黄河三峡库区滑坡诱发的涌浪预测方法

黄河三峡库区的涌浪灾害风险不容忽视,经验公式是宜优先考虑的涌浪快捷评价方法.对黄河三峡焦家崖头2012年2月7日的黄土滑坡和涌浪进行调查,分析了黄土滑坡及涌浪的特征.采用9种涌浪经典计算公式,计算了涌浪的初始浪高、对岸爬高等特征参数.与调查结果对比表明,采用美国土木工程师协会推荐法、水科院算法、Huber and Hager模型和潘家铮算法获取的焦家崖头黄土滑坡诱发的涌浪特征参数均接近实际,其确定的校正系数分别为2.14、1.92、0.6和0.66,对比考虑安全性和经济性后推荐采用潘家铮算法预测黄河三峡的涌浪.     

某水电站库区滑坡滑速涌浪计算

对雅砻江流域某拟建电站库区边坡失稳后的滑速和涌浪高度进行计算。计算滑速采用潘家铮条分法,涌浪高度计算同时采用水科院经验公式法和潘家铮法两种方法。综合两种方法的计算结果获得库坝处滑坡产生的涌浪高度为0.41~0.88m,对拟建工程影响较小。此计算分析方法对类似工程具有借鉴意义。     

三峡水库库岸滑坡涌浪物理模型试验

三峡水库自2003年开始蓄水以来, 库岸滑坡变形明显加剧, 滑坡变形不仅造成建筑物破坏, 高速滑坡滑入水库还会产生很大的涌浪, 其潜在的危害性远远超过滑坡本身.2003年7月13日发生在三峡库区的千将坪滑坡就是由水库蓄水诱发所致, 滑坡最高涌浪达到39 m, 在水库传播达30 km之远, 涌浪造成了人员伤亡与财产损失.为了更好地研究水库滑坡涌浪特征和传播规律, 以三峡库区重大科研项目为依托, 采用室内大型物理模拟实验手段, 对三峡库区滑坡涌浪开展了深入研究.通过对三峡库区已经开展勘探的潜在滑坡的地质资料进行统计分析, 按照正交试验设计方法, 制定了包含滑坡规模、入水速度、滑动面倾角、水深、岸坡坡角等综合影响因素的试验方案, 以三峡库区白水河滑坡上下游河道为原型, 建立了1∶200比例尺的河道物理模型, 采用试验控制系统、试验量测系统开展了滑坡涌浪三维物理模型试验.通过细致的物理模型实验, 得到了不同试验条件下的三峡库区滑坡涌浪物理模型实验观测数据.分析滑坡涌浪形态变化, 明确了滑坡最大首浪的含义.在此基础上, 以国内外经典的Noda和潘家铮提出的滑坡涌浪公式为基础, 基于试验量测数据, 提出了三峡库区滑坡涌浪计算公式.最后以三峡库区正在变形的白水河滑坡为例进行了滑坡涌浪预测研究, 预测了滑坡最大首浪高度和沿水库传播的涌浪衰减规律.      

基于离散单元法的滑坡堆积及其涌浪计算

采用离散单元法对水库库岸边坡的动态破坏过程进行了研究,给出了计算流程并开发了相应的软件。介绍了离散单元法的基本原理,分析了常用的计算滑坡速度方法的不足及用离散单元法的优势,基于离散单元法提供的块体运动信息并结合波动方程模拟了滑坡体滑入水库时所激起的涌浪。此外,采用离散单元法研究了滑坡的堆积形状。通过算例验证了方法的可行性与程序的正确性。算例结果表明：块体在坡面上运动时,用离散单元法计算得到的块体的速度和能量法与潘家铮法一致,且更方便、更高效;由于涌浪的叠加,多个块体所激起的涌浪高度比单个块体的涌浪高一些,这表明在进行涌浪分析时,考虑多块体的涌浪叠加效应是至关重要的,滑坡的堆积形状为滑坡的灾害评估提供了依据。通过自行开发的离散单元法软件模拟了块体的滑动和涌浪的产生及其传播过程,其模拟结果为研究边坡的滑动破坏的启动、破坏过程及滑坡的风险评价提供了新的思路。     

辽宁省观音阁水库库岸滑坡稳定性及其灾害评价方法分析

水利水电工程建设中的库岸滑坡灾害屡有发生,灾害所造成的损失也是不可估量的。在基本假定的基础上,以动力平衡方程和圣维南方程为基础对坡体的滑动速度和滑坡涌浪高度进行推导并应用于实际工程案例中,同时根据所推公式计算出的结果在很大程度上可以反映该库岸稳定性的基本情况,并给类似工程建设提供一个很好的参考和评价依据;对于库岸滑坡体,在满足假定条件的前提下,计算出滑坡的变形速度和过程,就可以得出涌浪过程,然后进一步对库岸的安全性做进一步的评价。     

