土石坝漫顶溃决机理模型及数值模拟方法研究

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1、中文图书分类号：TV641.1密级：公开UDC：624学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：土石坝漫顶溃决机理模型及数值模拟方法研究论文作者：陈淑婧学科：土木工程指导教师：王秋生副教授论文提交日期:2015-6-26UDC：624学校代码：10005中文图书分类号：U455.44学号：S201204053密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：土石坝漫顶溃决机理模型及数值模拟方法研究英文题目：RESEARCHONTHEMECHANISMANDMODE

2、LINGOFEMBANKMENTDAMBREAKDUETOOVERTOPPING论文作者：陈淑婧学科：土木工程研究方向：岩土工程申请学位：工学硕士指导教师：王秋生副教授所在单位：建筑工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对

3、本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：陈淑婧日期：2015-7-1关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：陈淑婧导师签名：王秋生日期：2015-7-1摘要摘要土石坝是当前水库大坝的主要坝型，历史上曾发生多起严重的溃坝事故，其中漫顶溃坝是土石坝破坏的重要形式，当前对土

4、石坝漫顶溃坝的理论研究和计算方法还不成熟。本文分析了土石坝漫顶溃坝模型的主要组成模块；总结了17种基于物理机制的一维溃坝模型，详细介绍了BREACH模型、DAMBRK模型、MIKE11DB模型的基本原理；参与完成了一种溃坝计算的改进模型——IWHR模型，在此模型基础上，应用MATLAB编写溃坝程序，研究了三类典型冲蚀公式在溃坝计算中的适用性，包括基于试验的Meyer-Peter&Muller推移质公式、基于能量的Engelund-Hansen推移质公式以及基于经验和试验的双曲线型冲蚀公式；应用唐家

5、山堰塞坝漫顶溃坝资料以及IMAPCT项目中现场漫顶试验的资料，使用四种溃坝模型进行数值计算，分析溃坝模型的适用性，并对模型参数做了敏感性分析，为模型的使用和参数的选取提供了参考；在上述数值计算基础上，探讨了一种基于风险势能和坝体材料性质判断堰塞坝风险等级的方法。得到的主要结论如下：(1)IWHRDB模型和BREACH模型的计算结果偏保守，峰值流量误差分别为17%和15%，MIKE11DB模型计算流量偏小。(2)对于堰塞体材料以及级配均匀的砂土坝，基于试验资料得到的Meyer-Peter&Mulle

6、r公式的计算值偏小；基于能量Engelund-Hansen公式的计算冲刷率大，溃口发展快，峰值流量偏大；双曲线公式相比两类公式计算相对准确；对于黏土坝，三类公式计算结果均不理想。(3)下游坡度、不均匀系数和孔隙率对BREACH模型的影响较大，黏聚力和内摩擦角对模拟结果影响较小；孔隙率、溃口初始宽度和上、下游坡比是影响MIKE11DB模型的主要参数。(4)IWHRDB模型计算中，冲刷侵蚀系数是影响溃坝计算的最主要参数。(5)所提出的应用风险势能量化表证土石坝溃坝风险的方法可以较切合实际的对堰塞坝风险

7、等级进行划分。关键词：土石坝；漫顶溃坝；数值模型；敏感性；风险等级IABSTRACTABSTRACTTheembankmentdamisthemaindaminreservoirdam，Therearemanyseriousdambreakaccidentsinhistory,andthebreakduestoovertoppingistheimportantform.Atpresent,thetheoreticalresearchandcalculationmethodofthedambreak

8、isnotmature.Thispaperanalyzesthemainmodulesoftheembankmentdambreakmodel,summarizes17kindsofphysically-basedmodel,andintroducesthebasicprincipleofBREACHmodel,MIKE11DBmodelandDAMBRKmodel；Thenputsforwardaimprovedmodel——IWHRDBmodel,Forthefurtherre