留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

窄深河谷近坝库岸滑坡涌浪特性及传播规律

马斌 刘永玺 李会平 刘东明 姚烨

马斌,刘永玺,李会平,等. 窄深河谷近坝库岸滑坡涌浪特性及传播规律[J]. 水利水运工程学报,2021(5):120-128. doi:  10.12170/20210416001
引用本文: 马斌,刘永玺,李会平,等. 窄深河谷近坝库岸滑坡涌浪特性及传播规律[J]. 水利水运工程学报,2021(5):120-128. doi:  10.12170/20210416001
(MA Bin, LIU Yongxi, LI Huiping, et al. Surge characteristics and propagation of landslide near the dam in narrow river valley[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(5): 120-128. (in Chinese)) doi:  10.12170/20210416001
Citation: (MA Bin, LIU Yongxi, LI Huiping, et al. Surge characteristics and propagation of landslide near the dam in narrow river valley[J]. Hydro-Science and Engineering, 2021(5): 120-128. (in Chinese)) doi:  10.12170/20210416001

窄深河谷近坝库岸滑坡涌浪特性及传播规律

doi: 10.12170/20210416001
基金项目: 国家重点研发计划资助项目(2016YFC0401707);国家自然科学基金资助项目(51779167,51809194)
详细信息
    作者简介:

    马 斌(1979—),男,安徽宿州人,副教授,博士,主要从事高坝泄流安全方面研究。E-mail:mabin97@tju.edu.cn

    通讯作者:

    李会平 (E-mail:lhptju@126.com)

  • 中图分类号: TV139.2

Surge characteristics and propagation of landslide near the dam in narrow river valley

  • 摘要: 大比尺水工模型试验可获得更接近原型的相似现象,对窄深河谷近坝库区可能发生的整体大体积滑坡工况进行试验研究,结合三维数值模型分析滑坡次生涌浪的产生、传播和消散特性。研究结果表明:数值模型计算的浪高、相位与试验结果基本一致,库区涌浪类型属于有限水深波,波能沿水深方向均有分布;涌浪产生区附近非线性较强,受窄深地形影响,波高在传播过程中快速衰减,坝肩处涌浪叠加出现瞬时越浪;试验中涌浪近场波形只观测到弱非线性振荡波;试验范围内块体模型冲击动能转化率为2%~19%,滑块动能转化率与相对体积、相对厚度呈正相关,与滑块入水弗劳德数呈负相关;低频波受地形影响较大,在岸坡浅水区域出现波能的暂时集中,谱峰值增大,随时间推移库区水域高频波增多。对于窄深河谷中的大体积滑坡次生涌浪,尽管首浪波能受高陡边坡影响,传播至坝前时波高已明显削减,但坝前最大浪高往往由涌浪反射叠加形成,在首浪到达之后仍存在翻坝风险。
  • 图  1  测点位置示意

    Figure  1.  Schematic diagram of monitoring points location

    图  2  水工模型

    Figure  2.  Physical test model

    图  3  三维数值模型(单位: m)

    Figure  3.  Three-dimensional numerical model (unit: m)

    图  4  不同截面形状滑块放置(单位:m)

    Figure  4.  Schematic diagram of the placement of different shapes of sliders (unit: m)

    图  5  数值模拟与物理试验结果对比

    Figure  5.  Comparison of numerical simulation and physical test results

    图  6  测点浪高时程线(工况2)

    Figure  6.  Wave height curve with time at the monitoring location (condition 2)

    图  7  不同影响因素浪高时程线(7#)

    Figure  7.  Wave height curve with time under different influence factors (7#)

    图  8  模型试验滑块入水(工况2)

    Figure  8.  Slide block entering water in model test (condition 2)

    图  9  本文三维模型试验8组工况中3#测点波形(距离滑块入水位置2.1h,径向角ɑ=40°)

    Figure  9.  Wave height curve with time at the monitoring location 3# in 8 working conditions of the three-dimensional model test in this article

    图  10  Fritz二维模型试验中观察到的波形(距离滑块入水位置8.1h

    Figure  10.  Wave height curve observed in Fritz's two-dimensional model experiments

    图  11  流体质点运动速度分布

    Figure  11.  Velocity distribution of fluid particles

    图  12  不同因素波能转化率影响

    Figure  12.  Influence of different factors on wave energy conversion rate

    图  13  模型试验涌浪波动谱形变化(工况2)

    Figure  13.  Wave spectrum shape change in model test (condition 2)

