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中文题名:

 

滑坡涌浪传播规律及爬坡特征研究

    

姓名:

 王圣浩    

学号:

 1049732002987    

保密级别:

 公开    

论文语种:

 chi    

学科代码:

 081500    

学科名称:

 工学 - 水利工程    

学生类型:

 硕士    

学校:

 武汉理工大学    

院系:

 船海与能源动力工程学院    

专业:

 水利工程    

研究方向:

 流体与结构物相互作用    

第一导师姓名:

 孙亮    

第一导师院系:

 船海与能源动力工程学院    

完成日期:

 2023-03-16    

答辩日期:

 2023-05-23    

中文关键词:

 

滑坡涌浪 ; 数值模拟 ; 传播规律 ; 爬坡特征 ; 越浪量

    

中文摘要:

滑坡涌浪是由滑坡体与水体间强烈相互作用所引起的一种次生灾害,当滑坡体积、滑动速度和水体体积达到一定值后滑坡所产生的涌浪具有极大的破坏性。我国的滑坡涌浪灾害主要发生在水库和峡谷河道中,高山峡谷与大坝库区地质条件复杂,滑坡涌浪灾害频发后果严重。基于库区与河道在地形、水位及水域范围等特征上具有显著差别,本文使用FLOW-3D分析了滑坡涌浪在河道与库区传播规律和爬坡特征,主要工作内容和结论如下:

(1)建立了二维、三维岩质滑坡入水的仿真模型,并将计算结果与物理模型试验比较验证了数值结果的准确性。针对散体滑坡首先采用颗粒流模型分析了二维溃坝问题,与试验结果的比较初步验证了颗粒流模型计算结果的准确性。进一步使用计算流体力学方法与颗粒流模型分析了三维散体滑坡入水问题,与相应试验结果的比较验证了数值结果的准确性。

(2)分析了河道场景不同工况下滑坡涌浪的传播形态、传播规律及爬坡特征。岩质滑坡与散体滑坡所产生的涌浪极大值均出现在首浪波峰,随后涌浪迅速衰减。涌浪高度受滑坡体积、河道宽度影响变化幅度较大。岩质滑坡过程中对岸最大爬坡高度随水位增加先增大后减小,而在本文的散体滑坡模拟过程中,最大爬坡高度受水位范围影响变化不明显。

(3)研究了库区滑坡涌浪对大坝坝体的冲击及安全性问题,分析了滑坡涌浪从产生、传播到爬坡过程中的涌浪高度变化、对岸最大爬坡高度和大坝处的越浪量。指出了不同变量情况下的越浪量变化规律。结果表明:水位因素影响下的散体滑坡过程的最大爬坡高度先减小后增大,且变化幅度较大。在岩质滑坡过程中,最大爬坡高度总体呈上升趋势,但变化幅度不大。散体滑坡过程的最大爬坡高度和越浪量均呈现先降低后升高的规律。

参考文献:

[1] 殷坤龙. 滑坡灾害风险分析[M].北京:科学出版社,2010:167-185.

[2] Liu, P.L.-F, Wu, et al. Runup and rundown generated by three-dimensional sliding masses [J]. Journal of fluid Mechanics, 2005, 536: 107-144.

[3] 夏元友,朱瑞赓.新滩滑坡滑动机理及稳定性评价研究[J].中国地质灾害与防治学报, 1996, 7(3): 49-54.

[4] 王兰生.意大利瓦依昂水库滑坡考察[J]. 中国地质灾害与防治学报, 2007(3): 145-148+159.

[5] 张振华,钱明明,位伟.基于改进破坏接近度的千将坪岸坡失稳机制分析[J].岩石力学与工程学报, 2018, 37(6): 1371-1384.

[6] Huang B L, Yin Y P, Du C L. Risk management study on impulse waves generated by Hongyanzi landside in Three Gorges Reservoir of China on June 24, 201SJ]. Landsides 2016 13): 603-616.

[7] 沈保兴.滑坡涌浪数值模拟及其水波特性分析[D].长沙:长沙理工大学, 2020.

