土石坝溃决机理及数值模拟

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1、南京水利科学研究院博士学位论文摘要本文基于国内外溃决土石坝的调查分析、室内以及现场溃坝试验研究资料，钊‘对土石坝溃决机理、溃臼发展与溃U流量过程进行了较为深入的研究，取得了以下创新成果：(1)通过对国内外多座溃决土石坝案例的调查分析，总结得出了土石坝溃决的主要破坏模式、溃决原因、溃决位置以及溃U发展的一般规律。(2)提出了一个描述土石坝漫顶溃决破坏溃口发展与溃口洪水流量过程的数值模型。该模型采用高速水流泥沙输移公式来计算溃坝水流对溃U纵横向的连续冲蚀；采用溃L]边坡稳定性分析来模拟边坡失稳坍塌所引起的间歇性横向扩展；通过楔块体力的平衡计算来模

2、拟坝体突发性崩塌所引起的溃口增大现象；通过下游坝体冲槽和坝项溃口流量平衡来建立两者发展过程的相互联系。与国内外已有的数值模型相比，可更为全面合理反映土石坝漫顶破坏机理及溃口发展与溃口洪水流量过程。(3)分别提出了因坝基和坝体管涌所导致的土石坝溃决破坏的溃口发展与溃口洪水流量过程的数值模型。该模型通过对可动颗粒受力情况的分析，推导出可动颗粒的临界水力梯度和管涌发展过程中土体孔隙率的变化；采用水流运动能量方程推导出管涌发展过程中管涌通道流量和流速的发展变化过程，给出了管涌通道流量的计算方法，利用孔流转化为堰流的控制条件，并考虑了溃口的崩塌情况，确

3、定管涌过程中的流量过程线。与国内外已有的数值模型相比，该模型能合理反映管涌破坏时管涌通道巾流量、流速与土体孔隙率的变化关系，可同时考虑筑坝材料的颗粒级配和密实度对管涌破坏土石坝溃【J发展规律影响，从而使得溃口洪水流量过程数值模拟结果更为符合实际。(4)研究提出了分别求解土石坝漫顶、管涌溃决破坏溃口发展与溃口洪水流量过程数值模型的数值计算方法，编制了相应的计算机程序，并应用于国内外4座已溃决且具有较为完整实测资料的典型土石坝溃口发展与溃口洪水流量过程计算分析，验证了本文建议模型的合理性。从而为科学合理评估土石坝溃决致灾后果，制定溃坝洪水防洪应急

4、预案提供了新的有效手段。南京水利科学研究院博士学位论文关键词：土石坝，漫顶破坏，管涌破坏，溃口发展过程，数值模拟Ⅱ南京水利科学研究院博士学位论文ABSTRACTInthispaper，basedonthesurveydataofthebrokenearth-rockdamsinChinaandabroadandmodeltestsresults，thefailuremechanism，theprocessofbreakdevelopmentandthedischargehydrographofearth-rockdamsareanalyzed

5、．Themainconclusionsareasfollows：(1)Basedonthesurveydataofthebrokenearth—rockdamsinChinaandabroad，thegeneralruleofmainfailuremode，failurecausation，failurelocationandtheprocessofbreachdevelopmentaresummarized．(2)Anumericalmodelwhichdescribestheprocessofbreachdevelopmentanddis

6、chargehydrographofearth-rockdamsduetoovertoppingfailureisputforward．Themodelhasthefollowingcharacteristics：thesedimenttransportformulaofhigh-velocityflowconsideringthephysicalandmechanicalpropertiesofthedammaterialisusedtocalculatethebreak—inducedflowimpactonthelongitudinal

7、andtransversalexpansionofthebreak；thebreakslopestabilityanalysisisusedtosimulatethelaterintermittentexpansionofbreakcausedbysuddendamcollapse；thebalancebetweentheflowdischargethroughdownstreamnotchingandthatthroughdamtopbreakisusedtoestablishtheirmutualrelationship．Comparin

8、gthismodelwitIlotherexistingmodelsshowsthatthismodelgivesmorerationalconsideration