余震作用下堰塞坝体破坏及溃决过程大型振动台试验研究

山区特大地震往往导致大量堰塞湖,例如2008年汶川地震形成了至少257个堰塞湖,并且主震后发生了大量余震,这些余震可能会影响堰塞坝体的安全状态。通过大型振动台模型试验,研究了余震及库水耦合作用下堰塞坝体的破坏及溃决机理和过程。共进行了两组不同材料的振动台模型试验,分别模拟含黏粒较多且颗粒较小（坝体Ⅰ）和基本不含黏粒且颗粒较大（坝体Ⅱ）的两种坝体。在不同水位条件下进行振动台试验。研究成果表明:（1）地震和库水耦合作用下堰塞坝体的主要溃决方式是漫顶溢流,主要溃决过程为地震力使松散的堰塞坝体发生沉陷,库水渗入使沉陷加剧,最终水位上升漫过坝顶发生溢流冲蚀破坏。（2）地震一般不会直接引起堰塞坝体的破坏。地震力对坝体稳定性的主要影响是使坝体发生沉陷变形。在地震和库水耦合作用下,坝体沉陷比单一因素作用下更为剧烈,因此地震作用会使漫顶溢流提前发生。（3）地震和库水耦合作用下坝体Ⅰ沉陷量大于坝体Ⅱ,说明现实中由大粒径岩土体组成的堰塞坝体具有更好的稳定性。     

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。     

考虑河床坡度和泄流槽横断面影响的堰塞坝溃决过程试验研究

针对缺乏地形条件和工程处置措施对堰塞坝溃决过程影响研究的现状,采用4种河床坡度（0°、1°、2°、3°）和3种泄流槽横断面型式（三角形、梯形、复合型）,开展了堰塞坝溃决的模型试验。通过分析堰塞坝的溃决流量、溃决历时、溃口发展和坝体纵截面演变过程,研究了不同河床坡度和泄流槽横断面对堰塞坝溃决过程的影响规律。试验结果表明：...     

堰塞坝溃坝模型实验研究综述

堰塞坝是天然形成的坝体,结构比较松散、稳定性差、渗透作用强,发生溃决危险性大、概率高、突发性强,而且破坏可能性高及产生的洪水威胁人们的生命和财产安全,因此需要系统、全面的研究。作者从单坝溃坝、级联溃坝及堰塞坝处置的溃坝试验进行详细的回顾,总结及分析了国内外学者在堰塞坝溃坝模型实验取得的成果及局限性,进一步分析了单坝溃决的颗粒级配、密实度、含水率、沟床坡度等因素,最后讨论了溃坝因素与溃决模式、溃决特征、溃决流量、溃口演化的关系。基于模型实验相似理论及模型比尺、实验测试手段、堰塞坝处置三个方面,提出了今后的研究重点。     

考虑不同泄流槽方案的堰塞坝溃决机理分析——以唐家山堰塞坝为例

近年来,频发的地质构造活动和极端气候灾害诱发了大量堰塞坝,严重威胁上下游群众的生命财产安全。开挖泄流槽是最常用降低堰塞坝溃决风险的措施,由于时间非常急迫、交通极度瘫痪,其开挖量非常有限,因此如何利用有限的开挖量将溃坝风险降低至最小是亟待解决的问题。本文基于水土耦合冲刷机理,提出了考虑不同泄流槽方案的堰塞坝溃决机理分析方法,并应用于唐家山堰塞坝。该方法根据水力学参数和坝体抗冲刷性参数动态计算瞬时坝体冲刷率,进而分析泄流槽对溃决全过程的影响,从而自动获取最优的泄流槽设计方案。将此方法应用于唐家山堰塞坝案例发现:唐家山堰塞坝泄流槽最优设计时溃坝洪峰流量为1700m3·s-1,小于实际峰值流量6500m3·s-1,主要是因为增大泄流槽的纵坡率,显著增强溃坝前的冲刷并形成双洪峰,从而有效降低了溃决峰值流量。由于复合槽相对较小的水力半径限制了溃坝前的冲刷,使得临溃时水位较高,因此溃坝峰值流量比单槽大,溃坝风险降低效果不如单槽。     