[8] 黄波林.水库滑坡涌浪灾害水波动力学分析方法研究[D]:中国地质大学,2014.

[9] Huang B L, Wang S C, Zhao Y B. Impulse waves in reservoirs generated by landslides into shallow water [J]. Coastal Engineering, 2017, 123: 52-61.

[10] Renzi E, Sammarco P. The hydrodynamics of landslide tsunamis: current analytical models and future research directions [J]. Landslides, 2016, 13(6): 1369-1377.

[11] 徐波.库区滑坡涌浪的产生及其传播过程的研究[D]. 长沙理工大学, 2011.

[12] 刘霞,谭国焕,王大国. 水库滑坡涌浪的数值模拟[J].船舶力学,2013,17(21):75-83.

[13] Scheidegger A E. On the prediction of the reach and velocity of catastrophic landslides [J]. Rock Mech D C, 1973, 5(4): 231-236

[14] 潘家铮. 建筑物的抗滑稳定和滑坡分析[M].北京,水利出版社,1980:120-132

[15] 廖小平,徐峻龄,郑静,等.高速远程滑坡的动力特征和运动模拟[J]. 中国地质灾害与防治学报.1993, 4(2):26-30

[16] 谷天峰,王家鼎,梁辉.均质土体滑坡运动规律分析[J].西北大学学报(自然科学版).2006, 36 (3):437-441.

[17] 刘贵荣,石豫川. 暴雨和地震触发滑坡滑速计算[J].地质灾害与环境保护.2007,18(4):20-22

[18] 张新军,王家鼎,谷天峰,等.铜川烈-柴公路收费站滑坡机理研究[J].西北大学学报(自然科学版).2005,35(3):335 -338

[19] 汪洋,刘波,汪为.滑坡速度计算的改进条分法[J].安全与环境工程.2004,11(3):68-70,78

[20] 柴贺军,王士天,许强,等.西藏易贡滑坡物质运动全过程数值模拟研究[J]. 地质灾害与环境保护. 2001,12(2):1-3,82

[21] 秦云,姜清辉,郭慧黎.滑坡速度预测的计算方法探讨[J].岩土力学. 2008,29 (增刊):373-378

[22] 金德濂,王耕夫.边坡工程地质[M].北京:水利电力出版社,1983

[23] 王家成,王乐华,陈星.基于潘家铮滑速和涌浪算法的楞古水电站滑坡涌浪计算[J].水电能源科学. 2010,28(9):95 -97

[24] Noda E. Water waves generated by landslides [J]. Journal of the Waterways, Harbors and Coastal Engineering Division, 1970, 96(4):835-855.

[25] Panizzo A, Belotti O, Girolamo P D. Application of wavelet transform analysis to landslide generated waves [J]. Coastal Engineering, 2002,(44):32 1-338.

[26] Marcello D R,Paolo S. Analytical modeling of landslide-generated waves [J]. Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering, 2008, 134(1):53-60.

[27] Mulligan R P, Take W A. On the transfer of momentum from a granular landslide to a water wave [J].Coastal Engineering, 2017, 125:16-22.

[28] Tan J M, Huang B L, Zhao Y B. Pressure characteristics of landslide generated impulse waves [J]. Journal of Mountain Science, 2019, 16(8):1774-1787.

[29] De Carvalho R F, Antunes do Carmo J S. Landslides into reservoirs and their impacts on banks [J]. Environmental Fluid Mechanics, 2007, 7(6):481-493.

[30] 王安民,朱智堂.乌鲁瓦提水利枢纽工程23SL_1滑坡体对水库影响的分析[J]. 水利水电技术, 2003(12):29-30.

[31] 庞昌俊.二维斜滑坡涌浪的试验研究[J]. 水利学报, 1985, 11(2):55-59.

[32] 袁银忠,陈青生.滑坡涌浪的数值计算及实验研究[J].河海大学学报,1990,18(5):47-53.

[33] 余仁福.黄河龙羊峡工程近坝库岸滑坡涌浪及滑坡预警研究[J].水利发电,1995,3(5):14-16.

