沥青混凝土心墙坝漫顶溃坝试验与溃坝过程数值模拟

基于中国新疆射月沟水库溃坝案例资料,在水槽冲蚀试验系统进行了沥青混凝土心墙坝漫顶溃坝试验,直观展现了坝壳料冲蚀与心墙折断过程,发现了抗冲蚀能力强的沥青混凝土心墙对溃坝过程的重要影响。将沥青混凝土心墙坝的漫顶溃坝过程分为3个阶段:坝壳料溯源冲蚀至沥青混凝土心墙裸露;心墙第一次折断,溃口流量迅速增大并出现峰值;心墙发生多次折断直至溃口稳定。在试验成果的基础上建立了模拟溃口流量和溃口形态演化的沥青混凝土心墙坝漫顶溃坝过程数学模型,模型的特色在于通过冲蚀公式模拟沥青混凝土心墙的裸露长度,采用力矩平衡法计算裸露心墙的折断时刻、折断长度和折断次数,从而合理反映了沥青混凝土心墙坝漫顶溃坝时坝壳料与心墙的耦合作用机制。采用建立的数学模型对射月沟溃坝过程进行了反演分析,计算结果表明重要溃坝参数与实测值误差均在±25%以内,较好地反映了溃坝过程,研究成果可为沥青混凝土心墙坝漫顶溃坝过程模拟提供借鉴。

基于表面流速的堰塞坝溃坝过程流量系数分析

为确定堰塞坝溃坝过程流量系数的取值范围,基于水流表面流速估算溃口流量的公式,通过5组水槽试验并用数学回归方法对堰塞坝溃坝过程的流量系数进行了研究。研究结果表明:溃口纵向发展以层状冲刷为主,冲刷面倾角逐渐降低,冲刷速率先快后慢;溃口流量受多种因素影响,如坝体高度、坝体高度与坝体底部沿水流方向厚度比值等;基于表面流速计算溃口流量这一全新思路是可行且具有较高准确性,新流量公式系数C_(d)取值介于0.19~0.43。

新疆射月沟水库溃坝过程数值模拟

近年来,由强降雨引发超标准洪水导致小型水库漫顶溃坝的事件在我国时有发生,2018年7月31日新疆射月沟水库发生的漫顶溃坝就是其中的典型案例。因拥有较为详尽的调查资料,对本案进行反演分析具有重要理论意义和工程价值。基于溃坝视频和灾后调查资料,明晰了射月沟水库的溃坝过程,总结了溃坝水流的冲蚀特性。建立了可考虑溃口形态在纵、横断面演化规律的溃坝数值计算方法,并采用射月沟溃坝案例对其合理性进行验证。通过计算值与实测值的对比发现,重要溃坝参数(如溃口峰值流量、溃口最终顶宽/底宽/深度、峰值流量出现时刻)的相对误差均在±15%以内,溃坝模型计算结果具有较高的精度。参数敏感性分析表明,坝料冲蚀系数对溃坝过程具有重要影响,尤其是溃口峰值流量和峰值流量出现时刻;陡坎运移系数对溃坝过程也具有一定影响,决定了峰值流量出现时刻。

尾矿坝溃决机理与溃坝过程研究进展

尾矿库是维持矿山生产的重要设施,同时也是矿山的重大危险源,开展尾矿坝溃决机理与溃坝过程研究对于提升我国尾矿库防灾减灾水平具有重要意义。分析比较了尾矿坝与挡水土石坝在溃决机理与溃坝致灾过程方面的区别和联系,总结了尾矿坝在坝体形式、填筑方式、坝料组成和溃决机制等方面的特点,对近年来我国在尾矿坝溃坝机理与溃坝致灾过程方面的研究工作进行了较为系统的总结,指出当前我国尾矿坝工程理论研究中存在的问题,并对该领域今后需深入开展的研究工作提出建议。

土石坝漫顶溃坝过程离心模型试验与数值模拟(英文)

