均质土堤漫溢溃决机理试验研究

为研究堤防漫溢溃决机理及溃决影响因素作用规律,考虑河道来流量、堤高以及诱导溃口宽度3个影响因素,开展了5组均质土堤大尺度漫溢溃决试验。通过试验研究发现,溃口发展过程可分为初期较快发展期、中间快速增长期、后期缓慢增长期和稳定期4个阶段。研究表明:在第1个阶段存在陡坎侵蚀现象,峰值溃决流量则出现在第2个阶段;初始诱导溃口较宽时,第1个阶段溃口无明显扩宽;溃决过程中,溃口附近水位及水流不对称,进而导致溃口上下游侧均呈左右不对称发展;来流量和堤顶高程的增加均使得溃决峰值流量增大,而初始溃口宽度的增大则导致溃决初期坡面冲刷形态发生变化;来流量较大时,溃口初期扩宽速度较大。初始溃口宽度越窄,溃口平均扩宽速度越大。研究成果可为堤防建设与防汛抢险提供参考。

溢流冲刷堤坝侵蚀过程的数值模拟

本文基于多孔介质三维渗流模型和密度函数方法,结合非平衡泥沙输移模型,建立了一个模拟堤防溃决的数值模型。在模拟过程中考虑了堤防入渗问题。首先,将数值模型应用于固体路堤上方的流动,以验证流动模型的有效性。然后,对堤防侵蚀过程进行了模拟。与以往的试验结果对比表明,该数值模型能够合理再现溢流和溃堤过程。本研究所建立的三维水流数值模型丰富了此类问题的分析手段。

土石坝漫顶过程水力特性分析

土石坝漫顶过程极其复杂，溃决过程研究成果存在诸多争议。采用标准k-ε紊流模型和VOF方法对土石坝水流漫顶过程进行了水气两相流数值模拟，对漫顶过程水流流念、流速分布等进行了详细分析，揭示了坝面切应力分布规律。该规律的发现可以用于解释笔者先前提出的“落点冲蚀”猜想及“剪剥式”冲蚀理论，即漫顶条件下最先发生冲蚀的部位可能在坝坡中上部，漫顶冲蚀以台阶式冲蚀为溃决的主要特征。