论文部分内容阅读
土石坝是当前水库大坝的主要坝型,历史上曾发生多起严重的溃坝事故,其中漫顶溃坝是土石坝破坏的重要形式,当前对土石坝漫顶溃坝的理论研究和计算方法还不成熟。本文分析了土石坝漫顶溃坝模型的主要组成模块;总结了17种基于物理机制的一维溃坝模型,详细介绍了BREACH模型、DAMBRK模型、MIKE11 DB模型的基本原理;参与完成了一种溃坝计算的改进模型——IWHR模型,在此模型基础上,应用MATLAB编写溃坝程序,研究了三类典型冲蚀公式在溃坝计算中的适用性,包括基于试验的Meyer-Peter&Muller推移质公式、基于能量的Engelund-Hansen推移质公式以及基于经验和试验的双曲线型冲蚀公式;应用唐家山堰塞坝漫顶溃坝资料以及IMAPCT项目中现场漫顶试验的资料,使用四种溃坝模型进行数值计算,分析溃坝模型的适用性,并对模型参数做了敏感性分析,为模型的使用和参数的选取提供了参考;在上述数值计算基础上,探讨了一种基于风险势能和坝体材料性质判断堰塞坝风险等级的方法。得到的主要结论如下:(1)IWHR DB模型和BREACH模型的计算结果偏保守,峰值流量误差分别为17%和15%,MIKE11 DB模型计算流量偏小。(2)对于堰塞体材料以及级配均匀的砂土坝,基于试验资料得到的Meyer-Peter&Muller公式的计算值偏小;基于能量Engelund-Hansen公式的计算冲刷率大,溃口发展快,峰值流量偏大;双曲线公式相比两类公式计算相对准确;对于黏土坝,三类公式计算结果均不理想。(3)下游坡度、不均匀系数和孔隙率对BREACH模型的影响较大,黏聚力和内摩擦角对模拟结果影响较小;孔隙率、溃口初始宽度和上、下游坡比是影响MIKE11 DB模型的主要参数。(4)IWHR DB模型计算中,冲刷侵蚀系数是影响溃坝计算的最主要参数。(5)所提出的应用风险势能量化表证土石坝溃坝风险的方法可以较切合实际的对堰塞坝风险等级进行划分。