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。     

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。     

近坝岸坡滑坡涌浪演化规律及工程影响模拟

近坝库区滑坡涌浪严重威胁大坝及周边人员安全,明晰库区涌浪演化规律是该类型灾害预警的首要任务。以黄河上游某水电站工程大坝左岸4号倾倒变形体为对象,建立了基于Flow-3D Hydro原型尺度三维数值模型,分析了4号倾倒变形体不同部位原位失稳时的涌浪特性及传播演化特性。结果表明：近坝岸坡4号倾倒变形体失稳产生的涌浪类型为弱非线性震荡波,这种波型经过演化后往往次生波表现出最大波高、最大爬高等特征;如果将4号倾倒变形体分不同部位原位失稳,多宗龙洼沟侧整体下滑对坝前及坝下游建筑物无影响,可不做工程处理;但黄河侧原位整体下滑时,右坝肩最大浪高14.19 m,左坝肩最大浪高16.40 m,坝前爬坡高程约至3 009.00 m,超过防浪墙顶高程,严重危害面板堆石坝的安全,需要进一步的工程减灾措施。该研究成果可为库区滑坡涌浪灾害预警提供技术支撑。     

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。     

基于FLUENT的库区涌浪数值模拟

基于流体计算软件FLUENT,模拟某水电站库区近坝变形体可能失稳后下滑引起库区水面变化过程,分析初始涌浪形成以及涌浪在对岸爬坡和涌浪沿岸传播的过程;研究挡水建筑物对库区涌浪沿岸传播的影响,得出初始涌浪高度,以及对岸、沿岸、坝址处的最大浪高,并与潘家铮法估算结果进行对比分析。分析结果表明,数值模拟能较好反映波浪爬坡和沿岸传播过程,真实模拟库区水体相互作用;由于库区涌浪运动受大坝建筑物阻挡作用,库区水面的反复震荡和涌浪叠加,会形成更高的涌浪。计算的初始涌浪及库区各处的最大涌高更符合实际情况,可为近坝库区的工程设计及涌浪灾害的预防提供参考。     

白龙江水泊峡倾倒变形体涌浪预测研究

水泊峡倾倒变形体位于拟建代古寺水库库区,水库蓄水后将淹没坡脚造成塌岸,诱发局部滑塌,进而形成涌浪。在稳定性分析的基础上,计算出可能失稳方量,采用潘家铮法、水科院法进行涌浪预测,为评价水泊峡倾倒变形体对拟建大坝影响提供依据。     

溪洛渡水电站上游近坝库段桥湾变形体 滑落影响分析及应急处置措施探讨

以溪洛渡水库上游永善县雪柏村桥湾变形体为例,通过对变形体监测点合理布置、变形体监测点顺河向、垂直河向及测点竖向沉降位移等监测资料的系统分析,采用潘家铮法对桥湾变形体坠落进行涌浪估算与分析其影响,据此提出了相应的应急处置措施,以探索水电站在应对近坝段库岸滑坡类灾害程度预估与有效性的解决措施。     

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。     

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。     

嘎夏帕变形体稳定性分析及工程影响评价

嘎夏帕变形体位于楞古水电站坝址上游右岸,距坝址距离约0.5 km,估计方量约18.8万m3。如果变形体产生失稳破坏,产生的涌浪将对大坝及相关建筑物产生巨大的威胁。本文在对变形体工程地质特征分析的基础上,建立地质模型,用极限平衡理论计算天然、暴雨、地震三种工况下变形体的稳定性,然后,根据水利水电边坡控制安全系数标准,分别就变形体在各工况下的安全性进行了分析评价,并对其失稳破坏后的工程影响进行了初步分析评价。     

考虑压脚措施下滑坡涌浪经验估算法对比研究

分别利用潘家铮方法和水科院经验公式法计算了雾江库岸滑坡体不同工况及压脚措施前后的滑坡涌浪高度,通过两种估算方法计算结果的对比,发现水科院经验公式法算出的涌浪高度远小于潘家铮法的计算结果,建议在进行滑坡涌浪估算时以潘家铮法作为主要的经验估计法,水科院经验公式法作为辅助方法。通过采取坡脚压脚措施前后计算结果的对比,发现坡脚压脚措施可有效降低涌浪高度,防治涌浪灾害。     

滑坡初始涌浪高度计算方法的改进及其应用

为了解决滑坡最广泛的运动模式—斜向运动模式下激起的初始涌浪高度问题，在阐述了使用潘家铮算法对滑坡水平运动模式和垂直运动模式下初始涌浪高度进行求解的基础上，基于线性插值原理，提出了滑坡斜向运动模式下的初始涌浪高度的计算公式。以新滩滑坡为例，根据修正后的方法（斜向运动模式下初始涌浪高度计算方法）对其初始涌浪高度进行了计算，并利用计算结果采用潘家铮方法对涌浪的传播及爬坡高度进行了分析计算，结果表明采用该方法计算的初始涌浪高度值进行涌浪传播及爬坡高度分析计算的计算值与实际调查值比较吻合。     

