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。     

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。     

基于多源遥感数据的5·12汶川地震诱发堰塞体信息提取

5·12汶川地震诱发了大量的次生山地灾害,主要包括崩塌、滑坡、堰塞湖和泥石流等。大型滑坡堵塞河道后形成的堰塞湖则是震后最为严重的次生灾害。本文利用多源遥感数据获取四川5·12汶川地震诱发堰塞体信息,查明了灾区主要堰塞体的分布数量及其分布规律,同时获取了形成堰塞体的滑坡体的部分信息。研究表明,主灾区堰塞体总数37个,其分布与地震断裂带一致;73％的堰塞体呈串珠状分布;80％的堰塞体发生在河流急拐弯区域。     

矮堰基础冲刷研究进展

矮堰基础附近冲刷坑的深度是矮堰设计的重要参数,关系到建筑物的稳定与安全。系统回顾了国内外80余年关于矮堰基础冲刷的研究进展,阐述了矮堰基础冲刷的分类和机理,从物理模型试验、理论分析和数值模拟3个方面评述了研究现状和存在的不足。目前矮堰基础冲刷较为成熟的成果多集中于二维矮堰非淹没式清水冲刷方面,以物理模型试验方法为主,对于三维矮堰结构的动床冲刷、非冲积原状土床沙成分组成的影响、行进沙波与冲刷过程的耦合关系、浑水冲刷过程数值模拟技术等问题研究还有待深入。     

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。     

科氏力对汶川地震堰塞体形成的影响

针对在野外调查过程中发现汶川地震区各流域右岸发生滑坡形成堰塞体的比例普遍高于左岸,河谷坡度明显右岸大于左岸的现象,经提取研究区滑坡前河谷断面的有关基础数据,计算出河谷坡度和不对称系数等河谷特征指标,发现研究区近七成河谷右岸坡度大于左岸,"左倾型"河谷的占比超过半数,这与科氏力在北半球对运动质点的作用结果一致,得出科氏力与汶川地震堰塞体形成有一定的相关性。     

初始含水率对黄土滑坡堰塞坝溃决影响研究

黄土区各类地质灾害伴随着极端降雨频繁发生,然而当前针对黄土滑坡堰塞坝溃决机制的相关研究成果较少,尤其是初始含水率、密实度、来水流量等参数对堰塞坝溃决的影响仍缺乏系统研究,其灾害机理尚不清晰.在影响堰塞坝溃决的众多因素中,初始含水率对黄土滑坡堰塞坝的稳定性有着重要影响,本文基于室内模型试验,初步探究了0％ ～25％含水率...     

堆石矮堰清水冲刷历时发展特性

堆石矮堰是常用的"生态友好型"河道整治建筑物。水流经过堆石矮堰会在其周围产生冲刷, 威胁其结构安全。为了提高堆石矮堰清水冲刷尺度的预测精度, 基于室内水槽试验研究了堆石矮堰清水冲刷的历时发展特性, 分析了水流强度、矮堰淹没度和矮堰透水性对冲刷尺度发展过程的影响。结果表明: 清水冲刷条件下, 堆石矮堰下游冲刷坑在试验初期发展迅速, 随后逐渐变缓; 在冲刷发展的任一时刻, 冲刷深度和冲刷长度随水流强度的增大而增加, 随矮堰淹没度的增大而减少, 矮堰透水性的增大使冲刷长度增加, 使冲刷深度减少; 随着冲刷的发展, 冲刷坑纵剖面形态逐渐收敛, 其面积与冲刷深度和冲刷长度的乘积线性正相关。基于理论分析和试验数据, 提出了堆石矮堰历时清水冲刷深度、长度、体积的计算公式, 可用于指导堆石矮堰冲刷设计。     

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。