土坝漫顶冲蚀溃决过程和峰值流量试验研究.pdf

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1、第44卷第11期人民长江Vo1．44，No．112013年6月YangtzeRiverJune，2013文章编号：1001—4179(2013)11—0076—05土坝漫顶冲蚀溃决过程和峰值流量试验研究段文刚，周赤，杨金波(长江科学院水力学研究所，湖北武汉430010)摘要：为探索土坝漫顶冲蚀溃决过程与溃坝峰值流量的关系，采用室内系列水槽试验的技术手段，以无黏性宽级配砂砾料土坝为研究对象，研究洪水漫顶条件下坝体(1m高)冲蚀过程和渍口水力要素变化过程。试验表明，由于漫顶泄流方式、筑坝材料级配和密实度不同，土坝漫顶冲蚀过

2、程可分为逐层均匀冲蚀、全线漫顶冲蚀和陡坎瀑布状水流冲蚀3种；溃坝峰值流量与冲蚀过程密切相关，坝体溃决历时愈短，溃坝洪峰流量愈大；相同条件下，陡坎瀑布状水流冲蚀峰值流量较逐层均匀冲蚀增大约40％。关键词：溃决方式；冲蚀过程；陡坎冲蚀；逐层冲蚀；渍坝峰值流量；土坝中图法分类号：TV641．2文献标志码：A坝体冲蚀溃决方式是溃坝研究的一个重要方面，溃决方式决定着坝体的溃决历时、溃坝峰值流量及对下游的破坏程度。溃坝方式与坝型密切相关，突然溃决一般发生于混凝土重力坝或拱坝，逐渐溃决多发生于土石坝。由于漫顶泄流方式、筑坝材料级配及

3、其密实度等条件不同，土坝冲蚀溃决过程又有明显不同。图1试验水槽布置示意本文结合室内土石坝体漫顶溃决概化试验，试图对土坝冲蚀过程进行初步探索，并进一步揭示土坝冲蚀过程与溃坝峰值流量之间的关系。1试验布置与量测系统1．1试验布置试验水槽长25m，高1．2m，上游水库段宽6m，图2试验坝体剖面示意(单位：em)外、多手段)测试技术，测点布置和测试手段如下：①下游坝体断面宽2m(图1)。上游模拟一定容量的库适时水位。坝体上下游共布设4处，通过压力传感器容，水库最大容积约80m。和DASP采集系统记录其水位动态过程线。②溃口试验

4、坝体几何纵剖面如图2所示，坝高H=100流量。由上游水位一库容曲线推算得到。③溃口流cm，上游坝坡1：1．5，下游坝坡1：3，坝顶宽b=20cm，速。布设在引冲槽溃口部位，通过进口电磁流速仪动底宽B=470cm。态施测。④溃口形态。垂向冲蚀下切采用“埋人式轻1．2量测系统型冲蚀捕捉器”动态记录，横向扩展采用网格技术(坝试验量测系统采用全方位立体(上下游、坝体内体下游坡面绘制有20cm×40cm网格)，同时利用图收稿日期：2013—03—21基金项目：国家科技支撑计划课题(2009BAK56B03)；国家“973”计划课

5、题(2007CB71406)；中央级基本科研业务费项目(CKSF201IO14／SL)作者简介：段文刚，男，高级工程师，硕士，主要从事水力学和防洪减灾方面的研究工作。E—mail：ckydwg@163．tom第11期段文刚，等：土坝漫顶冲蚀溃决过程和峰值流量试验研究79水位快速回落，t=330s时库水位降为43．2m。随2．2溃坝峰值流量后，库水位和溃15流量缓慢回落，观测记录终止于t=(1)逐层均匀冲蚀。坝体逐层均匀冲蚀试验水位480S时，库水位降至29．4em，溃口流量为40L／s，略流量变化过程见图10。上游库水

6、位经缓慢抬升后达大于上游来流量，表明坝体冲蚀逐步趋于平稳。到最高值97．7cm(t=156s，引冲槽底高程92cm)，表明此瞬时溃口下泄流量刚好增至上游来流量307O0600L／s。之后溃口流量快速攀升，240s达到最大流量值5O0Q⋯=459L／s，表明库水位此刻下降最为剧烈，稍后三400下游水位达到最大值。随后，库水位和溃口流量逐级删300提2【)(】下降，观测记录终止于t=420s时，库水位降至35．6100cm，溃口流量为41L／s，略大于上游来流量，表明坝体0冲蚀趋于平稳。图12陡坎瀑布状水流冲蚀溃决水位和流

7、量过程500(4)分析与讨论。将上述3种冲蚀过程水力参数400成果列于表1，以便对比分析。·300表1土坝不同冲蚀过程水力参数峰值对比■200横lO0O图lO逐层均匀冲蚀水位和流量过程(2)全线漫顶冲蚀。坝体全线漫顶冲蚀试验水位由表1可以看出，逐层均匀冲蚀和全线漫顶冲蚀流量变化过程见图11。上游库水位经缓慢抬升后达到最高值102．1cm(t=100s，坝顶高程100cm)，之时，主体溃决历时较长(约90s)，上游库水位降落不后溃口流量快速攀升，至165S达到峰值流量Q⋯=甚剧烈，如在最大降落区间30S时间内，库水位下降

8、分别为17．3cm和19．9cm，溃口流量过程线峰型偏526lMs。随后，库水位和溃口流量逐级回落，观测记录终止于t=360s时，库水位降至41．5cm，溃口流量肥。全线漫顶冲蚀由于坝顶未设引冲槽，最高库水位为39L／s，略大于上游来流量，表明坝体冲蚀趋于平达102．1cm，其溃坝峰值流量实测Q⋯：526L／s；而稳。逐层均匀冲蚀