水库滑坡高速入水涌浪压力规律的试验研究.pdf
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1、中国新技术新产品2024 NO.1(上)-123-生 态 与 环 境 工 程滑坡涌浪是水域坡岸滑坡的主要次生灾害,其造成的灾害后果在一定程度上会比滑坡更严重1。滑坡涌浪的产生主要来自于发生滑坡的固体物质入水后产生的波浪荷载和波浪运动。其中,波浪荷载是循环荷载的一种,会极大程度地影响坡岸工程的稳定性2。目前。国内外已有很多学者研究了波压力对海岸工程的影响,并进行了物理模型试验探究不同形态的波浪对岸防工程的作用规律。白薇等3等探讨了涌浪冲击力对桩柱的影响,并推导桩柱冲击力的计算公式。田野等4将涌浪脉冲压力施加在坡岸处与桥墩处,计算桥墩能够承受的冲击力极值。Tan等2对滑坡涌浪特征进行分析,将滑坡涌
2、浪动压力分为 2 种类型。本文基于国内外学者以往的研究成果,针对某大型水库库区的宽缓段河道进行物理模型试验,探究了滑块规模体积和水平高度对坡岸压动力的作用规律。1 工程概况根据某大型水库库区的河道形态分布规律,以 1 400 的比例尺建立库区的等模型。等宽缓段库区的特点为人文活动较多,是滑坡和涌浪的高风险发生区域。本文选择的库区水域河底宽为 0.75m,河岸坡度 20。2 研究方法2.1 试验设计使用水泥和砂纸混合制成体积不同的滑块,将每个滑块的密度控制在 2.3g/cm3。在选定坡段测试不同体积滑块的入水深度和入水速度,根据控制变量法对测得 36 组完整数据统计分析选定库段的灾害发生情况。每
3、个工况进行 3 组平行试验减少数据误差。2.2 试验控制及量测系统本文采用固定轨道的方式控制滑块的入水。当测试滑块入水数据值时,将激光测速仪设置在轨道的入水口处,记录滑块的入水瞬时速率。在滑块进入水中的过程中会激起涌浪,滑块的速度方向、涌浪的高度、浪花的传播速度以及涌浪的能量等都会影响滑块的速度。因此,在测试滑块的涌浪压力的过程中采用滑块入水的断面。在测量涌浪压力的过程中使用波高仪、压力传感器、摄像机和网格背景板,测试设备放置如图 1 所示。每次在进行正式试验前,波高仪需要先测量静水位,并将压力传感器进行归零处理减少试验误差5。3 试验结果与分析3.1 滑坡涌浪特征分析当滑块以一定的速度冲进水
4、中时,会引发体积侵占效应。水体分离的现象出现在滑块的前端,会形成几种不同类型的涌浪,例如抛射状水舌、首浪以及次浪等。其中,水舌由表层数体的对岸运动形成;首浪由于滑块的体积侵占在水中形成的凹腔冲击能形成;次浪出现在滑体全部进入水中后,由于滑块自生巨大的动能和滑块周围水体的压强差对水体造成的挤压形成。涌浪的爬坡高度在次浪出现前呈叠加的方式增长,次浪出现后,随着水浪储存能量降低,爬坡浪的高度缓缓下降。涌浪波幅大小严重影响涌浪的爬升高度以及动压力,其是研究涌浪的重要指标。以滑块体积为 0.2m0.2m0.1m,入水速度为 0.2m/s 的工况为例,记录滑块入水时涌浪波幅变化过程,如水库滑坡高速入水涌浪
5、压力规律的试验研究闫小龙申永斌王冬(山东省鲁南地质工程勘察院,山东 济宁 272100)摘 要:滑坡涌浪是水域坡岸滑坡的主要次生灾害,其造成的灾害后果在一定程度上会比滑坡更严重。本文基于国内外学者以往的研究成果,针对某大型水库库区的宽缓段河道,进行了物理模型试验,探究了滑块规模体积和水平高度对坡岸压动力的作用规律。试验结果表明,实体涌浪和水舌对坡岸的影响均通过脉冲压力产生,由于力学性质存在差异,因此作用方式不同。导致坡岸失稳滑坡的主要因素是涌浪反复多次爬高,对坡岸施加一种疲劳冲击作用。水舌对破案的瞬时冲击压力较大,但产生的脉冲压力短暂且脉冲值偏小,会在坡岸上形成易出现滑坡的薄弱点。关键词:水库
6、滑坡;涌浪;动压力;水舌冲击压力;涌浪脉冲压力中图分类号:TV139文献标志码:A图试验河道平断面图和测量仪器布设位置CWG4CWG5CWG1CWG2CH7CH1CH6C3C1C2C4CH12CWG3CWG6CWG7CWG8中国新技术新产品2024 NO.1(上)-124-生 态 与 环 境 工 程图 2 所示。从不同测点的涌浪波幅变化趋势曲线对比可以看出,在前两次的列波中会出现涌浪波峰最大幅值,如图 2 所示。其中,第一列波出现最大幅值的概率更大,并且会增加列波的横向传播宽度,导致首浪的波峰幅值小于次浪。比较同一测点的涌浪振幅变化趋势发现,传播时间越长,不同列波间造成的涌浪复制叠加现象越显著
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