滑坡涌浪的三维SPH方法模拟及其工程应用

滑坡涌浪是一种严重的次生地质灾害.滑坡体与水体的强耦合作用以及非线性水波演化是其核心特点.本文基于Navier-Stokes方程和光滑粒子动力学(SPH)离散方法,建立了能反映上述特点的滑坡涌浪产生过程的数值模型,并将其应用于复现小湾荒田滑坡涌浪事件,模拟了其三维涌浪产生的全过程,得到了符合实际观测结果的首浪参数.通过对涌浪近场特征的分析表明,常见的V形河谷中,涌浪首浪的形成受地形影响显著,可传播的涌浪波幅远小于冲击产生的首浪,传统的二维或半无限空间三维模型可能明显高估远场的涌浪高度.     

V型河道下滑坡涌浪的传播与爬高

为了研究V型河道中滑坡涌浪的传播形态及爬高特点,采用有限差分法,基于计算流体力学软件Flow-3D,建立数值模型对滑块沿斜坡下滑涌浪的产生和传播过程进行了模拟。并以千将坪滑坡为例,分析了大型滑坡体在V型河道下涌浪的产生、传播及爬高特征,在此基础上研究了不同爬坡坡度和水深对最大波高和最大爬高的影响。研究结果表明,模拟结果与实测资料基本一致;深V型河道中涌浪的爬高受两岸坡度影响突出,通用的爬高计算公式可能会明显低估涌浪爬坡坡度;最大涌浪高度随水深增加呈先增加后减小的变化趋势。     

基于物理模拟试验的库岸滑坡冲击涌浪

以三峡库区的滑坡规模和典型河道为原型,以1:200为正态相似比进行滑坡涌浪三维物理模拟试验。在对比分析试验结果的基础上,考虑滑坡涌浪的产生过程中发生在近源区以内的水舌和首浪2种水体雍高,并分别阐述两者的特征和区别,完善冲击涌浪的概念。将水舌的最大高度和水舌长度作为2个特征量,分别运用方差分析法和逻辑回归分析法,得出其影响因素的显著性并拟合经验公式;以抛物线型作为水舌运动的轨迹方程,在已知水舌高度和水舌长度的情况下,预测水舌拍打到一定宽度河道对岸的高度。以大堰塘滑坡和千将坪滑坡涌浪分析为例,对比本文冲击涌浪公式和潘家铮公式。计算结果表明:潘家铮公式计算结果较首浪高度偏大,较水舌高度偏小;而本文公式计算的冲击涌浪高度以及抵达至对岸的爬坡浪高度与实际情况较一致,充分验证了应用本文公式进行三峡库区库岸滑坡涌浪预测分析具有较好的适应性和较高的准确性。     

滑坡涌浪对桥墩冲击波压分布规律及计算

桥墩是三峡库区的重要建筑物之一,针对滑坡涌浪对桥墩的影响,通过物理模型模拟涌浪的产生、传播以及对桥墩的作用,分析了滑坡体方量、初始浪高及库区水深等因素对桥墩所受冲击压力的影响。结果表明,不同水位条件下,同一桥墩最大冲击波压分布规律有所不同,规范计算给出的分布规律不完善;前人运用孤立波的叠加来研究涌浪所得结论在一定水深条件下才适用,深水条件下呈现波动性多峰值分布,其结论并不适用。不同岸侧的桥墩,最大冲击波压的分布规律有区别且最大值的作用位置也有所不同,在工程设计中两岸桥墩应分开计算最不利荷载情况;基于多元线性回归给出了桥墩的最大冲击波压计算公式,供工程设计计算参考。     

船舶表面的滑坡涌浪爬高特性试验研究

水库两岸的岩石块等滑坡体滑落入水后,引起的滑坡涌浪常常会造成各种安全生产事故,严重威胁航行安全和国民经济.为揭示涌浪传播至船舶附近时的爬高特性,以三峡库区为研究对象,结合滑坡涌浪进行物理模型试验,制作概化滑坡体,利用浪高仪分别采集河道中两个船模表面附近的四组涌浪数据.试验结果表明,涌浪受船模、河岸等障碍物阻拦后的回流波与初始波叠加后,在船模表面附近的部分观测点产生了二次、三次波峰,会对行船稳定及安全造成二次危害.总结出在不同位置的船舶附近各观测点的涌浪爬高特性,根据其最大波峰、波谷等数据,为船舶航行安全预防性措施提供理论支持.     

