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三峡水库自2003年开始蓄水以来, 库岸滑坡变形明显加剧, 滑坡变形不仅造成建筑物破坏, 高速滑坡滑入水库还会产生很大的涌浪, 其潜在的危害性远远超过滑坡本身.2003年7月13日发生在三峡库区的千将坪滑坡就是由水库蓄水诱发所致, 滑坡最高涌浪达到39 m, 在水库传播达30 km之远, 涌浪造成了人员伤亡与财产损失.为了更好地研究水库滑坡涌浪特征和传播规律, 以三峡库区重大科研项目为依托, 采用室内大型物理模拟实验手段, 对三峡库区滑坡涌浪开展了深入研究.通过对三峡库区已经开展勘探的潜在滑坡的地质资料进行统计分析, 按照正交试验设计方法, 制定了包含滑坡规模、入水速度、滑动面倾角、水深、岸坡坡角等综合影响因素的试验方案, 以三峡库区白水河滑坡上下游河道为原型, 建立了1∶200比例尺的河道物理模型, 采用试验控制系统、试验量测系统开展了滑坡涌浪三维物理模型试验.通过细致的物理模型实验, 得到了不同试验条件下的三峡库区滑坡涌浪物理模型实验观测数据.分析滑坡涌浪形态变化, 明确了滑坡最大首浪的含义.在此基础上, 以国内外经典的Noda和潘家铮提出的滑坡涌浪公式为基础, 基于试验量测数据, 提出了三峡库区滑坡涌浪计算公式.最后以三峡库区正在变形的白水河滑坡为例进行了滑坡涌浪预测研究, 预测了滑坡最大首浪高度和沿水库传播的涌浪衰减规律. 相似文献
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滑坡涌浪是入水滑坡引起的一种次生灾害,其致灾范围远大于滑坡的运动区域,准确预测其演化过程是防治这类灾害的关键。现有预测模型多将滑体简化为刚体,而实际滑坡多表现出流态运动的特征。为更合理地描述滑体和涌浪的耦合运动,将滑体视为流态物质,在此基础上推导了滑坡与水体耦合运动的控制方程,利用有限差分法对控制方程求解,建立了一种可模拟流动性滑坡涌浪演化过程的动力学模型。使用该模型对三峡库区的龚家方滑坡涌浪的演化过程进行模拟,将模拟所得河道纵截面处的最大浪高值与实测值进行对比,结果表明最大浪高值出现在滑坡的主滑动方向,且最大浪高沿纵截面两侧快速衰减,模拟结果与实测吻合。 相似文献
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滑坡涌浪灾害造成的伤亡和损失一般远超滑坡灾害本身,已引起广泛关注。针对该类灾害的预测评价一直是研究的难点,精细刻画滑坡涌浪运动特征和能量转化规律是解决问题的关键和前提。因此,以天然碎石模拟散粒体滑坡,建立缩尺的矩形水槽滑坡涌浪三维物理试验模型,研究滑坡体积、速度和水深对堆积体形态和涌浪特征的影响以及滑体与水体能量转化规律。研究结论包括：（1）滑体通过冲击、挤压和抬升水体形成涌浪的特征受滑体规模和形态影响显著;厚度大且速度快的滑体趋向产生非线性过渡波,厚度小且速度低的滑体一般产生非线性震荡波;（2）基于试验提出的体积效应和速度效应揭示了一定水深的涌浪规模与滑坡体积和速度呈正相关规律,水深效应则解释了一定波能的涌浪在波形和速度上的分布差异,结果表明浅水比深水工况涌浪高度平均高出67%、波速平均高出51.17%;(3)基于试验的数值反演总结了滑体势能与波能转化率为1.00%～3.07%,由于三维试验中滑体与水体在水平和环向的扩散造成更多能量耗散,相较二维试验转化率较低。通过探讨散粒体滑坡运动过程和首浪产生、传播及爬高特征,揭示滑体-水体能量转化基本规律,研究成果对滑坡涌浪防灾减灾工作具有一定... 相似文献
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库区崩塌落石以直接打击和涌浪的形式威胁航道安全。三维流体力学与固体力学耦合分析崩塌落石产生的涌浪是目前该领域的研究热点和未来发展方向。以三峡库区巫峡剪刀峰河道为例,利用Flow-3D首次建立了一个k-ε湍流模型和GMO碰撞模型的流固耦合模型,假定的落石体积为1.2×104 m3。流固耦合分析结果显示:运动物体在陆地斜坡上进行弹跳、翻滚、滑动;进入水体后,其运动受水体严重影响,运动物体将一部分能量传递给水体,能量传递率约为6.54%;水体获得了能量,最大涌浪达到10 m,但衰减很快,至河道中心线时浪高2.4 m,至对岸边浪高为0.89 m。根据涌浪高度大小进行了航道预警分区,建议将预警区北航道线南移350 m左右,航道内涌浪风险将大大降低,航道安全度得到提高。 相似文献
