堰塞坝溃决过程中孔隙水压力变化规律

为研究堰塞坝坝体内部孔隙水压力对坝体的溃决发展过程的影响,通过水槽模型试验,在分析堰塞坝溃决过程的基础上,研究了堰塞坝溃决过程中孔隙水压力的变化过程。研究成果表明：根据溃口演化特征,可将堰塞坝的溃决过程分为3个阶段：坡面侵蚀阶段(Ⅰ)、溯源陡坎侵蚀阶段(Ⅱ)、粗化再平衡阶段(Ⅲ),其中,阶段Ⅱ发展最为剧烈;堰塞坝溃决过程中各测点孔隙水压力的变化过程均呈现先增后减的变化趋势,并存在明显的滞后现象;左右两侧的孔隙水压力呈“左小右大”的变化趋势,二者差值随溃口发展速率的加快而增加;上游孔隙水压力较下游明显增大,敏感程度也更高;蓄水期孔压可采用饱和非稳定二维渗流微分方程进行求解,整体变化趋势与实际值相符合,孔压增长速率呈先缓后陡趋势,最大孔压差绝对值为0.09 kPa。     

堰塞坝漫顶溃决过程数值模拟

根据堰塞坝坝体材料的宽级配特性,建立描述堰塞坝漫顶溃决溃口发展规律与流量过程的数值模型。该模型引入与水流方向垂直的附加作用力来考虑粗颗粒对细颗粒的阻拦和遮蔽作用以及细颗粒对粗颗粒的包围和填实作用。基于不同土体陡水槽冲蚀试验结果,针对宽级配堰塞坝材料在高强度水流侵蚀条件下的冲蚀特性,建议采用能反映坝体材料颗粒级配、密实度、强度、坝体坡度、水流速度及摩阻流速对冲蚀量影响的土体冲蚀公式。利用该数值模型对唐家山堰塞坝溃决案例进行计算分析,所得溃坝洪水流量过程与实测结果接近,验证了该模型和计算方法的合理性,表明该模型能准确反映水库库容和上游补给水流量对堰塞坝漫顶溃决发展过程的影响。     

干密度及细颗粒含量对滑坡坝溃决影响的试验研究

为研究坝体物质组成对滑坡堰塞坝溃决过程的影响,本文针对不同干密度、细颗粒含量,配制8组不同的坝体材料,开展人工堰塞坝的水槽模型试验,分析模型试验中不同坝体材料的浸润线发展过程、纵向侵蚀过程及溃决破坏特征。结果表明：(1)堰塞坝浸润线发展速率随着干密度减小而增大,随着细颗粒含量减小而增大。(2)干密度较小的坝体其溃决历时明显小于干密度较大的坝体,并且干密度较小的坝体其侵蚀速度明显大于干密度较大的坝体;细颗粒含量较大的坝体侵蚀速度慢,溃决达到稳定时的时间更长。(3)随着干密度减小,堰塞坝抗侵蚀能力减弱,易形成冲沟,冲沟两侧壁越早形成悬空面,溃口处易失稳坍塌,溃决持续时间越短;细颗粒含量越大,砂土堰塞坝面抗侵蚀能力越弱,越易形成冲沟,溃口处易多次失稳坍塌,溃决持续时间越长。研究成果不仅深化对堰塞坝灾害的认识,还为进一步揭示外界诱发因素与堰塞坝的内在响应机制提供依据。     

冰崩涌浪作用下的冰湖溃决过程试验研究

冰崩涌浪是导致冰湖溃决的一个主要的诱发因素之一。本文通过水槽模型试验,研究了在冰崩涌浪作用下,不同颗粒级配、坝高、下游坝坡坡度时冰碛坝的溃决过程,主要结论如下：（1）冰碛坝存在漫顶溃决、坝坡失稳、管涌破坏三种溃决模式;（2）根据冰崩涌浪的对坝体的侵蚀效应,结合溃口的纵向演化过程,将冰碛坝的溃决过程划分为涌浪侵蚀阶段（阶段Ⅰ）、库区小扰动溢流侵蚀阶段（阶段Ⅱ）;（3）涌浪过坝后的强水动力条件增加了坝体的侵蚀率,当溃口贯通后,涌浪已基本消散,溃决过程转为为正常的溢流溃决,并且涌浪向坝体提供了高频瞬时荷载,削减了坝体稳定性;（4）从动力学的角度提出了冰碛坝临界溃决条件的判定方法;（5）冰湖溃决洪峰流量与坝高和下游坝坡呈现正相关,与坝体中值粒径（D50）呈现负相关关系。     

