山區(qū)河道型水庫滑坡涌浪特征分析

丁湘鱈

(新疆下坂地水利樞紐工程建設(shè)管理局，新疆 喀什　844000)

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山區(qū)河道型水庫滑坡涌浪特征分析

丁湘鱈

(新疆下坂地水利樞紐工程建設(shè)管理局，新疆 喀什844000)

對(duì)滑坡涌浪的特征進(jìn)行研究對(duì)山區(qū)河道型水庫滑坡災(zāi)害治理十分重要。本文首先設(shè)計(jì)了概化模型試驗(yàn)方案，共設(shè)置了12組工況。隨后對(duì)試驗(yàn)結(jié)果展開分析，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，簡(jiǎn)單分析了原始波及合成波三要素特征，并對(duì)二者從最大波高、平均波高兩方面進(jìn)行簡(jiǎn)單對(duì)比。該研究對(duì)山區(qū)河道型水庫治理具有一定的工程學(xué)價(jià)值。

山區(qū)河道型水庫；水庫治理；滑坡涌浪；涌浪特征

山區(qū)河道型水庫在蓄水過程中，由于庫區(qū)地質(zhì)不穩(wěn)定、山體斜坡傾斜等因素存在，山體滑坡時(shí)有發(fā)生，隨時(shí)會(huì)引發(fā)水庫涌浪，可能對(duì)壩體造成沖擊，并越過大壩造成潰壩事故，對(duì)庫區(qū)下游人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。因此，對(duì)滑坡涌浪的特征進(jìn)行分析，制定滑坡涌浪應(yīng)對(duì)方案，降低災(zāi)害損失程度，具有重要意義。

1　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1試驗(yàn)方法和目的

滑坡是一個(gè)成因復(fù)雜的地質(zhì)現(xiàn)象，其勢(shì)能的聚集和爆發(fā)會(huì)經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)間，一般情況下不可能從實(shí)地獲得[1]。需要通過實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬，對(duì)滑坡產(chǎn)生過程及爆發(fā)瞬間進(jìn)行觀察。本文研究的目的是構(gòu)建模型，對(duì)水庫滑坡形成原因、影響因素進(jìn)行綜合分析，通過對(duì)滑坡涌浪特征計(jì)算，得出涌浪參數(shù)。

1.2試驗(yàn)方案

如圖1所示，模型平面包括水槽、測(cè)針、堆料場(chǎng)、儀器臺(tái)、測(cè)橋以及滑槽等構(gòu)件。其中，測(cè)橋共有4座，相交于水槽與滑槽等聯(lián)結(jié)處P點(diǎn)，相互分開角度為30°。P點(diǎn)是滑坡入水點(diǎn),也是本研究中圓弧斷面波的中心點(diǎn)[2]。右側(cè)3座測(cè)橋上，分別以1m間隔的形式設(shè)置6個(gè)傳感器，分別標(biāo)為1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、7號(hào)和8號(hào)；左側(cè)1座測(cè)橋上，以3m間隔的形式設(shè)置2個(gè)傳感器，分別標(biāo)為5號(hào)和6號(hào)。

圖1　滑坡涌浪模型試驗(yàn)平面布置(單位：cm)

滑坡入水后，涌浪大小及強(qiáng)度的影響因素復(fù)雜多樣，包括：地形地貌(水下地形、河道彎曲等)、滑坡特征(抗剪參數(shù)、坡度、高度、滑坡構(gòu)成等)、水文條件(水面寬度、庫區(qū)容量等)、固流有效接觸面積等幾類。方案參數(shù)選取的依據(jù)及確定十分重要[3-4]。本文選擇滑坡坡度(β)、水庫深度(h)及固流有效接觸面積(S) 3個(gè)因素作為實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

本研究工況共被分為12組，其相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　工況情況統(tǒng)計(jì)

注w為土質(zhì)滑坡堆積體厚度

2　試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)中，每只傳感器按照0.005s一次的速度采集數(shù)據(jù)，采集持續(xù)時(shí)間50s，共采集了1萬個(gè)數(shù)據(jù)。如果將時(shí)刻變化作為橫軸，將水面偏離靜水位的高程差作為縱軸，則可得到某工況下的波浪時(shí)域圖(見圖2)。

圖2　工況3(β=20°，h=70cm，w=24cm)的波浪時(shí)域圖

原始波與合成波的時(shí)間分界點(diǎn)對(duì)計(jì)算會(huì)造成重要影響，這是因?yàn)榛氯胨?原始波經(jīng)過河岸的反射會(huì)不斷疊加，從而以合成波的形式對(duì)水面造成推動(dòng)和沖擊。在計(jì)算過程中，需要分清二者的時(shí)間分界點(diǎn)，否則可能出現(xiàn)重復(fù)計(jì)算情形，影響計(jì)算結(jié)果的精確度[3](見圖3)，導(dǎo)致各個(gè)傳感器接收原始波的時(shí)間存在差異，因此，需要將1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)和7號(hào)傳感器設(shè)置為基點(diǎn)，首先求取第一個(gè)波的周期，然后通過彌散方程進(jìn)一步計(jì)算原始波及合成波。確定原始波及合成波三要素對(duì)涌浪特征的計(jì)算十分關(guān)鍵。如圖3所示，在計(jì)算原始波時(shí)，首先需要確定1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)和7號(hào)傳感器處的周期、波高和波長(zhǎng)這三要素。合成波三要素的計(jì)算方法與原始波類似，只是需要將2號(hào)、4號(hào)、6號(hào)和8號(hào)傳感器設(shè)置為基點(diǎn)，首先求取第一個(gè)波的周期。

