基于波浪理论的水库地质灾害涌浪数值分析方法

有别于国内现行广泛应用Navie-Stokes方程进行地质灾害涌浪的数值模拟技术,本文采用波浪理论对地质灾害涌浪波进行了分析。地质灾害涌浪波是非周期性波,并且有强烈的非线性,介于中等水波至浅水波之间;可用浅水波模型和Boussinesq模型进行数学描述。本文采用有限差分法的Boussinesq模型,以三峡库区龚家方崩滑体涌浪为例,模拟了涌浪波的传播和爬高问题。该模型能够计算形成涌浪瞬时河面、河面最大波高图、最大流速矢量图、最大爬坡和预警分布图。模拟计算结果与调查结果吻合非常好。这说明基于波浪理论的地质灾害涌浪分析方法精度较高,为涌浪的预测研究提供了一种新的研究方法。     

龚家方崩滑体与滚石运动特征的对比分析

由于斜坡环境复杂,运动体运动轨迹多变,对于滑坡、滚石的运动速度和加速度的计算,一直是难点。通过分析龚家方崩滑体和滚石的运动影像资料,对比研究两次运动过程中运动体的运动特征及能量衰减问题。研究表明,崩滑体整体上经历了一次加速~减速过程,而滚石在整个运动过程中经历了多次加速~减速过程,无论是最大速度还是入水速度,单个滚石的运动速度稍大于滑坡体整体运动的速度,就能量衰减而言,从开始运动到整体入水,崩滑体的能量衰减率约为97.2%,滚石的能量衰减率在92%左右。这一研究结果可为龚家方治理过程中残留物的运动速度计算和类似龚家方斜坡的滑坡体运动速度计算提供参考。     

水库库岸滑坡涌浪的传播与爬高研究

基于流体力学明渠非恒定流的连续性方程、运动方程和沿程水头损失理论,把滑坡涌浪衰减过程分为急剧衰减和缓慢衰减两个阶段来考虑,并认为急剧衰减阶段的涌浪的衰减符合指数衰减规律,缓慢衰减阶段符合明槽水流的沿程水头损失规律,结合初始涌浪高度对涌浪沿岸的传播高度及爬坡高度进行了计算。以新滩滑坡为例对涌浪的传播及爬坡高度进行了计算,得出了滑坡涌浪衰减先快后慢以及传播3 km时的涌浪高度只有初始涌浪高度的30 %以及传播10 km时涌浪高度只有初始涌浪高度的13 %的规律。     

龚家方4号斜坡涌浪数值模拟分析

对于库区滑坡来说,不能只考虑滑坡体本身造成的灾害,还要考虑滑坡体引起的涌浪灾害,为了研究滑坡涌浪的传播、衰减规律,在Geo-wave软件的技术上,二次开发形成FAST软件。以三峡库区龚家方4号斜坡为研究对象,分别在175、156、145 m的库水位条件下,在长约23 km、宽约10.4 km的区域内进行涌浪数值模拟,获得涌浪传播模拟数据。经过模拟软件数据处理模块的计算分析,形成了分析涌浪传播规律的一系列图件。对不同水位下涌浪模拟的计算结果进行对比分析发现,随着库水位的下降,滑坡产生的最大涌浪值和在对岸的爬高值都有增长的趋势,但其对航道存在威胁的时间逐渐变短。模拟区各位置的最大波高空间分布形态具有中间内凹、两翼沿岸坡延伸的特征。涌浪传播的急剧衰减区基本分布在涌浪源附近1 km的范围内,涌浪源处的波高越大,单位距离内的涌浪下降高度也越大。由于涌浪在岸边有叠加、壅高现象,建议航道内船只经过地质灾害点附近时应沿江中心快速通行。     

一种流动性滑坡涌浪动力学模型

滑坡涌浪是入水滑坡引起的一种次生灾害,其致灾范围远大于滑坡的运动区域,准确预测其演化过程是防治这类灾害的关键。现有预测模型多将滑体简化为刚体,而实际滑坡多表现出流态运动的特征。为更合理地描述滑体和涌浪的耦合运动,将滑体视为流态物质,在此基础上推导了滑坡与水体耦合运动的控制方程,利用有限差分法对控制方程求解,建立了一种可模拟流动性滑坡涌浪演化过程的动力学模型。使用该模型对三峡库区的龚家方滑坡涌浪的演化过程进行模拟,将模拟所得河道纵截面处的最大浪高值与实测值进行对比,结果表明最大浪高值出现在滑坡的主滑动方向,且最大浪高沿纵截面两侧快速衰减,模拟结果与实测吻合。     

