无粘性均质土石坝漫顶溃决试验研究

针对当前土石坝溃决机理试验研究中泥沙粒径取值偏小、各砂样粒径相差不大的现状,采用粒径对比明显的两组砂样进行了土石坝漫顶溃决试验.试验表明,在给定的较强的初始冲刷条件下,粗细两种颗粒坝体的溃决过程基本一致,均是以水流的下切侵蚀为主,在坝顶下缘位置有溯源冲刷现象出现.整个溃决过程可明显分为3个阶段,第1阶段为坝顶下缘处陡坎形成阶段;第2阶段为陡坎坍塌,冲刷加剧阶段;第3阶段为出现逆行沙垄的冲刷终止阶段.试验还发现,下游坝坡对溃决过程的影响比较显著,坝坡越陡,坝顶侵蚀速率越快,洪峰值越大.另外,由于粗颗粒抗冲刷性强,同等条件下粗颗粒坝体溃决洪水过程偏矮胖,洪峰值偏小,但是值得注意的是,相比于较大的颗粒粒径差距而言,其洪峰值的差异并不是太大.     

束流型拦砂坝溢流口及其关键参数确定

为进一步优化拦砂坝溢流口体型,确定溢流口几何参数取值,通过物理模拟实验研究了不同拦砂坝溢流口体型条件下泥石流过坝的流态、坝后冲刷深度、消能率变化规律,并根据拦砂坝埋深设计标准与松散体水下临界平衡关系,探讨了溢流口收缩率的合理取值范围,结果表明:采用斜面或者大倾角的反弧型溢流口时,坝后泥石流落点与坝脚的距离近、冲刷深度大,而采用无倾角的反弧型溢流面时,不仅可以在一定程度上减小冲刷深度,而且大大增加了坝后泥石流落点与坝脚的距离;在泥石流规模与溢流面曲率半径相同情况下,适当增大侧向收缩率,有利于增强泥石流体与坝后动床之间的相互作用,提高泥石流通过坝后冲刷坑的消能率;当溢流口收缩率在0.2~0.6之间时,冲刷深度满足设计要求,且泥石流跌落点距坝脚较远,冲刷坑发展不会危及坝体安全。     

土石坝边坡稳定性分析的温控参数折减有限元法

将土石坝渗流的有限元计算和坝坡稳定分析的强度折减有限元法相结合,对土石坝坝坡的稳定性进行分析。考虑渗流作用时,首先采用有限元法计算坝体渗流场,通过迭代计算出稳定渗流的逸出点和浸润线位置,并根据水力梯度计算坝体所受的渗透力;然后将渗流分析所确定的渗流力与土体自重、浮力、地震力等荷载共同施加在坝体上,采用温控参数折减有限元法计算土石坝坝坡的临界失稳状态及其所对应的安全系数。分析结果表明,采用此方法进行土石坝坝坡稳定分析是合理的,且大大提高了计算效率     

水库土坝劈裂式灌浆施工技术

某水库主坝为均质土坝,劈裂灌浆施工前,坝体出现多条裂缝,坝坡及坝坡脚等多处渗漏水,坝土体渗透系数为6.41×10-4cm/s,坝体稳定性差。经采用劈裂灌浆施工后,其渗透系数降低至2.62×10-8cm/s,帷幕泥墙厚度及其连续性达到设计要求;坝坡及坝坡脚的渗漏水点已消除,坝体未出现新的裂缝,达到除险加固的目的。     

