无粘性均质土石坝漫顶溃决试验研究-水科学进展.pdf

第卷第期 水科学进展 ， ２２ ２ Ｖｏｌ２２ Ｎｏ２ 　 　 ２０１１年３ 月 ＡＤＶＡＮＣＥＳ ＩＮ ＷＡＴＥＲ ＳＣＩＥＮＣＥ 　 Ｍａｒ ，２０１１　 ： ： ＤＯＩ ＣＮＫＩ ３２１３０９／ Ｐ２２４１０２０ 无粘性均质土石坝漫顶溃决试验研究 张大伟，黄金池，何晓燕 （中国水利水电科学研究院防洪抗旱减灾研究所，北京　 １０００３８） 摘要：针对当前土石坝溃决机理试验研究中泥沙粒径取值偏小、各砂样粒径相差不大的现状，采用粒径对比明显的 两组砂样进行了土石坝漫顶溃决试验。试验表明，在给定的较强的初始冲刷条件下，粗细两种颗粒坝体的溃决过程 基本一致，均是以水流的下切侵蚀为主，在坝顶下缘位置有溯源冲刷现象出现。整个溃决过程可明显分为个阶 ３ 段，第阶段为坝顶下缘处陡坎形成阶段；第阶段为陡坎坍塌，冲刷加剧阶段；第阶段为出现逆行沙垄的冲刷 １ ２ ３ 终止阶段。试验还发现，下游坝坡对溃决过程的影响比较显著，坝坡越陡，坝顶侵蚀速率越快，洪峰值越大。另 外，由于粗颗粒抗冲刷性强，同等条件下粗颗粒坝体溃决洪水过程偏矮胖，洪峰值偏小，但是值得注意的是，相比 于较大的颗粒粒径差距而言，其洪峰值的差异并不是太大。 关键词：土石坝；水槽试验；漫顶；溃决过程 中图分类号：ＴＶ１３９１６　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 文章编号：１００１６７９１（２０１１）０２０２２２０７ 由于大坝溃决机理的复杂性及其后果的严重性，该问题被提出至今一直是学术界和工程界关注的热点和 难点问题。近几年，随着堰塞湖等自然现象的频发，溃坝问题再一次成为研究的焦点问题。对于土石坝以及 堰塞坝来讲漫顶溃决是其最常见的溃决方式，弄清其溃决机理对于准确的预测溃口出流过程具有重要意义。 ２０ ９０ ［］１ 早期的溃坝模型试验以研究溃坝洪水为主， 世纪年代以来主要以研究溃坝机理为主。目前，很多 ２００１～２００４ 学者采用水槽试验的手段对土石坝的溃决机理进行了研究，得出了很多有价值的结论。如欧盟在 年 ［２］ ［３］ 完成了ＩＭＰＡＣＴ项目，对土石坝的溃决机理进行了大量的模型试验研究，取得了丰硕的成果。牛志攀等通 过模型试验方法，研究了堰塞湖从沿程冲刷到溯源冲刷的过程。另外，还有一些学者进行了大尺度土石坝实体 ［］４ ［］５ 模型溃决试验，如Ｈｏｅｇ等采用的坝高为６ｍ，Ｚｈａｎｇ等采用的土坝则高达９７ ｍ。在已有的土石坝溃决模 型试验中，虽然对无粘性坝体溃决试验研究不少，但是试验所选用的泥沙粒径一般偏小，各砂样之间的区分度 ［６］ 不高，对粗颗粒坝体溃决研究较少。如Ｃｏｌｅｍａｎ 等所选用的泥沙颗粒Ｄ 的取值范围为０５ ～２４ ｍｍ；Ｒｏｚｏｖ