山区库岸滑坡涌浪的物理模型与数值模型试验研究

山区库区高边坡由于其复杂和极其不稳定的地质条件,在外界不利因素影响下其地质体容易失稳并快速滑入水库形成对库区沿岸及下游大坝具有严重危害的滑坡涌浪.本文在某一山区库区物理模型的基础上建立三维滑坡涌浪数值模型,分析和研究滑坡涌浪形成与传播过程以及滑坡涌浪与下游重力坝的相互作用机理,同时通过水工物理模型试验来验证数值模拟的精度和可行性,为后续进行复杂山区库区滑坡涌浪数值模拟相关研究工作提供经验.结果表明：在与物理模型相同工况、设计条件下,数值模拟方法分析所得结果均与物理模型试验的实验结果基本一致,表明了该数值模拟方法可以较好地研究山区水库涌浪形成和传播的过程以及大坝和涌浪的相互作用;在涌浪传播形成和传播过程中发现对岸爬高要比侧岸爬高的数值要大,波浪爬高并不因为滑坡体入水角度的增大而增大,而是有个最大危险角度;涌浪在经过第一个弯道之后,高度会有一个增高的趋势,当涌浪传播至第二个弯道时,转折点前后的涌浪高度的变化不大;3号监测点的水压力在60°工况条件下最大;滑坡涌浪在传播至水库坝前时,涌浪高度变化呈波浪状;波峰时的涌浪所形成的坝前水压力最大.     

造波理论在滑坡涌浪计算中的应用

波浪的产生可以由造波机在实验室生成,也可以是滑坡体滑入水中造成。它们具有相似性。本文根据造波理论,对滑坡体进行理想化假设,推导出滑坡涌浪计算方程。它能较准确的估算出滑坡涌浪高度,充分验证了造波理论在滑坡涌浪计算中的可行性。     

龙羊峡近坝库岸滑坡群稳定性分析及预警技术研究

通过对龙羊峡水库蓄水前后边坡地质环境的长期监测,将库岸变形破坏分为完整地层岸坡和滑坡堆积体岸坡的破坏形式,对高库水位条件下的库岸稳定性进行了计算.在计算分析的基础上,对汛限水位抬高至2594m后岸坡的可能的失稳方式、下滑量和潜在失稳边坡涌浪高度进行了评价.结果表明:在2594 m库水位时,可能失稳的为龙西边坡;在2600 m库水位时,可能失稳的为龙西和农场边坡;可以龙西和农场边坡300万m3下滑量作为坝库岸滑坡涌浪高度的评价标准,在此期间确定汛期运行水位时可预留3~4 m的涌浪高度.     

黄腊石滑坡群石榴树包滑坡涌浪数值计算

结合三峡黄腊石滑坡灾害情况,计算了在长江不同水位的情况下,黄腊石失稳后滑坡体滑速、入江产生的最大涌浪及涌浪传播,分析了其对上下游重要城镇和建筑物的影响．     

采坑型滑坡涌浪参数计算——以贵州小坝滑坡为例

采坑型滑坡高速入水激起的涌浪能量巨大,涌浪运动的初始速度极快,运动距离长。本文采用美国土木工程学会建议的推算法计算最大初始涌浪值,运动学公式计算涌浪向前的最大运动速度和最大传播距离,并结合泥石流防治规范计算运动过程中的冲击能量。以贵州小坝滑坡为例对涌浪的初始浪高和传播距离以及传播过程中所产生的冲击能量进行计算。得出涌浪的初始浪高为33.8 m,涌浪最大初始水平运动速度为60 m/s,涌浪最大运动距离为180 m,在运动过程中产生的能量对距涌浪发生点160 m内的建筑物均造成破坏。该计算结果可为采坑型滑坡涌浪预测及其风险评价提供参考。     

库水作用下三峡库区某库岸堆积体稳定性研究

三峡库区某库岸堆积体被认为是库水作用下的潜在滑坡之一．采用了GEO—seep、GEO—sigma及GEO—slope通用计算程序，对三峡水库水位升降的一系列工况下该堆积体的饱和一非饱和渗流场的变化、变形破坏机理及稳定安全系数进行了计算分析．计算结果表明，随着水库蓄水位的增加，该堆积体的稳定性会相应降低，库水骤降为其稳定性最为不利的工况．由计算分析推断该堆积体为一潜在水库新生型堆积体滑坡．     

