土石坝漫顶条件下纵向裂缝发展规律及坝体溃决机理研究

发布时间：2020-11-04 18:31

　　 水库大坝作为水利基础设施与防洪工程体系的重要组成部分,在优化水资源配置、提升防汛抗旱能力、改善河流通航条件等诸多领域发挥着重要作用。水库大坝一旦发生溃决会产生灾难性的破坏。土石坝是国内外坝工建设中历史最为悠久、应用最为广泛的坝型。受建造时期经济和技术条件等限制,许多土石坝质量和建设水平较低,存在诸多安全隐患,严重威胁下游地区的经济社会发展和生态环境稳定。纵向裂缝是土石坝最普遍的震害现象之一,但目前针对土石坝纵向裂缝的研究相对较少,纵向裂缝对土石坝漫顶溃决过程的影响尚不清晰。开展极端洪水漫顶条件下的土石坝纵向裂缝次生灾害和坝体溃决机理研究,有助于发展和完善土石坝溃决理论,对土石坝溃决风险评估和溃坝洪水预警及应急预案制定具有重要意义。本文开展了洪水漫顶条件下纵向裂缝发展以及坝体漫顶溃决室外模型试验,研究了漫顶条件下土石坝纵向裂缝发展规律和坝体溃决过程,探究了上游溃坝洪水胁迫下的下游土石坝连锁溃决过程,分析了溃坝洪水在下游渠段中的演进规律和水流特性,并建立了土石坝溃决参数预测模型。具体研究内容和成果如下:(1)开展室外土石坝漫顶溃决试验,探究了土石坝漫顶溃决过程,根据试验观测结果将典型土石坝模型(未预设纵向裂缝但预设初始溃口)的漫顶溃决过程划分为四个阶段。研究了上游溃坝洪水胁迫下的下游土石坝连锁溃决过程,研究结果表明:下游土石坝在上游溃坝洪水胁迫下发生全面漫顶,坝体溃决过程发展较快,溃决历时较短,与典型土石坝的逐渐溃决过程存在显著差异。(2)根据模型试验结果比较了是否预设纵向裂缝、预设纵向裂缝尺寸、是否设置初始溃口对土石坝漫顶溃决过程的影响,研究结果表明:其他试验工况一定时,增大纵向裂缝尺寸以及设置初始溃口均会加速坝体溃决过程。(3)建立了土石坝漫顶和管涌两种溃决模式下洪峰流量和溃口平均宽度的预测模型,拟合优度、显著性和对比验证等模型评价结果表明预测模型精度较高,能够快速、有效地预测由不同溃决模式下的土石坝溃决洪峰流量和溃口平均宽度。图[27]表[13]参考文献[84]。
【学位单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TV641;TV122.4
【部分图文】：

安徽理工大学硕士学位论文流特性；（3）土石坝溃决参数预测模型通过对国内外文献中的土石坝溃决数据进行整理、校验，构建土石坝溃决数据库，利用多元回归分析方法分别建立漫顶和管涌两种溃决模式下的土石坝溃决洪峰流量和溃口平均宽度的预测模型，并利用拟合优度评价和显著性检验方法对回归预测模型的预测精度和显著性进行评价分析和优化。

土石坝的典型震害现象主要包括坝体震陷和沉降、坝体裂缝、坝体渗漏、坝坡滑动破坏以及其他附属结构破坏等形式。以汶川地震中的土石坝损毁震损状况为例（如所图2所示），坝体裂缝是汶川地震中土石坝最普遍的震损形式，发生坝体震陷和沉降以及土石坝其他附属结构破坏两种破坏形式的土石坝数量占土石坝总数的比例均超过50%（如表5所示）。发生坝坡滑动破坏的土石坝占比最低，但仍超过土石坝总数的20%，综上所述，坝体裂缝、土石坝其他附属结构破坏以及坝体震陷和沉降是汶川地震中土石坝的主要震损破坏形式，坝体渗漏和坝坡滑动破坏是汶川地震中土石坝的次要震损破坏形式。表 5 汶川地震中各类土石坝震损破坏形式占比[81]Table 5 Ratio of earthquake damage forms of embankment dams in wenchuan earthquake破坏形式 坝体震陷和沉降 坝体裂缝 坝体渗漏 坝坡滑动破坏 其他附属结构破坏受损土石坝数量 35 68 25 16 37受损土石坝占比 51% 99% 36% 23% 54%

模型试验简介室外物理模型试验在人工开挖的渠道内进行。为模拟天然河道的形态特征道的宽度和深度沿程变化，渠道宽度变化区间为 0.9-1.6m，渠道深度变化0.4-1.1m。人工渠道整体形状呈“J”型，总长度为 18.7m，包括上游水库、渠段、弯曲正坡渠段和长直正坡渠段四部分。上游水库为圆形，直径为 3平均深度为 1m。水库下游方向为断面形状为矩形的长直平坡渠段，长直长 7.1m，过水断面沿程变化较小，平均断面宽度为 1.35m，平均断面深m。长直平坡渠段下游连接长度为 7.6m 的弯曲正坡渠段，渠段断面面积沿弯曲正坡渠段断面宽度变化区间为 1.1-1.6m，断面深度变化区间为 0.4-1.正坡渠段的底坡 i1=0.141。长直正坡渠段位于人工渠道末端，长 3.6m，宽 10.65m，弯曲正坡渠段的底坡 i1=0.083。上游溃坝水流在人工渠道末端以自形式汇入下游排水沟。人工渠道的结构如图 3 所示。
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 陈生水;;土石坝试验新技术研究与应用[J];岩土工程学报;2015年01期

2 罗优;陈立;郝婕妤;杨阳;;均质土石坝不同因素与漫顶破坏模式的内在联系[J];武汉大学学报(工学版);2014年05期

3 李云;祝龙;宣国祥;王晓刚;;土石坝漫顶溃决时间预测分析[J];水力发电学报;2013年05期

4 郎云雯;段美英;赵金燕;鲁绍坤;杨德;;关于主成分回归分析程序的研究[J];统计与决策;2013年18期

5 方崇惠;方堃;;瞬时溃坝最大流量计算新通式推导及验证[J];水科学进展;2012年05期

6 张桂荣;董正兴;郭永彬;;土石坝震损机理及震害影响因素研究[J];灾害学;2012年03期

7 梁海安;景立平;李永强;刘春辉;;汶川地震溃坝险情土石坝烈度分布及震害特征[J];岩土工程学报;2012年07期

8 陈生水;钟启明;曹伟;;粘土心墙坝漫顶溃坝过程离心模型试验与数值模拟[J];水科学进展;2011年05期

9 李云;李君;;溃坝模型试验研究综述[J];水科学进展;2009年02期

10 盛金宝;刘嘉炘;张士辰;向衍;杨正华;;病险水库除险加固项目溃坝机理调查分析[J];岩土工程学报;2008年11期

本文编号：2870448