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均質黏性土壩漫頂潰決機理及潰壩過程模擬
關鍵詞：均質黏性土壩 漫頂 潰決機理 數值模擬
摘要：水庫大壩的潰決對下游人民生命及財產帶來巨大威脅,而中國已潰大壩中有85%以上為均質黏性土壩,且50%以上為漫頂潰決,因此有必要深入研究均質黏性土壩的漫頂潰決機理,提高潰壩洪水流量過程的預測精度,為潰壩應急搶險提供理論與技術支撐。基于均質黏性土壩大尺度漫頂潰決模型試驗,揭示了漫頂水流作用下潰口在3維空間的發展機理,在此基礎上提出了一個模擬均質黏性土壩漫頂潰決過程的數學模型。該模型基于壩體形狀和漫頂水流特征確定“陡坎”的形成位置,采用寬頂堰公式計算潰口流量;選擇可考慮壩料物理力學特性的溯源沖刷公式模擬“陡坎”的移動,并通過力學分析判斷“陡坎”上游壩體的坍塌;引入壩料沖蝕系數,通過分析水流剪應力與壩料臨界剪應力建立壩料的沖蝕率方程,模擬壩頂與下游坡潰口的發展;采用極限平衡法模擬潰口邊坡的失穩,并假設滑動面為平面。模型考慮了不完全潰壩與壩基沖蝕,以及壩體的單側與兩側沖蝕。選擇國內外3組具有實測資料的大尺度均質黏性土壩漫頂潰壩模型試驗對模型進行驗證,實測值與計算結果的比較表明,潰口峰值流量、潰口最終平均寬度及潰口峰值流量出現時間的相對誤差均在±25%以內,并且計算獲得的潰口流量過程線與實測結果基本吻合,驗證了模型的合理性。
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