上向弯曲双向槽孔排渗管技术在新厂沟尾矿库的应用

为了满足矿山生产需要,凉山矿业公司经过综合比较后,对即将达到原设计坝高的新厂沟尾矿库进行加高扩容改造,以延长尾矿库的服务年限。由于该尾矿库在使用过程中,坝体浸润线一直偏高,在堆积坝坡面上经常有水渗出,坝坡面出现沼泽化、局部坍塌等。现场勘察揭示坝体浸润线埋深较浅。因此,在实施加高扩容前,需要对坝体过高的浸润线进行治理。综合考量后,决定采用上向弯曲双向槽孔排渗管技术,分别在初期坝坝顶、第5级和第8级子坝处施工三排上向弯曲钻孔,孔内安置双向槽孔排渗管,实施坝体排渗加固。2009年底排渗工程竣工后,经过两年多时间的检验,经现场踏勘和坝体浸润线观测,结果表明,该项排渗工程效果显著,使该尾矿库能够满足加高扩容的要求。     

高心墙堆石坝极限抗震能力初探

高土石坝需要进行极限抗震能力和地震破坏模式分析。通过坝体动力反应分析、动强度验算以及地震变形分析,综合研究了高心墙土石坝的破坏过程。认为处于抗震极限状态的大坝防渗体及上游反滤料的顶部存在动强度不足问题,进而引起坝顶地震裂缝及上游反滤料顶部液化,最终导致坝体上、下游坝坡的失稳破坏     

滑坡堰塞坝越顶溢流破坏的物理模型实验

滑坡堰塞坝作为结构松散的堆积物,随着上游水位的不断上涨,其稳定性不断降低,并存在突然溃坝的风险。以唐家山滑坡堰塞坝为研究对象,基于相似原理,开展符合坝体颗粒级配的室内水槽物理模型实验,模拟了不同坝后蓄水量、不同水位和不同颗粒物质组成条件下坝体渗流、漫顶破坏的整个过程。监测结果显示：堰塞坝漫顶溃坝主要分为渗流、漫顶、冲刷和溃决4个过程;坝体堆积颗粒级配越差,坝体允许渗流坡降越小;相同材料配比的坝体,上游水位相同时,坝体底部水平位移最大,且漫顶溃坝时溃口尺寸与蓄水量正相关。该研究结果揭示了堰塞坝漫顶破坏规律,可为堰塞坝溃坝防治提供理论参考。     

陡坡水库大坝渗透稳定性及渗透变形分析

陡坡水库存在大坝质量差、坝体发育大量裂缝、背水坡出现散浸现象、坝后沼泽化并形成一上升泉以及排水渠和鱼池有絮状析出物、渗漏量增大等问题,这些异常现象都是由坝体及坝基渗流引起的。在阐述坝体和坝基地质、水文地质条件情况下,分析了大坝渗漏成因及大坝的渗透稳定性,指出坝体实际浸润线及坝体渗漏量是不正常的,特别是1987年后当库水位高于194 m,同一库水位呈上升趋势,这是反常的。坝基实际渗漏量异常,存在管涌和接触冲刷问题,尤其库水位低至 193.84 m,坝后上升泉仍有沙沸现象。上述现象表明大坝渗流是危险的,并分析了散浸、析出物、上升泉及沼泽化、坝肩及绕坝渗漏等现象的成因。     

库岸有限厚度粉质黏土冲蚀演化规律及预测

土体冲蚀流失是塌岸发展和库岸再造的重要诱发因素。为准确预测水流作用下岸坡土体流失进程，自主研制了能够实时精确量测土样质量变化的新型冲蚀试验装置，开展三峡库岸粉质黏土冲刷起动和冲蚀进程试验，分析有限厚度土体冲蚀演化规律和影响机制，并建立预测模型。结果表明：有限厚度土体的总冲蚀量随时间增加但增速逐渐趋缓，冲蚀速率逐渐衰减，且冲蚀速率及其衰减程度均与孔隙比或流速成正比；将反映密实度的孔隙比和反映剪切力的水流速度嵌入预测模型能较好地拟合粉质黏土冲蚀演化进程曲线。建立的有限厚度土体冲蚀进程预测模型，为水流冲刷作用下岸坡形态变化趋势预测研究提供参考。     