    表  1  不同影响因素试验工况

    Table  1.   Test conditions of different influencing factors

    工况$ V_{\rm{s}}/{\text{万}}{\rm m}^{3} $截面形状$v_{\rm{s}}/({\rm{m}} \cdot {{\rm{s}}^{ - 1}})$$V=V_{\rm{s}}/{h^3}$$S=s/h$$Fr=v_{\rm{s}}/\sqrt {gh} $
    1 50 等腰梯形 30.7 0.07 0.26 0.71
    2 100 等腰梯形 33.5 0.15 0.26 0.78
    3 200 等腰梯形 33.5 0.29 0.26 0.78
    4 100 等腰梯形 21.9 0.15 0.26 0.51
    5 100 等腰梯形 43.3 0.15 0.26 1.00
    6 100 三角形1 32.4 0.15 0.37 0.75
    7 100 三角形2 32.3 0.15 0.52 0.75
    8 100 三角形3 31.3 0.15 0.52 0.73
      注:h表示入水区域水深。
    下载: 导出CSV
  • [1] 汪洋, 刘继芝娴, 张宇, 等. 基于物理模拟试验的滑坡涌浪波幅预测研究综述[J]. 华南地质与矿产,2018,34(4):279-288. (WANG Yang, LIU Jizhixian, ZHANG Yu, et al. Review of wave amplitude prediction generatedby landslide based on physical experiments[J]. Geology and Mineral Resources of South China, 2018, 34(4): 279-288. (in Chinese)
    [2] 彭辉, 吴凡, 金科, 等. 库岸滑坡涌浪首浪高度试验研究[J]. 水利水电技术,2017,48(12):95-100. (PENG Hui, WU Fan, JIN Ke, et al. Experimental study on head wave height of surge caused by landslide of reservoir bank[J]. Water Resources and Hydropower Engineering, 2017, 48(12): 95-100. (in Chinese)
    [3] 韩林峰, 王平义, 王梅力, 等. 碎裂岩体滑坡运动特征及近场涌浪变化规律[J]. 浙江大学学报(工学版),2019,53(12):2325-2334. (HAN Linfeng, WANG Pingyi, WANG Meili, et al. Motion characteristics of cataclastic rockslides and change rules of impulse waves in near-field zone[J]. Journal of Zhejiang University (Engineering Science Edition), 2019, 53(12): 2325-2334. (in Chinese) doi:  10.3785/j.issn.1008-973X.2019.12.009
    [4] 王梅力, 祖福兴, 王平义, 等. 山区河道型水库滑坡涌浪首浪波能分析[J]. 水运工程,2020(4):79-83, 143. (WANG Meili, ZU Fuxing, WANG Pingyi, et al. Study on head wave energy of landslide surge in mountainous river reservoir[J]. Port & Waterway Engineering, 2020(4): 79-83, 143. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1002-4972.2020.04.014
    [5] 黄锦林, 练继建, 张婷. 滑坡涌浪作用下乐昌峡大坝安全评估[J]. 水利水电技术,2013,44(11):93-97. (HUANG Jinlin, LIAN Jijian, ZHANG Ting. Safety assessment on Lechangxia Dam under surge effect caused by landslide[J]. Water Resources and Hydropower Engineering, 2013, 44(11): 93-97. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1000-0860.2013.11.025
    [6] HUANG B L, YIN Y P, WANG S C, et al. A physical similarity model of an impulsive wave generated by Gongjiafang landslide in Three Gorges Reservoir, China[J]. Landslides, 2014, 11(3): 513-525. doi:  10.1007/s10346-013-0453-x
    [7] HUANG B L, ZHANG Q, WANG J, et al. Experimental study on impulse waves generated by gravitational collapse of rectangular granular piles[J]. Physics of Fluids, 2020, 32(3): 033301. doi:  10.1063/1.5138709
    [8] NODA E. Water waves generated by landslides[J]. Journal of the Waterways, Harbors and Coastal Engineering Division, 1970, 96(4): 835-855. doi:  10.1061/AWHCAR.0000045