利用溃坝离心模型试验系统,分别对3种不同坝高均质土石坝(最大坝高达32.0 m)及坝高为16.0 m的黏土心墙坝开展了漫顶溃坝试验研究,清楚地揭示了其溃决机理、溃口发展规律。结果发现,对于均质土石坝,随着坝高的增加,溃口的纵向下切与溃口边坡的失稳坍塌速度明显加快,溃口流量过程线更为陡峭,峰值流量增大,且峰值流量出现时间更早,溃坝历时更短;黏土心墙坝与均质坝溃决机理与溃口发展规律明显不同,随着漫坝水流对下游坝壳冲蚀程度的增加,黏土心墙发生剪断破坏,溃口洪水流量迅速增大。基于上述试验结果,分别提出了描述均质土石坝和黏土心墙坝溃坝过程和计算溃坝洪水流量过程的数学模型,并建议了相应的数值计算方法。数值模拟与试验结果的对比证明了建议溃坝数学模型的合理性。

考虑调洪的一维漫顶不溃与漫顶溃坝过程模拟

建立了一维数值模型,可模拟包括瞬时溃与逐渐溃的漫顶溃坝过程,同时可模拟对于混凝土坝失事来说最常见的漫顶不溃过程;可考虑泄水建筑物的调洪过程对溃坝过程的影响,且针对泄水建筑物不同的布置形式,能够分别模拟位于坝身与岸边的泄水建筑物。以土心墙堆石坝为例,模拟大坝的漫顶逐渐溃过程,分析了溃口流量、泄水建筑物流量的变化过程,可知溃坝发生后,溃口流量急剧增大,泄水建筑物泄量迅速降低;对比分析了不同漫顶原因、溃决形式以及溃决历时下的流量过程。以混凝土重力坝为例,模拟大坝的漫顶不溃与漫顶瞬时溃过程,分析了不同溃决形式下大坝下泄总流量的变化过程,可知溃坝发生后,大坝下泄总流量突增后降低,不同工况下,随着溃口尺寸越大,总流量峰值越大,流量下降的速度越快,稳定时间越短。

尾矿坝溃坝过程研究

世界上的各种重大灾害中,尾矿库灾害仅次于地震、霍乱、洪水等灾害而居世界第18位。尾矿坝溃坝过程研究和溃坝灾害风险评估体系建立是保证尾矿库安全运行和减小灾害危害的必要手段。为此,在收集国内外尾矿坝溃坝资料研究的基础上,对尾矿坝溃口砂流流量过程及溃口形成过程进行了分析,使用二维浅水波方程建立了溃坝砂流演进数学模型,并对该数学模型的初始条件、边界条件、计算方法进行了阐述。基于建立的溃坝砂流演进模型,以某尾矿坝为例,进行尾矿坝溃坝灾害的风险分析。案例分析结果表明,所建立的尾矿坝溃坝过程模型是可行和实用的。

基于电阻矩阵定位技术的溃坝过程模拟试验测量方法

溃坝模拟试验是研究溃坝过程的主要手段,但其研究成果的精确性与测量技术有直接关系。针对目前溃坝模拟试验常用的高速摄像、传感器测量技术等存在的不足问题,借鉴电子领域广泛使用的电阻矩阵定位技术,提出了一种基于电阻矩阵定位技术的溃坝过程模拟试验测量技术,介绍了其定位原理及溃坝过程,进行了定位精度试验验证。结果表明,该技术定位准确,且具有成本低、测量及数据分析过程快速、精度高、适应性强等优点。

堰塞坝溃坝过程分析及影响因素研究

本文通过堰塞坝漫顶溃坝模拟实验,将堰塞坝溃坝归纳概括为初始溃口形成、溃口发展、最终稳定三个阶段。在其他参数相同的情况下,通过对3组实验流量变化的比较,研究了坝体高度、长度与洪峰流量、洪峰来临时间、洪峰持续过程的相互关系,并研究了溃口形状特点,对相关工程应用有一定借鉴意义。

