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基于物理模型试验的库岸散粒体滑坡涌浪特性

工程科学与技术 2024年

作者：王珊珊张检召王东坡杨东旭袁蔚林欧阳朝军中国自然资源航空物探遥感中心成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所

滑坡涌浪灾害具有历时短、地形条件复杂、规模大的特点，一直是国内外研究的重要地质和工程问题之一。本文以库岸滑坡失稳入水涌浪过程为研究对象，考虑水上滑坡与淹没滑坡两种情景，设计并开展了散粒体滑坡涌浪三维物理模型试验，量测... 详细信息

滑坡涌浪灾害具有历时短、地形条件复杂、规模大的特点，一直是国内外研究的重要地质和工程问题之一。本文以库岸滑坡失稳入水涌浪过程为研究对象，考虑水上滑坡与淹没滑坡两种情景，设计并开展了散粒体滑坡涌浪三维物理模型试验，量测了滑坡入水运动堆积过程及涌浪产生、传播过程特征，并进一步分析了沿滑坡运动方向传播的离岸波与沿河道上下游传播的侧向波波幅、传播规律特性等。结果表明：当滑坡从淹没工况到水上工况时，涌浪波幅最大值特征逐渐从波峰小于波谷转向波峰大于波谷。沿滑坡运动方向产生的涌浪波幅大于沿库岸传播的涌浪波幅，侧向波传播过程中波幅高度衰减程度小于离岸波。进一步分析发现在通常情况下涌浪沿河道上下游传播时，侧向波最大浪高为其首浪高度的2.5倍。针对散粒体滑坡其涌浪最大高度与散粒体质量呈正相关，与散粒体初始淹没率呈负相关；受滑坡体入水时相对厚度的影响，其涌浪最大高度与入水高差呈负相关。在此基础上，利用无量纲分析方法与多元非线性回归方法，推导了散粒体滑坡涌浪最大高度经验公式，最后采用提出的经验公式对三峡库区巫山红岩子滑坡与加拿大切哈利斯湖滑坡涌浪案例最大浪高进行计算分析，验证了该公式具有较好的适用性和准确性。

关键词：滑坡涌浪散粒体物理模型试验传播特性涌浪最大高度经验公式

含交叉断层深埋隧洞围岩衬砌外水压力物理模型试验

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第7期64卷 1179-1192页

作者：王如宾王新越张文全徐卫亚陆进彬向天兵河海大学岩土工程科学研究所南京210098 云南省滇中引水工程有限公司昆明650000 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司昆明650051

为揭示复杂地质条件下富水区深埋隧洞围岩灌浆圈衬砌复合系统的外水压力作用规律,该文自行研制适用于深埋隧洞的大型高外水压力物理模型试验测试系统,选取滇中引水工程昆明段松林隧洞TSLT-005与TSLT-006(TSLT-005、TSLT-006为断层编号)... 详细信息

为揭示复杂地质条件下富水区深埋隧洞围岩灌浆圈衬砌复合系统的外水压力作用规律,该文自行研制适用于深埋隧洞的大型高外水压力物理模型试验测试系统,选取滇中引水工程昆明段松林隧洞TSLT-005与TSLT-006(TSLT-005、TSLT-006为断层编号)交叉断层典型洞段为研究对象,开展含交叉断层深埋隧洞衬砌外水压力物理模型试验,揭示不同隧洞埋深、不同地下水位及不同排水条件下,衬砌的外水压力变化规律,并给出各工况下的外水压力折减系数建议取值范围。结果表明:隧洞埋深和地下水位对衬砌结构的外水压力影响明显,随着隧洞埋深的增大,受高地应力影响,围岩与灌浆圈自身的孔隙度与渗透性下降,对地下水渗流势能起到较好的削弱作用,导致衬砌的外水压力整体呈降低趋势;随着地下水位升高,衬砌全环的外水压力呈增大趋势,且由于岩体中细颗粒会被高水压冲散,因此形成较为连通发育的渗流通道,渗压增速也会随地下水位的升高而增大;设置衬砌排水孔可有效降低隧洞拱肩及其以上部位的外水压力,当隧洞围岩存在交叉断层分布时,断层带影响的衬砌部位外水压力降低效果受到一定削弱,且对衬砌的外水压力分布影响较为明显,在高地下水位工况下,需重点关注“断层带”对围岩衬砌结构整体的影响范围;当衬砌结构不排水时,600 m埋深的外水压力折减系数约为200 m埋深的92%,设置排水孔后,600 m埋深的外水压力折减系数约为200 m埋深的85%;当隧洞围岩存在交叉断层时,在不排水情况下,衬砌最不利点的外水压力折减系数建议取值0.95以上,在排水条件下,衬砌处的外水压力折减系数建议放宽至0.82;最后,利用有限元数值模拟方法对衬砌的外水压力物理模型试验结果进行验证,在衬砌不排水工况下,误差约为9.3%,在衬砌排水工况下,误差约为7.8%,表明高外水压力作用物理模型装置和试验结果基本上合理可行。该研究为富水区深埋隧洞工程的设计施工及运行安全提供科学参考。

关键词：滇中引水隧洞物理模型试验高外水压力断层破碎带

圆截面组合桩加固滑坡的作用机理与合理嵌固深度物理模型试验研究

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安全与环境工程 2024年第1期31卷 135-149页

作者：宋成彬李长冬王贵华姚文敏贺鑫方堃中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 中国地质大学(武汉)湖北巴东地质灾害国家野外科学观测研究站湖北武汉430074 郑州大学土木工程学院河南郑州450001 中交第四航务工程勘察设计院有限公司广东广州510230