    [9] FRITZ H M, HAGER W H, MINOR H E. Near field characteristics of landslide generated impulse waves[J]. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, 2004, 130(6): 287-302. doi:  10.1061/(ASCE)0733-950X(2004)130:6(287)
    [10] MCFALL B C, FRITZ H M. Physical modelling of tsunamis generated by three-dimensional deformable granular landslides on planar and conical island slopes[J]. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 2016, 472(2188): 20160052. doi:  10.1098/rspa.2016.0052
    [11] 赵兰浩, 侯世超, 毛佳. 库区滑坡涌浪数值模拟方法研究进展[J]. 水利水电科技进展,2016,36(2):79-86. (ZHAO Lanhao, HOU Shichao, MAO Jia. Review of numerical simulation of landslides and surges in reservoir districts[J]. Advances in Science and Technology of Water Resources, 2016, 36(2): 79-86. (in Chinese) doi:  10.3880/j.issn.1006-7647.2016.02.015
    [12] 黄筱云, 刘灿, 程永舟, 等. V型河道下滑坡涌浪的传播与爬高[J]. 长沙理工大学学报(自然科学版),2017,14(1):70-77. (HUANG Xiaoyun, LIU Can, CHENG Yongzhou, et al. Propagation and climb height of surge triggered by landslide in V-river[J]. Journal of Changsha University of Science and Technology (Natural Science), 2017, 14(1): 70-77. (in Chinese)
    [13] 邓成进, 党发宁, 陈兴周, 等. 库区滑坡涌浪三维数值模拟分析[J]. 水利水运工程学报,2020(6):64-71. (DENG Chengjin, DANG Faning, CHEN Xingzhou, et al. Three-dimensional numerical simulation analysis of landslide surge in reservoir area[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(6): 64-71. (in Chinese)
    [14] 马斌, 张涛, 李浩韡. 雅砻江流域滑坡涌浪对库区的影响[J]. 水利水运工程学报,2016(5):47-53. (MA Bin, ZHANG Tao, LI Haowei. Impacts of landslide-generated waves of Yalong River basin on reservoir area[J]. Hydro-Science and Engineering, 2016(5): 47-53. (in Chinese)
    [15] 邓成进, 袁秋霜, 侯延华, 等. 基于FLUENT的库区涌浪数值模拟[J]. 水利水运工程学报,2014(3):84-91. (DENG Chengjin, YUAN Qiushuang, HOU Yanhua, et al. Numerical simulation of the surge based on FLUENT software[J]. Hydro-Science and Engineering, 2014(3): 84-91. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1009-640X.2014.03.013
    [16] 霍志涛, 黄波林, 张全, 等. 三峡库区黑石板滑坡涌浪分析[J]. 水利水电技术,2020,51(1):115-122. (HUO Zhitao, HUANG Bolin, ZHANG Quan, et al. Analysis of surge induced by Heishiban Landslide in Three Gorges Reservoir Area[J]. Water Resources and Hydropower Engineering, 2020, 51(1): 115-122. (in Chinese)
    [17] 邓成进, 党发宁, 陈兴周. 库区滑坡涌浪传播及其与大坝相互作用机理研究[J]. 水利学报,2019,50(7):815-823. (DENG Chengjin, DANG Faning, CHEN Xingzhou. Study on the surge wave propagation in the reservoir area and its interaction mechanism with the dam[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2019, 50(7): 815-823. (in Chinese)
    [18] 中华人民共和国水利部. 滑坡涌浪模拟技术规程: SL 165—2010[S]. 北京: 中国水利水电出版社, 2011.