圖3　原始波與合成波的時(shí)間分界點(diǎn)計(jì)算示意圖

2.2滑坡涌浪特征研究

2.2.1原始波三要素特征

從變化趨勢(shì)、最大波高發(fā)生位置、可能波高分布三方面對(duì)原始波進(jìn)行研究。最大波高Hmax發(fā)生位置在1號(hào)傳感器處，這可能是滑坡入水點(diǎn)。另外，距離滑坡入水點(diǎn)1m處、2m處和3m處的平均波高分別記為H1、H2和H3。H1集中分布在(15,20)、(10,15)和(5,10)3個(gè)區(qū)間；H2集中分布在(10,15)和(5,10)兩個(gè)區(qū)間；H3集中分布在(15,20)和(10,15)兩個(gè)區(qū)間?？梢姡嚯x滑坡入水點(diǎn)的位置遠(yuǎn)近對(duì)波高平均值會(huì)產(chǎn)生直接影響。

試驗(yàn)中，原始波周期為1～2s，波長(zhǎng)為1～5m。通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析可知，周期會(huì)對(duì)波長(zhǎng)產(chǎn)生直接影響，周期越長(zhǎng)，波長(zhǎng)也就越長(zhǎng)，涌浪所形成的速度也就越快。

波形是涌浪的重要特征。試驗(yàn)中，多數(shù)工況都只有一個(gè)原始波，只有工況4有2個(gè)原始波(見圖4)，與合成波相比，原始波更加光滑對(duì)稱；合成波震蕩明顯，波峰、波谷高度差異較大，破壞性往往更顯著。

圖4　2個(gè)原始波的波形

2.2.2原始波與合成波的對(duì)比

由表2可知，在8個(gè)傳感器中，1號(hào)、3號(hào)和7號(hào)傳感器的原始波最大波高要大于合成波最大波高，其余5個(gè)傳感器的情況剛好相反。

表2　原始波與合成波最大波高對(duì)比結(jié)果

由表3可知，原始波浪的平均波高都要大于合成波浪的平均波高。尤其是在1號(hào)、3號(hào)和7號(hào)傳感器處，不存在合成波浪平均波高大于原始波浪平均波高的情形。

表3　原始波與合成波平均波高對(duì)比結(jié)果

3　結(jié)　語

通過以上研究，可得出以下幾個(gè)基本結(jié)論：?滑坡涌浪的最大位置位于滑坡入水處；?隨著距離的增加，原始波的波高會(huì)嚴(yán)重降低，這一結(jié)論不適用于合成波；?原始波的波速分布在1～2.50m/s之間，波陡不夠超過0.01，否則涌浪不能持續(xù)存在；?原始波的波形較為光滑，波谷和波峰的震蕩較為明顯，合成波的波形較為混亂，無一定規(guī)律可循。

[1]黃智敏,付波,鐘勇明,等.樂昌峽水庫鵝公帶滑坡體滑坡涌浪影響研究[J].水資源與水工程學(xué)報(bào),2013(5):215-218.

[2]陳俊武.袁家灘二級(jí)電站引水渠道滑坡分析及處理方案[J].中國(guó)水能及電氣化,2015(12):12-16.

[3]李文欽.彭家?guī)r水電站壓力管道滑坡治理技術(shù)[J].中國(guó)水能及電氣化,2012(7):33-35.

[4]陳小林.江明水庫二次滑坡原因分析及處理措施[J].水利建設(shè)與管理,2013(12):50-52,72.

Analysis on the characteristics of landslide surge in mountainous river-type reservoir

DING Xiangxue

(XinjiangXiabandiWater-controlProjectConstructionAdministration,Kashgar844000,China)

The study on characteristics of landslide surge is very important for controlling mountainous river-type reservoir landslide disasters. In the paper, generalized model testing plan is firstly designed, and a total of 12 groups of working conditions are set. Then, the test results are analyzed. After data is processed, three factor characteristics of original wave and synthesis wave are simply analyzed. Both are simply compared in two aspects of the highest wave height and average wave height. The study has certain engineering value on mountainous river-type reservoir control.

mountain river-type reservoir; reservoir control; landslide surge; surge characteristics

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.04.016

TV697.3

A

1673-8241(2016)04- 0061- 03