滑坡堰塞壩壩體潰決機(jī)理與潰決實(shí)驗(yàn)研究綜述

牛志攀，陳昆廷，張新華，孟楚軻，葉雨健

(1.四川大學(xué)災(zāi)后重建與管理學(xué)院，四川成都 610207；2.四川大學(xué)水力學(xué)與山區(qū)河流開發(fā)保護(hù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610065；3.中國科學(xué)院山地災(zāi)害與地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610041；4.中國科學(xué)院成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，四川成都 610041)

山體坡面在地震、暴雨等因素作用下，容易引起山體的滑坡，這些滑坡土體一旦進(jìn)入河道，有機(jī)會(huì)造成河道的阻塞，形成滑坡堰塞壩，河道上游水流將在壩體上游聚集并且往四周漫溢，貯水到一定程度形成的湖泊稱為堰塞湖.滑坡堰塞壩與一般大壩都存在著潰壩的風(fēng)險(xiǎn)，由于滑坡堰塞壩的形成位置、材料特性、壩體形狀等差異甚大，因此比一般大壩而言，潰壩風(fēng)險(xiǎn)更高.滑坡堰塞壩一旦發(fā)生潰壩事故，大量的潰決洪水涌向下游，對下游的人民生命財(cái)產(chǎn)安全將造成重大威脅.滑坡堰塞壩的破壞能力與庫容體積大小、上游庫區(qū)壩前水頭高度、潰壩所形成潰口面積大小、下游河道兩岸地形、地貌特征等有關(guān)，庫容體積越大、壩前水頭越高，潰壩洪水所具有的破壞能力就越強(qiáng)[1].由于滑坡堰塞壩所容納的水體可以在短短的幾小時(shí)內(nèi)泄空，導(dǎo)致潰壩洪水的洪峰流量變化劇烈，洪峰流量常高出尋常雨洪的數(shù)倍甚至數(shù)十倍，潰壩洪水的立波向前推進(jìn)的速度較快，波高可達(dá)到數(shù)米甚至數(shù)十米，潰壩洪水立波所經(jīng)之處，河槽內(nèi)水位瞬息劇增，表現(xiàn)出驚駭?shù)钠茐牧2].

目前，國內(nèi)外針對滑坡堰塞壩相關(guān)問題的研究主要有:原型案例資料的統(tǒng)計(jì)分析、原型案例的堰塞壩特征研究、堰塞湖的原型調(diào)查、堰塞壩潰決過程的現(xiàn)場觀測、堰塞壩潰決過程物理模型模擬以及數(shù)值計(jì)算模擬等相關(guān)研究，涉及內(nèi)容甚多，因此，本文主要以滑坡堰塞壩的潰決資料統(tǒng)計(jì)分析、潰決的原型觀測及物理模型試驗(yàn)研究進(jìn)行闡述.

1 滑坡堰塞壩的潰決資料統(tǒng)計(jì)分析研究

通過對以往滑坡堰塞壩相關(guān)資料和數(shù)據(jù)的整理分析，總結(jié)滑坡堰塞壩潰決的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，是認(rèn)識(shí)滑坡堰塞壩問題的重要手段.雖然滑坡堰塞壩潰壩事件發(fā)生的突然性強(qiáng)、資料收集不易，但是國內(nèi)外仍有不少學(xué)者在有限的滑坡堰塞壩潰壩數(shù)據(jù)資料基礎(chǔ)上，對滑坡堰塞壩潰決問題進(jìn)行了研究.這些寶貴的資料既可為滑坡堰塞壩潰壩問題的理論和試驗(yàn)研究提供可靠的原型數(shù)據(jù)驗(yàn)證，又為數(shù)值模擬的參數(shù)選擇提供了一定的參考依據(jù).