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黄河三峡库区的涌浪灾害风险不容忽视,经验公式是宜优先考虑的涌浪快捷评价方法.对黄河三峡焦家崖头2012年2月7日的黄土滑坡和涌浪进行调查,分析了黄土滑坡及涌浪的特征.采用9种涌浪经典计算公式,计算了涌浪的初始浪高、对岸爬高等特征参数.与调查结果对比表明,采用美国土木工程师协会推荐法、水科院算法、Huber and Hager模型和潘家铮算法获取的焦家崖头黄土滑坡诱发的涌浪特征参数均接近实际,其确定的校正系数分别为2.14、1.92、0.6和0.66,对比考虑安全性和经济性后推荐采用潘家铮算法预测黄河三峡的涌浪. 相似文献
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龚家方4号斜坡涌浪数值模拟分析 总被引：2，自引：0，他引：2
对于库区滑坡来说,不能只考虑滑坡体本身造成的灾害,还要考虑滑坡体引起的涌浪灾害,为了研究滑坡涌浪的传播、衰减规律,在Geo-wave软件的技术上,二次开发形成FAST软件。以三峡库区龚家方4号斜坡为研究对象,分别在175、156、145 m的库水位条件下,在长约23 km、宽约10.4 km的区域内进行涌浪数值模拟,获得涌浪传播模拟数据。经过模拟软件数据处理模块的计算分析,形成了分析涌浪传播规律的一系列图件。对不同水位下涌浪模拟的计算结果进行对比分析发现,随着库水位的下降,滑坡产生的最大涌浪值和在对岸的爬高值都有增长的趋势,但其对航道存在威胁的时间逐渐变短。模拟区各位置的最大波高空间分布形态具有中间内凹、两翼沿岸坡延伸的特征。涌浪传播的急剧衰减区基本分布在涌浪源附近1 km的范围内,涌浪源处的波高越大,单位距离内的涌浪下降高度也越大。由于涌浪在岸边有叠加、壅高现象,建议航道内船只经过地质灾害点附近时应沿江中心快速通行。 相似文献
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《岩土力学》2017,(4):1226-1232
采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法和离散单元法(DEM),并基于达西渗透试验原理,提出一种SPH-DEM耦合算法用于处理宏观尺度下离散体与流体之间的相互作用问题,并基于该流-固耦合方法采用FORTRAN语言建立滑坡涌浪数学模型。模拟了块体滑坡问题,并与试验数据进行对比以验证该耦合方法的有效性。模拟分析了离散体滑坡产生涌浪以及涌浪传播的过程,分析比较了数值模拟得到的最大涌浪高度与经验公式结果间的关系。研究表明:采用该耦合方法模拟水下块体滑坡问题得到的结果与试验数据吻合良好;模拟离散体滑坡涌浪问题时,较清晰地反映了滑坡体对水的排挤到涌浪的产生过程、水在滑坡体中的渗透过程和滑坡体与水耦合作用发生变形的过程;不同公式分析方法得到的最大涌浪高度之间均有一定差别,算例中滑坡体受重力作用沿倾斜坡面滑动入水过程更接近于潘家铮法的垂直运动模式,因此,模拟结果与之最为接近。 相似文献
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滑坡涌浪问题是近水滑坡灾害链上的一个重要的研究内容,长期以来一直是滑坡界、水电工程领域研究的难点和热点。特别是一些灾难性的滑坡涌浪事故的发生,使人们越来越认识到涌浪作为近水岸滑坡灾害链上的一个重要派生灾害。本文运用耦合的欧拉与拉格朗日(CEL)算法采用多种正交数值试验的方法研究了滑坡体形状、滑坡体前缘形态、滑坡体体积、滑面摩擦角及水面宽度等对滑坡涌浪的影响。通过研究发现:对于同体积的滑体而言,楔形体的滑体形成的涌浪最大,且楔形体的前缘角度越大形成的涌浪高度越高,这种影响在近场范围内影响更为显著; 滑坡体的体积对涌浪高度影响较大,随着体积的增加浪高呈现明显的增加趋势; 在相同条件下,滑面的摩擦系数越大所形成的涌浪高度越小; 由于受到阻挡作用,随着水面宽度的减小,涌浪高度呈现增高的趋势,尤其是涌浪爬坡高度有明显的增加。 相似文献
