均质土堤漫溢溃决冲蚀过程及力学机制研究

As a result of interaction of flow and sediment, study on overtopping breach process of embankment involves hydraulics, soil mechanics, sediment transport mechanics and other theories. Unsafety of field survey and difficulty of experiments leads to the deficiency of systematic studies achievement in this area，even more,most of these studies are on dam. Focused on breach modes and based on sufficient theoretical analysis and field data analysis, the project will carry out a series of similar generalizing modeling experiments to study similarity rules and breach process of homogeneous embankment. Then, modes of sediment transport as well as breach erosion and collapse under strong flow conditions will be studied to explore the theories of rapid flow erosion and soil erosion mechanism. Finally, a prediction mode for embankment erosion and breach discharge process is built. The result can enrich researches on similarity of embankment experiments and provide more knowledge on embankment stability and its breach process. Also, it's of scientific and practical importance for predicting breach discharge and blocking up embankment.

土堤失稳坍塌直至溃决是水土两相介质相互作用的过程，其力学机制复杂，涉及流体力学、土力学、泥沙运动力学等学科理论。现有成果多有关土石坝，直接针对与之类似却又有实质区别的堤防溃决冲蚀过程及机理的研究不多，系统成果更少。本项目以长江中下游为主要研究背景，以漫溢溃决模式为研究重点，在理论研究、实测资料分析的基础上，开展系列对比性概化物理模型试验，探索均质土堤漫溢溃决模型试验的相似准则及溃决过程相似问题；进一步研究强冲刷状态下水流输沙模式以及溃口冲刷坍塌模式，探索堤防漫溢破坏与溃口发展过程中湍流掀沙机制及水土耦合作用下土体破坏机理；分析研究溃决流量过程变化特点及影响因素，建立土堤漫溢溃决过程及溃决流量过程预测预报模式。研究成果可丰富溃堤模型试验相似理论，对深入认识土堤稳定性及其在水动力作用下失稳坍塌直至溃决的过程，准确预测溃决流量过程，指导堵口复堤、及时避险和防灾减灾具有重要的科学意义和实用价值。

土堤失稳坍塌直至溃决是水土两相介质相互作用的过程，其力学机制复杂，涉及流体力学、土力学、泥沙运动力学等学科理论。现有成果多有关土石坝，直接针对与之类似却又有实质区别的堤防溃决冲蚀过程及机理的研究不多，系统成果更少。本项目以长江中下游为主要研究背景，以漫溢溃决模式为研究重点，在理论研究、实测资料分析的基础上，开展系列对比性概化物理模型试验，探索均质土堤漫溢溃决模型试验的相似准则及溃决过程相似问题；进一步研究强冲刷状态下水流输沙模式以及溃口冲刷坍塌模式，探索堤防漫溢破坏与溃口发展过程中湍流掀沙机制及水土耦合作用下土体破坏机理，认识到溃口的不对称系数为2.1-2.4，建立了溃口侵蚀发展速度与壁面切应力之间的耦合关系式；分析研究溃决流量过程变化特点及影响因素，建立土堤漫溢溃决过程及溃决流量过程预测预报模式。堤防溃决溢流符合侧堰溢流模式，与现有研究成果较为一致，并进一步给出了流量系数的取值范围为0.389~ 0.696。研究成果可丰富溃堤模型试验相似理论，对深入认识土堤稳定性及其在水动力作用下失稳坍塌直至溃决的过程，准确预测溃决流量过程，指导堵口复堤、及时避险和防灾减灾具有重要的科学意义和实用价值。