滑坡涌浪影响下船舶航行限制范围试验研究

三峡库区滑坡时有发生,滑坡产生的涌浪对航道中的船舶航行安全构成巨大威胁。以万州沱口码头河段为原型,设计岩体滑坡涌浪物理模型试验。试验中测得不同工况下首浪高度和沿程涌浪高度,运用回归分析方法得到首浪高度和沿程涌浪衰减的经验计算式,并由此推算得出船舶航行限制范围的计算式。运用船舶模型试验的方法对船舶航行限制范围计算式进行了验证,同时对波流场中如何计算进行说明。船舶航行限制范围的确定可为船舶避险措施研究提供重要依据,对减少滑坡涌浪对船舶损坏及人员伤亡具有重要的现实意义。     

滑坡初始涌浪高度计算方法的改进及其应用

了使用潘家铮算法对滑坡水平运动模式和垂直运动模式下初始涌浪高度进行求解的基础上,基于线性插值原理,提出了滑坡斜向运动模式下的初始涌浪高度的计算公式。以长江的新滩滑坡为例,根据修正后的算法对其初始涌浪高度进行了计算,并利用计算结果采用潘家铮方法对涌浪的传播及爬坡高度进行了分析计算。结果表明计算的初始涌浪高度值及经传播后的爬坡高度与实际调查值比较吻合。     

坝前滑坡涌浪压力分布对震损拱坝损伤影响的研究

强震中震损边坡在震后比震前更容易诱发滑坡,震后滑坡涌浪可能会对震损拱坝产生附加损伤,可能造成坝体溃决。现有的滑坡涌浪对坝体研究主要针对震前完好拱坝,并且通常将坝前涌浪简化为沿着拱向波高及相位完全相同。然而关于滑坡涌浪的研究表明,传播至坝前的涌浪在坝面不同位置存在比较明显的高度差和时间差。针对强震中震损拱坝在震后承受涌浪冲击的问题,本文以某高拱坝为例,基于中国水科院涌浪高经验公式,分析了坝前涌浪高的分布规律,识别出了三种典型的坝前涌浪压力分布形式。基于所定义的拱坝损伤影响度量指标,分析不同坝前涌浪压力分布对震损拱坝损伤的影响。结果表明,坝前涌浪分布存在高度差和时间差时,其压力分布对震损拱坝的影响比按均匀分布涌浪考虑的影响会更大。以均匀分布的涌浪压力形式分析震损拱坝所受的影响时,对危险性的评估会怕偏于不足,因此,建议考虑坝前涌浪空间分布和时间特性的影响。该研究结果可为震后滑坡涌浪的安全评价提供参考。     

某水电站库区变形体成因机制分析及稳定性评价研究

在我国水利水电建设工程中,边坡变形问题已成为影响工程安全的重要因素,尤其是基岩变形体,若其产生变形破坏,具有突发性、一次性滑塌方量较大、水库涌浪较大,难以防范等特点,研究其成因机制与稳定性评价对此类灾害防治具有重要意义.本文以某水电站库区基岩变形体为研究对象,以环境地貌条件、工程地质条件及物理地质作用为基础,结合地表地...     

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。     

不同类型滑坡涌浪波爬坡的实验研究

该文采用二维水槽实验对不同类型滑坡涌浪波的爬坡特性进行了研究，对涌浪波的类型、对不同类型涌浪波波速与水深和波长等关系进行了分析。并分析了不同类型涌浪波爬坡破碎情况及判别方法，对不同类型涌浪波的爬坡高度与已有经验公式进行了对比，对公式的精度及适用范围进行了分析。结果表明：滑坡涌浪波首波表现出不同的波浪类型，主要为浅水波至中等水深波范围，其中耗散涌波为强非线性波，其波速大于孤立波波速；非线性过渡波波速接近于孤立波波速；弱非线性震荡波波速接近于线性波理论波速。非线性过渡波和弱非线性震荡波可采用已有的破碎判别方法判别其爬坡破碎情况。但已有的爬高预测公式不能适用于所有类型滑坡涌浪波爬坡预测，特别是对于弱非线性震荡波，其预测精度均较低，对此未来需要进一步展开研究。     

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。     

库岸滑坡涌浪首浪高度计算方法研究

库岸滑坡涌浪不仅威胁航行船只的安全,还可能冲毁库区内的水工建筑物,有必要对其展开系统研究。而确定涌浪首浪高度是研究库岸滑坡涌浪的首要问题。通过对影响首浪相对高度因素的无量纲化处理,获知滑坡体入水的相对Froude数、滑坡体的相对高度和滑坡入水角度是影响首浪相对高度的主要因素;同时运用微波的波能理论和机械能守恒理论推导出一项新的首浪高度理论计算式,再利用滑坡涌浪模型试验数据对计算式进行拟合,并考虑计算式的实际运用和推广,最终得到一种计算库岸滑坡涌浪首浪高度的新方法。可为库区滑坡涌浪灾害提供预测基础。