【摘 要】
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我国是世界堰塞体灾害发育最多的国家,绝大部分的堰塞体终将溃决,漫顶溃决是其溃决的最主要形式,开展堰塞体漫顶溃决研究对于堰塞体灾害应急抢险处置具有理论指导意义。物理模型试验是开展堰塞体漫顶溃决研究的重要手段,离心模型试验具有“时空压缩”特性,更是开展其漫顶溃决研究的有效方法。本文以金沙江“11·03”白格堰塞体为背景,基于中国水科院LXJ-4-450土工离心机试验平台,研发堰塞体漫顶溃决离心模型试验
【基金项目】
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国家重点研究计划项目课题“水动力型特大滑坡灾害链空间预测与灾害评估(2017YFC1501103)”专题“水动力型滑坡诱发的堰塞体溃决机理与洪水演进预测技术”;
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我国是世界堰塞体灾害发育最多的国家,绝大部分的堰塞体终将溃决,漫顶溃决是其溃决的最主要形式,开展堰塞体漫顶溃决研究对于堰塞体灾害应急抢险处置具有理论指导意义。物理模型试验是开展堰塞体漫顶溃决研究的重要手段,离心模型试验具有“时空压缩”特性,更是开展其漫顶溃决研究的有效方法。本文以金沙江“11·03”白格堰塞体为背景,基于中国水科院LXJ-4-450土工离心机试验平台,研发堰塞体漫顶溃决离心模型试验系统,根据溃坝离心模型试验相似准则建立物理模型,开展小比尺常重力场堰塞体漫顶溃决模型试验,无粘性土、带粘性土堰塞体漫顶溃决离心模型试验,研究了不同材料堰塞体漫顶溃决过程及特征,主要结论如下:(1)研制了堰塞体漫顶溃决专用离心模型试验箱,可维持试验过程中堰塞湖水位稳定,能更准确模拟大库容、高水位对溃决过程的影响,克服了入箱高速水流对试验的影响,基于量水堰遴选与率定试验,获得了三角形量水堰流量系数,为离心模型试验方案的确定奠定了基础,降低了离心模型试验的安全风险。(2)研发了离心机大流量供水及其控制系统。采用环形水箱承接外界补水,充分利用离心机高速旋转产生的巨大离心力驱动供水,在低离心加速度端设置多路岔管、环形水箱内布置传感器,结合环形水箱水面线方程,成功解决了离心机模型试验的大流量稳定供水及流量监测的难题,为开展需水离心模型试验提供了可能。基于中国水科院LXJ-4-450离心模型试验平台,结合漫顶溃决专用离心模型试验箱、大流量供排水系统、监测系统,构建了堰塞体漫顶溃决离心模型试验系统,大幅提升了模型应力水平,更为准确的模拟实际过程。(3)开展了小比尺常重力场堰塞体漫顶溃决模型试验,受缩尺效应影响,模型试验应力水平低,溃口扩展以水流冲蚀、陡坎溯源冲蚀为主,溃口断面呈深“U”形,难以准确模拟现场实际过程。(4)无粘性与带粘性堰塞体漫顶溃决离心模型试验,试验结果表明:离心试验溃决过程较小比尺模型试验更接近实际,漫顶水流的冲蚀是堰塞体漫顶溃决溃口下切的主要原因,土体的内聚力使溃口下切表现形式不同,无粘性土体表现为连续下切,带粘性土体表现为陡坎溯源侵蚀。溃口下切是导致溃口侧壁失稳进而横向扩展的主要诱因,土体间的内聚力是无粘性堰塞体与带粘性堰塞体溃口侧壁失稳、横向扩展方式不同的主要原因,无粘性堰塞体溃口侧壁为连续失稳的剪切破坏,带粘性堰塞体溃口侧壁为张拉破坏,侧壁失稳与横向扩展具有突然性。
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