散粒体滑坡涌浪运动特征与能量转化规律研究

滑坡涌浪灾害造成的伤亡和损失一般远超滑坡灾害本身,已引起广泛关注。针对该类灾害的预测评价一直是研究的难点,精细刻画滑坡涌浪运动特征和能量转化规律是解决问题的关键和前提。因此,以天然碎石模拟散粒体滑坡,建立缩尺的矩形水槽滑坡涌浪三维物理试验模型,研究滑坡体积、速度和水深对堆积体形态和涌浪特征的影响以及滑体与水体能量转化规律。研究结论包括：（1）滑体通过冲击、挤压和抬升水体形成涌浪的特征受滑体规模和形态影响显著;厚度大且速度快的滑体趋向产生非线性过渡波,厚度小且速度低的滑体一般产生非线性震荡波;（2）基于试验提出的体积效应和速度效应揭示了一定水深的涌浪规模与滑坡体积和速度呈正相关规律,水深效应则解释了一定波能的涌浪在波形和速度上的分布差异,结果表明浅水比深水工况涌浪高度平均高出67%、波速平均高出51.17%;(3)基于试验的数值反演总结了滑体势能与波能转化率为1.00%～3.07%,由于三维试验中滑体与水体在水平和环向的扩散造成更多能量耗散,相较二维试验转化率较低。通过探讨散粒体滑坡运动过程和首浪产生、传播及爬高特征,揭示滑体-水体能量转化基本规律,研究成果对滑坡涌浪防灾减灾工作具有一定...     

清江水布垭库区大堰塘滑坡涌浪分析

2007年6月15日位于水布垭水库巴东县清太平镇的大堰塘滑坡发生滑动,激起高达50 m的巨大涌浪,造成了沿岸的人员伤亡。为了解决大堰塘滑坡引起的涌浪问题,把滑坡引起的涌浪分为体积涌浪和冲击涌浪两部分。根据体积守恒原理及块体水下运动的位移公式求出了初始涌浪的计算公式。把滑坡涌浪衰减过程分为急剧衰减和缓慢衰减两个阶段来考虑,并认为急剧衰减阶段的涌浪的衰减符合指数衰减规律,缓慢衰减阶段符合明槽水流的沿程水头损失规律,对其涌浪的传播和爬坡进行了深入探讨,并与实际调查结果进行了对比分析,该成果对水库库岸滑坡的涌浪传播的研究具有一定的参考意义。     

IRS—P6遥感数据在青海尖扎地质灾害调查中的应用

黄河尖扎县境内流域梯级水电站的建设,使沿岸原有的崩滑体前缘大多数被淹没,处于回水变动带的崩滑体稳定性有所降低,产生一些新的崩滑体,给当地人民造成经济损失.研究工作采用遥感技术手段,快速地调查该地区现有的地质灾害类型、数量及表现形式,以及地质灾害与地质环境条件的相互关系,从而为在该地区进行地质灾害防治工作提供基础资料,取得了良好的应用效果.     

贵州都匀马达岭地质灾害链的自动化监测

贵州省都匀市马达岭地灾体自2003年起间歇发生小规模崩塌,2006年5月18日持续降雨诱发大规模滑坡。崩滑体产生的碎屑流被采空区内蓄积的老窑水卷携并铲刮沟道残坡积物冲向下游形成泥石流。该地质灾害由崩塌、滑坡以及次生泥石流所组成,呈现连锁反应,形成了崩滑流灾害链。以贵州省马达岭地质灾害链为研究对象,基于现场地质环境条件调研和地质灾害链发育规律研究,确定以雨量、相对位移、倾角、渗压水头、泥位、次声为监测指标,在崩滑体后缘和泥石流沟口部位分别布置了相应的自动化监测仪器,形成了集自动采集、无线传输、数据解析、分析决策和预警预报为一体的地质灾害链自动化监测系统。监测系统运行状况显示,该监测系统能够较好地反映该地质灾害链的变形特征,可为该地质灾害链的预警预报提供技术支撑。     

映秀—北川断裂带沿线崩滑体分布规律浅析

“5.12”汶川大地震诱发的大规模次生地质灾害主要以崩滑体的形式表现。选取地震发生的映秀—北川断裂带沿线的崩滑体进行分析。根据地震影响的强弱、崩滑体分布的规模、大小及地形等因子,把映秀—北川断裂带沿线分为3个区域,分析崩滑体分布的微观规律。在震中,崩滑体的分布与地震释放能量大小正相关;在距震中稍远的地区,崩滑体的分布主要受岩石能干性及地形的控制。崩滑体的分布与地震影响强弱、岩性及地形相关的这一规律,对于防止类似次生地质灾害的发生、次生地质灾害的转化以及灾后重建等都有重要的参考价值。      

