土石壩潰決機(jī)理與潰壩過程模擬

序

前言

第1章 土石壩潰決事件調(diào)查分析

1.1 概述

1.2 國內(nèi)外潰壩事件調(diào)查分析

1.2.1 國外潰壩事件調(diào)查分析

1.2.2 國內(nèi)潰壩事件調(diào)查分析

1.3 土石壩潰決原因及潰壩特征分析

1.3.1 土石壩潰決原因

1.3.2 土石壩潰決特征分析

參考文獻(xiàn)

第2章 土石壩潰決機(jī)理試驗研究

2.1 土石壩潰壩試驗相似準(zhǔn)則

2.2 小比尺潰壩水工模型試驗

2.2.1 國外小比尺潰壩水工模型試驗研究進(jìn)展

2.2.2 國內(nèi)小比尺潰壩水工模型試驗研究進(jìn)展

2.3 大比尺潰壩水工模型試驗

2.3.1 國外大比尺潰壩水工模型試驗研究進(jìn)展

2.3.2 國內(nèi)大比尺潰壩水工模型試驗研究進(jìn)展

2.4 潰壩離心模型試驗

2.4.1 潰壩離心模型試驗中主要物理量的相似準(zhǔn)則

2.4.2 潰壩離心模型試驗系統(tǒng)

2.4.3 潰壩離心模型試驗結(jié)果及分析

參考文獻(xiàn)

第3章 土石壩潰決過程數(shù)值模擬

3.1 常用土石壩潰決過程數(shù)學(xué)模型簡介

3.1.1 CRISTOFAN0模型

3.1.2 H-W模型

3.1.3 BRDAM模型

3.1.4 P-T模型

3.1.5 LOU和NOGUEIRA模型

3.1.6 BEED模型

3.1.7 FREAD系列數(shù)學(xué)模型

3.1.8 “陡坎”模型

3.1.9 HR-BREACH模型

3.1.10 中國水利水電科學(xué)研究院數(shù)學(xué)模型

3.2 南京水利科學(xué)研究院系列數(shù)學(xué)模型

3.2.1 均質(zhì)土石壩漫頂潰決數(shù)學(xué)模型

3.2.2 黏土心墻壩漫頂潰決數(shù)學(xué)模型

3.2.3 混凝土面板砂礫石壩漫頂潰決數(shù)學(xué)模型

3.2.4 土石壩滲透破壞潰決數(shù)學(xué)模型

參考文獻(xiàn)

第4章 堰塞壩形成與潰決機(jī)理及潰壩過程數(shù)值模擬

4.1 堰塞壩類型及其形成機(jī)理

4.1.1 滑坡形成堰塞壩

4.1.2 崩塌形成堰塞壩

4.1.3 泥石流形成堰塞壩

4.1.4 碎屑流形成堰塞壩

4.2 堰塞壩潰決破壞機(jī)理

4.2.1 堰塞壩的潰決方式

4.2.2 堰塞壩潰決的控制因素

4.2.3 小結(jié)

4.3 堰塞壩潰決機(jī)理及處治方法試驗研究

4.3.1 堰塞壩潰決機(jī)理試驗研究

4.3.2 堰塞壩處治方法試驗研究

4.4 堰塞壩潰決過程數(shù)值模擬

參考文獻(xiàn)