库区滑坡的次生灾害分析与研究——以藕塘滑坡为例

滑坡除直接成灾外,还会产生次生灾害,滑坡体落入江河中,可形成巨大涌浪,造成较大的危害。涌浪高度除受滑速、失稳体积、水深等重要因素的影响外,波浪的形成还要受水库地形、库面宽度、滑坡入库过程的持续时间以及滑坡体的宽度等因素的影响,尤其在峡谷地区更为显著,且波浪在传播过程中,还受到河谷两岸的阻碍、往返的折射以及波群的相互干扰或迭加等影响。以藕塘滑坡为例,在滑波局部失稳情况下采用潘家铮涌浪算法,计算和预测滑体冲入库区后的滑速和造成的涌浪高度,并且考虑了地震作用和滑坡前缘泡在水中所产生的阻力。     

可变网格下的水库滑坡涌浪数值模拟研究

采用动网格技术,建立了可变网格下的平面二维水库滑坡涌浪数学模型,与传统固定网格下的数学模型相比,克服了难以精确计算水库滑坡体对水体作用的困难.以一模型试验为研究对象,采用数学模型对其进行了复演,模型将滑坡体对水体的作用采用可变网格的思想实现,使滑坡体所占区域的计算网格随滑体下滑.模型计算值与实测值比较表明,两者吻合较好,说明基于可变网格思想的数学模型能够较准确地模拟滑坡涌浪过程,为滑坡涌浪的计算、预测提供了一种新的研究方法.     

水库滑坡涌浪传播有限元数值模拟

库岸滑坡涌浪危害巨大,正确预测库区可能的滑坡涌浪非常重要,是工程可行性论证的重要内容之一。将浅水控制方程应用于滑坡涌浪数值模拟,控制方程采用简便且具有较高精度的两步Taylor-Galerkin方法进行求解。通过算例对数值模型的应用进行验证,结果表明,涌浪产生后将以入水点为源点迅速向四周推进并不断衰减,且随传播距离的增加浪高降幅逐渐减小。计算的涌浪高度及水位变化规律与实测资料吻合得很好,并将滑坡涌浪的沿程传播过程可视化。研究结果表明,文中方法模拟滑坡涌浪传播是有效可行的,可用于滑坡涌浪灾害的预测和防治。     

基于SPH-DEM流-固耦合算法的滑坡涌浪模拟

采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法和离散单元法(DEM),并基于达西渗透试验原理,提出一种SPH-DEM耦合算法用于处理宏观尺度下离散体与流体之间的相互作用问题,并基于该流-固耦合方法采用FORTRAN语言建立滑坡涌浪数学模型。模拟了块体滑坡问题,并与试验数据进行对比以验证该耦合方法的有效性。模拟分析了离散体滑坡产生涌浪以及涌浪传播的过程,分析比较了数值模拟得到的最大涌浪高度与经验公式结果间的关系。研究表明:采用该耦合方法模拟水下块体滑坡问题得到的结果与试验数据吻合良好;模拟离散体滑坡涌浪问题时,较清晰地反映了滑坡体对水的排挤到涌浪的产生过程、水在滑坡体中的渗透过程和滑坡体与水耦合作用发生变形的过程;不同公式分析方法得到的最大涌浪高度之间均有一定差别,算例中滑坡体受重力作用沿倾斜坡面滑动入水过程更接近于潘家铮法的垂直运动模式,因此,模拟结果与之最为接近。     

基于GIS的库岸滑坡滑速计算方法

结合GIS(geographic information systems,地理信息系统)的空间数据处理能力,将潘家铮法从二维扩展到三维,提出一个基于栅格柱体单元的库岸滑坡滑速计算方法。建立了基于栅格柱体单元的三维滑坡滑速计算分析模型,给出了模型参数在GIS中的空间计算表达式。其次,通过对计算模型进行受力分析,结合牛顿运动定律,选取了沿滑体滑动方向和垂直方向来建立动力平衡方程,从而求解三维滑坡滑速。在GIS中开发出一个三维滑坡滑速计算扩展模块,并通过实例与潘家铮法所得结果进行对比。结果表明,该方法比潘家铮法计算的最大速度结果大15.2%,比启动加速度结果大32.8%,比达到最大速度的滑动时间短1 s。     

