考虑滑体-水体相互作用的滑坡涌浪产生过程动力学模型研究

Landslide generated waves in reservoir are highly hazardous to the safety of the reservoir navigation and hydropower project construction and operation. The wave generation is the starting point of the wave energy spreading and it is vital of the whole landslide generated waves hazard process with two features: the complexity of the mechanics of landslide–water interaction, the difficulty of the establishment of quantitative dynamic model. Therefore, this project plans to research on the dynamic model of the wave generation considering the landslide-water interaction. By observing the evolving features of the landslide and wave during the wave generation, reveal the mechanic modes of landslide–water interaction. Analyzing the “lift up”, “push ahead” and “drag along” and their influence factors during the wave generation, taking advantage of Tsunami Squares simulation, theoretical analysis, and physical model experiment, establishing a coupling analytical model of wave generation based on different mechanics modes. In order to create the quantitative dynamic analytical model of the wave generation, this study focuses on the different mechanical models and effects of landslide-water interaction, which makes the research theoretically innovation. The results will help to complete the dynamics theory of landslide wave’s generation and it is significant for landslide generated wave hazards prevention and mitigation.

库岸滑坡失稳冲击水体引起的涌浪灾害极具破坏力，严重威胁着水库航运和水电工程建设与运营安全。涌浪的产生过程作为灾害能量传播的起点，是研究的关键和难点，主要表现在两方面，一是滑体-水体相互作用的力学机制复杂，二是发展量化的动力学模型难度较大。为此，本项目开展考虑滑体-水体相互作用的滑坡涌浪动力学模型研究。通过观测滑坡涌浪形成过程中滑体和水体的动态演化特征，揭示涌浪产生过程的受力类型和特征；分析滑体-水体相互作用中“体积抬升”、“冲击挤压”和“界面摩擦”的力学模式及其影响因素，综合利用理论分析、物理模型试验和数值模拟，建立不同力学模式及其耦合作用下涌浪产生的动力学解析模型。本研究以滑体-水体相互作用力学模式为切入点，分析滑坡涌浪产生过程的动力学机制，研究量化的动力学模型，研究视角新颖，内容创新，成果对发展滑坡涌浪动力学理论和防灾减灾具有一定的科学意义和实用价值。

库岸滑坡失稳冲击水体引起的涌浪灾害极具破坏力，严重威胁着水库航运和水电工程建设与运营安全。涌浪的产生过程作为灾害能量传播的起点，是滑坡涌浪研究的关键。然而由于缺乏系统的滑体-水体相互作用的力学机制研究，目前的滑坡涌浪预测模型难以满足精度要求，推广应用受限。为此本项目开展了考虑滑体-水体相互作用的滑坡涌浪产生过程的动力学模型研究。.项目通过建立干坡散粒体下滑试验，水平拖拽块体涌浪试验和散体滑坡涌浪的三维物理模型缩尺试验，对可变形的碎屑类滑体和不可变形的刚性滑体冲击水体产生涌浪过程和水体的动态演化特征均进行了深入观测和分析。综合利用野外调查和数据采集、理论分析和TS数值模拟，得出以下结论：.（1）提出了考虑滑体-水体相互作用产生涌浪的动力学模式及三种力学效应，分别为不产生动量传递的竖向“体积抬升”作用、传递滑体动量的水平向“冲击挤压”和“界面摩擦”作用。.（2）建立了冲击挤压效应（PA）的动力学解析模型。该模型中的参数包括滑块厚度的变化率、冲击速度的大小及方向和水深；.（3）建立了3种力学模型耦合作用下滑坡涌浪产生过程动力学模型及参数。基于耦合模型，解释了不同类型的滑坡涌浪产生时三者贡献的比例变化。.（4）探讨了3种力学效应与16种首浪高度影响因素之间的力学关系，明确了产生涌浪的8种直接影响因素(即滑体入水的长度、宽度、厚度、厚度变化率(或迎水面积变化率)、冲击速度大小和方向、水深及滑体密度)和3种核心影响因素(入水体积、冲击速度和水深)。.（5）分别通过对滑坡涌浪物理模型试验和实际案例的反演模拟，验证了所提出动力学解析模型的准确性和可靠性。.本项目系统的定量化的研究了滑坡涌浪的的动力学模式及解析模型，是对本领域研究难点的一次重要突破。该成果将有助于完善滑坡涌浪动力学理论，大幅度提高滑坡涌浪预测模型的精度和适用范围，对于库区滑坡涌浪灾害应急处置及制定防灾减灾预案具有重要的意义。