滑坡涌浪对坝面冲击压力的影响因素研究

库区边坡在强震、暴雨等作用下发生的滑坡失稳破坏会对挡水大坝形成巨大的涌浪冲击作用。本文针对库区滑坡涌浪对坝面的冲击压力问题,采用光滑粒子水动力学(SPH)方法研究了涌浪生成传播过程以及坝面涌浪冲击压力的分布形式,分析了滑坡体宽度、入水速度以及库区水深等因素对滑坡涌浪波高、坝面冲击压力的影响。结果表明,随着滑坡体宽度的增加,最大浪高降低,但是稳定波高增加,坝面冲击压力增大;随着滑坡入水速度的增加,波浪高度增加,但当入水速度增加到一定程度后,坝面冲击压力变化不明显;随着库区水深的增加,首浪高度降低,坝面最大冲击压力以及距离水面的相对作用位置基本不变。     

近坝库岸滑坡涌浪对拱坝安全的影响研究

为研究近坝库岸滑坡涌浪对拱坝的影响问题,对某水电站近坝库岸变形体开展整体和局部稳定性分析,偏保守地进行水库滑坡涌浪计算及其对大坝结构安全影响的敏感性分析。研究表明:(1)该变形体的产生与水库蓄水无关,且整体处于稳定状态;(2)在极端条件下,估算正常蓄水位和汛限水位时的滑坡涌浪到达坝前的高度分别为0.61 m和0.56 m;(3)在滑坡涌浪作用下,拱坝坝体应力分布规律正常,应力值在设计容许范围内。该研究为防范滑坡涌浪对拱坝造成不利影响提供了依据。     

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。     

边坡失稳特征及滑坡涌浪分析

某水电站坝前左岸覆盖层边坡规模大、稳定性差,施工过程中存在多处滑塌或蠕滑变形现象,蓄水后有进一步加剧滑坡涌浪的风险。考虑到滑坡运动速度是涌浪计算关键,笔者采用DDA理论方法,分析覆盖层边坡失稳的滑移速度、滑移距离,为更为准确估算滑坡涌浪提供依据。计算表明:该滑坡稳定性较差,正常蓄水时边坡失稳后各分区平均滑速为2.88～6.23 m/s,滑坡涌浪传播到坝前时为3.56～5.01 m,最大浪高超过坝顶1.01 m,低于混凝土重力坝坝顶防浪墙1.2 m高度,滑坡涌浪不会造成漫坝危险。     

不同规模滑坡入水诱发涌浪灾害特征差异性分析

针对不同规模滑坡入水产生的涌浪开展三维数值分析,分析不同规模滑坡入水诱发涌浪灾害特征,如涌浪高度、涌浪速度、对岸爬高等,探讨不同规模滑坡入水引发涌浪对大坝的影响。利用FLOW-3D数值模拟方法对滑坡失稳过程、涌浪形成及传播、涌浪爬升、涌浪回流的全过程进行模拟分析。结果显示：310万m³滑坡入水产生涌浪在对岸最大爬高为54.5 m,坝前涌浪高度为6.69 m,涌浪在右岸坝肩处有小范围漫坝;80万m³滑坡入水产生涌浪在对岸最大爬高为26.00 m,坝前涌浪高度为5.38 m,涌浪对大坝安全无影响。结果表明：310万m³滑坡入水诱发涌浪与80万m³滑坡入水诱发涌浪相比,致灾性较强。     

窄深河谷库岸滑坡坝前涌浪特性及浪高影响因素

为研究窄深河谷中近坝库区发生整体大方量失稳时次生涌浪在坝前区域的涌浪特性及影响因素,依托1:100物理模型开展窄深河谷近坝库区滑坡涌浪模型试验,研究坝前区域有较大越浪风险的坝肩测点的首浪高度和最大浪高,重点对比分析入水方量、入水速度对首浪高度和最大浪高的影响规律;并以量纲分析为基础,通过非线性回归分析得到坝肩位置的浪高预测公式。结果表明：坝前各点涌浪变化趋势相近,坝前区域的最大浪高几乎都出现在右坝肩的位置,具有更大的翻坝风险;在试验工况范围内,首浪高度随入水方量的增加有明显增加;滑块方量比入水速度对浪高的影响更大,且首浪高度比最大浪高对方量变化、入水速度变化的敏感性更高;坝前区域右坝肩的首浪高度、最大浪高对滑块宽度(方量)变化的平均敏感度系数分别为0.858、0.358,对入水速度变化的平均敏感度系数分别为0.217、0.115。依据试验成果拟合的浪高预测公式：首浪高度预测一致性较好,其预测误差低于3%;最大浪高波动随机性较大,预测误差小于15%。     