胶结土坝漫顶溃坝模型试验研究

通过开展大尺度胶结土坝溃坝模型试验,对胶结土坝在洪水漫顶作用下的流速分布、坝体侵蚀的变化过程进行了分析,以验证胶结土坝漫顶不溃的可能性。试验结果表明：模型填筑胶结土28 d无侧限抗压强度达到4 MPa以上;胶结土坝在最大坝顶水头为55 cm、下游坡比1∶2、最大流速达5.6 m/s条件下,漫顶冲刷44 h未发生溃决破坏;漫顶冲刷后下游坝坡最大侵蚀深度为10 cm,平均侵蚀深度仅为1.07 cm;胶结土坝可有效防止洪水漫顶冲刷引发的溃决破坏。     

考虑颗粒组成的堰塞体溃口峰值流量快速预测模型

堰塞体的溃决洪水会给下游人民生命财产带来重大的威胁，快速、准确地预测溃口峰值流量，对科学评估堰塞体溃决致灾后果和应急响应具有重要意义.国内外学者基于堰塞体溃决案例调查资料，采用回归分析方法，提出了一系列预测堰塞体溃口峰值流量的参数模型，但已有的模型均未考虑堰塞体颗粒组成对溃口峰值流量的影响.基于国内外86座堰塞体案例的颗粒级配曲线，分析了3种不同类型堰塞体(土质型、混合型、块石型)的颗粒组分特性，并提出了堰塞体类型的定量划分指标.基于国内外已开展的模型试验结果及具有实测数据的堰塞体溃决案例，通过分析不同堰塞体类型、堰塞体形态、堰塞湖体积与溃口峰值流量之间的关系，选择堰塞体高度、宽度、溃决时的堰塞湖体积以及自定义的考虑颗粒组成的冲蚀因子等4个参数，采用多元回归分析方法，建立了堰塞体溃口峰值流量的快速预测模型.选取近年来发生的5座堰塞体溃决案例，对提出的模型进行验证，并与国内外已有的典型参数模型进行对比，计算结果表明，提出的参数模型计算溃口峰值流量的相对误差均在±20%以内，与其他模型相比具有一定的优势，验证了该模型的准确性.     

堰塞坝溃口演化研究进展

近年来,随着全球气候变化与人类活动影响,极端天气现象与自然灾害频发.其中,由地震、暴雨、洪水等诱发的山体滑坡、崩塌或泥石流堵塞河道所形成的堰塞坝(湖)时有发生.堰塞坝因坝体材料构成复杂、结构松散,往往会在短时期内发生溃决,溃决洪水会对下游沿途两岸的工矿企业、城镇、农田、道路、建筑物等造成严重威胁与破坏.目前,溃坝洪水研究的重点和难点仍然是溃口的形成与演化问题,虽然通过大量研究已经取得了不少研究成果,但是,溃口演变机理仍然是未被解决的世界性难题.为此,将着重从溃坝原型观测、物理模型试验、溃口经验公式、溃口数值模拟等方面系统梳理了国内外在溃口演化机理研究上取得的进展,并针对研究中存在的不足提出了今后的研究方向和重点,以便为后续的堰塞坝溃口演化研究提供一定的参考或借鉴.     

