均质土石坝漫溃过程中“陡坎”冲刷机理与模拟研究

人工土石坝在各国应用广泛，而堰塞坝（天然土石坝）在世界上也广泛存在。这些大坝一旦失事溃决，灾害非常严重。土石坝的溃决是一个水、土（坝体材料）二相相互作用的过程,坝体被洪水逐渐冲溃。近年来大量研究表明，"陡坎"冲刷是土石坝漫溃过程中的主要冲刷方式。本项目主要通过资料分析、理论研究与水槽模型试验等，研究均质土石坝漫溃过程中"陡坎"冲刷的发展演变过程，初步揭示"陡坎"冲刷的模式与特点，揭示坝体材料、坝基抗冲性、下游尾水等对冲刷过程的影响，在此基础上研究阐明均质土石坝漫溃过程中"陡坎"冲刷机理。把试验成果与理论研究及资料分析相结合，研究建立均质土石坝漫溃过程中的"陡坎"冲刷数学模型，并模拟"陡坎"冲刷过程，包括冲刷速度和冲刷量等。研究成果将有助于加深对土石坝溃坝过程和溃坝机理的认识，提高溃坝过程及溃坝洪水模拟的精度，为溃坝事故预警、应急预案编制和大坝风险分析等提供科学依据与技术支撑。

人工土石坝在各国应用广泛，而堰塞坝（天然土石坝）在世界上也广泛存在。这些大坝一旦失事溃决，灾害非常严重。土石坝的溃决是一个水、土（坝体材料）二相相互作用的过程，坝体被洪水逐渐冲溃。近年来大量研究表明，“陡坎”冲刷是土石坝漫溃过程中的主要冲刷方式。本项目在归纳总结“陡坎”冲刷试验与数学模型研究进展基础上，利用水槽试验研究了均质土石坝漫溃过程中“陡坎”冲刷的发展演变过程，初步揭示了坝体材料粘粒含量、坝基抗冲性、下游尾水等因素对“陡坎”冲刷的影响，在此基础上结合理论分析初步阐明了均质土石坝漫溃过程中“陡坎”冲刷特点与机理。基于“陡坎”冲刷机理研究成果，进一步研究建立了均质土石坝漫溃过程中的“陡坎”冲刷数学模型，并利用部分水槽试验成果对模型参数进行了率定。基于模型率定结果，完善优化了粘性土体冲刷速度系数与土体物理力学参数之间的计算表达式，然后对另外4组水槽试验中的“陡坎”冲刷过程进行了模拟，预测了“陡坎”冲刷速度等，模型预测值与试验观测值符合较好。最后对数学模型进行了敏感性分析。研究成果有助于加深对土石坝溃坝过程和溃坝机理的认识，可提高溃坝过程及溃坝洪水模拟的精度。