西霞院水库绕坝渗流分析

绕坝渗流除了影响山体本身的安全外,同时会抬高岸坡部分坝体的浸润面,在坝体和岸坡的接触面上可能产生接触冲刷等不利影响。实际工程大多采用混凝土防渗墙防渗形式,以期增大绕坝渗流渗径来削减绕坝渗流量并减小砂层渗透坡降。本研究以现有76眼民井为基础,分析西霞院水库蓄水前、后近坝区地下水动态变化及续建防渗墙对近坝区地下水影响。结果表明,近坝区地下水位变化与水库水位变化关系密切,水库蓄水对近坝区产生了明显的影响,使地下水位抬升明显、地下水渗流场发生改变。防渗墙续建前后,左岸下游地下水位与库水位响应关系已不明显,渗流方向有所改变,渗流强度明显减小,左岸防渗墙防渗作用明显;右岸渗流方向基本没变,渗流强度有所减小,下游地下水位与库水位仍存在一定的相关关系,右岸防渗墙上下游测井水位差没有左岸明显,说明右岸防渗墙也已经发挥防渗作用,但不如左岸明显。     

一个由左右岸滑坡形成的滑坡坝成因机制分析

滑坡坝及形成的堰塞湖在世界各国特别是山区一带广泛分布。它能够形成天然水库 ,在发生溃坝和洪水漫坝的情况下 ,造成的灾害损失很大。历史上产生过许多天然滑坡坝 ,有些很快发生溃坝 ,有些存在时间很长。存在时间较长的滑坡坝 ,它周围风景秀丽 ,成为旅游热点地区 ,同时也可开发其水资源。滑坡坝的形成有滑坡堵江、崩塌堵江和泥石流堵江 3种形式 ,它的形成机制对于滑坡坝的存在时间起了重要的作用。在开发和利用滑坡坝时 ,它的成因机制需要分析评价。本文对某滑坡坝的形成机制进行了研究 ,在研究某滑坡坝时发现 ,它由左右两岸的滑坡共同作用形成 ,这种形成模式在国内外报道很少 ,对类似工程也有一定的借鉴意义     

某滑坡坝天然坝高评价及洪水漫坝可能性分析

滑坡坝及形成的堰塞湖在世界各国的山区广泛分布。它能够形成天然水库，在发生溃坝和洪水漫坝的情况下，造成的灾害损失很大。历史上产生过许多天然滑坡坝，有些很快发生溃坝，有些存在时间很长。存在时间较长的滑坡坝，它周围风景秀丽，成为旅游热点地区，同时也可开发其水资源。在开发和利用这种滑坡坝时，它的安全性需要分析评价。由于它的坝高是自然形成，不受人为控制，坝高的安全程度需要分析研究。在人工坝高超高设计方法中，库区风速、浪高等是影响坝高的因素。计算时考虑最危险的情况和风速、波浪等因素叠加，滑坡坝的坝高符合设计坝高，满足规范要求，在这种情况下不会发生洪水漫坝和溃坝，不会对下游造成危害。某滑坡坝位于拟建某水电站的上游，在国家级自然保护区内，是著名的旅游景点，其安全性对旅游开发、工程建设和下游居民生命财产安全影响很大。为了评价滑坡坝的稳定性，需要对其发生洪水漫坝和溃坝的可能性进行研究，论证其安全性。通过使用人工坝超高计算方法进行计算，结果表明：它的天然坝高超过同等规模人工坝的设计超高要求，不会发生洪水漫坝和溃坝，对电站建设和下游居民不会产生威胁。滑坡坝是稳定的，可以进行综合开发。这种计算方法对类似工程也有一定的借鉴意义。     

过水土石围堰下游护坡的溢流设计风险率模型

系统分析河道来流和泄水建筑物结构尺寸的不确定性与过水围堰运行时下游护坡流速水头和设计抗冲流速水头不确定性之间的关系,以及影响围堰下游护坡安全运行的因素。在土石过水围堰最不利流量的分析方法基础上,提出了用围堰下游护坡的流速水头超过设计条件下最不利溢流工况所对应的抗冲流速水头的概率来刻划溢流工况设计风险率。运用可靠性理论的JC法,给出了过水围堰溢流时设计风险率的计算方法,为堰体下游护坡结构及消能防冲设计提供了理论依据。     

