约束条件对滑坡涌浪特征影响的室内试验研究

水库滑坡约束条件影响其运动过程的几何形态,是滑坡涌浪预测的重要参数之一.为了探究约束条件对滑坡涌浪特征(波高、波幅与周期)的影响,采用正交试验设计法开展了 54组滑坡涌浪室内模型试验,并基于统计学理论对约束散体和半约束散体的涌浪特征进行了分析.结果表明:涌浪波周期基本不受滑体约束条件的影响;而半约束散体模型的波高和波幅...     

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。     

基于CEL算法的滑坡涌浪研究

滑坡涌浪是一个涉及滑坡动力学、岩土力学及流体力学等多学科的问题,也是一个复杂的流-固耦合问题。特别是随着大规模水电工程建设的推进,库岸滑坡的涌浪问题成为评价库区滑坡灾害效应的一个重要因素。耦合的欧拉与拉格朗日算法(CEL)在解决复杂流体-固体之间的相互作用时有强大的优势。本文根据前人所做的室内模型试验成果为基础,采用CEL算法进行了模拟和分析,结果表明CEL算法分析结果与试验结果吻合较好,证明了其在滑坡涌浪问题分析的可行性和可靠性。     

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FA ST 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.     

滑坡涌浪影响因素研究

滑坡涌浪问题是近水滑坡灾害链上的一个重要的研究内容,长期以来一直是滑坡界、水电工程领域研究的难点和热点。特别是一些灾难性的滑坡涌浪事故的发生,使人们越来越认识到涌浪作为近水岸滑坡灾害链上的一个重要派生灾害。本文运用耦合的欧拉与拉格朗日(CEL)算法采用多种正交数值试验的方法研究了滑坡体形状、滑坡体前缘形态、滑坡体体积、滑面摩擦角及水面宽度等对滑坡涌浪的影响。通过研究发现:对于同体积的滑体而言,楔形体的滑体形成的涌浪最大,且楔形体的前缘角度越大形成的涌浪高度越高,这种影响在近场范围内影响更为显著; 滑坡体的体积对涌浪高度影响较大,随着体积的增加浪高呈现明显的增加趋势; 在相同条件下,滑面的摩擦系数越大所形成的涌浪高度越小; 由于受到阻挡作用,随着水面宽度的减小,涌浪高度呈现增高的趋势,尤其是涌浪爬坡高度有明显的增加。     

水库库岸滑坡引起的初始涌浪计算

为了解决水库库岸滑坡引起的初始涌浪高度问题,从滑坡涌浪的形成机制着手,把滑坡引起的涌浪分为体积涌浪和冲击涌浪两部分,并根据体积守恒原理、明槽中扰动波的传播速度及块体水下运动的位移公式求出了两者的计算式,体积守恒原理用于解决滑坡的入水体积与涌浪高度的关系,水流连续性原理用于解决传播的波速与波高的关系,黏滞力公式用于解决块体水下运动的位移与速度的关系。文章以新滩滑坡为例对初始涌浪高度进行了计算,得出了滑坡入水过程中初始涌浪高度先增后减以及它与滑坡速度的变化不一致的规律。     

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。     

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.     

基于FLUENT的二维滑坡涌浪数值模拟

本文从N-S方程出发,建立了二维滑坡涌浪控制方程,使用二维非定常分离隐式PISO算法求解方程。通过UDF(User-Defined Function)编程,采用动网格技术控制滑体的运动,结合RNGk-ε湍流模型并采用VOF方法跟踪非线性自由表面流场,基于流体计算软件FLUENT模拟滑体下滑所引起的水的速度、自由表面高度变化以及流动过程,并将数值计算结果与Monaghan和Kos的试验数据进行比较。算例表明:本模型能很好地模拟出滑体下滑过程中孤立波的产生和传播以及涡流的形成。在此基础上,本文还研究了滑体速度对水体自由表面变形的影响。     

滑坡涌浪的产生与传播波形分析与计算

在水平匀速滑坡涌浪传播过程中,当滑坡体匀速前进时,会形成一个冲击波,停止前进后,在滑坡体与冲击波之间又形成一个稀疏波,当稀疏波追赶上冲击波时,两个波则会发生相互作用。对稀疏波与冲击波相互作用后产生的反射冲击波和入射冲击波的情况进行了定量研究。从入射冲击波的轨迹方程入手,通过分析和计算,分别得到了入射冲击波和反射冲击波波高、波速等一些定量的关系式,并用简单的计算方法进行了求解。     

水库滑坡涌浪风险研究现状和灾害链风险管控实践

滑坡作为水库库区主要地质灾害类型之一,其风险研究一直是近年来的研究热点.水库滑坡涌浪的产生使滑坡灾害的影响范围由滑坡源本身扩散到上下游数千米,极大地扩大了滑坡风险的承灾体类型与数量以及灾害损失程度.因涉及交叉学科领域,滑坡涌浪风险评估是滑坡风险灾害链评价的难点与前沿课题.本文综合了前人近几十年来的研究成果,首先从危险性...     

