三峡水库滑坡首浪形成机理及物理模拟实验研究

三峡库区涌浪灾害是三峡水库运营过程中的重要的滑坡次生灾害类型，对库区航运、码头和移民新址区的安全等构成严重威胁。本项目在综合分析三峡库区监测预警型滑坡地质环境条件的基础上，确定滑坡首浪影响因素水平值的隶属范围；运用正交设计方法，确定三峡库区首浪实验的组合工况；利用1：200的白水河滑坡的正态河道模型，采用物理模拟实验方法，探索入水过程中滑坡前缘迎水面的砰击作用；采用非线性瞬态动力学数值方法，模拟滑块入水过程中砰击压力、水体流场和速度等物理量的变化规律，建立砰击压力的计算模型，研究滑坡首浪的形成机理；基于Navier-Stokes方程，采用数值解析方法，以入水砰击作用、速度和入水体积作为初始条件，建立滑坡入水过程中首浪高度计算模型，预测三峡库区监测预警型滑坡的首浪高度。该项目研究是国内外水库滑坡涌浪研究的难点和前沿问题，对水库滑坡涌浪灾害的预警预报具有重要的科学理论意义和实际应用价值。

三峡库区涌浪灾害是三峡水库运营过程中的重要的滑坡次生灾害类型，对库区航运、码头和移民新址区的安全等构成严重威胁。本项目在综合分析三峡库区监测预警型滑坡地质环境条件的基础上，确定滑坡首浪影响因素水平值的隶属范围。选取三峡库区白水河滑坡的上下游河道地形为原型，在遵守几何相似、运动相似和动力相似条件的前提下，建立了1:200比例尺的河道物理模型，研究了包括滑动控制设备、载物滑车、吊车设备的实验控制系统，采用电容式波高仪、高速摄影仪组成了实验量测系统，开展了首浪物理模型试验研究。运用正交设计方法，确定三峡库区首浪实验的组合工况。利用1：200的白水河滑坡的正态河道模型，采用物理模拟实验方法，探索入水过程中滑坡前缘迎水面的砰击作用。将滑坡涌浪的形成、发展和消散过程分为三个阶段：第一个阶段是滑块沿着滑动面进入水体阶段，滑坡以一定规模和速度入水，通过能量传递给周围受推挤的水体，表层水体受到冲击作用呈现为舌状形态向前运动，直接溅落到水面或拍打到对岸岸坡；第二个阶段是滑坡涌浪的形成阶段，随着滑块沿着滑面持续下滑入水，滑块尾部形成的空腔内外水位差越来越大，周围水体由于快速进入空腔相互碰撞产生巨大的水花团，很快在附近的地方跌落。同时由于能量的持续传递，滑块周围形成涌浪，并向四周传播，其中涌浪高度以滑块滑动方向上最大，该涌浪高度为最大首浪高度；第三个阶段是滑坡涌浪传播与衰减阶段。采用非线性瞬态动力学数值方法，模拟滑块入水过程中砰击压力、水体流场和速度等物理量的变化规律，研究滑坡首浪的形成机理。采用数值解析方法，以入水砰击作用、速度和入水体积作为初始条件，建立滑坡入水过程中首浪高度计算模型，预测三峡库区监测预警型滑坡的首浪高度。该项目研究是国内外水库滑坡涌浪研究的难点和前沿问题，对水库滑坡涌浪灾害的预警预报具有重要的科学理论意义和实际应用价值。