第5章 潰壩洪水演進(jìn)數(shù)學(xué)模擬及工程應(yīng)用

5.1 潰壩洪水演進(jìn)數(shù)學(xué)模型

5.1.1 潰壩洪水的特點

5.1.2 潰壩洪水演進(jìn)數(shù)值模擬

5.1.3 潰壩洪水?dāng)?shù)學(xué)模型

5.2 潰壩洪水模型的數(shù)值解法

5.2.1 模型簡化方法

5.2.2 有限差分法

5.2.3 有限體積法

5.2.4 有限元法

5.3 潰壩洪水演進(jìn)數(shù)值計算軟件與功能測評

5.3.1 常用潰壩洪水演進(jìn)數(shù)值計算軟件

5.3.2 常用潰壩洪水演進(jìn)數(shù)值計算軟件測評

5.4 工程應(yīng)用

5.4.1 金牛山水庫工程概況

5.4.2 主、副壩潰決過程數(shù)值模擬

5.4.3 潰壩洪水演進(jìn)模型的構(gòu)建

5.4.4 潰壩洪水演進(jìn)計算結(jié)果與分析

參考文獻(xiàn) 2100433B

土石壩與堰塞壩潰決機(jī)理與潰壩過程模擬是一門涉及巖土力學(xué)、水力學(xué)與泥沙運動理論的新興學(xué)科，近年來日益頻繁發(fā)生的極端氣候現(xiàn)象和地震，促進(jìn)了該學(xué)科的快速發(fā)展。陳生水編著的《土石壩潰決機(jī)理與潰壩過程模擬》首先根據(jù)國內(nèi)外典型潰壩案例調(diào)查資料，總結(jié)分析了土石壩的潰決原因及潰壩特征；重點介紹了國內(nèi)外在土石壩與堰塞壩形成和潰決機(jī)理及潰壩過程模擬領(lǐng)域的研究進(jìn)展，特別是作者在土石壩三種主要壩型和堰塞壩潰壩離心模型試驗和漫頂與滲透破壞潰壩過程數(shù)值模擬方面的最新研究成果；最后介紹了國內(nèi)外潰壩洪水演進(jìn)數(shù)值模擬方法及常用計算機(jī)軟件，給出了研究成果在水庫大壩潰壩洪水風(fēng)險圖編制中的應(yīng)用實例。

《土石壩潰決機(jī)理與潰壩過程模擬》可供從事土石壩工程安全專業(yè)的研究和管理人員參考，也可作為水利工程等相關(guān)專業(yè)本科生、研究生的教材或參考書。

土石壩潰決過程與水力學(xué)、泥沙運動力學(xué)、土力學(xué)等多學(xué)科有關(guān)，具有強(qiáng)非線性與非恒定性，研究具有很大的難度?！锻潦瘔温敐Q模擬與搶護(hù)》收集了大量潰壩案例資料，通過對土石壩漫頂水流水力特性、土石壩壩體材料特性的把握，采用理論分析、現(xiàn)場大尺度實體潰壩試驗、室內(nèi)小尺度物理模型試驗及數(shù)值模擬等方法，對土石壩潰壩機(jī)理、超標(biāo)準(zhǔn)洪水條件下土石壩是否會潰決、何時潰決、如何搶護(hù)等進(jìn)行了系列研究。

前言

第1章 土石壩潰壩概述

1.1 國內(nèi)外潰壩情況

1.1.1 國外潰壩事件分析

1.1.2 國內(nèi)潰壩事件分析

1.1.3 土石壩潰口特征分析

1.2 土石壩潰壩研究現(xiàn)狀

1.2.1 潰壩物理模型試驗及數(shù)值模擬技術(shù)

1.2.2 超標(biāo)準(zhǔn)洪水條件下土石壩安全判別

1.2.3 土石壩漫頂潰決時間

1.2.4 土石壩漫頂潰決搶護(hù)技術(shù)

1.2.4.1 漫頂前搶擴(kuò)

1.2.4.2 潰口出現(xiàn)后搶護(hù)

第2章 土石壩漫頂潰決試驗及潰決機(jī)理

2.1 土石壩漫頂潰決試驗方法

2.1.1 庫水位下降過程

2.1.2 下游洪水演進(jìn)過程

2.1.3 潰口流速及潰口形態(tài)

2.1.4 潰口縱向下切與橫向擴(kuò)展過程

2.2 土石壩漫頂壩面水力特性

2.2.1 壩面水動力參數(shù)分布特性

2.2.1.1 壩面水深分布

2.2.1.2 壩面流速分布

2.2.1.3 切應(yīng)力及摩阻流速分布

2.2.2 漫頂水深、壩坡坡度對壩面水力特性的影響

2.2.2.1 不同漫頂水深的壩面水力特性

2.2.2.2 不同坡度壩面水力特性

2.2.3 壩面切應(yīng)力、平均流速公式

2.2.3.1 國內(nèi)外壩面切應(yīng)力公式研究概況

2.2.3.2 壩面切應(yīng)力公式推導(dǎo)

