滑坡群涌浪和次生涌浪的传播特性及其对重力坝的动力响应分析

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fengliufeng
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近年来,基于试验和模拟,滑坡涌浪的研究进展较快:一部分学者涉及广泛的滑坡涌浪研究因素,包括滑坡体的因素、库区的因素等;一部分学者对滑坡涌浪内容的研究比较深入,包括涌浪前缘的形态变化、涌浪的传播形态等;也有其他学者通过不同因素来研究涌浪浪高以及爬高的变化规律,并拟合出浪高爬高的计算经验公式,对滑坡涌浪的预测作出了理论指导。而滑坡群涌浪以及次生涌浪具有更复杂的浪高和爬高传播规律,因此,研究滑坡群涌浪以及次生涌浪下浪高和爬高的变化规律以及对坝体的响应,对于库区的安全具有重要意义。本文首先根据ETSIN试验和缪吉伦试验通过FLUENT软件建立了二维溃坝模型以及三维水流与结构物相互作用模型,观察了水流溃坝的全过程,并绘制出不同时刻下的水面线。并通过对比模拟结果和试验结果,验证了二维和三维条件下FLUENT模拟滑坡涌浪的有效性。接下来,以某实际库区为依托,针对陡坡倾角和水深两个因素建立12种二维数值模型,通过控制变量法得到了库区陡坡倾角和水深两个因素下,浪高和爬高的数据,特别分析了库区陡坡倾角和不同水深下次生涌浪在右岸爬高高度随时间的变化规律。最后,分别将陡坡倾角概化为60°以及确定水深为80m,采用双向流固耦合方法建立单滑坡体和滑坡群三个三维滑坡模型,研究单滑坡体和滑坡群涌浪中最大浪高、对岸涌浪爬高、坝前水位壅高的产生和传播差异,以及正向涌浪在传播过程中对下游坝体的动力响应分析,重点分析了滑坡群涌浪中第二个滑坡体以不同时间间隔滑入水中后,涌浪的浪高爬高、坝前水位壅高的传播特性以及涌浪对坝体的动力响应。模拟结果表明:(1)在相同水深不同倾角下,最大浪高随着库岸倾角的增加呈现出先增加后减小再增加的现象,60°库岸倾角和65°库岸倾角为最大浪高变化的两个拐点,这是由于滑坡体宽度和库岸倾角的原因造成了65°倾角下的最大浪高高度却出现了显著降低,其形成的时间也出现了滞后的现象;首次最大爬高高度以及二次最大爬高高度出现的规律与最大浪高高度一致且都在65°倾角下对应的爬高特征高度出现了降低的现象;首次最小回落高度随着倾角的增加呈现出逐渐增加的趋势。说明,当水深一定时,不同库岸倾角对于最大浪高以及爬高特征有着显著的影响。(2)在相同库岸倾角不同水深的工况下,无论哪种倾角,滑坡体下滑入水后,80m和100m工况下浪高的产生以及传播过程几乎一致,两者最大浪高高度的差值也相差较小。而80m水深工况下的首次最大爬高高度、首次最小回落高度以及二次最大爬高高度普遍较高。从各个涌浪特征点的形成时间来看,80m水深下的各个涌浪特征点形成时间都较为提前,说明80m水深工况下的涌浪危害系数更高。(3)单滑坡体涌浪的传播规律较为简单:其产生的浪高形成最大浪高后逐渐衰减;对岸爬高首次达到最大爬高高度后也逐渐衰减;对于正向涌浪传播到坝前形成的水位壅高,坝体右坝肩、坝顶中心处、坝体左坝肩三个位置的第一次坝前水位壅高高度最大,随后逐渐衰减,而相对于三个位置的第一次坝前水位壅高高度,坝体右坝肩的水位壅高高度最高,坝顶中心处以及坝体左坝肩位置的水位壅高高度几乎一致。坝体的动力响应方面:由涌浪第一次引起的坝体位移应力值最大,而后其峰值逐渐降低。(4)滑坡群涌浪的传播过程更为复杂:由于第二个滑坡体的下滑入水,其产生的第二次最大浪高高度更高;涌浪沿着对岸传播中,第二次爬高高度比第一次爬高高度更高,随后逐渐衰减;对于正向涌浪传播到坝前形成的水位壅高,坝体右坝肩位置的第二次坝前水位壅高高度最大,随后逐渐衰减,且相对于三个位置的第一次和第二次坝前水位壅高高度,坝体右坝肩的水位壅高高度最高,坝顶中心处以及坝体左坝肩位置的水位壅高高度几乎一致;坝体的动力响应方面也较为复杂:由涌浪对坝体的作用主导的坝体的位移应力波动中,第二个滑坡体在8s时刻下滑,随着涌浪的推移,工况二下坝体位移应力在10s-18s出现的波动比工况三较大;当第二个滑坡体在18s时刻下滑,工况三下由涌浪引起的第二次坝体位移应力的最值均大于第一次的坝体位移应力最值。可见,滑坡群涌浪对坝体的位移、应力更为不利。
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