土石坝漫顶逐渐溃坝模型的建立及应用_邓昌奇

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1、第02期（总第369期）吉林水利2013年02月［文章编号］1009-2846(2013)02-0036-03土石坝漫顶逐渐溃坝模型的建立及应用邓昌奇1,22，杨晓燕（1．武警水电部队第三总队，四川成都610036；2．四川大学水电学院，四川成都610065）［摘要］本文根据漫顶溃坝的机理和过程，利用堰流公式，结合水量平衡原理和溃口发展模式的假定建立漫顶逐渐溃坝计算模型，并将该模型应用于甘肃党河土坝溃坝实例计算，模拟结果与实际较为吻合，可应用于实际工程溃坝分析。［关键词］土石坝;溃坝;数值模拟［中图分类号］TV641［文献标识码］B位，成为了研究溃坝水流运动规律的主要手段。1引文发展至今，溃坝

2、洪水数值模拟的研究内容主要包括了：溃口发展数值模拟和溃坝洪水演进数值模溃坝是一种低概率、高危害的灾害。大坝一拟[3]。本文主要进行了土石坝溃口发展分析及漫旦发生溃决，就会造成大量的水体突然下泄，其顶逐渐溃坝模拟，为土石坝溃坝分析提供参考。产生的洪水会危及大坝下游地区人民的生命，对大坝下游的生态和环境造成难以缓解的破坏。因2土石坝溃口发展规律分析此，溃坝问题一直备受人们关注。在我国，根据1954年至2001年间的溃坝资根据关于多座典型的国内外已溃决土石坝的料统计[1]-4资料分析可得，溃口的发展存在着一定的规律：，大坝年平均溃坝率达到了8.761×10，且其中98％以上是土石坝。而国外年溃坝率，

3、据溃口的顶宽与底宽之比通常情况下为1.37—2.3，[2]而溃口的形状在很多情况下都是梯形；土石坝的Baecher等统计，自1900年以来，除去战争因素的影响，美国年平均溃坝率为2.0×10-4溃口最大流量与坝高与库容行了一种相互关系，，日本年平均溃坝率为0.4×10-4此外，它也是和入库流量是相关的。根据25座，世界年平均溃坝率为-4土石坝的溃坝的时间记录资料来看，其时间在2.0×10。显而易见，我国大坝年平均溃坝率高于世界年平均溃坝率。0.5—12h内，并且根据资料显示，溃决时间对于对于不同类型的大坝，溃坝模式的特点各有大多数土石坝来说是不大于3h的，溃坝时间同不同，其中混凝土坝的破坏过程

4、比较突然，对其时还与以下条件有关：土石坝的库容、坝高、筑模拟常按照最不利的瞬时溃坝考虑，模拟过程比坝材料性质、填筑工艺以及溃坝洪水的强度。研较简单，而土石坝的溃坝过程是一个逐渐溃坝的究资料显示：板桥水库、石漫滩水库以及Teton过程，洪水下泄持续的时间较长，且在所有的坝坝因为坝高较高、库容较大，所以溃决时间延续型中，土石坝的溃坝比率是最高的，故对土石坝较久，全部都是大于3h。同时资料分析也显示的溃坝过程研究有很大的现实意义。出，对于土石坝的溃口冲刷现象来讲，它具有较近年来由于数学模型理论的不断提高和发为一致的物理特征，而利用这一性质，可以对包展，其已经渐渐地代替了物理模型实验方法的地含相关参数

5、和过程的数值模型进行开发，以此来［收稿日期］2013-01-05［作者简介］邓昌奇（1986-），男，四川乐山人，本科，从事水利水电工程施工、设计工作。-36-吉林水利土石坝漫顶逐渐溃坝模型的建立及应用邓昌奇等2013年02月模拟溃口的发展过程。垂向下切深度Hc达到临界深度Hs时，溃口边坡发生间歇性失稳与坍塌。临界深度Hs可由下式求出[4]3逐渐溃坝模型：4CsinθkcosφHs=（k=1、2、3……）(2-4)3.1溃口的模拟γ[1-cos(θkcosφ)]溃坝水力学发展至今，已经开发了许多种不式中：C为土体凝聚力；φ为土体内摩擦角；同的数学模型。溃口模拟的主要模型有：θk为边坡与横向的夹

6、角，θk=∏/2-α。DAMBRK模型、HW模型、Lou模型、Nogueira假定溃口从坝顶某一点开始，在溃决历时范模型、BEED模型、Breach模型和Cristofano模型围Tf内，其增长速度是线性或非线性的。到达Tf等。时刻时，最终形成的溃口底宽为Bm，溃口底高程溃口模拟主要是指对溃口形状及其变化规律为hbm。的模拟。计算过程中，我们常常把溃口的形状进最终溃口的平均宽度B及Tf可以由下面的经行简化来方便计算，如简化为三角形、矩形、梯验公式计算：0.320.19形或抛物线型等等，若为前三种，其具体尺寸则B=0.1803K1VrHb(2-5)T=0.00245KV0.53H（－0.90）(

7、2-6)是由溃口底宽b、溃口边坡z，以及最终溃口高度f2rbh来决定，若将断面概化为抛物线形，其尺寸则式中：Hb为溃决水深，m；Vr为水库有效下泄库容，m3为修正系数，在漫顶造成的溃决是由断面曲线坐标方程来决定。溃口演变过程的；K1模拟有很多不同的方法，通常的做法是考虑水流时，取K=1。K2为修正系数，一般在1.0—（Hb+冲刷作用所引起的泥沙输运，结合溃口边坡坍塌15.3）/Hb之间变化。的因素