BH-1型崩滑体多参数自动化监测仪的研究与应用

基于对研究滑坡体在发生前后的变化过程和规律,进行了无线传输技术和自动化监测技术的研究,开发了为地质灾害监测预警所需的BH-1型崩滑体多参数自动化监测仪。通过对整个崩滑体的物理性能、位移形态变化的实时监测,研究自动化监测技术,实现对崩滑体多种物理、位移形态参数的全程实时监测。通过对多种参数的分析,实现对崩滑体变化规律的预判,推动地质灾害监测技术的进步。     

金沙江干流水电工程区岸坡失稳危险性预测及防治对策

笔者通过调查研究和综合分析金沙江干流水电工程区岸坡地质背景和岩体力学环境条件，定性分析与定量评价相结合，采用与三峡工程库区岸坡失稳危险性评价相类比的方法，针对崩滑体失稳按总体积的1／8和1／11入江方量进行了计算和按美国土木工程学会涌浪图解计算法计算了入水点及在向家坝坝址、溪洛渡坝址和邻近城镇的涌浪高度，并围绕大坝施工安全、库区周边城镇安全，水库运营安全等方面对岸坡失稳的危险性进行了评价预测，提出了岸坡失稳的防治对策。评价结果表明，向家坝库区和溪洛渡库区土质岸坡坍塌及崩滑体入江和涌浪不会影响水库的正常运行及长期效益。     

基于改进的FAST模型的千将坪滑坡涌浪研究

千将坪滑坡是三峡库区支流浅水区滑坡产生涌浪的典型案例,但对大范围、长距离的水动力过程和涌浪灾害分析研究成果较少。基于浅水区滑坡涌浪物理实验的推导公式,更新了FAST涌浪计算系统,构建了相应的涌浪源数值模型,在已有的滑坡涌浪灾害快速评价系统程序中新构建了浅水区滑坡涌浪源数值模型,开展了千将坪滑坡涌浪研究。数值计算区域为18.6 km×11.8 km,包括千将坪滑坡附近的长江干流及支流。计算结果显示,千将坪滑坡产生的最大浪高为38.8 m,最大爬高为36.7 m。最大涌浪空间分布显示大于1 m涌浪的河道长约10.5 km,大于2m涌浪的河道长约9.3 km,大于3 m涌浪的河道长约8 km。大于1 m的波浪影响范围主要集中在青干河和锣鼓洞河,涌浪在河道中传播受地形影响而有快速衰减或放大效应。与多源数据对比表明,涌浪爬高数值相差为±2 m,相关性系数达0.97。建立的涌浪数值模型具有消耗计算资源少、计算速度快、计算结果精度较好等优点。基于水波动力学的浅水区滑坡涌浪源模型将可用于水库区支流或干流浅水区滑坡产生的涌浪问题研究,为大范围长距离滑坡涌浪灾害预测预警提供重要技术支撑。     

强震区岷江沿岸泥石流物源体积估算模型与演变特征

2008年汶川大地震后,泥石流灾害表现活跃,至今经历了多个暴雨过程,那么如何才能较为准确地分析泥石流源区演变特征。首要是确定泥石流源区崩滑体体积。本文选择映秀镇附近,岷江沿岸的5条泥石流沟为研究对象,针对泥石流源区崩滑体体积难以确定的问题,野外调查研究区内167个崩滑体点,建立崩滑体体积与面积间的关系模型,并通过野外调查研究区内48个崩滑点进行验证。定量解译研究区3期航空影像的物源面积,利用崩滑体体积估算模型,进一步分析研究区泥石流物源的演变特征。     

巴东作揖沱崩滑体基本特征及成因机制分析

:作揖沱崩滑体是三峡工程库区重点勘察研究的崩滑体之一 ,位于湖北省巴东县楠木园乡长江南岸 ,距三峡工程坝址 83km,作揖沱崩滑体东西宽为 5 40～ 72 0 m,南北长为 2 80～ 40 0 m,前缘高程为 2 0 m(水下 ) ,后缘高程为 2 80 m,体积为 413.32万m3。作揖沱崩滑体的组成物质为碎块石夹土 ,块石成分复杂 ,局部还保存有变位岩体。作揖沱崩滑体的形成经历了崩塌、滑移、加载和变形滑动等阶段 ,是一个典型的崩滑复合体。近代以来 ,作揖沱崩滑体曾发生多次变形复活 ,是一个不稳定的崩滑体     