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。     

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。     

库区滑坡涌浪三维数值模拟分析

针对某水库库区的3#变形体滑坡涌浪问题,采用三维数值模拟方法分析库区滑坡涌浪传播过程,研究网格尺寸对数值分析计算精度的影响,同时建立1∶280的水工物理模型进行验证,并与潘家铮法计算的涌浪高度进行对比。结果表明:数值分析计算精度与模拟网格尺寸、涌浪剧烈程度及涌浪传播距离有关;三维数值分析和物理模型试验得到的涌浪高度变化曲线的趋势基本一致,涌浪传播至坝前时,各种方法得到的坝前涌浪高度误差较小,数值分析结果可作为大坝安全影响的评价依据。3#变形体形成的涌浪在第4次波峰（t=151 s）时超过坝顶超高约8.37 m,仅占最大坝高的3.3%,且过流量有限,不会对大坝安全构成威胁。     

狭窄型水库不同滑速滑坡对涌浪特性及工程影响

为了阐明狭窄型库区滑坡涌浪的生成特性和传播特性,明晰在狭窄水域中滑坡体入水速度对涌浪特性的影响和工程的危害,以羊曲水电站狭窄库区中的1^#变形体为例,采用三维数值模拟方法分析库区滑坡涌浪的产生、发展和传播全过程,同时建立1∶200水工物理模型进行验证,进一步论证滑坡体滑速对工程的危害。结果表明：数值模拟与物理模型试验涌浪时程线基本一致,试验在滑坡发生地和坝前测得的涌浪高度与模拟结果吻合良好。在狭窄水域中,首波波高随滑速的增大而减小,并且在波列中首波的波高不一定最大。此外,首波向大坝传播过程中没有发现明显的衰减,但其对总漫坝水量的贡献很小,漫坝流量峰值出现的时刻明显晚于首波到达坝前的时刻。     

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。     

澜沧江某库区滑坡涌浪物理模型试验

为研究水库滑坡涌浪特征及传播规律,以澜沧江某水电站上游河道为模型,采用正交试验方法设计试验组次,制定了包括滑坡体规模、入水速度、水深、河面宽度的影响因素的试验方案,采用试验控制系统、量测系统开展了滑坡涌浪三维物理模型试验;以量纲分析为基础,借鉴了潘家铮涌浪公式的相关物理量结合方法,基于试验数据,采用多元回归分析法给出了最大首浪经验公式并拟合出了沿程传播浪的回归方程。结果表明:试验拟合推导的方程预测梅里石4^#滑坡在不同失稳工况下最大首浪高度为90.37 m;坝前涌浪高度最大值为15.09 m。其成果可为滑坡体涌浪灾害预警及水电大坝安全保障提供依据。     

滑坡涌浪作用下某电站事故闸门动力响应分析

滑坡涌浪可能造成闸门大变形和失稳,研究某电站进水口事故闸门在滑坡涌浪动水压力作用下的动力响应问题对电站安全生产具有重要意义。采用自编程序模拟了不同工况下库区滑坡涌浪过程,将滑坡涌浪数值动水压力转化为施加在平板钢闸门有限元模型上的节点荷载,利用动力时程方法得到了闸门在滑坡涌浪作用下的动力响应,依据规范对闸门的动力响应做出评价。结果表明：闸门在正常蓄水位下受滑坡涌浪动水压力作用位移和应力响应值最大,在死水位下受滑坡涌浪动水压力作用闸门的动力响应影响更为明显;闸门在正常蓄水位下受滑坡涌浪动水压力作用的位移响应最大值为9.27 mm,Mises应力最大值为192.06 MPa;各个构件动应力水平较低,满足规范要求,在滑坡涌浪动水压力作用下可安全运行。     