大新水库不同溃坝高度的洪水演进过程模拟研究

受坝体老化和极端天气影响,大新水库存在溃坝风险。基于MIKE11软件建立大新水库溃坝洪水演进过程的一维数值模型,模拟计算了溃坝高度分别为10 m、20 m和30 m时大新水库溃坝洪水的演进过程,通过设置6个典型断面进行模拟计算与分析,并结合GIS技术实现了溃坝洪水淹没区域的二维可视化,对溃坝洪水造成的生命损失和经济损失进行了定量评估。结果表明:溃坝高度越大,洪水流量、峰值水位和淹没面积越大,洪水在同一断面上的滞留时间越短,最大水深的变化规律由于受地形的影响与洪水流量和峰值水位的变化规律有所不同。根据模拟结果和洪水淹没范围图,提出了溃坝时沿岸居民的撤离方案,可为大新水库溃坝洪水灾害的预防和应急预案的制定提供理论依据和数据支持。

堰塞坝漫顶溃坝离心模型试验研究

基于唐家山堰塞坝坝料级配曲线,建立相应的物理模型,开展堰塞坝漫顶溃坝离心模型试验,并推导离心场下矩形薄壁堰堰流计算方法。详细分析了堰塞坝漫顶溃坝过程及溃决机理,同时根据试验得出的堰塞坝溃口流量及溃口顶宽发展过程曲线,对溃决机理研究结果做出进一步验证。结果表明:堰塞坝漫顶溃坝过程中,溃口横向扩展贯穿始终,由于大粒径颗粒在下游坝坡的残留,溃口下切发展停止时间较早,溃坝后期下游坝坡存在明显的粗化现象,且堰塞坝溃坝后较少出现全溃的情况,一般都存在一定的残留坝高,其最终溃口尺寸也应小于相同条件下的均质土坝。

混凝土面板砂砾石坝漫顶溃决过程数值模拟

基于混凝土面板砂砾石坝溃决机理,提出了一种模拟其漫顶溃决过程的数值计算方法。该方法针对砂砾石料级配范围宽,最大颗粒与最小颗粒粒径相差大的特点,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、遮蔽以及细颗粒对粗颗粒的包围、填实等作用,导出了能较为合理反映砂砾石料特性的临界起动流速;建议了一个砂砾石料的冲蚀公式,给出了面板折断时间与坝体冲蚀量之间的数学表达式,较为合理地确定面板的折断时刻。利用该方法对青海省沟后水库面板砂砾石坝的溃决过程进行了模拟计算,得出的溃口发展规律与溃坝洪水流量过程与溃坝调查结果大体相符,验证了其合理性。

土石坝溃决过程数值模拟研究进展

土石坝的溃决将对淹没区的人民生命财产带来巨大灾难,因此土石坝溃决过程的研究对溃坝致灾后果的评价具有重要意义。首先对大坝的溃决原因进行了分析,并依据常用的土石坝溃决数学模型的分类标准,着重介绍了土石坝溃决参数模型、土石坝溃决过程简化模型和土石坝溃决过程精细化模型的研究进展,对现有成果的优缺点进行了分析总结,并对今后研究的重点提出了相关建议。

土石坝渗透破坏过程的一种分析方法

提出了一种描述土石坝渗透破坏溃决全过程的数值模型及数值计算方法,并利用甘肃小海子水库渗透破坏溃坝事件的调查资料对其合理性进行了验证;运用该模型,比较分析了初始渗透通道高程对土石坝渗透破坏溃坝过程的影响。结果发现,初始渗透通道高程对溃口发展过程、溃口洪水流量过程和最大下泄水量具有重要影响,初始渗透通道高程越低,因通道上部坝体发生坍塌而导致的管道流转变成堰流的时间越迟,溃口底部经受的冲蚀也更强烈,最终溃口宽度也更大;初始渗透通道高程越低,溃口峰值流量越小,溃口流量过程曲线更为扁胖,下泄水量也最大。