前缘塌岸对三峡库区淹锅沙坝滑坡变形影响分析

三峡水库长期运行后,库水作用使土质岸坡变形破坏加剧,甚至导致滑坡复活。受库水位变动影响和波浪作用,秭归淹锅沙坝滑坡前缘不断发生塌岸,且滑坡变形对前缘塌岸响应较为明显。因此以该滑坡为例,基于地表宏观变形、全球定位系统(global positioning system, GPS)位移数据,深部位移监测等数据,分析淹锅沙坝滑坡的变形机制。为进一步探索前缘塌岸对滑坡变形的影响机理。采用GeoStudio软件,基于生死单元技术实现不同坡面形态的淹锅沙坝滑坡的数值模拟,分析原始形态、当前坡形、塌岸发展后等不同坡面形态滑坡渗流场,应力场,位移场的变化规律。结果表明：淹锅沙坝滑坡左侧整体变形较大;受库水作用影响,滑坡前缘发生塌岸,塌岸侧中前部的GPS监测点位移量随之增大,因而塌岸对滑坡整体稳定性有一定影响。数值模拟结果表明：淹锅沙坝滑坡是动水压力型滑坡;不同坡形渗流场结果变化较小;滑坡前缘的水平向应力分布会随坡形变化而变化,进而影响滑坡的位移变形和整体稳定性;当前坡形发生塌岸后,前缘的水平方向应力值增大,位移量随之增大,滑坡整体稳定性下降;数值模拟结果与实际变形情况一致。GeoStudio软件可以较...     

三峡库区滑坡涌浪对趸船撞击力的影响

为研究滑坡涌浪对趸船撞击力的影响规律,通过水槽物理模型试验的方法研究了三峡库区滑坡涌浪对趸船撞击力的影响因素及影响程度。按1：70几何比尺,对三峡库区某河段、滑坡体、斜坡式码头、趸船及船舶进行模拟。探究趸船撞击力随不同方量滑坡体、同方量不同截面形态滑坡体、不同河道水深、初始波高或周期等众多因素的变化规律。研究结果表明：趸船撞击力随滑坡体方量的增加而增大,并且同方量不同截面形态的滑坡体影响趸船撞击力的历时变化。而河道水深变化对于趸船撞击力的影响程度并不大,且正常蓄水位对力有一部分削减作用,相比较汛期防洪限制水位与枯水期消落水位对趸船的撞击力的影响更大。趸船撞击力随初始波高及周期的变化呈现跌宕起伏的波动变化,不同时间段变化趋势有所不同。除此之外,试验发现靠泊船舶与趸船两者撞击力最大值出现的时间同步,船舶撞击力也是影响趸船撞击力的一大因素。最终可根据对以上影响因素进行归纳,并通过多元回归分析得到靠泊船舶撞击力和趸船撞击力的计算公式。为今后预估滑坡体发生坍塌时,斜坡式码头稳定性受趸船撞击力的影响程度提供参考。     

白鹤滩库区王家山滑坡蓄水涌浪风险评价

水库滑坡引发涌浪是山区水库的重要灾害风险源之一.通过岩土工程勘察和InSAR形变分析,查明了白鹤滩库区王家山滑坡基本特征.采用数值模拟分析研究了王家山滑坡的稳定性,定量分析了王家山滑坡失稳涌浪风险.结果表明:王家山滑坡天然工况处于基本稳定状态,暴雨工况处于欠稳定状态,蓄水825 m或地震工况以及蓄水+暴雨工况下处于不稳...     

波流作用下大尺度圆柱周围局部冲刷深度简化数值模型

利用数模研究了波流共同作用下大尺度孤立圆柱周围的局部冲刷问题．该数模包括波浪场模型、流场模型、剪应力模型和冲淤形态模型．在数值计算中,通过分别求解缓坡方程和浅水环流方程得到波浪场和流场的分布情况,据此计算出水质点的底流速,得到底床剪切应力场的分布情况．可通过底面剪应力与泥沙起动应力的比较来调节底床的地形．计算了不同条件下孤立圆柱附近的局部冲刷情况,据此研究了波高、流速对局部冲刷的影响,发现最大冲刷深度随流速、波高的增大而增长．数模采用有限元方法,结果比较合理．     

三峡库区滑坡涌浪作用下高桩码头船舶系缆力试验研究

自2003年三峡工程开始蓄水后,库区两岸岩体由于长期受高水位的影响,滑坡的活动性显著增强。涌浪作为滑坡的主要次生灾害形式,对库区高桩码头的安全产生重大影响。本文以三峡库区万州江南沱口码头段为原型建立河道物理模型,研究水库滑坡涌浪对高桩码头船舶系缆力的作用。通过试验,得到了不同条件下的试验数据。经过分析,得出了涌浪作用下高桩码头船舶系缆力随涌浪传播、初始波高、水深、滑体倾角以及滑体方量的变化规律,提出了船舶系缆力的变化过程分为急剧衰减和缓慢衰减两个阶段。在此基础上,结合试验量测数据,确定了船舶系缆力的标准值。