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在我国西南地区,以塔柱状危岩体崩塌为扰动源的涌浪次生灾害时有发生。涌浪特征与其扰动源的初始形状和破坏模式关系密切,塔柱状危岩体由下至上、空中崩解的破坏模式与颗粒柱体崩塌相似。区别于以往多试验采用的刚体材料和利用运动距离获得初始动力状态的涌浪试验,本研究设计并进行了不同高度和宽度的颗粒柱体在不同水深下自然崩塌的物理模型试验。运用PIV技术分析了颗粒体及水体的运动特征,按颗粒体与水体的相互作用关系将整个过程大致分为了3个阶段,并研究了颗粒柱体初始形态对试验结果的影响。结果表明,颗粒柱体崩塌后的残余体积受颗粒体初始形态影响较大,水深对其影响较小。涌浪产生早期,首浪位置与颗粒运动位置有着良好的对应关系;而后,两者的位置逐渐拉开。颗粒柱体高度越高,首浪最大波高出现时的位置与崩塌颗粒群前端位置的差值越大。这可能与流固相互作用后期水体流速大于颗粒流动速度有关。试验产生的涌浪大多具有完整波形,这与柱状颗粒体的散体性及其覆盖堆积特征对水体的作用呈不均匀性有关。涌浪传播过程中,水体在z方向上抬升幅度具有一定的渐变性。试验分析结果揭示了柱状危岩体引发涌浪的机制特点,为涌浪灾害防治提供了基础资料。 相似文献
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《华南地质与矿产》2017,(4)
千将坪滑坡是三峡库区支流浅水区滑坡产生涌浪的典型案例,但对大范围、长距离的水动力过程和涌浪灾害分析研究成果较少。基于浅水区滑坡涌浪物理实验的推导公式,更新了FAST涌浪计算系统,构建了相应的涌浪源数值模型,在已有的滑坡涌浪灾害快速评价系统程序中新构建了浅水区滑坡涌浪源数值模型,开展了千将坪滑坡涌浪研究。数值计算区域为18.6 km×11.8 km,包括千将坪滑坡附近的长江干流及支流。计算结果显示,千将坪滑坡产生的最大浪高为38.8 m,最大爬高为36.7 m。最大涌浪空间分布显示大于1 m涌浪的河道长约10.5 km,大于2m涌浪的河道长约9.3 km,大于3 m涌浪的河道长约8 km。大于1 m的波浪影响范围主要集中在青干河和锣鼓洞河,涌浪在河道中传播受地形影响而有快速衰减或放大效应。与多源数据对比表明,涌浪爬高数值相差为±2 m,相关性系数达0.97。建立的涌浪数值模型具有消耗计算资源少、计算速度快、计算结果精度较好等优点。基于水波动力学的浅水区滑坡涌浪源模型将可用于水库区支流或干流浅水区滑坡产生的涌浪问题研究,为大范围长距离滑坡涌浪灾害预测预警提供重要技术支撑。 相似文献
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滑坡涌浪是一个涉及滑坡动力学、岩土力学及流体力学等多学科的问题,也是一个复杂的流-固耦合问题。特别是随着大规模水电工程建设的推进,库岸滑坡的涌浪问题成为评价库区滑坡灾害效应的一个重要因素。耦合的欧拉与拉格朗日算法(CEL)在解决复杂流体-固体之间的相互作用时有强大的优势。本文根据前人所做的室内模型试验成果为基础,采用CEL算法进行了模拟和分析,结果表明CEL算法分析结果与试验结果吻合较好,证明了其在滑坡涌浪问题分析的可行性和可靠性。 相似文献
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水库库岸滑坡的运动过程分析及初始涌浪计算 总被引：9，自引：0，他引：9
从地面运动和水下运动2个阶段对水库库岸滑坡的受力特征进行了分析, 用牛顿定律和运动学基本原理求解滑坡地面运动的加速度和速度, 且把地面运动的末状态作为水下运动的初始状态, 用流场阻力公式和粘滞力公式求解滑坡水下运动的时间与速度, 并运用动量定理对其初始涌浪高度进行了计算.以三峡库区新滩滑坡为例, 采用条分方法, 计算出各条块入水速度、水下运动的时间及其激起的涌浪高度值, 得出了地面运动过程中滑坡速度值先增后减及水下运动过程中滑坡速度与时间呈反正切型关系的规律, 并认为涌浪高度变化与条块的高度变化具有较强的关联性. 相似文献
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《华南地质与矿产》2018,(4)