2.2.3.3 壩面平均流速公式

2.3 土石壩潰決現(xiàn)場大尺度試驗

2.3.1 現(xiàn)場大尺度潰壩試驗準(zhǔn)備

2.3.1.1 現(xiàn)場試驗選址

2.3.1.2 壩區(qū)地質(zhì)勘探

2.3.1.3 壩體施工填筑

2.3.2 現(xiàn)場大尺度漫頂潰壩試驗組次及可重復(fù)性研究

2.3.3 現(xiàn)場大尺度漫頂潰壩試驗成果

2.3.3.1 漫頂潰壩過程

2.3.3.2 漫頂潰壩力學(xué)機(jī)理

2.3.3.3 潰口峰值流量及壩體縱向下切速度預(yù)測

2.3.3.4 寬頂堰流公式在潰口流量分析中的適用性分析

2.4 土石壩潰決小尺度試驗

2.4.1 非黏性土均質(zhì)壩潰決試驗

2.4.1.1 非黏性土均質(zhì)壩潰壩相似準(zhǔn)則

2.4.1.2 不同中值粒徑D50對壩體潰壩過程的影響

2.4.1.3 不同下游壩坡坡度對潰壩過程的影響

2.4.1.4 不同潰口位置對潰壩過程的影響

2.4.1.5 下游沉積層對潰壩過程的影響

2.4.2 黏性土均質(zhì)壩潰決試驗

2.4.2.1 含水率、壓實度對“跌坎”移動速度的影響

2.4.2.2 “跌坎”移動速度的計算表達(dá)式

2.4.3 潰壩模型相似率探討

2.4.3.1 一般均質(zhì)土石壩潰壩相似準(zhǔn)則

2.4.3.2 潰壩模型試驗的模型延伸法

第3章 土石壩漫頂潰決數(shù)學(xué)模型

3.1 漫頂潰決過程的數(shù)學(xué)描述

3.1.1 水庫水位演變

3.1.2 潰口流量計算

3.1.3 潰口擴(kuò)展模擬

3.1.3.1 潰口的縱向下切

3.1.3.2 潰口的橫向擴(kuò)展

3.1.4 潰面沖槽水流計算

3.2 模型計算方法

3.3 模型的應(yīng)用

3.3.1 室內(nèi)潰壩試驗演算

3.3.2 野外現(xiàn)場潰壩試驗演算

3.3.3 大洼水庫自然潰決過程演算

3.3.4 唐家山堰塞湖人工潰決過程演算

3.3.5 河南石漫灘水庫漫頂潰壩事件演算

第4章 土石壩漫頂潰決判別分析

4.1 壩體安全應(yīng)急判別方法

4.1.1 土石壩與天然壩之間的相似性

4.1.1.1 潰決形式的相似性

4.1.1.2 潰壩動力參數(shù)之間的相關(guān)一致性

4.1.2 簡單指標(biāo)判別法在土石壩安全判別上的應(yīng)用

4.1.3 判別分析法在土石壩安全上的應(yīng)用

4.1.3.1 判別分析法原理

4.1.3.2 判別分析法對數(shù)據(jù)資料要求的驗證

4.2 基于判別分析法的土石壩潰決判別模型

4.2.1 數(shù)據(jù)適用性驗證

4.2.2 模型建立

4.2.3 判別分析結(jié)果

4.2.3.1 判別模型中各變量重要性分析

4.2.3.2 與簡單判別方法的比較

4.3 考慮壩體材料特性的潰決判別分析模型

4.3.1 代表壩體材料綜合抗沖能力的變量——起動摩阻流速U*c

4.3.2 判別模型的建立及定量正確性

4.3.3 判別模型各變量影響權(quán)重及模型的定性合理性

4.4 判別分析法實例應(yīng)用

第5章 土石壩潰決時間預(yù)測

5.1 潰決時間的定義及統(tǒng)計分析

5.2 潰決時間影響因素

5.2.1 壩高與潰決時間