1.1 滑坡堰塞壩與人工土石壩的潰決特性

國內(nèi)外不論是從古洪水或是現(xiàn)代洪水的研究角度，滑坡堰塞壩潰壩洪水都是受到極為關(guān)注的研究之一.滑坡堰塞壩不同于人工土石壩，壩體結(jié)構(gòu)更不穩(wěn)定，由結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的土石組成的天然壩體，沒有防滲心墻、反濾層、溢洪道等工程措施來穩(wěn)定堰塞湖水位[3]，其質(zhì)地構(gòu)成多為松散堆積土石體，由級配范圍廣、不均質(zhì)的松散體快速堆積形成. 雖然滑坡堰塞壩與人工土石壩在壩體結(jié)構(gòu)上差異甚大，但是人工土石壩潰決特性的長期研究成果，仍有值得滑坡堰塞壩相關(guān)研究借鑒之處，具有一定的指導(dǎo)意義.

對于人工土石壩的潰決特性，2007 年，張利民等[4]采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型，設(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)國外潰壩數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫收集了56 個(gè)國家超過1 600 個(gè)潰壩案例，涵蓋了土石壩、堆石壩、混凝土壩、漿砌石壩等多種典型壩型.從數(shù)據(jù)庫中潰壩案例統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果知，土石壩的潰壩數(shù)量最多，占66%. 超過一半的潰壩高度小于15 m，約70%的壩體高度小于30 m.2008 年，方仲將[5]通過查閱大量資料，對國內(nèi)外土石壩潰壩的類型和原因做了較全面的統(tǒng)計(jì)，其中由于設(shè)計(jì)原因造成的泄流能力不足以及遇到超標(biāo)準(zhǔn)洪水而產(chǎn)生的漫頂潰壩，占到了潰壩總數(shù)的50%以上；另外對土石壩潰壩的機(jī)理進(jìn)行了理論分析研究.何曉燕等人[6]通過收集我國已潰水庫的數(shù)據(jù)資料，進(jìn)行了深入分析和凝練，得到了我國水庫潰壩空間分布的特征和影響因素.2009 年，解家畢等[7]收集了國內(nèi)1954 ～2006 年發(fā)生的3 498 座潰壩案例，對我國潰壩率高的原因及其主要潰決模式進(jìn)行了分析，得到各種壩型潰壩比例，土壩所占的比例超過90%，而均質(zhì)土壩潰壩占總數(shù)的85%以上.

對于滑坡堰塞壩的潰決特性，大多數(shù)滑坡堰塞壩體體中夾雜著巨石，直徑從幾十厘米到數(shù)米，增加了其不均質(zhì)性[8]；同時(shí)，壩體內(nèi)部或外部會(huì)受水流作用而產(chǎn)生沖刷、侵蝕、溶解、崩塌等等的壩體破壞. 部份學(xué)者選取壩體高度、壩體長度、壩體體積、壩體材料特性、上游匯水面積、崩塌速度、上游流量、溪床坡度、被阻塞之河道寬、堰塞湖蓄水體積等參數(shù)進(jìn)行潰決特性的研究[9－12].Ermini[13]等則提出滑坡堰塞壩的潰決與壩體高度、壩體體積、上游匯水面積最具直接關(guān)聯(lián)性.

由上述可知，不論是滑坡堰塞壩或是人工土石壩的潰決，壩體高度、材料特性、蓄水體積是直接影響潰決特性的主要原因，一旦壩體產(chǎn)生破壞，壩體后方湖水將在很短的時(shí)間內(nèi)迅速排泄出來，傾瀉而下，形成洪災(zāi)，對下游居民的生命財(cái)產(chǎn)具有極大的危害. 由于滑坡堰塞壩與人工土石壩的材料特性、壩體形狀、壩體規(guī)模差異甚大，導(dǎo)致滑坡堰塞壩的潰壩幾率比人工土石壩更高，危險(xiǎn)性更大，排險(xiǎn)處理更緊迫，是亟需巖土、水利、地質(zhì)等領(lǐng)域的專家學(xué)者們進(jìn)行更深入的系統(tǒng)研究.