纵向增强体土石坝漫顶溢流安全性能分析

为了验证纵向增强体土石坝相对于常规土石坝抵御洪水漫顶破坏的安全程度,基于相关试验分析洪水漫顶造成下游堆石料被冲刷流失,以及纵向增强体土石坝这一新坝型的安全运行机理。通过工程实例验证了纵向增强体土石坝将常规土石坝发生的漫顶溃坝模式改变为坝体冲坑模式,从而延迟了整个坝体的溃决时间,为工程抢险和下游群众转移争取了更多的时间;增强体是否被破坏,取决于冲刷深度与墙体被冲蚀临空后的极限受力状态的关系比较。     

堰塞坝溃口及洪峰参数模型评估与优化

由滑坡等失稳地质体快速堆积并堵塞河道形成的堰塞坝溃决后会对下游人民生命财产安全造成极大威胁。建立快速准确的溃决参数预测模型，是制定有效防灾减灾措施的必要条件。本文收集了75例包含坝高、库容、溃口峰值流量、坝体冲蚀系数等参数的堰塞坝案例，基于均方根误差、回归相关系数、百分比偏差三个指标对具有代表性的土石坝和堰塞坝参数模型进行评估。通过回归分析建立新的堰塞坝溃口深度预测模型及溃口峰值流量预测模型，将新建模型与现有模型对比，在实际案例中验证了模型的适用性。研究结果表明：现有模型中单参数、双参数及土石坝模型对于堰塞坝溃决参数预测效果不佳，考虑坝体易蚀性的参数模型具有较高准确性，本文所建新模型预测效果有所提升，使用范围更广，预测结果可为堰塞坝的防灾减灾措施提供参考。     

不同推移质输沙模型在溃坝洪水模拟中的对比分析

溃坝洪水模拟分析中,溃口的侵蚀过程对溃口展宽和洪峰流量有直接影响,决定溃坝洪水模拟的准确性.在对圆弧滑裂面溃口展宽模型简化的基础上,将16组推移质输沙方程换算为侵蚀率,发现基于经验输沙方程的"侵蚀率—剪应力"均呈指数形式.结合唐家山堰塞湖溃决过程,对比多组经验输沙方程和指数形式的侵蚀率模型对溃坝洪水分析的影响,结果表明,采用Einstein-Brown(1950)输沙方程和指数模型中a=5,b=1.3时,模拟结果与实测资料较为相符,验证了指数模型的可行性,并通过参数率定指数模型可替代经验输沙模型.但指数模型中b值对计算结果极为敏感,甚至会导致计算不收敛,因此基于土石料最大可能冲刷率的概念提出双曲线模型,解决了这一问题,对准确模拟土石坝和堰塞坝的溃决提供一定的参考.     

基于RAMMS的冰湖溃决型泥石流演进模拟及危害性

冰湖溃决型泥石流作为目前西藏境内最主要的地质灾害之一,对下游工程的建设与运营造成潜在威胁。以西藏洛隆县冻错曲冰湖为例,基于现场调查、遥感解译、特征值计算和数值模拟方法,对冻错曲冰湖泥石流孕灾条件、动力学特征及溃决演进过程进行研究,分析其对下游工程建设的影响。采用无量纲堵塞指数(dimensionless blockage index, DBI)方法对冻错曲冰湖堰塞体稳定性进行评价,结果表明该堰塞体位于非稳定区与稳定区之间,存在发生溃决的风险。基于三维动态模拟软件RAMMS的Voellmy-Salm单相流模型,模拟分析了冻错曲冰湖泥石流在2种溃决模式下的演进过程。模拟结果显示：冻错曲冰湖泥石流溃决演进过程可归纳为初始溃决、加速运动、减速运动、沟口停淤4个阶段;2种溃决模式下冰湖溃决影响范围都经过拟建工程位置,潜在威胁区泥石流平均深度分别为4.87 m和8.26 m;在瞬时全部溃决场景下,冰湖溃决泥石流在拟建工程处最大流速为5.74 m/s,最大流量为2 843.38 m³/s。研究成果有助于评价冰湖溃决型泥石流的危害性,并为工程防治设计提供参考。     

煤与瓦斯突出的热力过程的初步探讨

本文以煤与瓦斯突出的两相流体假说为基础,建立了突出的热力体系,分析了突出的热力过程,进而推导出突出各热力过程的温度计算公式和体系的能量计算公式,并以突出实例计算了温度和能量。     