红石河堰塞湖漫顶溃坝风险评估

四川省青川县红石河堰塞湖是2008年5月12日汶川大地震形成的34座大型堰塞湖之一,是由东河口滑坡堵塞红石河形成的。该堰塞体高度约50 m、宽度约250 m、顺河向长度约500 m、形成的最大库容约400万m3。本文作者对红石河堰塞体做了较详尽的现场试验,包括土的冲蚀试验、土的基本物性试验等。基于现场试验数据,对土的冲蚀性和漫顶溃坝风险做了详细的分析。结果显示,从土的抗冲蚀性角度考虑,只要有水溢出就会有土体被冲蚀,这说明红石河堰塞体的漫顶溃决可能性较高。本文还提出经验公式来预测红石河堰塞体漫顶的溃决时间,大约为4.5d,如果考虑到大石块对抗冲蚀稳定性的有利影响,这一数值会增大。此外,还研究了溃决深度随时间的变化规律。     

滑坡堰塞湖溃决风险与过程研究进展

滑坡堰塞湖是山区常见的一种自然灾害, 对其溃决风险与过程的科学认知和合理评估是应急处置的关键。外荷载作用下滑坡堰塞体的力学响应、滑坡堰塞湖渐进破坏机理与溃决洪水预测理论是滑坡堰塞湖风险评估研究领域的关键科学问题。本文围绕滑坡堰塞湖形成后的溃决风险与过程展开综述, 从定性和定量的角度分别对堰塞湖危险性评价方法进行分析总结, 从小尺度、大尺度和超重力场试验技术的角度总结了堰塞湖的溃决机理、溃决过程及其影响因素, 从数学方法的角度对堰塞湖溃决洪水预测中经验公式法、简化和精细化数值模拟方法的进展进行总结评价。然而, 国内外关于滑坡堰塞湖风险评估领域的研究仍处于起步阶段, 空-天-地一体化监测技术、堰塞湖危险性评价中的不确定性问题、堰塞体材料冲蚀特性与溃决机理、堰塞湖溃决洪水精细化模拟等将是未来的重点研究方向。本综述可为堰塞湖防灾减灾和流域水工程风险管理提供有价值的参考。     

堰塞坝体材料渗透特性及其稳定性研究

堰塞坝是由于崩塌、滑坡、泥石流等形成的天然坝体,不同于人工土石坝,堰塞坝坝体结构松散,颗粒级配不均匀,在较高水头作用下坝体可能发生渗透破坏而导致溃坝,严重威胁下游人民群众的生命及财产安全。由于堰塞坝存在较大粒径颗粒,常规的渗透试验装置难以满足要求,本文研制了直径为60cm的大直径渗透试验仪,进行了不同堰塞坝级配材料的渗透破坏试验,并探讨了堰塞坝体材料渗透特性的主要影响因素。研究发现:（1）堰塞坝材料的渗透破坏形式取决于材料级配,粗颗粒含量较多时为管涌破坏,细颗粒含量较多或粒径缺失时为流土破坏;（2）堰塞坝渗透系数随干密度的增大而减小,主要取决于细料填充粗料孔隙的程度,单独使用不均匀系数或曲率系数不适用于评价渗透系数的变化;（3）基于试验数据提出了用于堰塞坝渗流破坏形式的判别公式,并推导出堰塞坝管涌破坏的临界水力坡降计算公式。     

