浅水区滑坡涌浪物理试验研究

发布时间：2020-11-10 14:50

　　 涌浪研究中的关键是预测最大涌浪高度,而后才能分析其传播规律,进而评价涌浪潜在的危害。通过物理模拟试验深入分析浅水区滑坡涌浪形成机制、研究最大涌浪高度、爬高及涌浪脉冲力的变化规律,验证并分析现有理论公式的适用性,对库区涌浪预测预报工作具有重要的理论和实践意义。本文首先分析了千将坪滑坡、新滩滑坡、鸡冠岭滑坡以及唐家溪滑坡四个典型的浅水区滑坡涌浪实例,综合考虑四个典型滑坡案例的规模特征,在遵循相似准则的基础上,建立了浅水区滑坡涌浪的室内物理模型。通过多组室内模型试验,测定了最大涌浪高度、最大爬高及最大涌浪脉冲力,深入分析滑坡涌浪的形成机制、涌浪形态特点以及脉冲力变化规律。最后,以大岭滑坡隐患点为案例,计算和分析了滑坡失稳后会可能产生的最大涌浪高度、爬高及最大脉冲力。通过物理试验,并对试验结果进行分析研究,论文主要取得以下几个方面的结论:(1)总结浅水区滑坡涌浪特征,并建立了相关模型。通过对千将坪滑坡、新滩滑坡、鸡冠岭滑坡及唐家溪滑坡这四个典型的浅水区滑坡涌浪案例的地形地貌、成因机理、运动过程、涌浪特征和致灾程度等进行分析,归纳了浅水区滑坡涌浪的特点:浅水区滑坡入水后对河道影响较大,可能会导致堰塞湖或堵江等后果;崩滑体高速入水,所激起的涌浪高度要大于同等条件下深水区滑坡所产生的涌浪。根据四个典型案例中滑坡体的规模,按照Froude相似准则,建立了滑坡涌浪物理模型。(2)分析了滑块-水体的相互作用过程滑块下滑过程中与水体耦合,在这个过程中,滑块持续将能量传递给水体,形成水舌及涌浪。滑块的下滑过程分为急剧加速阶段、慢加速阶段以及急剧减速阶段。当滑块的质心位置经过水面时,滑体由于受到水体的阻力和浮力作用,滑动加速度逐渐减小,速度达到最大值后随着滑块的触底,滑块运动速度迅速减小为零。当滑块下滑速度超过一定值时,在滑块接触水面的瞬间会激起水舌。(3)提出了适合浅水区的滑坡涌浪计算模型极差分析与方差分析表明,各影响因素对最大涌浪高度的敏感程度依次为:滑块厚度、滑动面倾角、水深、滑块长度。采用回归分析的方法,提出了适合浅水区滑坡涌浪最大涌浪高度的计算模型,并用浅水区滑坡实例对计算模型的有效性进行验证。(4)分析了涌浪爬高变化规律涌浪的爬高直接决定涌浪在对岸形成脉冲力的影响范围。爬高主要与涌浪高度和对岸坡角有关,第一列涌浪会形成最大爬高,之后涌浪形成的爬高值逐渐减小。通过对试验数据进行分析,涌浪爬高随着对岸坡角的增加而减小。(5)分析了水舌冲击力及涌浪脉冲力变化规律滑体高速下滑形成涌浪,有2种类型的波浪荷载,包括冲击力和脉冲力。水舌冲击力和涌浪脉冲力都会对对岸树木及建筑物等造成影响。水舌所携带的冲击力值约为涌浪脉冲力值的1-6倍。随着对岸坡角的增加,水舌冲击力逐渐增加,涌浪脉冲力逐渐减小。综合考虑水舌冲击力和涌浪脉冲力对对岸的影响,在对岸建造防护堤时,防护堤与水平面的夹角应该在40-45°。(6)分析了大岭滑坡隐患点稳定性大岭滑坡隐患点在175m水位和暴雨叠加下斜坡处于基本稳定状态,暴雨的叠加增加了下滑力,不利于斜坡稳定。斜坡受到环境及人为因素等影响,正处于发展变形中。(7)大岭滑坡灾害隐患点的致灾程度预测及分析大岭滑坡隐患点失稳后,最大涌浪高度可达18.4m,将在对岸形成最大17m的爬高,影响范围为上下游约11km,涌浪会在对岸形成约60.8Mpa的最大脉冲力。大岭滑坡隐患点若发生大规模滑动,将威胁到居住于大岭滑坡隐患点上的76户口260人、柑桔经济林55亩、G348国道400m、高压铁塔及线缆、通信光缆及锣鼓洞河渔业区,可能造成的直接经济损失超6000千万元。
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TV139.25
【部分图文】：