1.2 滑坡堰塞壩的潰決模式及壽命特征

滑坡堰塞壩是天然的土石堆積壩，由于沒有溢洪道或者其他規(guī)范化的泄流設(shè)施，在上游入流條件遠(yuǎn)大于壩體滲流條件時(shí)，隨著堰塞湖內(nèi)水位的上升，容易產(chǎn)生漫頂沖刷，最終導(dǎo)致潰壩.此外，壩體由滑坡土體材料組成，沒有經(jīng)過系統(tǒng)化的壓實(shí)，導(dǎo)致壩體材料特性具有孔隙發(fā)達(dá)、膠結(jié)不良、結(jié)構(gòu)松散等性質(zhì)，在壩體滲流條件遠(yuǎn)大于入流條件時(shí)，容易引發(fā)壩體內(nèi)部沖刷或者管涌，導(dǎo)致潰壩. 多位學(xué)者曾統(tǒng)計(jì)國內(nèi)外的滑坡堰塞壩的潰決模式，Costa 等[14]統(tǒng)計(jì)了55 個(gè)堰塞壩潰壩方式，發(fā)現(xiàn)漫頂潰壩占到50%以上.柴賀軍等[3]結(jié)合Costa[14]統(tǒng)計(jì)的55 個(gè)堰塞湖，共收集67 個(gè)堰塞壩的潰壩事例，發(fā)現(xiàn)漫頂潰壩48 例，占到71.6%，Peng等[15]則統(tǒng)計(jì)144 例，漫頂潰壩占到91%.由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，堰塞壩主要以漫頂潰壩占的比例最大，其次則是滲流所導(dǎo)致的潰壩.

為了更細(xì)部的探討滑坡堰塞壩潰決模式，除了漫頂沖刷以外，多位學(xué)者通過統(tǒng)計(jì)的方式，將滲漏的潰決模式細(xì)分為壩坡失穩(wěn)潰決、滲漏管涌潰決[6，15]，柴賀軍[3]則對天然土石壩潰決模式進(jìn)行了總結(jié)，將天然土石壩破壞的方式分為漫頂溢流、壩坡失穩(wěn)、滲漏管涌、人工誘發(fā)破壞四種形式，指出破壞的位置可能為壩體、前壩坡后壩坡、壩體壩基，同時(shí)對天然土石壩破壞的誘因和破壞形態(tài)進(jìn)行了分類闡述，給出了天然土石壩破壞示意圖，如圖1[3]所示.

圖1 天然土石壩破壞方式示意圖Fig.1 Failure modes of natural dam

在應(yīng)對汶川地震過程中，水利部組織相關(guān)學(xué)者對國內(nèi)滑坡堰塞壩潰壩案例進(jìn)行了總結(jié)[16]，發(fā)現(xiàn)漫頂潰壩占到統(tǒng)計(jì)對象的50%以上，壩體滲漏或者管涌接近30%，壩體失穩(wěn)接近10%.因此，總的來說，自然情況下堰塞湖發(fā)生的破壞通常有三種模式:漫頂溢流、滲漏或管涌、壩體失穩(wěn).人為誘發(fā)潰決也是一種常見的方式，如汶川地震后，在堰塞湖初步形成之后，尚未積蓄巨大水量的時(shí)候，可通過人工開挖或爆破等人為措施使堰塞湖潰壩，排除險(xiǎn)情.

隨著滑坡堰塞壩潰決模式的不同，也同時(shí)影響著堰塞壩的存留時(shí)間. 有些堰塞湖在形成之后，上游水位迅速上升，短期之內(nèi)就發(fā)生了潰壩；有些堰塞湖則在形成數(shù)十年、上百年乃至更久時(shí)間之后發(fā)生了潰壩；此外還有一些歷史上產(chǎn)生的堰塞湖達(dá)到了安全穩(wěn)定的狀態(tài)，具有其長期存在的條件，甚至成為了風(fēng)景點(diǎn)，但仍然存在一定的危險(xiǎn). 有學(xué)者[3]通過堰塞湖潰決案例的統(tǒng)計(jì)分析，得出約20%的堰塞壩會(huì)在1 天內(nèi)潰壩，約50%在10 天內(nèi)潰壩，約80%會(huì)在6 個(gè)月內(nèi)潰壩，約90%會(huì)在1 年內(nèi)潰壩.

