷3种主要表现形式,采用通过试验资料建立的高强度泥沙冲刷计算公式将这3种表现方式联系在一起,建立了堰塞坝逐渐溃决数学模型,并利用实测溃坝资料验证了模型的可靠性.考虑到溃坝洪水计算的极大不确定性,本文对计算模型中的关键参数给定一定变幅范围进行计算,研究了其对计算结果的影响.研究结果表明,堰塞坝残留坝体高度和坝体物质抗冲性是影响溃坝流量的最重要因素,库容特性的影响相对较小.     

雅砻江中游某滑坡群形成条件及工程影响分析

某大型水电站位于雅砻江中游,在调查期间发现短短30 km河段内发育10个特大型.巨型古滑坡体,滑坡体规模巨大,方量4000×10<'4>～12 000×10<'4>m<'3>不等,沿江长度达数千米,最大深度达200m以上,且70%发育于河流右岸,滑坡群对拟建的工程影响巨大且不可回避.通过因素分析获知:滑坡群在此处的发育...     

基于GEP的库区滑坡体危险度模型挖掘及应用

滑坡对大坝的危害程度受滑坡体滑落速度、滑坡体积、滑坡体至大坝的距离、滑坡发生时水库蓄水量等因素影响,通过分析库岸滑坡体影响大坝安全的因素,提出了滑坡危险度评价模型。基于基因自动编程算法,结合工程实际,挖掘了滑坡体影响大坝安全的危险度函数。算例分析结果表明:基于基因自动编程算法挖掘滑坡体危险度分析模型是一种比较有效的方法。     

堰塞湖溃坝快速定量风险评估方法——以2014年鲁甸地震形成的红石岩堰塞湖为例

2014年8月3日云南昭通市鲁甸县发生6.5级地震,形成高83 m,库容2.6亿m³的红石岩大型堰塞湖,严重威胁上下游生命财产安全。由于震后地质条件恶劣,道路堵塞,环境危险,且堰塞坝寿命极短,现有方法很难在有限时间内对堰塞坝进行快速且定量风险评估。本文提出一套基于最基本的堰塞坝几何参数、河道三维地形信息和人口分布数据的快速定量风险评估方法,可以实现任何堰塞坝突发区域内的溃坝、洪水演进和生命损失分析:首先采用地理信息工具快速获取坝址、上下游河道三维地形信息;然后采用统计模型和HEC-RAS软件模拟溃坝和洪水演进过程;最后采用风险分析模型计算得到下游生命损失。本文将该方法应用于红石岩堰塞湖案例分析发现:开挖泄流槽可以降低峰值流量和生命损失,但不能防止溃坝;开挖泄洪支洞后,可以避免在非汛期情况下发生溃决;但在极端洪水情况下(如百年一遇)仍会发生溃坝,并产生较大的洪水和生命损失,因此仍需要加固坝体,做好观测,并准备好应急预警和疏散预案。本方法可针对突发堰塞湖进行快速定量的风险评估,为堰塞湖的应急管理和决策提供依据。     

考虑岩土体参数变异性的滑坡破坏概率分析

稳定性系数评价滑坡稳定状况存在一定的缺陷性,将其与破坏概率分析结果相结合能够对滑坡稳定性状况作出合理可靠的评价。在分析府谷县新府山安居小区滑坡基本特征及成因机制的基础上,对滑坡在不同工况下的稳定性系数进行计算。考虑滑坡岩土体参数的变异系数和偏度系数,利用蒙特卡洛法(Monte-Carlo)对滑坡的破坏概率进行了计算。最终,将稳定性系数与破坏概率相结合,对滑坡的稳定状态做出了评价。结果表明,该滑坡在天然状态下处于基本稳定状态,而在暴雨或持续强降雨情况下,滑坡发生破坏的概率较大。