粘性土坝漫顶溃坝数值模型研究

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1、分类号TV3密级公开UDC626硕士学位论文粘性土坝漫顶溃坝数值模型研究学位申请人：姚朗学科专业：水工结构工程指导教师：郭红民教授二〇一一年五月ADissertationSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringStudyonNumericalModelofClayeySoilDamBreak duetoOvertoppingGraduateStudent:YaoLangMajor:HydraulicStructureEngineering

2、Supervisor:Prof.GuoHongminChinaThreeGorgesUniversityYichang,443002,P.R.ChinaMay,2011三峡大学硕士学位论文三峡大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名：日期：I三峡大学硕士学位论文内容摘要水库大坝

3、的修建为人类带来了巨大的经济和社会效益，如防洪、发电、灌溉等，然而一旦溃坝将产生巨大的危害。虽然现今建坝技术不断提高，但溃坝事故仍然难以避免。根据国内外溃坝统计数据分析，土石坝漫顶溃坝是溃坝事故中最普遍的情况，而由于中国土石坝建设历史影响，使中国溃坝率远大于世界溃坝率的平均值。为了建立溃坝灾害预警体制，降低溃坝洪水灾害，需进行溃坝洪水的研究，其中溃口水流的研究是洪水演进研究的前提与基础。国内外已经进行了一系列土石坝漫顶溃坝机理研究的现场或室内试验，但由于物理模型试验的经费高、时间长等缺陷，不利于普遍应用，因此，建立基于溃坝机理的数值模拟方法研

4、究土石坝漫顶溃坝时的溃口水流具有重要意义。由于粘性土坝在土石坝中的重要性及其溃坝过程的特殊性，使得对粘性土坝的漫顶溃坝数值模型的研究显得尤为重要。论文的主要研究内容如下：（1）总结分析现今粘性土坝漫顶溃坝物理模型试验的观测结果，确定粘性土坝漫顶溃坝机理并假定模型计算中溃口的发展过程。基于以上溃坝机理并在BREACH和BEED溃坝数值模型基础上建立粘性土坝漫顶溃坝数值模型。对于溃口发展过程数值模拟部分，该模型选择了适用于坡度较大情况的Smart泥沙输移公式，可以更加准确模拟坝体下游坡面冲槽的纵横向连续冲刷；借鉴Darby粘性河岸稳定分析方法判定

5、溃口边坡是否发生失稳坍塌，并模拟其间歇性溃口增大现象，可以更加准确模拟粘性土坝溃决过程中的边坡间歇性坍塌现象。对于溃坝流量过程数值模拟部分，采用宽顶堰公式计算溃口流量；假设冲槽中的水流为准稳态均匀流，运用曼宁公式计算冲槽中的水深，并判断冲槽水深对溃口流量的影响作用；根据水量平衡确定水位变化过程。（2）利用国内外三座已溃粘性土坝实例（板桥土坝、石漫滩土坝、南福克土坝）的实测数据验证数值模型的可靠性，粘性土坝漫顶溃坝数值模型计算的结果与实测资料基本相符合，证明数值模型是可靠有效的。（3）假设河北省车道沟水库土坝在遇到500年一遇洪水时可能发生漫顶

6、溃坝，计算得到相应的溃口变化过程、上游水位变化过程及溃坝流量过程，为溃坝洪水向下游演进、对下游的危害及防洪紧急预案的建立提供可靠有效的数据基础。关键词：粘性土坝漫顶溃口数值模拟II三峡大学硕士学位论文AbstractThedamsbringtremendouseconomicandsocialbenefitstohuman,suchasfloodprevention,powergeneration,irrigationandsoon.Howerer,thedam-breakwillleadtoaenormousdisaster.Althoug

7、hthecurrentdamconstructiontechnologycontinuesimproving,thedam-breakaccidentisstilldifficulttoavoid.Accordingtointernationaldam-breakaccidentsstatisticaldata,overtoppingisthemostcommonsituations.Andasdam-buildinghistoryinChina,thedamfailureratesaremuchhigherthanaverageratein

8、theworld.Inordertobuildadisasterwarningsystem,dam-breakfloodneedtoberesearched.The