地震与滑坡群综合涌浪效应及堰塞坝溃决特性分析

论文摘要

我国是堰塞湖分布最广、类型最多的国家,随着中国“十三五”西部大开发战略的不断推进,预计川藏铁路将在2019年第三季度末进入建设期,其途径区域冰川发育,冰湖棋布,山峰陡峭,地震活动频繁发生。由于冰碛堰塞坝坝体结构稳定性较差,容易在地震作用下造成坝体破坏,同时季节性降雨会造成周边不稳定的滑坡体启动,滑坡入湖会产生较大的涌浪,地震与单滑坡甚至滑坡群共同造成涌浪的现象很有可能发生。本文对滑坡涌浪特征、地震及滑坡群涌浪综合涌浪特征进行了分析,并对涌浪高度对堰塞坝溃决的影响进行了实验研究,主要结论如下:1、基于正交原理,设计了25组滑坡触发涌浪模型实验。实验结果表明,影响涌浪高度的主要因素分别是入水速度和滑块厚度,其次依次为滑块的长度、宽度、入水角度和静水深度。给出了最大涌浪高度及控制变量之间的统计关系式。结合明渠非恒定流的连续性方程和运动方程,发现滑坡涌浪高度的衰减服从指数分布,然后根据实验所获得的数据提出了涌浪的衰减公式。最后,利用汶川地震紫坪铺水库滑坡涌浪的观测数据对所提出的最大涌浪公式进行验证,结果表明计算结果与实际观测非常接近。(第2章)2、开展了大型振动台水箱模型实验,利用不同地震波作为地震扰动源,研究不同地震加速度作用下,不同水体深度所产生的涌浪高度特征,总结归纳不同初始水深、不同震源、不同地震加速度情况下涌浪高度的计算公式,将实验结果与墨西卡利泳池视频分析结果进行对比分析。并利用该公式对米堆冰湖在不同的地震超越概率下造成的漫顶溃决的概率进行估算。(第3章)3、利用大型振动台实验,对地震和滑坡及滑坡群所形成的涌浪效应进行分析。研究发现,初相位相同的两个滑坡入水激发的波源,在波的叠加区域内,当波程差为零或者波长的整数倍时,合振幅最大,波高相互叠加;当波程差为半波长的奇数倍时合振幅最小,波高相互抵消;因此双滑坡产生的最大复合涌浪高度随两滑块间隔距离的逐渐增大而呈现出周期性的变化。基于实验测量得到的结果,提出了地震及滑坡综合作用下涌浪高度的计算公式,并对地震及滑坡群触发的复合涌浪高度进行了讨论和界定。(第4章)4、开展冰碛堰塞湖漫顶溃决实验,研究了初始涌浪高度对坝体溃决的影响。实验结果表明,涌浪漫顶是坝体溃决的直接触发因素,涌浪的初始高度会对形成溃决所需要的时间造成影响,并且不同涌浪规模所产生的流量过程线的形态也不相同。涌浪初始高度越小,坝体的侵蚀速率越小,形成坝体溃决所需要的时间也越久。水流对坝体背水侧的冲刷会形成一条甚至几条小冲沟,当小冲沟发展到一定阶段,水流和坡床底部间的剪切力逐步变为冲击力,会增大水体的侵蚀破坏能力并形成“陡坎”,随着水流持续对沟床冲刷,“陡坎”不断出现,使溃口不断扩大,最终导致坝体溃决。(第5章)

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状及发展
•     1.2.1 地震触发崩塌、滑坡文献综述
•     1.2.2 滑坡涌浪研究
•     1.2.3 冰川、冰湖分布文献综述
•     1.2.4 冰碛堰塞湖溃决诱因
•     1.2.5 堰塞湖溃决特性
•   1.3 本论文的研究内容、研究思路及技术路线
•     1.3.1 主要研究内容
•     1.3.2 研究思路与技术路线
• 第二章 滑坡涌浪水槽模型实验研究
•   2.1 常用的最大首浪高度的计算公式
•     2.1.1 美国土木工程学会推荐公式
•     2.1.2 E.Noda方法
•     2.1.3 潘家铮公式
•   2.2 滑坡涌浪水槽实验的目的
•   2.3 滑坡涌浪水槽实验方案设计
•     2.3.1 实验设备及监测仪器
•     2.3.2 实验测量
•     2.3.3 实验方案设计
•     2.3.4 实验分组
•   2.4 实验现象及数据分析
•     2.4.1 滑块的入水速度
•     2.4.2 滑坡触发的涌浪高度影响因素分析
•     2.4.3 最大涌浪高度预测计算
•     2.4.4 滑坡涌浪的衰减计算
•   2.5 紫坪铺水库滑坡涌浪高度计算
•   2.6 本章小结
• 第三章 地震作用下涌浪高度模型实验
•   3.1 振动台造波地震涌浪模拟实验装置
•     3.1.1 振动台的组成结构
•     3.1.2 振动台驱动原理及相关参数指标
•     3.1.3 波高传感器参数指标
•     3.1.4 实验测量仪器布置
•   3.2 振动台造波地震涌浪模拟实验方案
•   3.3 实验数据分析
•   3.4 地震涌浪作用下冰碛堰塞湖溃决水文判据
•   3.5 小结
• 第四章 地震及滑坡群综合作用下的涌浪效应
•   4.1 地震触发崩塌滑坡的分布规律
•     4.1.1 地震烈度的影响
•     4.1.2 断裂带的影响
•     4.1.3 上下盘效应
•     4.1.4 地震动峰值加速度（PGA）的影响
•   4.2 实验设计
•     4.2.1 实验目的
•     4.2.2 实验模型相似原理
•     4.2.3 实验装置
•     4.2.4 实验分组
•   4.3 双滑坡作用下的涌浪效应
•   4.4 地震与单滑坡复合涌浪效应
•     4.4.1 地震滑坡涌浪特征
•     4.4.2 地震滑坡复合涌浪实验分析
•   4.5 地震与双滑坡复合涌浪效应
•   4.6 小结
• 第五章 初始涌浪高度对堰塞湖漫顶溃决的影响
•   5.1 背景
•   5.2 冰湖分布特征
•   5.3 实验目的
•   5.4 实验设计
•     5.4.1 坝体的颗粒组成
•     5.4.2 模型实验的相似比尺
•     5.4.3 实验设备
•   5.5 实验结果与分析
•     5.5.1 坝体溃决过程
•     5.5.2 不同涌浪规模的溃决流量特征
•     5.5.3 不同涌浪规模的下蚀、侧蚀特征
•     5.5.4 冰湖溃决机理
•   5.6 堰塞湖溃决风险分析及评估
•     5.6.1 堰塞坝的几何形状
•     5.6.2 堰塞湖规模等级划分
•     5.6.3 堰塞湖风险评价的查表法
•   5.7 本章小结
• 结论与讨论
•   1 论文的主要结论
•   2 本文的创新点
•   3 存在的问题及展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及科研成果

文章来源

类型: 博士论文

作者: 王保亮

导师: 姚令侃

关键词: 滑坡涌浪,涌浪衰减,冰湖溃决,振动台实验,堰塞坝溃决

来源: 西南交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备,水利水电工程

单位: 西南交通大学

分类号: TV122.4;P642.2

DOI: 10.27414/d.cnki.gxnju.2019.001837

总页数: 134

文件大小: 8728K

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