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。     

基于离心模型试验的库岸滑坡变形特征研究

三峡库区蓄水后，大量库岸滑坡发生复活变形，为研究滑坡随库水位升降的变形特征和机制，以库区典型直线形滑面形态滑坡为地质原型，概化设计了大尺度离心模型试验，通过模拟两个水位升降过程，布设高速相机和传感器，获取了滑坡变形演化全过程高清影像、孔压和土压?时间变化曲线，可得以下研究结果：在水位首次下降时，孔压和土压逐渐减小，当下降15 min后滑坡发生整体蠕滑变形，首先是前部产生横向张拉裂缝，中后部则是以竖直位移为主的蠕滑压密变形过程，水位停止下降2 min后变形停止，表明变形对库水位变化具有一定滞后性；当水位再次下降时，前部沿原破裂面再次下滑并失稳，中后部则无变形，变形演化具有典型牵引式特征。在库水首次入渗滑坡时，坡体孔隙水压力对库水位升降具有明显的滞后性，而在下一次水位升降过程中，这种滞后性明显减弱。该类滑坡受水位下降的动水压力效应影响较大，在滑坡变形过程中，中后部滑体变形在竖直方向的蠕滑压密行为使得中后部稳定性有所提高，因此，在后期蓄水过程中不再发生变形，试验现象与实际库岸滑坡吻合。试验揭示了三峡库区该类滑坡在水位升降条件下的变形破坏模式及长期演化趋势，为库区地灾防治提供了参考依据。     

地下水位变化与库岸滑坡体稳定性关系的研究

水库蓄水后的库岸滑坡是水利工程的一个顽疾,模清库岸滑坡的诱因、特征与规律对于防范水库风险具有重要的科学意义,大量的监测和研究显示水库库岸的稳定性与地下水位的变化有着极为密切的关联关系,以大量的库岸滑坡原位监测数据为基础,通过计算机建模技术,获得了地下水位变化与库岸滑坡体稳定性间关系的经验型数学模型,介绍了库岸滑坡原位监测的基本方法。     

库水位升降速率对雅安双家坪堆积体滑坡稳定性影响模拟分析

水库蓄水后库岸边坡的稳定性一直是研究的热点,库水位周期性涨落使得坡体内部渗流场发生变化进而影响其应力场,应力场作用于岩土体产生变形,其中水库水位升降速率对滑坡稳定性的影响尤为显著。本文以瀑布沟水电站库区双家坪滑坡为研究对象,在调查分析的基础上,基于非饱和土力学理论,考虑水—土特征曲线与渗透特性,对库水作用下的双家坪堆积体滑坡稳态—瞬态进行渗流场—稳定性数值计算。运用GeoStudio软件中的seep模块模拟库水作用下滑坡体地下水变化,计算出不同库水位升降速率条件下堆积体滑坡内部渗流场的变化并将结果耦合至slope模块中进行稳定性计算,研究结果表明:水位抬升阶段,滑坡的稳定性表现为先升高再降低,且水位抬升速率越大,滑坡稳定性升高后衰减的程度越大;水位下降阶段,滑坡的稳定性表现为先降低再逐渐回升的趋势,且水位下降速率越大,滑坡稳定性下降后再回升的程度越低。该研究结果对于库区地质灾害防灾减灾、监测预警以及水库合理调蓄具有重要的意义。     

李家峡水电站坝前水库滑坡蓄水前后稳定性预测

基于位移监测、数值计算、室内和现场试验等成果,从动力学角度开展了李家峡坝前水库滑坡稳定性预测的系统研究,获得了其滑带土的蠕变特性及水库滑坡的蠕滑机制,提出滑面剪应力比和滑带土黏滞系数的增减是决定滑坡能否从蠕滑转入剧滑的内在条件;通过模拟水库运行环境,完成了代表性滑块的现场促滑试验,研究表明:该类试验既是论证滑坡蠕滑机制的可靠方法,也是水库滑坡增稳治理的有效手段之一.     

基于强度折减法的库岸滑坡三维有限元分析

通过现场踏勘调研,根据滑坡的环境地质条件,详细探讨了该库岸滑坡的成因机制和演化过程,并重点分析了滑坡失稳的影响因素。建立滑坡体的三维有限元模型,运用有限元强度折减理论对其稳定性进行了计算分析。结果表明,滑坡体在天然状况下是稳定的,库水位上升至正常蓄水位时将超过滑坡前缘高程,滑坡安全系数降低,不满足规范规定的最小安全系数的要求,在考虑降雨入渗、库水位骤降时,滑坡进一步趋于危险;在考虑蓄水+地震工况时,库岸滑坡有失稳的可能。据此提出了削坡减载治理措施,治理后滑坡在各工况下的安全系数均满足规范的要求,研究成果对滑坡的治理具有较大的参考价值。