5.2.2 壩寬與潰決時間

5.2.3 壩長與潰決時間

5.2.4 庫容與潰決時間

5.2.5 壩體綜合穩(wěn)定性指標(biāo)與潰決時間

5.3 潰決時間預(yù)測方法——多元回歸預(yù)測

5.3.1 土石壩潰決時間回歸模型的建立

5.3.2 對回歸模型的統(tǒng)計檢驗

5.3.3 案例驗證及分析

5.4 潰決時間預(yù)測方法——基于切應(yīng)力的潰決時間預(yù)測

5.4.1 預(yù)測方法的由來

5.4.2 壩體材料特性U*c的引入

5.4.3 壩面切應(yīng)力的引入

5.4.4 預(yù)測的步驟

5.4.5 實例驗證

第6章 應(yīng)急溢洪道，陜速構(gòu)建技術(shù)

6.1 應(yīng)急溢洪道快速構(gòu)建技術(shù)的由來

6.2 應(yīng)急溢洪道坡面水力特性試驗

6.2.1 應(yīng)急溢洪道土工合成材料物理力學(xué)特性

6.2.2 土工合成材料表面水流水力特性

6.2.2.1 布面水深與漫頂水深的關(guān)系

6.2.2.2 布表面的流速與漫頂水深的關(guān)系

6.2.2.3 布面切應(yīng)力與漫頂水深的關(guān)系

6.2.3 土工合成材料摩阻系數(shù)

6.2.4 切應(yīng)力與摩阻系數(shù)關(guān)系分析

6.2.5 土工合成材料受力分析

6.3 應(yīng)急溢洪道錨固件抗拔力試驗

6.3.1 錨固件抗拔力試驗介紹

6.3.2 抗拔力與埋深的關(guān)系

6.3.3 抗拔力與錨固件材料的關(guān)系

6.3.4 新型自擴(kuò)刺錨固件研制

6.4 應(yīng)急溢洪道布置與實施方案

6.4.1 漫頂水流坡面擴(kuò)散范圍

6.4.2 水流經(jīng)潰口下泄擴(kuò)散范圍

6.4.2.1 水流在坡面上的擴(kuò)散形狀

6.4.2.2 潰口形狀及下游坡度對水流擴(kuò)散范圍的影響

6.4.3 應(yīng)急溢洪道水流最大斷面平均流速分析

6.4.4 護(hù)坡材料鋪設(shè)及錨固

6.4.4.1 護(hù)坡材料的選擇

6.4.4.2 護(hù)坡材料鋪設(shè)及錨固方法

參考文獻(xiàn)

2100433B

本項目主要對應(yīng)用離心機(jī)進(jìn)行土石壩漫頂潰決試驗的模擬基礎(chǔ)理論、試驗方法、量測技術(shù)和誤差控制技術(shù)展開研究。研制可在80g離心加速度下穩(wěn)定工作的封閉式循環(huán)供水系統(tǒng)，并應(yīng)用該系統(tǒng)進(jìn)行土石壩漫頂潰決離心模型試驗，應(yīng)用自行研制的大尺寸土體抗沖蝕特性測定裝置進(jìn)行土體抗沖蝕試驗。結(jié)合離心模型試驗和土體抗沖蝕試驗研究土石壩的漫頂潰決機(jī)理和潰決過程，在試驗研究和理論分析基礎(chǔ)上建立土石壩漫頂潰決離心模型試驗的相似準(zhǔn)則，提出土石壩漫頂潰決參數(shù)模型。通過離心模型試驗結(jié)果、1g模型試驗結(jié)果和實際潰壩事故記錄的比較，校核離心模型試驗研究土石壩漫頂潰決問題的可行性，并提出土石壩漫頂潰決離心模型試驗規(guī)程。本項目的研究成果將為建立和校核土石壩潰壩模型提供實驗依據(jù)，為土石壩風(fēng)險調(diào)控和編制潰壩前應(yīng)急預(yù)案提供理論上的支撐。