國內(nèi)外滑坡堰塞壩發(fā)生的潰壩案例有很多，如:Mason[17]和Shroder[18]記錄了1841 年巴基斯坦境內(nèi)印度河上地震引發(fā)的Raikhot 堰塞湖潰壩，Raikhot 堰塞壩高200 ～300 m，庫區(qū)沿河谷距離達(dá)到65 km，隨后的潰壩下泄出巨大洪水，造成下游巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失.1933 年發(fā)生的四川疊溪地震，造成岷江上游形成多個(gè)堰塞湖，其中，疊溪滑坡壩在45 天后因強(qiáng)余震觸發(fā)壩體潰決，積蓄的積水猛烈潰決，長驅(qū)直下，造成數(shù)量巨大的人員死亡、房屋破壞、農(nóng)田毀壞以及糧食和牲畜損失[19]. 也有一些堰塞湖在形成多年之后發(fā)生潰決，1835 年，在吉爾吉斯斯坦境內(nèi)的Te-germach 河上，由于巖石崩塌和泥石流形成了一個(gè)名為Yashingul 的堰塞湖，堰塞湖形成之后安然無恙的存在了131 年，直到1966 年，發(fā)生了潰壩事件[20]. 還有一些堰塞湖在形成之后自然穩(wěn)定或者經(jīng)過人為排險(xiǎn)后遺留下來.

2 滑坡堰塞壩潰決的原型觀測及物理模型試驗(yàn)研究

滑坡堰塞壩潰決過程涉及到土力學(xué)、水力學(xué)、泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)、水文學(xué)等多門學(xué)科，具體研究內(nèi)容主要涉及壩體沖刷、潰口演進(jìn)、潰決機(jī)理、洪水演進(jìn)、河床演化等內(nèi)容.物理模型試驗(yàn)是研究潰壩問題的重要技術(shù)手段之一.由于潰壩原型資料獲取難度大并且案例數(shù)量少，往往通過模型試驗(yàn)的方式獲得原型潰壩資料的補(bǔ)充成果.同時(shí)，模型試驗(yàn)成果還可驗(yàn)證潰壩問題的理論解和數(shù)值模擬結(jié)果，在潰壩機(jī)理研究方面具有獨(dú)特的優(yōu)越性.

2.1 滑坡堰塞壩潰決特性的物理模型試驗(yàn)研究

潰壩問題試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯孔钤缱匪莸?9 世紀(jì)的法國，此后，美國、德國、奧地利等進(jìn)行了大量的水槽試驗(yàn)研究，當(dāng)時(shí)主要是依靠直接觀察來獲得直觀認(rèn)識(shí)，沒有精確有效的儀器捕捉各種水力參數(shù).20 世紀(jì)中期，美國和奧地利針對土石壩潰決過程進(jìn)行了較大比尺的模型試驗(yàn)和大量的室內(nèi)試驗(yàn)研究，獲得了關(guān)于壩體材料、壩體結(jié)構(gòu)、壩上水頭對潰壩過程影響的成果[21－22].1998 ～2000 年，在歐盟的支持之下，CAD-AM[23]項(xiàng)目得以完成，隨后，2001 ～2004 年，同樣是歐盟支持啟動(dòng)的IMPACT[24]項(xiàng)目得以開展.這兩個(gè)項(xiàng)目通過實(shí)驗(yàn)室條件下及野外原形潰壩實(shí)驗(yàn)條件下針對土石壩的壩型、形狀、筑壩材料、潰決型式等影響因素進(jìn)行了詳細(xì)的研究，在土石壩的潰壩機(jī)理研究方面取得了豐碩的成果.