基于 ABAQUS 的高拱坝强震作用下的损伤破坏分析

为预测高拱坝在强烈地震作用下可能的开裂范围,基于有限元软件ABAQUS内嵌的混凝土损伤塑性模型,对国内某拱坝在强烈地震作用下的动力响应进行了数值模拟,得到了地震全过程拱坝拉损伤分布和典型单元的损伤发展时程。分析表明,大坝在经历强震作用后总体损伤不大,但坝体拱冠梁附近中上部及坝体与基岩交界处局部损伤严重,是抗震薄弱部位。研究给出了拱坝的损伤发生、发展过程,为高拱坝抗震安全评价提供了一种分析途径。     

乐昌峡水库鹅公带滑坡体滑坡涌浪影响研究

鹅公带滑坡体位于乐昌峡水库库区上游约1.3 km的右岸侧,库区河道狭窄,滑坡涌浪会对库区岸坡和挡水大坝等产生明显不利的影响。根据鹅公带滑坡体分布的特点,对其滑坡涌浪影响进行水力模型试验,模拟了滑坡体的下滑过程和滑坡速度,对滑坡涌浪的浪高、漫坝涌浪水量、挡水大坝的涌浪动水压强等特性进行分析,成果可供工程设计和运行参考。     

滑坡涌浪作用下乐昌峡大坝安全评估

通过物理模型试验，测试了乐昌峡大坝在滑坡涌浪作用下的动水压强。结果表明，各测点动水压强随时间呈衰减趋势，其中首浪到达时产生的初始动水压强值最大，且在静水位以下呈垂直分布。利用该涌浪荷载计算模型，对乐昌峡大坝进行安全评估。研究表明该坝在设计洪水位工况下的安全性不能满足规范要求，必须对滑坡体进行加固处理。     

窄深河谷近坝库岸滑坡涌浪特性及传播规律

大比尺水工模型试验可获得更接近原型的相似现象,对窄深河谷近坝库区可能发生的整体大体积滑坡工况进行试验研究,结合三维数值模型分析滑坡次生涌浪的产生、传播和消散特性。研究结果表明:数值模型计算的浪高、相位与试验结果基本一致,库区涌浪类型属于有限水深波,波能沿水深方向均有分布;涌浪产生区附近非线性较强,受窄深地形影响,波高在传播过程中快速衰减,坝肩处涌浪叠加出现瞬时越浪;试验中涌浪近场波形只观测到弱非线性振荡波;试验范围内块体模型冲击动能转化率为2%~19%,滑块动能转化率与相对体积、相对厚度呈正相关,与滑块入水弗劳德数呈负相关;低频波受地形影响较大,在岸坡浅水区域出现波能的暂时集中,谱峰值增大,随时间推移库区水域高频波增多。对于窄深河谷中的大体积滑坡次生涌浪,尽管首浪波能受高陡边坡影响,传播至坝前时波高已明显削减,但坝前最大浪高往往由涌浪反射叠加形成,在首浪到达之后仍存在翻坝风险。     

金沙江上游旭龙水电站库区滑坡堵江及涌浪风险研究

旭龙水电站库区岸坡陡峻,不良地质体发育,为确保水电站正常运行,准确评价不良地质体稳定性和滑坡堵江及涌浪风险至关重要。经工程地质测绘确定库区分布18处不良地质体,均为第四系堆积体,蓄水前稳定,不存在堵江风险。蓄水后有8处堆积体可能存在变形破坏,其中7处堆积体可能发生塌岸,规模小,不会堵江;16^#堆积体可能发生滑坡,规模较大,可能堵江和产生涌浪。利用GeoStudio软件对16^#堆积体进行了稳定性分析,采用分析模拟法和潘家铮法对滑坡堵江风险进行了预测,并利用滑坡涌浪经验公式分析了涌浪对滑坡区、水库上下游岸坡和大坝的影响。结果表明,16^#堆积体失稳不会造成堵江,滑坡涌浪不会影响大坝安全。研究思路与方法可为金沙江上游相关工程的风险预测提供借鉴。