金沙江上游雪隆囊古滑坡堰塞湖溃坝堆积体的发现及其环境与灾害意义

西藏芒康县金沙江上游雪隆囊河谷史前时期(全新世晚期)发生了一次明显的堰塞事件,形成了一个湖水体积约3.1×108 m3的大型堰塞湖。该堰塞湖形成后期发生溃决并引发异常大洪水,这一溃决事件发生在大约1 117 A.D.。地震诱发山体滑坡可能是金沙江发生堰塞的直接原因。在雪隆囊古堰塞坝体的下游一侧到其下游3.5 km的范围内,发现大量由砾石、砂和少量黏土组成的混杂堆积体,判定其为滑坡堰塞湖的溃坝堆积,是滑坡坝体及上游河床物质在坝体溃决后快速堆积形成。整套溃坝堆积体具有支撑-叠置构造、叠瓦构造和杂基构造等沉积特征,还具有一种特殊的沉积构造:即在垂向剖面上发育粗砾石层与细砂砾层的韵律互层,但剖面中缺少砾或砂的透镜体。这种沉积构造("互层构造")是溃坝堆积相区别于冲-洪积相、泥石流相等的一种重要判别标志。采用水力学模型反演确定雪隆囊古滑坡堰塞湖溃决洪水的平均流速为7.48 m/s,最大洪峰流量为10 786 m3/s。雪隆囊溃坝堆积体沉积特征及其环境的研究,不但有助于揭示古洪水事件发生的过程和机制,同时对于认识金沙江上游地区的环境演变也具有重要意义。     

不同沟床坡度堰塞坝溃口展宽历程试验研究

为了解堰塞坝在不同沟床坡度地段的溃口展宽历程,进行了沟床坡度为7°~13°,间隔为1°的7组水槽试验。对比分析7组试验观测数据,评价不同沟床坡度对堰塞坝溃口展宽历程的影响。得到如下结果及结论:(1)漫顶破坏的堰塞坝在不同沟床坡度地段的溃口展宽历程是十分相似的,根据其溃决特征,可将其展宽历程划分为溃口贯通、突变和稳定边坡形成等3个阶段。(2)在突变阶段溃口边坡沿x轴方向会发生多次失稳,溃口顶部形态在背水坡呈“S”型,在坝顶呈“U”型,在迎水坡呈“弧”型。(3)不同沟床坡度条件会影响突变阶段的溃决特征,随沟床坡度的增加突变阶段溃口边坡单次失稳规模表现出先增大后减小的特征,溃口边坡失稳次数呈现出先减少后增加的特征。(4)溃口边坡的稳定性主要取决于溃口的侧蚀宽度和下蚀深度,其与溃口顶、底部侧蚀宽度之差呈负相关关系,与溃口下蚀深度呈正相关关系。(5)不同沟床坡度堰塞坝的溃决流量随溃决时间的延长具有相同的变化趋势,但不同沟床坡度堰塞坝的溃决峰值流量和峰值流量到达时间却不尽相同,随沟床坡度的增加峰值流量逐渐减小,峰值流量到达时间先提前后推迟。     

正反粒序结构条件下滑坡堰塞坝破坏模式研究

滑坡堰塞坝是大型滑坡堆积体堵塞河道形成的土石坝。正、反粒序结构作为大型远程滑坡所特有的2种具有显著差异的地质结构特征,2种情况下坝体的破坏模式差异及稳定性影响因素亟需试验研究。文章通过室内水槽物理模型实验,对比不同粒径、不同结构的滑坡堰塞坝坝体的破坏过程差异,探究了正、反粒序结构条件下堰塞坝的稳定性差异、破坏模式及影响因素。研究结果表明:（1）堰塞坝破坏模式的变化取决于浸润线在下游坡面的出露位置,相比上游水位有一定的延迟性;（2）正、反粒序堰塞坝的破坏模式取决于坡体渗流与下游坡面临界起动坡降的关系;（3）细砂层的位置分布,不同埋深细砂层的起动临界坡降差异和细砂与中粗砂的孔隙率差异是造成正、反粒序坝体破坏差异的主要原因。该研究成果可为大型滑坡堰塞坝的防灾减灾提供理论指导。     

尾矿坝垮塌机制与溃决模式试验研究

基于云南拉拉铜矿小打鹅尾矿库工程设计资料,采用现场排放尾矿砂为试验材料,进行了尾矿堆积坝在洪水情况下发生垮塌破坏的模型试验。通过水流控制系统模拟尾矿坝遭遇洪水情况,采用侧面示踪点、水位测压管、应力传感器以及数码摄像机等设备获得了尾矿坝溃决过程中坝坡的位移矢量演化、浸润线与应力的变化特性以及坝体破坏发展过程,揭示了洪水作用下尾矿坝的垮塌机制和溃决模式。试验结果发现：尾矿堆积坝的浸润线变化存在滞后性;在洪水入库致库区最高设计洪水水位过程中,靠近坝坡中部处水平方向的总应力增量较垂向总应力增量大,增大的水平应力是坝体产生破坏的重要因素之一;洪水导致坝坡尾矿砂所受的渗透力、上浮力、重力以及孔隙水压力增大,削弱了坝体材料的黏聚力,并加大了自身荷载,降低了坝体的稳定性;尾矿坝溃决模式一般为逆流渐进型,破坏先是从坡脚处发生,继而向上游发展,呈现牵引式发展,破坏的滑动面由多个弧形滑移面构成。研究成果加深了对尾矿堆积坝垮塌机制和溃决模式的认识,并在洪水灾害的预防和控制方面作了一些新的探索     