[34] Wiegel R. Laboratory studies of gravity waves generated by the movement of a submarine body [J]. Transactions-American Geophysical Union, 1955, 36(5): 759-774.

[35] Watts P. Wave maker curves for tsunamis generated by underwater landslides [J].Journal of Waterways, Port, Coastal, and Ocean Engineering, 1998, 124(3): 127-137.

[36] 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.

[37] 岳书波,刁明军.库岸滑坡涌浪首浪高度计算方法研究[J].人民长江,2017:56-60

[38] 黄锦林.库岸滑坡涌浪对坝体影响研究[D]. 天津大学,2012

[39] 马鑫磊,任光明,夏敏.滑坡涌浪预测评价方法综述[J] .水利水电科技进展, 2015,35(3):89-98.

[40] 吴佳壕.山区河道型水库库岸坡涌浪灾害研究与预测问[D]. 成都:成都理工大学, 2011.

[41] Iwasaki S I. A semi analytical and semi empirical method for the evolution of tsunami generating efficiency due to landslides plunging into the water bodies[C]. Fourth pacific congress on marine science and technology, Japan, 1990:162-166.

[42] Wang W, Chen G Q, Yin K L, et al. Modeling of landside generated impulsive waves considering comp1ex topography in reservoir area [J]. Environmental Earth Sciences, 2016, 75(5), 372.

[43] 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.

[44] 缪吉伦,陈景秋,张永祥,等.库岸滑坡涌浪二维光滑粒子动力学数值模拟[J]. 水土保持通报, 2013, 33(3):175-179, 205.

[45] Heinrich P. Nonlinear numerical model of landslide generated water waves [J]. Journal of Fluid Mechanics, 1991, 4(4):403-416.

[46] Monaghan J J, Kos A. Scott Russell's wave generator [J]. Physics of Fluids, 2000, 12(3):622-630.

[47] 汪洋,殷坤龙.水库库岸滑坡涌浪的传播与爬高研究[J].岩土力学,2008,29(4):1031-1034.

[48] 谢海清,蒋昌波,邓斌,等.狭窄型库区河道滑坡涌浪的形成及其传播规律[J]. 交通科学与工程, 2017, 33(4):45-50,76.

[49] 邓成进,党发宁,陈兴周,等.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.

[50] Fritz H M, Liu P C. Initial Phase of Landslide Generated Impulse Waves [D]. Zurich, Switzerland; Swiss Federal Institute of Technology, 2002: 1477-1486.

[51] Heller V. Landslide Generated Impulse Waves: Prediction of Near Field Characteristics [D]. England: University of Southampton, 2008.

[52] Heller V, Hager W H. Impulse product parameter in landslide generated impulse waves [J]. Journal of Waterway Port Coastal & Ocean Engineering, 2009, 136(3):145-155.

[53] Panizzo A, De Girolamo P, Petaccia A. Forecasting impulse waves generated by subaerial landslides [J]. Journal of Geophysical Research Atmospheres, 2005, 110: C12025. DOI: 10.1029/ 2004JC002778.

[54] 王育林,陈凤云,齐华林,李一兵.危岩体崩滑对航道影响及滑坡涌浪特性研究[J]. 中国地质灾害与防治学报, 1994, 3(4):33-36.

[55] Huang B L, Yin Y P, Chen X T, et al. Experimental modeling of tsunamis generated by subaerial landslides: Two case studies of the Three Gorges Reservoir, China [J]. Environmental Earth Sciences, 2014, 71(9):3813-3825.

[56] 王世昌,黄波林,刘广宁,等.龚家方4号斜坡涌浪数值模拟分析[J]. 岩土力学, 2015, 36(1):212-218.

[57] 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.

[58] 刘珺婧. V型河道滑坡涌浪传播的小波分析[D]. 长沙:长沙理工大学,2018.

[59] Biscarini C. Computational fluid dynamics modelling of landslide generated water waves[J]. Landslides,2010,7(2): 117-124

[60] 杨飞鹏.不同断面库区滑坡涌浪的产生及传播规律的数值模拟研究[D].西安:西安理工大学,2016

[61] 徐文杰.滑坡涌浪影响因素研究[J].工程地质学报, 2012,20(4):491-507.

