资源描述：
《土石坝溃口发展模式研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、中国防汛抗旱2007年增刊(2007年12月)土石坝溃口发展模式研究徐耀张利民(香港科技大学土木工程系,香港999077)=摘要>土石坝不仅在数量上在世界范围内一直居于首位,也是历史最为悠久的一种坝型。由于其建坝数量最多,土石坝的溃坝数量也是远远多于其他坝型。本文在国外溃坝案例数据库基础上,结合相关领域研究成果方面的调研,对土石坝溃口发展模式进行了综合分析归纳。漫坝和渗透破坏是土石坝的主要溃因,所以本文主要针对由这两类溃因导致的大坝溃决过程进行分析,并提出对应的大坝溃口形成和发展的模式。=关键词>土石坝;漫坝;渗透破坏;溃口溃因导致的大坝溃决过程进行分析
2、,提出对应的一、前言大坝溃口形成和发展的概化模式。土石坝不仅在数量上在世界范围内一直居于表1土石坝溃因分布首位,也是历史最为悠久的一种坝型。由于土石溃因案例数目百分比(%)坝建坝数量最多,其溃坝数量也远多于其他坝型。[1]漫坝4374110在笔者建立的国外溃坝案例数据库中,一共收质量问题4424115集了1609个溃坝案例,其中土石坝溃坝案例达1065个,占66%。土石坝按坝型可进一步分为均灾害48415质土坝、心(斜)墙坝、混合坝以及混凝土面板管理不当9018坝。在中小型土石坝中又以均质土坝应用最为广其他6016泛。在上述国外溃坝数据库已知坝型的129
3、个土石不详1231116坝溃坝案例中,均质土坝有61个,占到47%。总计106510010本文在国外溃坝案例数据库的基础上,对土石坝溃决的主要原因进行了分析归纳。针对各个表2土石坝质量问题溃因细项分布主要溃因,结合相关领域研究成果方面的调研,溃因细项案例数目百分比(%)对土石坝溃决过程进行分析,并提出对应的大坝渗透破坏2846413溃口形成和发展的模式。坝体/基础结构破坏681514二、土石坝溃因分析溢洪道质量问题31710其他附属结构质量问题7116国外溃坝案例数据库收集了来自美国、印度、不详521117英国、澳大利亚等50多个国家的共1600多个溃坝
4、案例,涵盖了土石坝、堆石坝、混凝土坝、浆砌总计44210010石坝等多种典型坝型。针对土石坝,按溃坝原因统计(见表1),漫坝和质量问题是主要的溃决原三、漫坝因,两者共占到超过80%。在质量问题中,又有64%的溃坝是由于渗透破坏而导致的(见表2)。漫坝失事一般是由于泄洪能力不足或洪水超所以,漫坝和渗透破坏是土石坝溃决的主要技术过设防标准而导致大坝漫顶进而发展为溃坝。洪原因。本文将根据溃坝案例资料,针对由这两类水漫顶时,由水流产生的剪应力和对土颗粒的拉18中国防汛抗旱2007年增刊(2007年12月)拽力作用在坝体下游表面。当剪应力超过某薄弱心墙)和黏性土石
5、坝具有不同的溃口形成和发展的处的抗蚀临界值时从而启动侵蚀过程。侵蚀严重模式。砂性土石坝的溃口形成和发展犹如一片一片程度取决于两个基本因素:漫顶水流持续时间和地平削坝体,侵蚀面逐渐平整,/倒梯形0溃口逐坝体自身设计及坝工材料性质。WahlT1L1提出了渐增大(见图1)。黏性土石坝的溃口形成和发展犹侵蚀过程可以分为两个重要阶段:溃口形成阶段如一片一片地竖削坝体,侵蚀面逐渐从下游面过渡[2]和溃口发展阶段。溃口形成阶段起始于水流开到上游面,/倒梯形0溃口逐渐增大(见图2)。始漫顶,侵蚀从坝体下游面逐渐扩展到坝顶上游心墙砂性土石坝的溃口形成和发展模式可以面时终止
6、;溃口发展阶段起始于坝体上游面被侵参照黏性土石坝。但是对于斜心墙坝而言,与心蚀,之后溃口往深度和两侧发展,直到侵蚀过程墙坝有一点区别,体现在下游土体对斜心墙有支结束,溃口形状固定(见图1、图2,以中间点区撑作用。从坝体下游面逐渐侵蚀到斜心墙时,由分两阶段)。FroehlichD1C1认为溃口发展阶段起于下游土体侵蚀而缺少支撑,斜心墙会产生结构始于溃口急剧增大时刻,结束于溃口侧向侵蚀停破坏,与心墙坝相比,侵蚀速度更快。止;而大坝溃决时间可认为是溃口形成时间和溃美国学者HansonG1J1等人用模型试验研究了[3][4]口发展时间之和。黏性土石坝的溃口形成和
7、发展过程(见封三图3)。土石坝模型高213m,宽713m,上下游坝坡坡率都为1B3。溃口形成阶段从下游面坝址[图3(a)],侵蚀开始,逐渐过渡到上游面坝顶[图3(d)],历时31分钟。溃口发展阶段历时20分钟,其中溃口在发展前期[图3(e)]往深度和两侧发展;而到发展后期[图3(f)]主要往两侧发展,深度则基本保持不变,直到溃口形状固定为止。根据FroehlichD1C1提出的定义,此试验大坝的溃决时间即为51分钟。四、渗透破坏渗透破坏是指由集中渗流引起的渗透变形使渗图1(a)黏性土石坝漫顶侵蚀破坏过程图;(b)对应溃口流通道不断扩大(可能坍塌),无法控
8、制而最终溃形成和发展图(溃口形成阶段1~2;溃口发展阶段3~7)坝。渗透变形主要