重建莫拉克台风引致台湾小林村堰塞湖坝体几何形状

<正>2009年8月莫拉克台风造成于台湾小林村献肚山大山崩,于旗山溪形成堰塞湖后在很短时间内发生溢顶破坏。该研究由航照图、灾前与溃坝后DTM、土壤物性试验与野外调查,根据崩塌与坝体堆积平衡,结合堰塞湖溢流时间,重建小林村天然坝地形与水文参数,并进行坝体稳定性分析。结果显示小林村堰塞湖天然坝主要由透水性低、易冲蚀的细颗粒组分组成,坝体积为15.34×10~6m~3,溢流点坝高及最大坝高分别为44m及60m,坝长与坝     

堰塞湖坝体稳定性研究现状及展望

2008年5月12日汶川发生里氏8.0级大地震,在灾区形成了30多个堰塞湖,严重威胁了下游人民群众的生命财产安全,引起了世人对堰塞湖坝体稳定的高度关注。本文在前人研究的基础上,从地形地貌、诱发原因、寿命三个方面总结了堰塞湖坝体形成及存在的机理。重点分析总结了目前堰塞湖坝体稳定性的研究进展,指出影响坝体稳定性的内因为堰塞坝的形态与规模、物质组成与结构,外因为堰塞湖湖水体积;总结了前人关于影响坝体稳定性的关键因素以及室内模型试验的研究成果。最后分析了目前研究存在的问题,展望了未来的研究方向。     

滑坡堰塞坝堆积形态影响因素离散元分析

滑坡是形成堰塞坝的最主要原因,在地震、降雨、冰雪融水等作用下均可形成滑坡堰塞坝,而滑坡堰塞坝的堆积形态、范围等对评价堰塞坝的稳定性有着重要的影响.通过离散元方法(DEM),系统分析了三维条件下滑动距离、滑面出口宽度、滑面倾角、河床倾角、河谷形状对堰塞坝堆积形态的影响.研究结果表明:滑动距离和出口宽度对坝体高度影响最大;...     

易贡滑坡堰塞湖溃坝洪水分析

滑坡堰塞坝体主要由块石、碎石土等松散材料组成,随着上游水位的不断上升,极易失稳,一旦决口将对给下游人民的生命财产安全造成极大的威胁。因此,研究堰塞坝溃坝问题具有重要的学术意义和应用价值。2000 年 4 月 9 日,西藏林芝地区波密县易贡藏布河扎木弄沟发生大规模山体滑坡堵塞易贡藏布江,形成坝高60m,长约2500m,库容可达288108m3,体积约28108～30108m3的滑坡堰塞湖, 2000年6月10日堰塞坝溃决。本文以易贡堰塞湖溃坝为例,从连续性方程及Navier Stokes方程出发,结合标准型湍流模型,并采用VOF方法进行自由面处理,基于流体计算软件Fluent模拟分析了溃坝洪水在下游弯曲河道的演进过程及不同位置的流速变化。数值模拟结果与实测资料记录基本一致,表明该模型能够模拟溃坝洪水在地形复杂弯曲河道中的演进过程。     

