堤坝溃口演化过程数值模拟研究

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1、中国地质大学（北京）硕士学位论文•‘•••、-•徵！；/;.入.••/*Jy^:,[考，.w；^,.Wkiy'/VAiV•'•••：,‘：、.。v、、•'.V•j•••…{；',成街二：,-：八•.y“‘(}%L/W,h.-•>-•/JJF.•V^'IJj，•it‘J、矣‘i.4^f»、：J泰堤坝溃口演化过程数值模拟研究’、身_J号：2102120034碟_专业：^

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4、人声明所呈交的论文是我个人在导师指导卜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宂成果，也不包含为获得中国地质大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的村料。与我一同工作的同志对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丫谢意。关于论文使用授权的说明本人完全了解中国地质大学有关保留、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，可以釆用影印、缩印或其他复制手段保存论文。C公幵•保密（

5、—年）（保密的论文在解密后应遵守此规定)分类号密级中国地质大学（北京）硕士学位论文堤坝溃口演化过程数值模拟研究学号：2102120034研究生：郭非凡专业：地质工程研究方向：地质灾害与地质环境评价指导教师：张彬副教授介玉新教授企业导师：路刚高级工程师2015年5月ADissertationSubmittedtoChinaUniversityofGeosciencesforMasterDegreeNumericalsimulationoftheevolutionofthedyke-dambreachMasterCandidate:

6、GuoFeifanMajor:GeotechnicalEngineeringStudyOrientation:GeotechnicalEngineeringInformationSystemandNumercialSimulationDissertationSupervisor:AssociateProfessor.ZhangBinProfessor.JieYuxinSeniorEngineer.LuGangMay,2015摘要在水利事业迅猛发展的今天，我国已在全国范围内修建了大量的人工堤坝，它们作为国家社会经济发展的基础，给我

7、们带来了巨大效益；然而，由于许多大坝历时较久、管理不当等原因，都存在着潜在溃坝的危险。天然河道由于地震、滑坡、泥石流等原因形成的堰塞坝，其自然堆积而成的坝体材料相对于人工堤坝更不稳定，因此更易发生溃坝事故。溃坝事故在短时间内向下游倾泻大量的土石、水流，一旦发生会产生毁灭性的灾难。因此进行溃坝方向的研究，预测其溃口形状及溃口水流量的演化过程是十分有必要的。现有堤坝溃口模型大都借鉴水力学的经验关系估算溃口最终尺寸以及溃口泄流量，而本文则考虑堤坝溃口演化的物理机理，建立堤坝溃口演变模型，在已有溃坝模型的基础上进行计算方法、参数选取等方

8、面的优化，进而模拟堤坝溃口的演化过程。论文主要工作及成果如下：（1）在土石坝溃坝BREACH模型基础上，引入清水冲刷情况下推导的河道非平衡非饱和冲刷率公式计算纵向及侧向侵蚀，同时引入基于能量平衡原理和刚体极限平衡法的边坡稳定公式计算溃口间歇性横向扩展，建立改进后的溃口发展模型。（2）采用DELPHI编程语言建立数值模型，并应用到Teton坝的溃坝模拟中，计算结果合理复演了溃坝泄流的峰现时间、洪峰流量和泄流过程线，最终溃口尺寸也与观测值较好符合，验证了模型的合理性和适用性。（3）将模型应用于唐家山堰塞坝的溃坝溃口演化过程，计算结果

9、与实测数据中溃口形状及溃口水流量演化过程比较吻合。然后对比分析了孔隙率、内摩擦角等几个重要模型参数的敏感性；（4）将模型应用于尾矿库溃坝模拟，模拟洪水漫顶极端情况下尾矿坝的溃口演化过程，并对比分析分别选取水流参数或泥流参数时各自对模拟结果的影响。计算结果证明尾矿库坝模拟应该针对尾矿流的相关特性，从而更合理地应用到尾矿库溃坝模拟中。关键词：溃坝,溃口发展，BREACH模型，数值模拟AbstractWiththerapiddevelopmentofhydraulicengineeringinthisera,Chinahasbuilt

10、alargenumberofdamsinthewholeterritory.Asthebasisofnationaleconomicandsocialdevelopment,theybringlotsofbenefitstous.However,forthere