三峡库区滑坡涌浪高度及爬坡特性研究

作     者：曾念长 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨海清

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 080103[工学-流体力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：滑坡涌浪 三峡库区 首浪高度 最大爬坡高度 灾害预测 

摘      要：涌浪是滑坡失稳下滑后,由于其对河道水流的巨大冲击力而引发的次生灾害。目前学界对滑坡涌浪课题的研究主要包括涌浪高度、涌浪衰减规律以及涌浪的爬坡特性等。在已有的研究成果中,学者们提出了简易的最大涌浪高度和涌浪最大爬坡高度的预测模型,但由于考虑参数不全以及没有针对不同河道而做出针对性研究,所以得出的预测模型适用范围有限。基于前人的研究成果,本文将通过多因素分析,优化预测模型。主要的研究内容如下:(1)基于计算流体动力学(CFD)相关理论,通过使用Flow-3D物理实验模拟,验证了数值软件研究滑坡涌浪灾害的可行性。通过涌浪分区的方式,研究不同区域网格尺寸对计算精度的影响,探究最优网格方案。结合Navier-Stokes方程和自由液面追踪方法(VOF),将室内缩尺实验按照重力相似准则等比放大,研究数值方法对滑坡涌浪计算的比尺效应。(2)从滑坡复活、滑体滑动以及滑体入水三个阶段详细分析了滑坡涌浪形成的过程。基于牛顿运动定律,分析滑体下滑过程中与水体之间的动力响应,得出了包括水上滑坡、水中滑坡和水下滑坡的运动速度计算模型。结合实验数据,验证了速度计算模型的有效性。(3)以三峡库区滑坡统计资料为依据,概化研究模型,分析了滑体因素和河道因素对涌浪特性的影响规律。同时,结合数值模拟计算结果和现有的预测模型基本结构,采用无量纲分析和线性回归分析,优化了首浪高度和最大爬坡高度预测模型。另外,结合案例分析和与已有的预测模型对比,分析了本文预测模型的有效性。(4)基于V形河道滑坡涌浪灾害预测模型,评估了三峡库区某潜在滑坡入水引起的首浪高度和涌浪最大爬坡高度。结合蔡家坝地质模型、水上滑坡运动特征计算模型和网格优化方案,采用Flow-3D数值模拟软件分析了滑坡入水过程和涌浪灾害后果。最后,通过对比分析预测模型与数值模拟计算的结果,得出滑坡下滑入水的致灾强度。