碎裂岩体失稳产生涌浪原型物理相似试验研究

崩滑体涌浪事件具有突发性和灾难性,且实测资料有限,原型物理相似试验研究这种涌浪现象是很好的方法。以三峡库区龚家方崩滑体涌浪事件为原型,探索构建三峡水库蓄水后干流上第一个涌浪大型物理相似试验模型,其长24 m,宽8 m,高1.3 m,几何相似比为1∶200。试验采用大理石材质、d50=1.47 mm的粗砂模拟碎裂岩体,利用波高仪、高速摄影机和爬高测试带监测河道内的水波变化过程,实施了以前缘入水速度为变量的6组涌浪试验。试验结果与龚家方涌浪事件调查结果对比表明,该试验方法可用于预测和研究类似碎裂岩体失稳产生涌浪问题。系列试验分析后,首次通过数据展示碎裂岩体失稳产生的涌浪在传播过程中波的追逐、叠加及反射波叠加等相互作用过程,精细地刻画了河道内涌浪传播和爬高衰减率的差异性。通过该原型模型系列试验,探讨碎裂岩体失稳产生涌浪模型试验的改进方向。采用的物理相似试验方法为碎裂岩体失稳产生涌浪研究提供了很好的借鉴,试验得到的数据及规律认识将为三峡库区类似岩质岸坡失稳产生涌浪预测提供极大的技术支撑。

三峡龚家方4号斜坡变形破坏及影响因素分析

龚家方4号斜坡位于三峡库区巫峡段龚家方崩塌下游1.5 km,鉴于其地质条件与已崩塌的龚家方斜坡类似,其失稳亦诱发涌浪灾害。通过对该斜坡详细调查以及专业仪器监测和室内试验等手段,对其变形破坏机理及影响因素进行分析。分析认为:该斜坡变形以层间剪切、坡面拉裂、倾倒变形为主。监测数据表明,目前斜坡仍处于变形阶段。影响该斜坡稳定性因素为岩性特征、地质结构、水体作用,其中库水和水岩作用为主要因素,有待于进一步深入研究。

基于波浪理论的水库地质灾害涌浪数值分析方法

有别于国内现行广泛应用Navie-Stokes方程进行地质灾害涌浪的数值模拟技术,本文采用波浪理论对地质灾害涌浪波进行了分析。地质灾害涌浪波是非周期性波,并且有强烈的非线性,介于中等水波至浅水波之间;可用浅水波模型和Boussinesq模型进行数学描述。本文采用有限差分法的Boussinesq模型,以三峡库区龚家方崩滑体涌浪为例,模拟了涌浪波的传播和爬高问题。该模型能够计算形成涌浪瞬时河面、河面最大波高图、最大流速矢量图、最大爬坡和预警分布图。模拟计算结果与调查结果吻合非常好。这说明基于波浪理论的地质灾害涌浪分析方法精度较高,为涌浪的预测研究提供了一种新的研究方法。

龚家方崩滑体与滚石运动特征的对比分析

由于斜坡环境复杂,运动体运动轨迹多变,对于滑坡、滚石的运动速度和加速度的计算,一直是难点。通过分析龚家方崩滑体和滚石的运动影像资料,对比研究两次运动过程中运动体的运动特征及能量衰减问题。研究表明,崩滑体整体上经历了一次加速~减速过程,而滚石在整个运动过程中经历了多次加速~减速过程,无论是最大速度还是入水速度,单个滚石的运动速度稍大于滑坡体整体运动的速度,就能量衰减而言,从开始运动到整体入水,崩滑体的能量衰减率约为97.2%,滚石的能量衰减率在92%左右。这一研究结果可为龚家方治理过程中残留物的运动速度计算和类似龚家方斜坡的滑坡体运动速度计算提供参考。

