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。     

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。     

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.     

山区河道型水库滑坡涌浪对岸坡冲刷深度的研究

三峡库区滑坡频发,滑坡产生的涌浪经常对库区岸坡造成破坏。通过山区河道型水库滑坡物理模型试验,研究不同产状滑坡产生的涌浪对三种不同组成粒径岸坡的最大冲刷深度。通过分析首浪高度与滑坡体宽度、厚度以及滑面倾角的关系;涌浪沿程衰减规律;岸坡最大冲刷深度和岸坡前涌浪高度的关系;运用回归分析得到首浪高度经验计算公式、沿程涌浪衰减公式、岸坡最大冲刷深度的经验计算公式。最终得到受滑坡体产状以及滑坡入水点到岸坡距离影响的岸坡最大冲刷深度经验计算公式。研究成果可为三峡库区岸坡的维护提供相应参考。     

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。     

滑坡涌浪的数值计算及试验研究

本文从非恒定流方程出发,导出了滑坡涌浪的基本方程,建立了求解滑坡涌浪的数值模型,并通过物理模型的试验研究,论证了数值模型的合理性.试验结果表明,初始断面最大涌浪高主要与滑坡体在单位时间内入水的体积成正比,涌浪高随涌浪传播距离的增加而迅速哀减,河道糙率对其的影响并不突出,涌浪遇壁爬高及反射主要与壁面坡角及水深有关.本文建立的数学模型可用来对可能的滑坡涌浪进行一维和二维近似计算,模型试验结果可用来估算滑坡涌浪.     

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．     

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.     

梨园库区某滑坡评价与涌浪预测计算

针对库区滑坡失稳及滑体高速入水引起的涌浪可能对库岸安全及水库运行造成的危害,以金沙江梨园电站库区草可都滑坡为例,应用有限元分析软件计算出该滑坡在库水位升降条件下的稳定性,运用能量法及潘家铮涌浪计算理论对其滑速、初始涌浪及沿程涌浪高度进行了计算.计算结果表明,草可都滑坡整体失稳时引起的涌浪会威胁到对岸各基河电站的安全,但对下游坝址的影响很小;局部失稳时,涌浪对对岸电站厂房及坝址的影响都很小.     

金泉寺滑坡破坏机理及冲击强度定量分析

为了对滑坡冲击强度进行定量预测,以勉县金泉寺滑坡为研究对象,基于颗粒流离散元方法,结合对滑坡岩土体细观参数的双轴试验标定,构建了滑坡数值模型,对滑坡的变形破坏机理及其动力学过程进行了分析,选用冲击距离、冲击速度、冲击力3个指标对滑坡的冲击强度大小进行了定量预测。研究结果表明:金泉寺滑坡坡脚和滑坡后缘首先发生变形,然后滑坡坡体中部的锁固段发生贯通,并最终表现为前拉后推的复合式破坏特征;滑坡最大冲击距离为23. 52 m,最大冲击速度为4. 10 m/s,单位宽度最大冲击力为205 kN。相关结论与利用已有研究方法分析所得结论较为一致,认为滑坡运动过程中滑体内部颗粒碰撞及摩擦耗能对滑坡冲击强度的影响不可忽略。研究方法及成果对堆积层滑坡动力学过程分析及其风险定量评估研究具有重要的参考意义。     

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定状态,有发生整体滑动破坏的可能;当水库蓄水至785 m时,王家山滑坡可能会发生整体失稳破坏,但产生涌浪对象鼻岭移民安置点基本无影响。在暴雨+蓄水825 m工况下失稳破坏,最大入水速度约7.44 m/s,将在象鼻岭移民安置点处产生高度约3.52 m涌浪;蓄水+地震工况下,移民安置点的涌浪高度还会更大。可见,王家山滑坡在825 m水位发生整体失稳破坏时,移民安置点遭受涌浪危害影响问题是存在的。应对象鼻岭移民安置点采取相应的防浪措施,或对王家山滑坡进行工程治理,以消除涌浪影响,保证移民安置点安全。     

铜川烈-柴公路收费站滑坡机理研究

目的以铜川烈-柴公路收费站滑坡为例，研究黄土滑坡机理，为黄土滑坡预报和工程治理奠定基础。方法通过现场勘察及室内试验，对黄土滑坡的形成机理及运动学机理进行了深入地研究，分析了地下水对黄土滑坡形成的影响。结果在考虑孔隙水压力情况下，分别统计出了孔压系数与饱和度及孔隙比之间的关系，并对滑坡的滑距、滑速进行了计算分析。结论本滑坡符合黄土蠕滑动液化机理模型及滑坡运动学机理模型，提出的滑坡运动轨迹方程、滑体质心速度曲线方程、滑距公式在实际工程中具有应用价值。     

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。     

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。     

土体结构与含水量对弹性波传播特性的影响

基于弹性波具有表征土体结构的特性,通过试验探究不同密度和含水量组合条件下的土体弹性波速度变化规律。结果表明：波速随着土体密度的增大缓慢增大,弹性波发射端土体越致密则距离波源最近的接收器测得的弹性波速度越高;弹性波是能量波的一种,受其传播距离以及土颗粒的阻碍会逐渐衰减;波速随含水量的增大而缓慢减小,土体从初始状态达到饱和状态波速降低了10%～30%。对土体密度和含水量引起弹性波速度的变化机制进行了解释,可以为基于弹性波的降雨型滑坡预警预报方法研究等提供参考依据。     

狭缝内C2H4/O2预混气的起爆与速度亏损

受限通道内的预混气起爆与传播受外界因素影响较大,如初始压力、通道尺寸等。通过自制不同高度的狭缝通道,考察了狭缝高度和初始压力对C_2H_4/O_2可燃预混气起爆特性及传播过程的影响。结果发现:改变初压和狭缝高度确实对预混气起爆有较大影响,尤其是狭缝高度的不断降低可能获得不同于常规管道的DDT特性;爆轰波的速度亏损同时与初压和狭缝高度有关,其值正比于H~(-0.8)P_0~(-0.5)。考虑到实验结果的局限性,后续还需进行多次重复实验,以获得更加准确的实验数据。     

小尺度管道中CH4-O2爆炸火焰传播规律实验研究

为研究小尺度管道中CH₄-O₂爆炸火焰传播规律,设计并建立了小尺度管道实验系统,由小尺度管道、配气系统、点火系统、爆炸压力数据采集系统、高速摄影系统以及数据处理系统等组成. 利用小尺度管道实验系统,研究了不同初始压力、不同初始浓度条件下CH₄-O₂混合气体爆炸火焰传播的规律. 爆炸火焰传播速度由高速摄影系统采集的图像利用Matlab程序进行处理并计算得到. 结果表明:同一初始浓度条件下,随着初始压力的增加,爆炸火焰在管道中传播的最大速度随之增大;管道中爆炸火焰最大速度与初始压力的倒数近似呈线性关系;对于不同初始浓度下的混合气体,都存在使混合气体形成加速火焰的最低初始压力;以化学当量浓度（CH₄+2O₂）为界限,当初始浓度越接近化学当量浓度时,混合气体形成加速火焰所需的最低初始压力越小.