Erosion Resistance of HPTRM Strengthened Levee from Combined Wave and Surge Overtopping

Post-Katrina investigations revealed that most earthen levee damage occurred on the levee crest and land-side slope as a result of either wave overtopping, storm surge overflow, or a combination of both. This study addresses erosion resistance performance of a levee strengthening technique—high performance turf reinforcement mat under combined wave and surge overtopping conditions using full-scale flume tests as well as erosion function apparatus (EFA) tests. Based on the results of full-scale flume tests, an “upper limit” of soil loss is observed for certain flow conditions. Erosion rate was presented as a function of velocity and freeboard. The effect of duration of overtopping on the erosion depth is also determined. The results of EFA tests indicate that the presence of grass roots substantially improve the critical velocity and soil erodibility.     

三维土工网垫植草护坡防坡面径流冲刷的机制分析

基于水力学和河流动力学的基本原理,利用坡面糙率和拦污栅模型分别模拟三维土工网垫和坡面植被作用,建立了三维土工网垫和坡面植被引起的坡面沿程水头损失和径流局部水头损失计算式,并建立三维土工网垫植草护坡时坡面径流速度计算表达式,将颗粒启动速度引入分析坡面土颗粒流失初始的启动流速,进而通过坡脚流速和坡面土颗粒启动流速的对比分析和通过分析坡角、植株密度、网垫和植被类型对坡脚流速的影响来研究三维土工网垫植草护坡的防径流冲刷特性。结果表明,坡脚流速随坡角增大而增大;网垫类型对坡脚流速影响不明显,但同无护坡时相比网垫能显著降低坡脚流速;坡脚流速随植株和叶部倾角增加而变小,且随植株密度增大而减少,并在考虑不同边坡土质的颗粒启动速度与坡脚流速相等时计算得到护坡所需的植株最小密度。     

非均质成层边坡极限承载力上限分析

极限承载力一直是采矿、岩土等领域关注的难点和热点问题,严重影响着边坡与邻坡建（构）筑物的安全稳定性。基于极限分析上限定理,考虑边坡滑动溢出位置不确定性影响,建立3种模式的非均质成层边坡刚性多滑块破坏机制,推导出边坡极限承载力上限解,并采用序列二次规划算法（SQP）求其最优值。以三岔露天矿北帮为工程背景,通过与数值计算结果对比分析,验证本文方法的有效性,进而开展不同坡角和排土场距坡肩距离影响分析。结果表明：（1）本文方法计算结果与数值计算结果吻合度较好,表明本文方法边坡极限承载力上限解合理有效;（2）边坡极限承载力与坡角大小呈线性负相关,与排土场距坡肩距离呈线性正相关,相比于排土场距坡肩距离而言,坡角对边坡承载力影响更为敏感;（3）坡角变化对边坡失稳模式影响较大,而排土场距坡肩距离的变化对边坡失稳模式影响不明显;（4）坡角和排土场距坡肩距离均对滑裂面起始位置和溢出位置有影响,滑裂面起始位置受排土场距坡肩距离影响较大而受坡角影响较小,滑裂面溢出位置受坡角影响较大而受排土场距坡肩距离影响较小。相关研究成果有望为边坡及邻坡基础设计提供理论支持。     

