库岸崩塌涌浪计算方法研究

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由于库区水利工程建设规模的加大,水库建设、蓄水等活动将改造库区地质环境、水文条件,各种形式的地质演化加速发生。库岸往往存在大量危岩,一旦危岩崩塌入水,将引起涌浪,对库区周边居民的生活、建筑物、航道造成极大的威胁。库区涌浪的相关问题已经成为众多学者的重点研究对象。目前国内外学者对库岸涌浪计算方法的理论研究主要针对滑坡涌浪,通过对滑体入水整体分析得到经验公式,忽视了崩塌过程中单块危岩块体的涌浪作用。库岸滑坡涌浪由无数单块危岩与沙土混合体连续入水产生,因此进行单块危岩崩塌体的涌浪研究能为水库岸坡崩塌、滑坡涌浪的研究提供理论基础。本文立足单体危岩,考虑危岩形状、大小,入水速度、角度,及速度方向在入水过程中的变化,采用理论推导的方法,对库岸崩塌涌浪的过程的规律和影响因素进行研究,为库区涌浪灾害的预防及其相关防范工程的建设有着极大的意义。
  本文通过理论推导和数值模拟结合的方法研究理想危岩球在带有水平速度条件下入水引起的涌浪高度。通过危岩崩塌运动轨迹研究,以滚动运动为例分析了危岩入水前运动特征。在理论推导中,通过以往库区涌浪的相关研究,探讨了单体危岩入水涌浪的特征,分析了危岩崩塌入水角度、速度与危岩体积对涌浪高度的影响。针对理想危岩球,建立危岩入水涌浪物理模型研究其在带有水平速度条件下入水涌浪高度在各个方向上的差异。推导了危岩球入水在各个方向上的最大涌浪高度计算方法。在数值模型中,建立了基于法追踪自由面的三维数值模型,确定软件参数的设置及其选用方法的正确性之后,对理论计算方法的计算结果进行验证,并对最终结果进行了可视化。研究成果如下:
  1.梳理目前的涌浪计算方法,通过滑坡涌浪进行危岩涌浪特征分析。
  2.结合滑坡涌浪,分析危岩体积、入水速度、入水角度对危岩单体涌浪作用的影响,并将其作为库岸崩塌单块岩石带角度入水条件下涌浪高度计算参数。
  3.提出库岸崩塌涌浪入侵挤压浪与排水回流浪两个涌浪阶段,并进行理论推导。
  4.通过FLOW-3D模拟本文物理模型的涌浪现象,验证计算方法的正确性。
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