[62] Tang C J, Lee J F. Landslide generated waves in reservoirs[C]//Proceedings of the 9th Conference on Engineering Mechanics. Publ by ASCE,1992:220-223.

[63] 缪吉伦,陈景秋,张永祥.基于SPH方法的立面二维涌浪数值模拟[J]. 中南大学学报(自然科学版) , 2012, 43(8):3244-3249.

[64] 李静,陈健云,徐强,等.滑坡涌浪对坝面冲击压力的影响因素研究[J]. 水利学报, 2018, 49(2):232-240.

[65] 李静,陈健云,卢国帅.地震滑坡涌浪作用下重力坝的损伤分析[J].自然灾害学报, 2015, 24(05):19-26.

[66] 李静,陈健云,徐强,孙迅.滑坡涌浪对坝面冲击压力的影响因素研究[J].水利学报, 2018, 49(02):232-240.

[67] 刘杰.滑坡涌浪传播及翻坝过程数值模拟[J].人民长江,2016, 47(14):81-85.

[68] 白薇,程永舟,黄筱云.滑坡涌浪对桩柱冲击压力分布特征及计算方法[J].中国安全科学学报. 2017,27(02):115- 120.

[69] Si P,Aaron J, McDougall S, et al. A non-hydrostatic model for the numerical study of landslide-generated waves [J]. Landslides, 2018, 15(4): 711-726.

[70] 鲁俊,陆永平,李晓宇,等.含植被明渠水流特性三维数值模拟研究[C]. 科技创新与水利改革—中国水利学会2014学术年会论文集(上册), 2014.

[71] 王伟杰. 明渠植被水流流速分布解析解与阻力特性研究[D]. 武汉:武汉大学,2016.

[72] 孔增增.V形河谷滑坡冲击波最大波面高度及爬高研究[D]. 长沙:长沙理工大学,2017.

[73] Lynett P, LIU P L.-F A numerical study of the run-up generated by three dimensional 1andslides [J]. Journal of Geophysical Research C: Oceans, 2005, 110(3):1-16

[74] Huang B L, Yin Y P, Du C L. Risk management study on impulse waves generated by Hongyanzi landslide in Three Gorges Reservoir of China on June 24,2015[J]. Landslides, 2016,13(3): 603-616.

[75] Ataie-Ashtiani B, Yavari-Ramshe S. Numerical simulation of wave generated by landslide incidents in dam reservoirs [J]. Landslides, 2011, 8(4):417-432.

[76] 黄宇云,吕海强,余明辉,董俊君.基于FLUENT的狭长型水库滑坡涌浪研究[J].泥沙研究,2020,45(05):48-54.

[77] 明唯, 田忠. 山区库岸滑坡涌浪翻坝三维数值模拟研究[J]. 四川水力发电, 2016,35(02):73-75.

[78] MARTIN J. C. An experimental study of the collapse of liquid columns on a rigid horizontal plane[J].Philos. Trans. R. Soc. London, Ser. A,1952, 244(882): 312-324

[79] 徐娜娜.大型滑坡涌浪及堰塞坝溃坝波数值模拟研究[D].上海:上海交通大学,2011.

[80] Heinrich, Philippe. Nonlinear Water Waves Generated by Submarine and Aerial Landslides[J].Journal of Waterway, Port, Coastal and Ocean Engineering,1992,118(3): 249-266.

[81] Abadie, Stéphane, Morichon, Denis, Grilli, Stéphan, et al. Numerical simulation of waves generated by landslides using a multiple-fluid Navier–Stokes model.[J].Coastal Engineering, 2010, 57(9): 779-794

[82] Fritz H M, Hager W H, Minor H E. Lituya bay case: Rockslide impact and wave run-up[J].Science of Tsunami Hazards,2001,19(1): 3-22.

中图分类号:

 TV139.23    

条码号:

 002000074358    

馆藏号:

 YD10002488    

馆藏位置:

 203    

备注:

 403-西院分馆博硕论文库;203-余家头分馆博硕论文库    

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