地形因子对偏转型滑坡-碎屑流运动参数的影响

根据滑坡地形特征,将沟谷偏转型滑坡划分为坡脚偏转型、凹面偏转型和凸面偏转型三种类型,其主要地形参数为滑源区坡度、斜坡坡度、沟谷坡度和偏转角度。通过数值模拟,采用正交分析、极差分析和方差分析初步探讨主要地形参数对沟谷偏转型滑坡运动参数的影响。结果表明:沟谷偏转型滑坡的视摩擦系数、前缘速度恢复系数均主要受地形起伏的影响。斜坡坡度对视摩擦系数的影响最大,沟谷坡度次之,偏转角度最小;斜坡坡度、沟谷坡度对前缘速度恢复系数的影响大于偏转角度的影响。斜坡坡度是视摩擦系数的显著性因素,斜坡坡度、沟谷坡度是前缘速度恢复系数的显著性因素。视摩擦系数、前缘速度恢复系数与主控地形因子之间存在显著的非线性关系,可分别用二次函数、二次型函数进行描述。     

Causes of catastrophic failure of Tam Pokhari moraine dam in the Mt. Everest region

The moraine dam of the Tam Pokhari glacial lake breached on 3 September 1998 and caused a catastrophic flood in the downstream areas. To learn from the event, a field survey was conducted. The survey team found that a landslide, which is considered to be responsible for the outburst flood, occurred in the northeast-facing slope of the moraine dam. The dam internal structure played a crucial role in forming a landslide that triggered the excess overflow and finally the breach of the dam. The internal structure of the dam was made of alternating layers of finer and coarser sediments inclining at 30° downstream and layers are truncated in the upslope direction by a huge pile of unconsolidated and structureless moraine materials. Since the upstream slope angle of the dam i.e., 40° is larger than the angle of repose i.e. 35° of sediments, the increased pore water pressure in the dam triggered a landslide. The rainfall and seismological activities of that particular day, which hit the record high, were crucial in triggering the failure. It is estimated that the dam’s north and northeast-facing slopes completely slid involving about 30,000 m³ of sediment mass of unconsolidated moraine materials above the shear plane. A slope stability analysis was also performed. The calculated safety factor was 0.85, and the calculated slip circle agreed with the shear plane marked in the dam. About 18 million cubic metres of water was swiftly released due to the sudden breach of the moraine dam.     

甘肃舟曲锁儿头滑坡活动的主控因素分析

锁儿头滑坡是甘肃舟曲县城附近一个巨型老滑坡,自20世纪70年代末以来一直处于缓慢活动之中。滑坡所处的地质环境表明,锁儿头滑坡长期缓慢滑动是具有特殊性质的滑坡物质在自重、边界断层活动、白龙江侧蚀和地下水四大因素联合作用下的结果。然而,除自重这个基础因素外,其余三个因素在该滑坡中的作用程度如何,目前尚无定论。笔者在野外调查和监测数据分析的基础上,采用数值模拟手段,定量分析了三个因素对滑坡活动速率的贡献程度。研究结果表明:对于组成物质松软的锁儿头滑坡而言,除了其流变性质外,地下水和断层活动是导致滑坡长期缓慢活动的主要因素,其中地下水位上升的作用略大于断层活动;尽管滑坡在不同因素作用后的位移模式基本一致,但位移速率有明显差异;相较于单独自重作用,边界断层活动使滑坡位移速率增大20%~47%;地下水位上升1 m后,滑坡位移速率增大20%~97%,且随着水位上升量的增加,滑坡位移速率进一步增大;白龙江侧蚀仅对滑坡临江前缘部分的位移速率影响较大,但位移速率的增大幅度与白龙江水流速度并无明显正相关。     

水下岩质边坡稳定性计算模式的探讨

论文讨论了水下岩质边坡稳定性分析中平面型滑动及其边坡后缘出现拉张裂缝等两种计算模式，着重分析了水下岩质边坡的受力机理，推导了考虑动水的水流速度及不同的滑动面倾角等水下岩质边坡稳定性评价公式，得到了岩质边坡稳定系数与水流速度的关系曲线和岩质边坡稳定系数与滑动面夹角的关系曲线。通过实例计算，讨论了水下岩质边坡后缘出现拉张裂缝后稳定性评价的主要影响因素及其变化规律。当考虑水流速度对边坡的作用时，边坡的稳定性明显下降。