國內(nèi)對土石壩、堰塞壩的潰壩試驗(yàn)研究也取得了一系列的成果. 張大偉等[25]采用粒徑對比明顯的兩組砂樣進(jìn)行了土石壩漫頂潰決試驗(yàn)，結(jié)合試驗(yàn)將整個(gè)潰決過程總結(jié)分為壩頂下緣處陡坎形成過程、陡坎坍塌、出現(xiàn)逆行沙壟的沖刷終止階段. 楊陽、曹叔尤[26]通過水槽模型試驗(yàn)研究了考慮滲流情況下非黏性堰塞壩體的漫頂潰決侵蝕機(jī)理，將堰塞壩潰決過程劃分為滲流侵蝕、初始潰決點(diǎn)形成、溯源蝕退、潰口展寬下切以及粗化再平衡5 個(gè)階段，指出潰決發(fā)展主要集中于第三、四階段.蔣先剛、崔鵬[27]，通過堰塞壩漫頂沖刷試驗(yàn)，分析了堰塞湖潰決下切過程及其影響因素，把堰塞壩潰口下切過程分為潰口緩慢發(fā)展階段、潰口迅速發(fā)展階段階段和穩(wěn)定河床形成階段.

孫德根[28]針對潰口上游庫區(qū)為狹窄庫區(qū)的情形進(jìn)行了土石壩潰壩物理模型試驗(yàn)研究，提出的沿水深分段加或減糙的方法，使狹窄庫區(qū)模型在水深幅度變動(dòng)較大的情況下，為滿足水流對模型糙率的要求而同時(shí)實(shí)現(xiàn)阻力相似和重力相似提供了有效的解決途徑.胡去劣等[29]通過潰口局部模型及潰決過程半整體模型，針對溝后面板砂礫石壩潰壩事故詳細(xì)研究了面板潰決特性、潰口水流參數(shù)、面板受力狀況等內(nèi)容.魏紅艷等[30]試驗(yàn)研究了堤防潰決對河道以及潰口附近水位變化的影響，研究了河道洪水流量、洪水位和筑堤材料對潰口處水位的影響，歸納總結(jié)了潰決流量與潰口口門寬度及潰口處水頭變化之間的關(guān)系. 張婧、曹叔尤[31]針對堰塞壩不同內(nèi)坡坡度和不同壩體級配對潰壩過程的影響，進(jìn)行了模型實(shí)驗(yàn)研究.趙萬玉、陳曉清[32]針對堰塞壩不同橫斷面泄流槽進(jìn)行了潰決實(shí)驗(yàn)研究，針對潰決過程中堰塞壩內(nèi)部土體體積含水量變化特征、泄流槽侵蝕特征和潰決流量過程進(jìn)行了分析，提出在梯形槽基礎(chǔ)上通過改變泄流槽的開挖形狀可以提升潰決初期的泄洪效率.

2.2 原型觀測及大比尺現(xiàn)場試驗(yàn)研究

在大比尺現(xiàn)場試驗(yàn)和潰壩現(xiàn)場觀測方面，IM-PACT[24]項(xiàng)目共進(jìn)行了多次現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)的規(guī)模約為室內(nèi)實(shí)驗(yàn)是10 倍，獲得了詳細(xì)的試驗(yàn)過程參數(shù)，包括潰口演進(jìn)速度、流量、水位等.在現(xiàn)場試驗(yàn)過程中，通過壩頂開槽的方式，壩前水位逐漸上升通過預(yù)設(shè)的泄流槽來模擬漫頂試驗(yàn)；通過壩體中預(yù)先埋設(shè)填滿砂土的割縫管子，打開割縫管閥門后使水流通過管子來激發(fā)管涌，來模擬管涌造成的壩體破壞試驗(yàn).如圖2 所示[24].