    Ministry of Water Resources of the People's Republic of China. Regulation for simulation of landslide-generated waves: SL 165—2010[S]. Beijing: China Water Resources and Hydropower Press, 2011. (in Chinese)
    [19] MOHAMMED F, FRITZ H M. Physical modeling of tsunamis generated by three-dimensional deformable granular landslides[J]. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2012, 117(C11): C11015.
    [20] M'COWAN J. On the highest wave of permanent type[J]. Proceedings of the Edinburgh Mathematical Society, 1893, 12: 112.
    [21] KAMPHUIS J W, BOWERING R J. Impulse waves generated by landslides[J]. Coastal Engineering Proceedings, 1970, 1(12): 35. doi:  10.9753/icce.v12.35
    [22] HUBER A. Schwallwellen in seen als folge von Felsstürzen[D]. Zürich: ETH Zürich, 1980.
    [23] HELLER V, BRUGGEMANN M, SPINNEKEN J, et al. HELLER V, BRUGGEMANN M, SPINNEKEN J, et al . Composite modelling of subaerial landslide-tsunamis in different water body geometries and novel insight into slide and wave kinematics[J]. Coastal Engineering, 2016, 109: 20-41. doi:  10.1016/j.coastaleng.2015.12.004
    [24] WILLIAMS J M. Tables of progressive gravity waves[J]. Ocean Engineering, 1986, 13(6): 627.
  • [1] 占鑫杰, 李文炜, 杨守华, 朱群峰, 许小龙, 黄慧兴.  振冲法加固堰塞体材料的室内模型试验研究 . 水利水运工程学报, 2022, (): 1-11. doi: 10.12170/20211207002
    [2] 周铭瑞, 周秉南, 刘健峰, 陆伟刚.  立式轴流泵装置外特性试验研究 . 水利水运工程学报, 2022, (): 1-7. doi: 10.12170/20220410003
    [3] 徐硕昌, 刘德仁, 王旭, 安政山, 张转军, 金芯.  重塑非饱和黄土浸水入渗规律的模型试验研究 . 水利水运工程学报, 2022, (): 1-9. doi: 10.12170/20210903001
    [4] 刘明维, 朱晨浩, 阿比尔的, 陈珏, 刘耕, 吴文凤.  钢管混凝土嵌岩桩钢-混凝土联合承载规律试验研究 . 水利水运工程学报, 2021, (3): 9-15. doi: 10.12170/20200724002
    [5] 张劢捷, 杨文琦, 周成, 陈群, 李登华.  植被联合植筋带护坡水力特性模型试验 . 水利水运工程学报, 2021, (3): 136-143. doi: 10.12170/20200830005
    [6] 杨喜涛, 王建华, 范怡飞.  砂土中钻井船插桩对邻近群桩影响的模型试验 . 水利水运工程学报, 2020, (3): 75-81. doi: 10.12170/20190316001
    [7] 邓成进, 党发宁, 陈兴周, 袁秋霜, 陈莉丽.  库区滑坡涌浪三维数值模拟分析 . 水利水运工程学报, 2020, (6): 64-71. doi: 10.12170/20191125002
    [8] 刘清君, 张晋勋, 孙天霆, 徐华, 王登婷, 李秦.  岛礁地形抛石护岸稳定性试验研究 . 水利水运工程学报, 2019, (5): 69-75. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.05.009
    [9] 周成, 王一冰, 王涵, 谭昌明.  含砾土坡坡面降雨和坡脚浸泡模型试验研究 . 水利水运工程学报, 2019, (6): 96-106. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.06.011
    [10] 李建东, 王旭, 张延杰, 李凡, 李盛, 罗浩洋.  黄土地基地下连续墙基础竖向抗压特性试验研究 . 水利水运工程学报, 2018, (5): 89-94. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.05.013
    [11] 孙洪亮, 刘亚坤, 张鸿煜, 刘洁洁.  弧形闸门前漩涡特性研究 . 水利水运工程学报, 2017, (2): 10-15. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.02.002
    [12] 贡金鑫, 高树飞, 陈浩群, 沈雪松.  桶式基础气压模型试验和有限元分析 . 水利水运工程学报, 2015, (5): 21-29.
    [13] 陈作强,宣国祥,黄岳,李君,金英.  渠江富流滩船闸输水系统水力学模型试验 . 水利水运工程学报, 2012, (4): 82-86.
    [14] 何进朝,母德伟.  嘉陵江土湾滩航道整治模型试验研究 . 水利水运工程学报, 2012, (4): 24-28.
    [15] 陈诚,贾宁一,蔡守允.  模型试验测量技术的研究应用现状及发展趋势 . 水利水运工程学报, 2011, (4): -.
    [16] 赵建钧,程璐,冯春平.  循环水泵房侧向进水流道水力优化设计及模型试验 . 水利水运工程学报, 2009, (1): -.
    [17] 李君,宣国祥,黄岳.  赣江石虎塘航运枢纽船闸输水系统水力学模型试验 . 水利水运工程学报, 2009, (1): -.
    [18] 李焱,郑宝友,周华兴.  升船机中间渠道的航行水力特性和尺度试验研究 . 水利水运工程学报, 2007, (2): 23-29.
    [19] 陈进,黄薇.  钢衬钢纤维混凝土背管结构研究 . 水利水运工程学报, 2004, (4): 15-20.
    [20] 徐连民,王兴然.  等向硬化类弹塑性本构模型的隐式应力积分算法 . 水利水运工程学报, 2004, (3): 24-27.
  • 加载中
图(14) / 表 (1)
计量
  • 文章访问数:  190
  • HTML全文浏览量:  66
  • PDF下载量:  25
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-04-16
  • 网络出版日期:  2021-08-04
  • 刊出日期:  2021-10-25

/

返回文章
返回