由于滑坡所处的地质条件和河道特征都不同，所以入水后激起的涌浪特征就不同。故本文选取了千将坪滑坡、新滩滑坡、鸡冠岭滑坡以及唐家溪滑坡 4 个典型的浅水区滑坡涌浪案例，分析其诱发机制、滑动过程以及涌浪特征，并总结归纳浅水区滑坡涌浪的特征，为室内物理模型试验的进行提供依据。2.1 千将坪滑坡千将坪滑坡位于湖北省宜昌市秭归县沙镇溪镇千将坪村，距三峡大坝坝址约43km，所处斜坡向东南倾斜，坡度自上而下为 35°~15°。接近河边地带又变陡。滑坡发育在侏罗系中—下统聂家山组碎屑岩中，岩性为中-厚层粉砂岩夹粉砂质泥岩、页岩，岩层倾向与斜坡坡向基本一致，上陡下缓，倾角 35°~15°，构成顺向坡。在三峡水库蓄水 135m水位高程 43 天后，2003 年 7 月 13 日 0 时 20 分，该滑坡发生大规模滑动，造成厂房摧毁、房屋倒塌、交通中断、青干河断流 7天等严重后果，经济损失惨重[51]。

积为 1542 万 m3。滑坡整体滑动后，两侧形成高陡的剪切型滑壁，后缘形成明显的岩层面滑壁。滑前前缘高程 94.7m，滑后前缘高程 170m 左右（反翘顶部），前缘宽 600m（包括影响区在内宽 800m），后缘高程 350~405m，后缘宽 380m，滑坡纵向长 1150m，包括影响区在内总面积约 68 万 m2。根据滑坡前缘入水宽度（约600m）与 135m 以下青干河河谷断面平均面积（4000m2）推算，滑坡入水方量约 240 万 m3，约占滑坡总体积的 1/9~1/8[52]。滑坡上部为厚 5~10 余米的残坡积粘土夹碎石，下部为碎裂岩体。滑坡大规模滑动前，前部仍见有横向条状隆起带。滑坡周边还形成不同程度的牵引变形区（带）。位于滑动区 EN 侧的牵引变形区最大，宽 200~300m，后缘边界高程 370~420m，总体呈 NWW 向展布。区内裂隙发育，走向以 NWW—EW 为主，缝宽 30~50cm，沿裂缝下座 60~80cm。初步估测滑坡水平位移 200 多米，垂直落差 100 余米。滑坡前缘仰冲至青干河对岸，堵塞青干河，形成“堆石坝”，该坝顶高程 149~178m，坝顶保留有河床砂砾石堆积[53]。

体的自重和下滑力，其结果必然导致潜在滑动面的强度降低而使滑坡体抗滑力降低。因此，集中降雨是诱发滑坡发生的主要因素。千将坪滑坡发生滑动后，滑坡堵塞并切断了青干河，形成一个高约149~178m，长约 300m 的滑坡坝。滑坡滑速约为 10~15m/s，滑坡前缘的青干河是蓄水河道，平均水深约 35m。千将坪滑坡体平均厚度为 35m，与河道平均水深接近，滑坡体快速入水后，所产生巨大的涌浪和爬坡浪对沙镇溪镇镇址下部造成强大的冲击，山林植被被局部破坏，数条停泊在码头的渔船被毁。根据两岸植被被水流冲刷痕迹的最大高度测量，滑坡体处涌浪高度为 39m；下游 1.2km处的青干河大桥附近涌浪高度 7.4m；下游 1.6km处的锣鼓洞河口涌浪高度 6m，在该河口的锣鼓洞口上游 1km 处仍有渔船被颠覆[54]。千将坪滑坡所形成的巨大涌浪导致 22 艘船舶翻沉，5 艘船舶断缆走锚，造成人员伤亡 14 人，失踪 10 人，近千人受灾，广播、输电、国防光缆等基础设施受到严重破坏，直接经济损失约 5735万元[55]。
【参考文献】

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本文编号：2878058