以棺木岭危岩为研究对象,在分析危岩体变形破坏的基础上,运用水波动力学模型进行危岩体在145 m、175 m水位条件下的滑坡涌浪模拟。结果显示:145 m条件下最大涌浪高度为24.2 m,最大爬高为19.9 m,1m以上涌浪高度的河道长约5.4 km;175 m条件下最大涌浪高度为23.3 m,最大爬高为14.5 m,1 m以上涌浪高度的河道长约6.6 km。在九畹溪河道上,涌浪的波高严重不均衡,下游涌浪强度明显高于上游。在长江河道上,涌浪波以九畹溪口为扰动点,向上下游衰减,衰减近似平缓。随着库水位的下降,危岩体形成的最大涌浪高度增大,而涌浪危害的范围逐渐减小。 相似文献
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本文从N-S方程出发,建立了二维滑坡涌浪控制方程,使用二维非定常分离隐式PISO算法求解方程。通过UDF(User-Defined Function)编程,采用动网格技术控制滑体的运动,结合RNGk-ε湍流模型并采用VOF方法跟踪非线性自由表面流场,基于流体计算软件FLUENT模拟滑体下滑所引起的水的速度、自由表面高度变化以及流动过程,并将数值计算结果与Monaghan和Kos的试验数据进行比较。算例表明:本模型能很好地模拟出滑体下滑过程中孤立波的产生和传播以及涡流的形成。在此基础上,本文还研究了滑体速度对水体自由表面变形的影响。 相似文献
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滑坡-涌浪灾害威胁沿河两岸居民生产生活安全和航道安全。当前尚缺乏同步提供流固两相运动矢量的相关物理试验分析系统,以深刻分析滑坡-涌浪产生机制。文章提出了基于流固两相识别的粒子图像测速（PIV）技术和试验实现方法。利用2560×1024像素的工业相机,该PIV技术可实现在3 m×1.5 m视窗下最小1.17 mm的空间分辨率和0.01 s内最小0.117 m/s的观测速度。同时,提出了与该系统方法有关的误差来源和克服相关问题的解决方法。利用相关硬件设施示范性构建了滑坡-涌浪两相运动观测平台,并编制了专门的解算软件。对三维柱体颗粒崩塌、二维柱体颗粒崩塌及其涌浪和水下崩塌-涌浪进行了展示性试验,取得了良好效果。该系统可以揭示广泛的岩土体及水体运动全过程,具有很好的应用前景;将为滑坡-涌浪及相关动力学领域研究提供强有力的研究工具。 相似文献
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三峡库区龙门寨危岩体崩塌产生涌浪研究 总被引：1，自引：1，他引：0
长江两岸高耸的危岩体对航道、沿岸居民带来巨大安全隐患。大宁河属于长江一级支流,龙门寨危岩体位于大宁河上,距离巫山县城仅1 km。利用FLOW-3D软件,模拟了145 m、175 m两种水位工况下龙门寨危岩体崩塌产生涌浪过程和涌浪传播过程。模拟结果表明,涌浪在145 m水位工况下最大浪高约为17.9 m,175 m水位工况下最大浪高约为11.6 m;在巫山县的五个码头处,两种水位工况最大涌浪爬高分别约为10.9 m、3.8 m;根据涌浪高度,对大宁河进行危险分区,145 m水位工况下极高危险区长度约4.4 km,很高危险区长度约1.9 km;175 m水位工况下极高危险区长度约3.0 km,很高危险区长度约1.0 km。研究结果有助于防控龙门寨危岩体潜在涌浪灾害危害,保障大宁河航道和巫山县码头安全,同时也为三峡库区滑坡涌浪灾害提供了预警依据。 相似文献
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柱状危岩体是三峡库区常见的一种典型地质灾害隐患,其崩塌产生涌浪给库区航运、旅游、生产生活以及人员财产造成巨大威胁和损害。文章基于野外柱状危岩体的成生及运动边界条件,开展了颗粒柱体崩塌产生涌浪的物理试验和数值模拟。结果表明:该数值模型能较好地模拟崩塌涌浪的形成过程、矢量信息以及与水体的相互作用;速度曲线定量地展示了能量的传递;物理试验和数值模拟涌浪高度偏差约3~4 cm;数值模拟堆积区堆积角比物理试验大5%;比前缘运动距离小7%。为柱状危岩体崩塌产生涌浪灾害的预测和预警提供了重要依据。 相似文献