考虑动静载加载的含瓦斯煤突出试验系统与应用

为研究深部开采条件下的复杂应力环境中煤层受动态载荷扰动发生煤岩动力灾害的过程和机理,在同类模拟突出设备基础上研制了动静载条件下的煤与瓦斯突出模拟实验设备。该实验装置包括煤样室、突出口装置、加载系统和计量系统。该实验设备能较好地模拟静态载荷和动态载荷共同作用下的突出现象,还可进行瓦斯吸附条件下的动静载突出实验,深入研究瓦斯吸附量对突出的影响。研究结果表明,在相同的动态载荷作用下,无瓦斯解吸过程比有瓦斯解吸过程更容易发生突出;无煤柱影响比有煤柱影响更容易发生突出,并且无煤柱影响的突出强度比有煤柱影响的要大。     

土石坝漫顶溃决模型的分析比较

为解决由现场溃坝过程记录资料匮乏导致的大量土石坝漫顶溃坝模型得不到工程验证的问题,在分析总结17种土石坝漫顶溃决机理模型基础上,以唐家山堰塞坝1/3溃坝事故为工程背景,选取BREACH模型、DB模型和IWHR模型对其溃坝过程进行数值模拟,研究这3种模型计算得到的筑坝材料冲蚀速率、流量过程线和水位变化曲线与实测值的差异。应用BREACH模型研究了筑坝材料的黏聚力、内摩擦角、不均匀系数和孔隙率对流量过程线的影响。结果表明:(a)IWHR模型预测的洪峰流量最大,BREACH模型次之,DB模型最小;(b)与实测数据相比,DB模型和IWHR模型预测的峰现时间提前,BREACH模型预测的峰现时间推迟;(c)随着黏聚力和内摩擦角的增大,计算峰值流量减小,峰现时间延后;(d)随着孔隙率和不均匀系数的增大,计算峰值流量增大,峰现时间提前;(e)不均匀系数和孔隙率对溃坝计算结果的敏感性尤为显著。     

基于RFPA-Flow的马家沟矿突出数值模拟

马家沟矿上山掘进突出严重威胁着该矿的安全生产，因此，掌握它的发展过程对突出机理研究及防突工作意义重大。以上山掘进突出后遗留的典型孔洞形状为基础，采用RFPA-Flow对此进行数值模拟。通过数值模拟反演出了马家沟矿上山掘进突出发生的地质条件及发展过程，归纳出了上山掘进突出机理，并通过数据处理，得出了在突出前后掘进头前方煤体内地应力、瓦斯压力分布状况及卸压区宽度变化规律。     

煤岩与瓦斯微元体破坏突出机理

煤岩与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力、煤体结构破坏、孔洞内煤屑与瓦斯压力及时间效应等共同作用的结果。文中从煤与瓦斯突出发生的整个过程出发,结合现有的煤岩与瓦斯突出机理的研究成果,通过建立煤岩微元体破坏模型,计算煤岩微元体区域破坏概率、煤与瓦斯突出所必须的能量条件,分析煤与瓦斯突出区域的形成与发生,最后,提出了煤岩与瓦斯的突出是从煤岩体微元的破坏开始的,其发展、发育过程是众多煤岩体微元连续破坏的结果,得到了突出区域煤岩体破坏概率的平均强度以及发生突出的必须能量条件关系式,为煤与瓦斯突出的研究提出了一个新的模式与思路,对于防治煤岩与瓦斯突出事故、灾害的发生具有一定的实践与理论指导意义。     

固庄煤矿瓦斯突出分析

通过对固庄煤矿瓦斯突出进行的分析,阐述了煤与瓦斯突出的预兆特征,提出了煤与瓦斯突出的防治措施。     

煤与瓦斯突出瓦斯射流数值模拟

将煤与瓦斯突出过程的瓦斯突出视为连续射流,应用伯努利方程,建立了瓦斯射流的数学模型,得到了瓦斯突出射流流速和流量表达式,在此基础上考虑突出口压力和突出口直径影响,进行了瓦斯射流的数值模拟,得到了突出压力与突出射流最大速度、突出压力与射流流场分布、突出口直径与突出影响范围间关系规律。模拟结果表明:突出口压力与突出射流最大速度近似呈线性关系,在一定条件下射流流场分布具有甩尾效应,突出口直径越大,其突出影响范围越大。