土石坝溃决溃口数值模拟与溃坝虚拟现实技术研究

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1、分类号密级＾ＵＤＣ编号中？水剩水电科＃而ｔ究院＿学位论文土石坝溃决溃口数值模拟与溃坝虚拟现实技术研究学位类别工学硕士学科专业岩土工程作者姓名王乃欣指导教师陈袓煜院士中国北京二〇＿八年五月分类号密级ＵＤＣ编号十？水劍水电新＃Ｍ究院学位论文土石坝溃决溃口数值模拟与溃坝虚拟现实技术研究学位类别工学硕士学科专业岩土工程作者姓名王乃欣指导教师陈祖煜院士中国北京二〇一八年五月ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＭｏｄｅｌｉｎＬａｔｅｒａｌＥｎｌａｒｅｍｅｎｔｉｎＤ

2、ａｍｇｇＢｒｅａｃｈａｎｄＶｉｒｔｕａｌＲｅａｌｉｔｙｅｃｈｎｏｌｏｏｆＥａｒｔｈＤａｍＴｇｙＤｅｒｅｅ：ＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇｇＭａｊｏｒ：ＧｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣａｎｄｉｄａｔｅ：ＷａｎｇＮａｉｘｉｎＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ａｃａｄｅｍｉｃｉａｎ．ＣｈｅｎＺｕｙｕＭａ２０１８ｙＣｈｉｎａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈ（ＩＷＨＲ）ＢｅｉｉｎＣｈｉｎａｊｇ，独创性声明

3、关于学位论文的独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中己经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人己经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国水利水电科学研究院或其它教育机构的学位或证书等而使用过的材料。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名：论文指导老师签名：论文题目：土石坝溃决渍口数值模拟与溃坝虚拟现实技术研究作者姓名：王乃欣指导老师：陈祖煜院士摘要土石坝因其就地取材、结构简单、施工简

4、单等特点而被广泛使用。在我国，土石坝的数量占大坝总数量的９５％，土石坝在发挥重要作用的同时，也存在潜在的安全隐患。土石坝一旦溃决，将会对下游造成严重打击，威胁着人民生产生活安全。溃坝问题主要包括三个方面：溃决洪水、溃口发展、洪水演进。其中溃口发展影响着溃坝洪水的计算进而影响洪水演进计算。现有的溃口数值模拟方法多用直线滑面的楔形体稳定分析法模拟，其结果与真实溃坝现象相差较大。此外，当土石坝面临溃决时，直观的向政府决策者展示可能溃坝灾害状况将影响着决策的效率，可目前三维溃坝虚拟现实研究较少。本文针对土石坝溃决溃口模拟和溃坝虚拟现实问

5、题进行了研宄，主要研究内容如下：（１）采用圆弧滑面稳定分析方法模拟土石坝溃口横向扩展。并针对此问题开发基ＸＣＥＬ－于ＥＶＢＡ的边坡稳定程序ＤＢＳＩＷＨＲ，该程序能计算指定圆弧滑面的安全系数，并提供枚举法、单纯形法两种方法完成临界滑裂面的搜索。为工程人员快速计算土石坝溃口横向扩展过程提供技术支持；（２）针对无地形资料的小流域土石坝，采用固定翼无人机对小流域进行航拍，获得Ｍ高程数据和正－Ｒ高精度的ＤＥ射投影图像。以高精度地形资料为基础，利用ＤＢＩＷＨ一结果作为边界条件输入到Ｍ模型计算溃坝溃口洪水流量过程线，将这ＩＫＥ２１模型，计

6、算下游洪水演进过程。最后，将ＭＩＫＥ２１的计算结果导入到Ａｒｃｇｉｓ平台，在Ａｒｃｇｉｓ平台上可直观地观测洪水淹没范围，为土石坝的管理和安、水深等数据随时间的变化情况全防护提供技术支持；（３）利用３ｄｓＭａｘ、Ｒｅａｌｆｌｏｗ、Ｒａｙｆｉｒｅ等虚拟现实软件将精确的三维地面模型、城市街道、建筑物等融合，，再现土石坝实地情形在虚拟场景中表现了溃口的发展、边坡的坍塌、以及溃决洪水的演进，实现了溃坝过程虚拟现实；（４）开发基于Ｊａｖａ和Ｕｎｉｔｙ３ｄ的三维场景漫游管理系统，实现对坝区房屋的有效管理，并提供坝区虚拟场景的漫游功能。－

7、关键词：溃现，ＤＢＳＩＷＨＲ，洪水演进，虚拟现实，无人机ＡｂｓｔｒａｃｔＥａｒｔｈｄａｍｓａｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｄｕｅｔｏｔｈｅｉｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌｏｃａｌｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｓｉｍｌｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．ＩｎＣｈｉｎａｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｅａｒｔｈｄａｍｓａｃｃｏｕｎｔｓｆｏｒ９５％ｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｐ，ｎｕｍｂｅｒｏｆｄａｍｓ．Ｗｈｉｌｅｅａｒｔｈｄａｍｓｌａａｎｉｍｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｔｈｅｒｅ

8、ａｒｅａｌｓｏｏｔｅｎｔｉａｌｓａｆｅｔｈａｚａｒｄｓ．，