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西部水电工程滑坡灾变研究及控制技术

【摘要】:涌浪计算的前提是地质灾害滑速计算,目前对于滑坡失稳后滑速计算方法很多,其中国内应用较多的方法有能量法、潘家铮法等。汪洋等对潘家铮法进行了一系列的改进,并应用于新滩滑坡、大堰塘滑坡运动研究[72]。特别是地表滑坡显示了强烈的线性关系。目前国内外地质灾害涌浪研究的方法有5种:①模型试验公式法;②原型物理相似试验法;③数值模拟法;④经验公式法;⑤理论分析法。近年来众多学者对上述方法进行研究取得了成果。

涌浪计算的前提是地质灾害滑速计算,目前对于滑坡失稳后滑速计算方法很多,其中国内应用较多的方法有能量法、潘家铮法等。能量法是根据能量守恒定理提出的一种简化计算方法,该方法具有概念明确、可操作性强等优点。潘家铮(1980)提出的潘家铮法能够较为真实地反映滑面的形状并具有明确的力学概念,该方法把滑坡体垂直剖分为若干条块,更接近实际土质滑坡[71]汪洋等(2005)对潘家铮法进行了一系列的改进,并应用于新滩滑坡、大堰塘滑坡运动研究[72]。大型滑坡下滑速度往往很大,滑距很远,仅仅用动能定理来求解而得到的结果往往与实际情况相差甚远。Hermann M Fritz(2002)总结了等效摩擦角与崩滑体体积的函数关系。数据显示,随着体积的增加,等效摩擦系数大幅下降。特别是地表滑坡显示了强烈的线性关系。通过等效摩擦系数可以估算运动速度[73]

目前国内外地质灾害涌浪研究的方法有5种:①模型试验公式法;②原型物理相似试验法;③数值模拟法;④经验公式法;⑤理论分析法。近年来众多学者对上述方法进行研究取得了成果。王育林等(1996)采用1∶150的比例尺,设定洪、中、枯三级流量,按不同方量、不同滑速等共80多种组合,进行了链子崖场地的涌浪模型试验[74];试验结果形成了波速计算公式、最大涌浪计算式及沿程涌浪计算式,分析了涌浪的特征及爬高的特征。殷坤龙等(2012)以三峡库区白水河滑坡上下游河道为原型,进行了1∶200涌浪相似试验,提出了宽阔河道的涌浪传播公式[75];杜小弢等(2006)、Liu-Chao Qiu等(2008)、Falappi等(2007)采用光滑粒子流体动力学方法(SPH)对块体下滑激发的水波问题进行了数值模拟,计算的结果与试验结果进行了对比分析[76-78];任坤杰等(2006)推导了用于模拟滑坡涌浪的DIF方程,并采用非规则网格有限积法和显式MacCormack预测-校正数值方法求解该方程,建立了滑坡涌浪数值模型,并且利用新滩滑坡的相关资料进行了验证[79];Stéphane Abadie等(2010)采用多相流N-S方程模拟了各类型滑坡涌浪[80];Ataie-Ashtiani等(2008)编制非线性中长波Boussinesq类方程的LS3D软件,并利用该软件对Shafa-Roud水库和Maku水库的滑坡实例进行了波高、爬高和越坝高度研究[81];黄波林等(2012)人应用Geowave模型进行了龚家方崩滑体涌浪研究,研究结果与实际调查结果吻合性好[82];意大利的史蒂瓦内拉(1991)提出了根据滑坡方量、滑坡时间和水库深度计算涌高[83];中国水利水电科学研究院(2006)综合分析加拿大麦卡坝、美国利贝坝(Libby)和奥地利吉帕施坝的涌浪试验资料,并根据碧口、柘溪和费尔泽坝涌浪试验资料,结合柘溪塘岩光滑坡的原型观测成果发现,水库滑坡的滑速和滑体的体积是影响涌浪高度的主要因素,提出水科院经验公式法来估算浪高[84、85]。Ataie-Ashtiani等(2007)根据Lituya Bay滑坡和历史若干大型滑坡涌浪的观测资料提出了涌浪波高经验公式[86];Di Risio等(2008)在Noda法的基础上提出了新的理论分析方法,他对比了Noda法以及试验结果,有较好的吻合性[87]