在堰塞壩潰決過程原型觀測方面，各項(xiàng)參數(shù)的觀測和獲得更為不易. 劉寧[33]等針對汶川地震誘發(fā)的唐家山堰塞壩引流除險(xiǎn)工程及潰壩洪水演進(jìn)過程開展了研究，獲得了唐家山下泄流量和庫水位隨時(shí)間變化過程、記載了潰壩過程中在壩址和下游實(shí)測的洪水位和流量過程線以及堰塞湖下游洪水演進(jìn)過程，為潰壩洪水控制及排險(xiǎn)工作提供數(shù)據(jù)支撐，除險(xiǎn)工程的成功實(shí)施為今后處理同類自然災(zāi)害積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)資料.崔鵬、陳曉清[34－35]針對汶川地震堰塞湖群的分布規(guī)律開展了現(xiàn)場調(diào)查，將壩體組成、壩體結(jié)構(gòu)、壩高和壩前最大庫容等因素作為堰塞湖危險(xiǎn)性評估指標(biāo)，制定出極高危險(xiǎn)、高危險(xiǎn)、中危險(xiǎn)和低危險(xiǎn)四個(gè)危險(xiǎn)等級，并對查明的部分堰塞湖進(jìn)行了潰決危險(xiǎn)性評價(jià)，評價(jià)結(jié)果全部被國家抗震救災(zāi)指揮部水利組采納，在堰塞湖應(yīng)急排險(xiǎn)工程布設(shè)、應(yīng)急排險(xiǎn)中發(fā)揮了作用.蔡耀軍[36]針對金沙江白格堰塞體潰決過程，開展了原型觀測，獲得了潰決過程中潰口流速、流量、水面寬、水深、沖刷物質(zhì)特性、攜砂水流推測比重等參數(shù)，進(jìn)而將潰決過程分為了過流孕育階段、引流槽均勻沖刷階段、溯源侵蝕階段、潰決發(fā)展階段、潰后消退階段5 個(gè)階段，提出各階段時(shí)長受來水量、堰塞體物質(zhì)組成、引流槽形態(tài)等因素影響，最終分析了堰塞體結(jié)構(gòu)及形態(tài)特征、潰決發(fā)展階段、潰決特征值，并將這些特征參數(shù)與以往一些堰塞湖作了比較，獲得了白格堰塞壩較為詳細(xì)的現(xiàn)場潰口演進(jìn)及泄流槽變化參數(shù).

圖2 IMPACT 項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)圖Fig.2 Field experiments images of IMPACT

2.3 梯級滑坡堰塞壩潰決特性試驗(yàn)研究

前人針對堰塞壩潰決問題的研究，多數(shù)集中在單一壩體的潰決洪水和潰決機(jī)理方面，以往堰塞湖單次形成的數(shù)量較少，國際上對堰塞湖的個(gè)例研究較多，對成群形成、梯級分布的堰塞湖研究較少.而實(shí)際中，強(qiáng)震引發(fā)山體滑坡或崩塌，進(jìn)而阻塞河道成堰塞湖是最為重要的一個(gè)成因，并且常常形成堰塞湖群，在流經(jīng)地震區(qū)域的水系及其支流上呈現(xiàn)出梯級分布. 如1920 年12 月寧夏海原8.5 級地震誘發(fā)了多起滑坡堵江事件，形成許多的串珠狀堰塞湖，響河和長源河等河流均發(fā)生滑坡堵江，使得寧夏固原和甘肅靜寧、會(huì)寧等地出現(xiàn)多處堰塞湖，造成巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失[37].1933 年8 月四川疊溪地震在岷江上游形成多處堰塞湖，使岷江斷流43 天，江水逆流20 多km[19].2008 年“5·12” 汶川大地震形成堰塞湖中，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，存留時(shí)間在14 天以上的有256 處[34]，在流經(jīng)斷裂帶的沱江、涪江、岷江和嘉陵江水系及其支流上則呈現(xiàn)出梯級分布.根據(jù)中華人民共和國水利部提出的堰塞湖潰決危險(xiǎn)性分級標(biāo)準(zhǔn)[34－35，38]，定級的有34處堰塞湖，其中超過半數(shù)處于中度危險(xiǎn)以上，其中唐家山堰塞湖屬于是極高危級狀態(tài)[39].