滑坡型堰塞湖形成与保留条件分析——基于文献总结和青藏高原东缘南北向深切河谷研究

在青藏高原东缘的南北向深切河谷内发育大量大型的、可保留万年甚至数万年的古堰塞湖沉积.是什么原因促使这些古堰塞湖形成和长久保留呢？本文从构造、气候、堰塞湖结构、构造等方面探讨了该问题.从构造地貌角度来看,青藏高原向东的构造挤出作用控制了其东缘特殊的南北向河流系统.该系统流经区域具有频发的地震和复杂的深切河谷地貌,是形成大型堰塞湖的有利位置.当堰塞湖形成后,其体积、集水区面积、堰塞坝的高度、长度、内部结构均影响着堰塞湖的稳定性.大型的、串珠状堰塞湖构成大型的、连续的“阶梯-深潭”系统,形成重要的河流裂点,有效的消耗了水流动能,延缓堰塞湖的损坏.从气候角度来看,四万年以来气候变化与堰塞湖的形成及保留关系密切.40～25ka的间冰阶降雨丰富、高原湖面升高、河流卸载能力较强.这一时期丰富的降雨和河流深切作用易引起滑坡和堵塞事件.25～15ka的冰期,河流卸载能力减弱而堆积能力增强,有利于堰塞湖的保存.全新世以来,气候变暖伴随着冰川融化与河流卸载能力增强,促使早期堰塞湖发生快速消亡.从堰塞坝的组成来看,地震引起的滑坡和岩崩是堰塞坝重要物质来源,可形成良好而坚固的堰塞坝体.其受到流水切割易出现窄深型溃口,使得湖相地层以阶地形式保留下来.最后,本文从地球系统的角度谨慎的探讨了堰塞湖这一特殊地表剥蚀-沉积过程所蕴含的构造-气候耦合的意义.     

粘土心墙坝漫顶溃坝过程离心模型试验与数值模拟

利用作者研制成功的溃坝离心模型试验系统,对粘土心墙坝漫顶溃决过程进行了试验研究,结果发现粘土心墙坝与均质坝溃决机理与溃口发展规律明显不同,随着漫坝水流对下游坝壳冲蚀程度的增加,粘土心墙发生剪断破坏,溃口洪水流量迅速增大.基于上述试验结果,提出了一个描述粘土心墙坝漫顶溃坝过程的数学模型,并建议了相应的数值计算方法.该模型...     

2018年10月和11月金沙江白格两次滑坡-堰塞堵江事件分析研究

2018年10月11日和11月3日,在西藏自治区江达县波罗乡白格村与四川省白玉县绒盖乡则巴村交界处金沙江西藏岸（右岸）先后两次发生大规模高位滑坡,堵塞金沙江,形成堰塞湖。尤其是第二次滑坡-堰塞堵江,因坝体过高（堰塞湖水位可到50 m）,堰塞湖库容较大（超过5×108 m3）,不得不通过修建导流槽主动降低堰塞湖水位。经过人工干预,第二次堰塞体于11月13日被完全冲开,险情得以解除,但下泄的洪水在下游四川、云南境内仍造成严重的洪涝灾害。本文通过对两次滑坡的现场地质调查,结合历史遥感影像解译、InSAR监测、无人机航拍、地面变形监测等技术手段,查明了白格滑坡区斜坡的变形历史、两次滑坡及其堰塞堵江的基本特征及其动态演化特征,简述了第二次滑坡-堰塞体的应急处置以及为保证现场施工安全所开展的"实战性"监测预警工作。在同一部位先后两次发生大规模滑坡堵江事件并对其采取了及时有效的应急处置,其案例非常典型,对类似地质灾害事件具有很好的参考借鉴意义。     

四川会东老虎岩尾矿坝地震反应分析

应用有效应力有限元法研究了老虎岩尾矿坝在不同坝高时的应力水平、变形和孔隙水压力分布,以及遭到Ⅶ度地震作用时的反应.分析结果表明:在当前坝高情况下,无地震作用时尾矿坝处于稳定状态.在受烈度为Ⅶ度的地震作用下,尾矿堆积坝坝外坡和沉积滩面的堆积尾矿砂土在局部已经发生液化破坏;在封库坝高情况下,无地震作用时尾矿坝处于极限状态.在受烈度为Ⅶ度的地震作用下,尾矿坝坝外坡和沉积滩面的堆积尾矿砂土已发生大面积液化破坏.在地震作用下,老虎岩尾矿坝堆积尾矿产生液化破坏的主要原因是堆积坝体内浸润线的埋深较浅.对老虎岩尾矿坝必须加强排渗措施,使坝体内浸润线下移.