滑坡涌浪对坝面冲击压力的影响因素研究.pdf

水 利 学 报 2018年2月 SHUILI XUEBAO 第49卷 第2期 文章编号：0559-9350（2018）02-0232-09 滑坡涌浪对坝面冲击压力的影响因素研究 李 静，陈健云，徐 强，孙 迅 （大连理工大学 建设工程学部，辽宁 大连 116024） 摘要：库区边坡在强震、暴雨等作用下发生的滑坡失稳破坏会对挡水大坝形成巨大的涌浪冲击作用。本文针对库 区滑坡涌浪对坝面的冲击压力问题，采用光滑粒子水动力学（SPH）方法研究了涌浪生成传播过程以及坝面涌浪冲 击压力的分布形式，分析了滑坡体宽度、入水速度以及库区水深等因素对滑坡涌浪波高、坝面冲击压力的影响。 结果表明，随着滑坡体宽度的增加，最大浪高降低，但是稳定波高增加，坝面冲击压力增大；随着滑坡入水速度 的增加，波浪高度增加，但当入水速度增加到一定程度后，坝面冲击压力变化不明显；随着库区水深的增加，首 浪高度降低，坝面最大冲击压力以及距离水面的相对作用位置基本不变。 关键词：SPH方法；滑坡涌浪；混凝土坝；冲击压力 中图分类号：O353 文献标识码：A doi ：10.13243/ki.slxb 1 研究背景 汶川地震导致西南震区发生了大量的边坡失稳，即使当时未直接失稳破坏，但由于强震损伤严 重，降低了边坡的抗滑稳定能力，近年来在不断发生的余震以及强暴雨等作用下，边坡失稳也在不 断发生。显然，如果这一灾害发生在库区，滑坡体瞬时冲击库水将会引发巨大的涌浪，对挡水坝体 造成冲击压力作用并威胁下游人民生命和财产安全。 我国西南地区工程地质条件多为高陡边坡，滑坡涌浪问题日益突显出来。因此，对于西南高坝 大库，特别是狭长型河谷水库，不仅要考虑强震对坝体的损伤破坏，还要考虑强震或暴雨引发的滑 坡涌浪对大坝冲击造成的灾害叠加风险。历史上多次滑坡涌浪造成了严重的结构破坏，如1959年意 3 大利庞特塞拱坝库区大约300万m 的滑坡引发的漫顶涌浪高达20多米。1961年拓溪水电站大坝上游 3 右岸山体滑坡，造成约165万m 的土石体以20m/s 的速度涌入水库，漫过正在施工的溢流坝段坝顶 的涌浪高度为3.6m。1963年意大利瓦伊昂拱坝库区内滑坡导致300万m 的土石冲入200多米水深的3 狭窄河谷内，形成的涌浪在漫过坝顶时仍有100多米高，在下游距离大坝1.4km的河口出口处立波仍 然高达70m，冲毁了大部分朗格尼亚镇。 由于滑坡涌浪的巨大危害，围绕着滑坡涌浪首浪高度与滑坡体相关参数之间的关系，基于经验 ［1］ 公式、物理模型试验以及数值分析开展了大量的研究。谷建 采用潘家铮法分析了某水电站滑坡涌 ［2］ 浪不同滑速下的涌浪高度。庞昌俊 通过试验研究了边坡坡度、体积和入水速度等因素对滑坡涌浪 ［3］ 的影响。殷坤龙等 根据体积守恒和水下滑块运动，将滑坡涌浪分成体积涌浪部分和冲击涌浪部 ［4］ ［5］ 分。吴佳壕 对小湾水电站进行了涌浪分析。徐文杰 采用数值方法研究了滑块形状、体积、滑面摩 ［6］ 擦系数、水面宽度等因素对滑坡涌浪及爬坡高度的影响。缪吉伦等 对刚性滑块入水涌浪进行了分 析。目前的研究主要是通过经验公式对涌浪浪高及其爬坡进行计算，使用数值模拟对涌浪过程进行 收稿日期：2017-04-14；网络出版日期：2018-02-08 网络出版地址：http：///kcms/detail/11.1882.TV0946.002.html 基金项目：十三五重大研发计划（2017YFC0404900）；国家自然科学基金项目