“5·12”汶川大地震以來，隨著堰塞壩潰決問題研究的深入，人們在梯級堰塞壩連鎖潰決方面的試驗(yàn)研究不斷深入. 曹志先等[40－41]進(jìn)行了單個(gè)滑坡堰塞壩潰決水沙動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究，同時(shí)對兩個(gè)梯級滑坡堰塞壩潰決也進(jìn)行了水沙動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)和全場二維耦合數(shù)學(xué)模擬研究，揭示了梯級壩潰決相對于單個(gè)壩潰決洪水的漸進(jìn)增強(qiáng)機(jī)制.許唯臨、牛志攀等[42－45]通過物理模型試驗(yàn)的方法，研究了滑坡堰塞壩單級潰壩與梯級潰壩的潰決特性和潰壩洪水的演進(jìn)規(guī)律，在漫頂潰壩和開槽泄洪的潰決形式之下，對比分析了不同組成材料的堰塞壩壩體在不同來流流量條件下，單個(gè)堰塞壩或梯級堰塞壩的潰決過程，觀測了潰壩過程中水流流態(tài)、壩體體型、泄流槽變化和潰口變化等水力參數(shù)的演變過程，獲得了上、下游梯級堰塞壩在不同流量、不同間距等參數(shù)差異之下的潰決特性. 朱興華、崔鵬[46]通過野外考察和野外水槽試驗(yàn)，研究在不同潰決模式和潰決程度之下，從峰值流量影響的角度研究了堰塞湖梯級連續(xù)潰決的放大效應(yīng).周公旦、崔鵬[47]通過室外模型試驗(yàn)的手段，針對堰塞湖潰決洪水對其所引發(fā)的泥石流的影響規(guī)律，研究了舟曲堰塞體連續(xù)潰決模式，提出漫頂潰決是堰塞壩最主要的破壞機(jī)制，不同組成構(gòu)造的堰塞體在管涌或者沖刷情況之下也可能導(dǎo)致堰塞體潰決. 袁岳[48]通過開展模型試驗(yàn)的手段研究了梯級潰決中上下游水深、河道坡度和壩間距對潰壩洪水的影響規(guī)律.

梯級堰塞壩潰決試驗(yàn)研究的開展，使得堰塞湖潰決問題及風(fēng)險(xiǎn)特性更能契合強(qiáng)震誘發(fā)堰塞湖群的實(shí)際情況，也為研究梯級堰塞壩潰決洪水連鎖遞增效應(yīng)及風(fēng)險(xiǎn)疊加機(jī)理提供了支撐.

3 滑坡堰塞壩潰決問題研究的相關(guān)動(dòng)向

(1)關(guān)于滑坡堰塞壩的模型試驗(yàn)雖然取得了很多進(jìn)展，但是由于滑坡堰塞壩壩體的復(fù)雜性、壩體結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性、壩體物質(zhì)組成的不確定性，關(guān)于潰決機(jī)理方面系統(tǒng)的研究仍是非常不足的.亟需系統(tǒng)研究滑坡堰塞壩潰決內(nèi)在誘發(fā)因素——包括壩體形狀、組成結(jié)構(gòu)、物質(zhì)特性等因素，以及外部誘發(fā)因素——包括地震、降雨等因素對壩體穩(wěn)定性及潰壩特性的影響.

(2)滑坡堰塞壩的三種潰決模式:漫頂潰決、滲漏或管涌、壩體失穩(wěn)，雖然以漫頂潰決占比最多，管涌及滲漏破壞占比較少，但是滑坡堰塞壩作為一種土石混合體，發(fā)生滲漏和管涌破壞的可能性依然很大，此外，漫頂潰決的同時(shí)也可能伴隨著滲漏和管涌破壞，受壩體內(nèi)部侵蝕與漫頂沖刷耦合作用的結(jié)果，導(dǎo)致堰塞壩的潰決機(jī)理極為復(fù)雜[49].因此，針對堰塞壩潰決模式機(jī)理方面的研究，應(yīng)充分重視壩體內(nèi)部破壞機(jī)制，在模型試驗(yàn)條件下，加以定量研究滲漏和管涌破壞，進(jìn)一步完善堰塞壩潰決模式的相關(guān)機(jī)理.