尾矿库渗流溃坝模型试验研究

以云南某尾矿库为工程背景,采用自制的尾矿库溃坝试验装置,开展尾矿库室内堆(溃)坝模型试验研究,分析在渗流破坏情况下尾矿库溃坝过程、溃口发展、下泄泥砂沉积规律。结果表明:空隙中的可动颗粒被渗出水流带走,造成初始渗流通道建立并扩大,坝肩中部出现“砂流溢出”和“沼泽化”现象;随着坝体集中渗流通道的扩展,出渗点位置上部饱和坝体在自重作用下发生沉降和垮塌,并向上游呈牵引式发展,随后库内水流漫过坝顶垮塌部分的最低点,导致溃口的形成,坝体破坏模式由逆向牵引破坏向溢流侵蚀破坏转变;在溃坝的不同时刻溃口发展是不同的,初中期以下切为主,后期以横向展宽为主;由于水流的分选作用,下泄泥砂在坝体下游的沉积随演进距离的增加,表现出由粗到细的规律,且不同位置出现了粒径的分级现象。以上研究成果能为矿山的防灾减灾提供理论基础。

土石坝漫顶溃决过程数值模拟研究

针对水动力条件变化复杂、水土耦合作用强烈的土石坝溃决过程,结合水库调洪演算、清水冲刷以及溃口冲刷侵蚀机理,在Breach模型基础上建立了土石坝漫顶溃口流量过程计算物理模型。结果表明:模型对JP水库大坝溃决过程的模拟,很好地再现了溃决洪水流量过程线、溃口展宽和下切过程,验证了模型的合理性和应用潜力。

上游水库溃坝对下游水库的影响分析计算

针对某大型水库上游建有多座低标准小型水库和山塘的情况,分析计算上游小型水库和山塘的溃坝流量对该大型水库的影响。

堰塞坝漫顶溃决离心模型试验研究

基于南京水利科学研究院400g·t溃坝离心模型试验系统,利用其高速旋转产生的超重力场的“时空放大”效应,开展离心模型试验研究了堰塞坝漫顶溃决时的溃口演化规律和溃决机理。首次通过离心模型试验研究了坝高、下游坡比、坝料级配对堰塞坝漫顶溃坝过程的影响。试验结果表明:堰塞坝漫顶溃坝过程可划分为表层冲刷、溯源冲蚀、沿程侵蚀和溃口稳定4个阶段;溃口峰值流量对坝高最为敏感,平均粒径次之;达峰时间主要受下游坡比影响,溃坝后相对残余坝高主要受平均粒径影响。

贵州省格八水库溃坝洪水对下游梯级的影响分析

溃坝洪水问题复杂,涉及众多学科,影响巨大,严重危及周边群众的生命财产安全,是防洪减灾研究领域的难点之一[1]。以贵州省格凸河上游的格八水库溃坝为例,从洪水计算、最大流量传播至黄家湾水库坝址的流量及时间、洪水演进至黄家湾水库坝址处的洪水过程线、以及对黄家湾水库的影响等几个方面进行分析,探究格八水库溃坝后对下游梯级黄家湾水库的影响。研究发现格八水库溃坝后,其溃坝洪水及区间相应洪水组成黄家湾水库入库洪水,但由于黄家湾水库库容较大,未对黄家湾水库造成严重影响。

上游洪峰流量对堰塞坝漫顶溃决影响试验研究

考虑堰塞湖上游洪峰流量对堰塞坝溃决过程的影响,以4种不同上游洪峰流量为变量进行8组水槽试验,观测溃坝过程和溃口的变化,总结堰塞坝漫顶溃决的4个阶段,即漫顶下渗阶段、大通道形成阶段、大通道快速冲刷阶段和稳定阶段。结果表明:最大溃口流量随上游洪峰流量的增大呈对数型增长趋势,上游洪峰流量的增大对溃坝过程影响明显,具体表现为上游洪峰流量越大,快速冲刷时间越短,溃口发展和二次垮塌的平均速率和规模越大,且溃口洪水过程由单一的水位涨落变为持续性高水位过程。