三峡库区典型涉水滑坡涌浪预测分析

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三峡库区内滑坡涌浪灾害频发,对长江航道及岸坡建筑人员形成严重威胁。其中涉水滑坡在库区范围内广泛分布,涉水滑坡在滑体运动及激发涌浪等方面与陆上滑坡和水下滑坡均有所区别。在库水位调度下的淹没度变化影响着涉水滑坡涌浪特征,而国内外针对涉水滑坡激发涌浪的研究相对较少。因此本文通过概化二维水槽物理模型试验分析了散粒滑体在不同淹没度下滑体和水体运动及两相耦合特征,通过数值模拟研究了物理试验的存在的孔隙度及边界效应等,这可为了解涉水滑坡涌浪特性、进行涌浪预测及防治提供一定的参考,本文主要的研究内容及成果如下:(1)对三峡库区涉水滑坡进行了涉水程度及分布范围的统计分析,对典型涉水滑坡在库水位变动下的淹没度变化进行了分析并根据多年平均库水调度规律得到库区滑坡淹没度时间分布占比,得到了涉水滑坡分布及变化规律并以此建立了涉水滑坡概化模型。(2)开展了变淹没度下的二维水槽物理模型试验,实验结果表明滑面角度及颗粒本身休止角会显著影响颗粒体的运动及变形特征。在初始淹没度逐渐增加时,滑体速度及最大涌浪高度均有所降低且变化趋势为先快后慢。在滑体堆积方面,水深对滑体堆积距离的影响有限,滑动角度越大堆积距离越低。通过瞬时变化流场对涌浪产生过程的颗粒体及水体进行了分析,在低弗劳德数下产生的涌浪波型主要为过渡波,水质点运动轨迹呈椭圆形。在流固耦合方面,两者能量交换最为强烈时间段为涌浪产生初期,这在最大波高位置与颗粒位置的相对距离上有所体现,首浪产生后的半周期后颗粒体与水体交界处出现速度低值区,低值区的出现表明能量传递效率进一步降低。淹没度越高时最大波高形成越早,滑体启动越慢或速度越慢时最大波高越早出现。同时淹没度越高时颗粒-水体间的能量转换效率也就越低,整体能量转换效率分布在2%~22%范围内,最后根据实验无量纲参数拟合得到了考虑滑坡涉水程度的涌浪预测经验公式。(3)利用专业流体力学软件FLOW3D对不同淹没度下试验结果进行了反演验证,开展了不同边界条件下的数值模拟,结果表明侧限条件下进行二维水槽试验涌浪高度明显偏大且衰减速率减缓。以刚体多孔介质模型研究了孔隙度的影响,结果表明孔隙度增加减缓了滑体速度和减少了侵占水体体积,这导致涌浪波幅的降低。(4)对龚家方滑坡进行了考虑淹没度的涌浪最大波幅预测,结果表明水位变动下考虑淹没度变化的波高预测值变化幅度大于一般的涌浪波高预测值。对龚家方滑坡涌浪的全过程模拟验证了数值模拟方法的准确性,并根据模拟结果进行了考虑淹没度变化规律的涌浪危险性分析。
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