(3)滑坡堰塞壩潰決相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究常在特定的模擬技術(shù)和邊界條件下進(jìn)行，往往是將模型中的堰塞壩體型與實(shí)際的堰塞壩情況結(jié)合起來，設(shè)計(jì)出與原型堰塞壩成比例的壩體體型以及河道條件.由于原型堰塞壩內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)難以獲得，即便是進(jìn)行了現(xiàn)場堰塞壩取樣，室內(nèi)試驗(yàn)材料與實(shí)際情況也常常存在很大不同，原型堰塞壩組成往往是寬級配，在小比尺物理模型開展模擬工作時(shí)，需要考慮比尺效應(yīng)及相似性，包括壩體材料抗蝕性、滲透性與力學(xué)參數(shù)等多參數(shù)的相似性，才能更加明確研究某些因素的相似，逐步擴(kuò)展多個(gè)參數(shù)的相似，以獲得更為客觀真實(shí)的科學(xué)規(guī)律.

(4)原型滑坡堰塞壩潰決過程各項(xiàng)參數(shù)的觀測和獲得非常不易，近年來，隨著監(jiān)測設(shè)備、技術(shù)水平及基礎(chǔ)設(shè)施的進(jìn)步，為原型堰塞湖潰決的動(dòng)態(tài)監(jiān)測提供了可能，通過采用衛(wèi)星傳輸、空中監(jiān)測、現(xiàn)場自動(dòng)化監(jiān)測系統(tǒng)、移動(dòng)通訊傳輸以及人工監(jiān)測等多種手段，可以對降雨、壩前水位、壩體潰決體型變化、沖刷特性、潰決洪水等參數(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測，通過獲得的各項(xiàng)原型參數(shù)為堰塞湖提供險(xiǎn)情預(yù)警，也為堰塞湖應(yīng)急排險(xiǎn)提供技術(shù)支撐.但是目前關(guān)于原型堰塞湖潰決過程系統(tǒng)的觀測數(shù)據(jù)和分析研究仍相對較少，準(zhǔn)確性也有待提升，隨著監(jiān)測手段的不斷提高，堰塞湖潰決過程原型綜合監(jiān)測預(yù)警意義重大.

(5)堰塞湖應(yīng)急處置需要在深入研究其潰決機(jī)理的基礎(chǔ)上，迅速制定一套快速有效但又操作簡單的減災(zāi)措施，盡最大可能減少堰塞湖的蓄水量，減緩對下游的破壞，確保下游人員生命財(cái)產(chǎn)安全. 目前常見的人為處置方式有爆破除險(xiǎn)、泄槽引流、圍壩蓄水等[50]，但是對于不同壩體潰決模式條件下，人工處置方式的機(jī)理、量化、評價(jià)、效益等研究甚少，亟需開展相關(guān)研究來為堰塞湖的應(yīng)急搶險(xiǎn)提供技術(shù)支持.

4 結(jié)論

本文通過相關(guān)文獻(xiàn)資料歸納對于滑坡堰塞壩潰決相關(guān)的研究進(jìn)展，介紹了滑坡堰塞壩的潰決資料統(tǒng)計(jì)、潰決模式、存留壽命等規(guī)律，并介紹了堰塞壩潰決原型觀測及物理模型試驗(yàn)?zāi)壳暗难芯窟M(jìn)展.最后，對于潰決機(jī)理方面，指出了目前研究方向的一些不足，并提出了一些建議的研究方向，涉及到:堰塞湖潰決機(jī)理、潰決模式、原型及模型試驗(yàn)比尺效應(yīng)、潰決過程原型監(jiān)測預(yù)警以及堰塞湖人工處置方式的機(jī)理等方面.