黄土坡临江I号崩滑体变形及稳定性演化规律研究

为准确把握黄土坡临江I号崩滑体在水库运营期间的变形及稳定性演化动态,采用试验隧洞群的形式充分揭露崩滑体的地质结构及空间形态,并构建崩滑体双层滑带地质模型。采用饱和-非饱和渗流有限元算法获取其在水库运营期间地下水渗流场的动态变化过程,以此为基础研究崩滑体的变形和稳定性演化规律。研究表明,崩滑体的变形主要发生在库水位下降期间,且呈明显的牵引式运动特征,变形演化规律与GPS监测点实测数据相符;崩滑体的浅层滑坡在演化过程中受地下水渗流场动态变化的影响较大,因此,其稳定性系数的波动幅值也较大,其临界失稳水位下降速度为2.0 m/d。综合分析认为,黄土坡临江I号崩滑体整体稳定性相对较好,但浅层滑坡在降雨和库水位下降过程中存在局部失稳的可能。     

重庆瀼渡场北崩滑体变形特征及成因分析

重庆瀼渡场北崩滑体主要由松散及透水性好的崩塌堆积物质组成,滑体沿堆积层和基岩接触面滑动。通过监测分析发现,滑体不同位置的变形速率和累积位移量存在差异性。崩滑体变形主要集中在汛期雨季,枯水期旱季变形较小,滑坡后缘位移发生的时间较前缘略显滞后性。崩滑体发生变形破坏的内因是组成滑体的松散物质工程地质性质差,透水性好,滑移带土体在水的浸泡软化作用下,强度大幅下降,导致崩滑体失稳移动。崩滑体发生变形破坏的外因是降雨和库水位变化的联合作用,导致崩滑体自重增加、潜蚀破坏、产生动静水压力。     

三峡库区龚家方残留危岩体爆破清除形成的涌浪野外监测与分析

三峡库区龚家方斜坡2008年11月23日发生崩塌后,其后缘残留大量危岩体,严重威胁长江航道安全。当地政府决定对其进行人工清除,以消除隐患。作者建立了一种以高清摄像机和高频水位计为主的简易涌浪野外观测方法,用以监测爆破产生碎屑流形成的涌浪。以2011年1月17日爆破清方事件为例,文章展示了野外设备安装和监测到的滑坡涌浪过程。监测分析表明,该次爆破碎屑流入水速度约为31 m/s,入水体积约250 m3;产生的涌浪较小,为波群形态,初始涌浪可表达成2个简单三角函数的叠加。该涌浪应急监测方法简便、易行、有效,所得监测数据可为滑坡涌浪研究提供宝贵的野外原始资料;方法可为地质环境条件类似地区的滑坡涌浪简易或应急监测提供借鉴。     

某水电站古崩滑体的成因机制及稳定性研究

该古崩滑体位于拟建水库坝址线上游27.7 km处,体积巨大,水库三个设计蓄水高程均在滑体剪出口之上,且该区属高烈度区,滑体一旦失稳,可能造成涌浪,甚至堵江和堰塞溃坝,影响严重。本文通过对古滑体地质背景、结构特征、变形破坏特征和形成条件分析,确定该滑体属崩滑性质。在漫长地质历史时期,受到较为频繁构造作用,斜坡岩体块裂化较明显,节理切割严重,产生了不利结构面的空间组合,一旦破坏面贯通,则导致斜坡沿着滑面崩滑下座,覆盖到冲洪积物堆积体之上。其稳定性通过定性、定量两方面评价,其中定量计算中,通过试验资料,结合参数反演确定计算参数,利用规范传递系数法和毕肖普法进行计算。评价结果表明,在天然、暴雨、蓄水及水位骤降工况下,滑体均处于稳定状态。而在考虑地震时,其稳定性迅速降低,滑体整体处于基本稳定状态。     

全长粘结锚杆在崩滑体治理工程中的应用

崩滑体是三峡库区奉节、巫山、巴东等地较为普遍的地质现象,具有厚度大、风化破碎等特征,是三峡库区地质灾害治理的主要对象, 锚固是崩滑体治理的手段之一。本文通过分析崩滑体的地质特征及全长粘结锚杆的作用机理,结合三峡库区一大型崩滑体治理工程,说明采用全长粘结锚杆不仅增加了坡体的抗滑力,而且通过锚杆的植入改善了坡体的结构性,从而提高崩滑体的稳定性。