龚家方Ⅳ号斜坡监测及变形机理分析

采用无线位移计对龚家方Ⅳ号不稳定斜坡进行自动化远程监测,通过对监测数据的分析,掌握该斜坡的变形状况。结果表明:斜坡呈整体运动,但斜坡自上而下的运动特征不同。斜坡上部总体变形趋势表现为拉伸,中部为先拉伸后压缩,下部为先压缩后拉伸,底部为拉伸。降水频繁时期,斜坡位移呈加速增大趋势。岩体破碎、节理裂隙较发育区域,位移量和降水量基本同步;岩体较完整区域,位移突变将滞后于降水,滞后期一般为20～45 d。

V形河谷滑坡涌浪爬高估计

为了探究各因素对V形河谷滑坡涌浪爬高值的影响,提供有效可靠的爬高值计算依据,评估V形河谷滑坡涌浪爬高风险,开展了141组工况的数值模拟试验,分析了多个参数(包括滑坡体体积、滑坡入水速度、滑坡角度、爬坡角度及滑坡体水下滑行时长)对涌浪爬高的影响,通过多元回归分析提出了滑坡涌浪爬高的经验公式。将新公式用于估计龚家方滑坡涌浪的爬高,结果表明:新公式的估算结果与实测结果接近,可为计算和预测其他V形河谷滑坡涌浪最大爬高值提供参考。

三峡库区龚家方残留危岩体爆破清除形成的涌浪野外监测与分析

三峡库区龚家方斜坡2008年11月23日发生崩塌后,其后缘残留大量危岩体,严重威胁长江航道安全。当地政府决定对其进行人工清除,以消除隐患。作者建立了一种以高清摄像机和高频水位计为主的简易涌浪野外观测方法,用以监测爆破产生碎屑流形成的涌浪。以2011年1月17日爆破清方事件为例,文章展示了野外设备安装和监测到的滑坡涌浪过程。监测分析表明,该次爆破碎屑流入水速度约为31 m/s,入水体积约250 m3;产生的涌浪较小,为波群形态,初始涌浪可表达成2个简单三角函数的叠加。该涌浪应急监测方法简便、易行、有效,所得监测数据可为滑坡涌浪研究提供宝贵的野外原始资料;方法可为地质环境条件类似地区的滑坡涌浪简易或应急监测提供借鉴。

三峡库区龚家方崩滑体涌浪物理原型试验与数值模拟对比研究

利用物理试验对数值模拟结果的有效性和准确性进行验证,是国内外检验新的数值模拟模型的通用方法。利用三峡库区龚家方崩滑体涌浪物理原型试验结果,对基于水波动力学的崩滑体涌浪数值模拟方法进行对比研究。研究表明:数值模拟再现物理试验中波浪的相互作用过程,2方法的波高测点波高过程线吻合性较好。数值模拟得到的定量值与物理试验有一定误差,误差来源于涌浪源模型。基于水波动力学的涌浪灾害数值模拟方法具有有效性和准确性。该方法可为长距离大范围的河道涌浪灾害预警预测提供科学依据,将是相关领域未来发展的主流,研究结论将有利于基于水波动力学的崩滑体涌浪数值模拟方法的推广与应用。

三峡库区龚家方2号斜坡破坏过程离散元数值模拟

以2008年11月三峡库区龚家方2号斜坡破坏问题为基础,采用离散元软件PFC2D对此斜坡进行模拟,模拟结果表明,三峡水库蓄水后,斜坡上覆崩坡积层会沿着岩土分界面向下滑动;整个滑动过程可以分为底端变形、上段及中段垮塌、整体滑动、固化稳定等4个阶段,其中底端变形形成的"鼓包"是否破裂是斜坡启动的关键;斜坡的滑动速度在初始阶段速度会迅速增大,之后缓慢减小,直至稳定。将模拟结果与观测资料对比分析,与实际破坏情况一致,说明二维离散元软件PFC2D能够较好地模拟三峡库区龚家方2号斜坡破坏过程。