A non-hydrostatic model for the numerical study of landslide-generated waves

This paper proposes and demonstrates a two-layer depth-averaged model with non-hydrostatic pressure correction to simulate landslide-generated waves. Landslide (lower layer) and water (upper layer) motions are governed by the general shallow water equations derived from mass and momentum conservation laws. The landslide motion and wave generation/propagation are separately formulated, but they form a coupled system. Our model combines some features of the landslide analysis model DAN3D and the tsunami analysis model COMCOT and adds a non-hydrostatic pressure correction. We use the new model to simulate a 2007 rock avalanche-generated wave event at Chehalis Lake, British Columbia, Canada. The model results match both the observed distribution of the rock avalanche deposit in the lake and the wave run-up trimline along the shoreline. Sensitivity analyses demonstrate the importance of accounting for the non-hydrostatic dynamic pressure at the landslide-water interface, as well as the influence of the internal strength of the landslide on the size of the generated waves. Finally, we compare the numerical results of landslide-generated waves simulated with frictional and Voellmy rheologies. Similar maximum wave run-ups can be obtained using the two different rheologies, but the frictional model better reproduces the known limit of the rock avalanche deposit and is thus considered to yield the best overall results in this particular case.     

基于二维浅水方程的滑坡体兴波数值模型

基于有限体积方法和结构化网格,建立了海底滑坡引起的波浪传播数值模型。模型控制方程为考虑了海床随时间变化的二维浅水方程。采用中心迎风格式计算控制体界面数值通量,采用线性重构技术、局部海床高程处理技术和全隐式离散底摩阻项,保证了格式的和谐性、守恒性和水深非负性,有效处理了海岸动边界问题。时间积分采用具有强稳定性质的二阶龙格-库塔方法（ssp RK）。针对滑坡体兴波经典算例开展数值模拟,将计算结果与解析解、实验结果及其他模型计算结果进行比较和分析。结果表明,对于所考虑的计算工况,模型能较合理地模拟滑坡兴波的产生、传播和爬高过程。     

A rigorous finite volume model to simulate subaerial and submarine landslide-generated waves

This paper presents a new landslide-generated wave (LGW) model based on incompressible Euler equations with Savage-Hutter assumptions. A two-layer model is developed including a layer of granular-type flow beneath a layer of an inviscid fluid. Landslide is modeled as a two-phase Coulomb mixture. A well-balanced second-order finite volume formulation is applied to solve the model equations. Wet/dry transitions are treated properly using a modified non-linear method. The numerical model is validated using two sets of experimental data on subaerial and submarine LGWs. Impulsive wave characteristics and landslide deformations are estimated with a computational error less than 5 %. Then, the model is applied to investigate the effects of landslide deformations on water surface fluctuations in comparison with a simpler model considering a rigid landslide. The model results confirm the importance of both rheological behavior and two-phase nature of landslide in proper estimation of generated wave properties and formation patterns. Rigid slide modeling often overestimates the characteristics of induced waves. With a proper rheological model for landslide, the numerical prediction of LGWs gets more than 30 % closer to experimental measurements. Single-phase landslide results in relative errors up to about 30 % for maximum positive and about 70 % for maximum negative wave amplitudes. Two-phase constitutive structure of landslide has also strong effects on landslide deformations, velocities, elongations, and traveling distances. The complex behaviors of landslide and LGW of the experimental data are analyzed and described with the aid of the robust and accurate finite volume model. This can provide benchmark data for testing other numerical methods and models.     

降雨作用下碎石土滑坡解体变形破坏机制研究

为了揭示碎石土滑坡的变形解体破坏机制,结合工程实例,通过资料搜集整理和分析、现场工程地质调查与勘探和室内外的物理力学试验,采用不平衡推力法、数理统计分析方法和三维弹塑性接触有限元算法,以及运用碎石土边坡地下水管网状排泄系统理论,分析降雨作用下碎石土滑坡的变形解体破坏过程,揭示了降雨作用下中深层碎石土滑坡变形解体破坏的主要机制和一般的力学机制。结果表明,一定强度的长时间连续降雨或强降雨是中深层碎石土滑坡发生失稳的主要触发因素;采用考虑降雨作用的弹塑性接触有限元算法,可以更好地反映该类型滑坡在降雨作用下所处的实际状态及滑坡的滑动过程,可以为该类型滑坡稳定性的准确评价和预测预报提供可资借鉴的方法。     

A new empirical equation for predicting the maximum initial amplitude of submarine landslide-generated waves

Landslides - The accurate prediction of landslide tsunami amplitudes has been a challenging task given large uncertainties associated with landslide parameters and often the lack of enough...     

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的理论价值和意义。     

Dispersive effects of water waves generated by submerged landslide

Natural Hazards - In this study, we developed three solutions with different degrees of dispersion for an idealized model where the landslide moves along a flat bottom; this was to elucidate the...