目前在滑坡治理中,大截面人工挖孔桩因存在施工安全隐患大和效率低下等问题已在部分行业领域被限制使用,开展可机械化施工的圆截面组合桩研究已成为新的趋势,但当前对圆截面组合桩变形受力机理与合理嵌固深度的研究尚不够深入。基于自... 详细信息

目前在滑坡治理中,大截面人工挖孔桩因存在施工安全隐患大和效率低下等问题已在部分行业领域被限制使用,开展可机械化施工的圆截面组合桩研究已成为新的趋势,但当前对圆截面组合桩变形受力机理与合理嵌固深度的研究尚不够深入。基于自主研发的圆截面组合桩加固滑坡物理模型试验系统,开展了不同工况下圆截面组合桩加固滑坡的物理模型试验,分析了滑体的变形演化过程,研究了圆截面组合桩加固下滑体与抗滑桩的变形受力特征,并对比分析了不同嵌固深度和桩顶连系梁对圆截面组合桩变形特征的影响,揭示了圆截面组合桩加固滑坡的作用机理。结果表明:①滑体的变形演化过程可分为压密、匀速变形、加速变形和变形破坏4个阶段;②前后桩均存在反弯点,反弯点会随着试验进程向桩顶移动,且后桩的反弯点更接近于滑动面;③当一排桩的嵌固深度保持不变、另一排桩的嵌固深度改变时,可将36%的桩长作为合理的嵌固深度;④连系梁使后桩的最大桩顶位移减小了15.6%,而对前桩的影响不大;⑤连系梁的存在降低了滑动面处的最大桩身弯矩,从而使得桩身弯矩分布更加合理。该研究成果有望为圆截面组合桩的设计提供借鉴和参考。

关键词：滑坡加固圆截面组合桩加固机理嵌固深度物理模型试验

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土钉支护边坡物理模型试验研究进展

中国安全科学学报 2024年第5期34卷 111-121页

作者：程刚张昊宇王晔李刚强游钦凉华北科技学院计算机学院河北廊坊065201 中国矿业大学矿区深部零碳负碳技术教育部工程研究中心江苏徐州221116 华北科技学院研究生部河北廊坊065201 华北科技学院矿山安全学院河北廊坊065201

为提高工程扰动与自然因素联合作用下边坡稳定性,厘清不同加载条件下边坡土钉支护方式的作用过程及其特点,选取适用于实际工况的最优支护模式及布设工艺,保障边坡结构系统的本质安全。首先,在静力、振动和离心3类受力作用下系统阐述土... 详细信息

为提高工程扰动与自然因素联合作用下边坡稳定性,厘清不同加载条件下边坡土钉支护方式的作用过程及其特点,选取适用于实际工况的最优支护模式及布设工艺,保障边坡结构系统的本质安全。首先,在静力、振动和离心3类受力作用下系统阐述土钉支护物理模型试验过程与结果;其次,对比分析典型边坡支护技术与新型边坡支护方式的特点及适用性;最后,通过复杂环境效应下的物理模型试验,探究海底边坡、台风暴雨边坡及高速远程滑坡3类特殊边坡的变形破坏机制。结果表明:土钉在各类边坡支护中均具有良好的适用性,但对于复杂特殊环境下边坡支护的可靠度与安全系数仍有待提高。实际中需融合新材料新工艺开展组合支护结构研究;同时,加强物理模型试验中的相似材料选取、观测手段创新、特殊环境模拟研究,提高监测数据的高还原度,实现边坡系统的全过程安全保障。

关键词：土钉支护边坡物理模型试验边坡变形破坏特殊环境降雨作用

基于大型物理模型试验的高位滑坡涌浪坝面爬高时空分布特征分析

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三峡大学学报（自然科学版） 2024年第2期46卷 15-20页

作者：张洋洋冯业林陈世壮易魁黄青富汪华晨王环玲河海大学岩土工程科学研究所南京210098 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室南京210098 中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司昆明650051 华能澜沧江水电股份有限公司昆明650214

对库坝区高位滑坡涌浪坝面爬高的时空分布特征研究是大坝工程设计和工程安全的重要课题.本文针对澜沧江GS水电站梅里石H_(3)滑坡开展了大型三维物理模型试验,探究了不同滑体方量和弗劳德数下涌浪坝面爬高时空分布特征.研究结果表明,坝... 详细信息

对库坝区高位滑坡涌浪坝面爬高的时空分布特征研究是大坝工程设计和工程安全的重要课题.本文针对澜沧江GS水电站梅里石H_(3)滑坡开展了大型三维物理模型试验,探究了不同滑体方量和弗劳德数下涌浪坝面爬高时空分布特征.研究结果表明,坝面上各测点涌浪爬高的首波波形具有一致性,波动周期也基本相同,但在次波之后波形发生改变并出现较大差异.通过多元线性回归分析,对滑体方量、弗劳德数与滑坡涌浪坝面爬高之间的关系进行经验拟合.通过坝面涌浪爬高公式的逆推,确定了坝前首浪入射角度,并将计算结果与试验资料对比,进而确定了坝面首浪入射方向.滑坡涌浪的坝面爬高存在相异性的特点,位于首浪入射方向上的测点坝面爬高高于偏离首浪入射方向的测点坝面爬高,且首波入射角度越大,坝面爬高相异性越不明显.

关键词：滑坡涌浪物理模型试验时空分布特征坝面爬高相异性首浪入射方向

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船闸引航道隔流墙物理模型试验优化研究

水运工程 2024年第7期 172-178+216页

作者：马兴佳康雄才湖南省水运建设投资集团有限公司

引航道通航水流条件是航运安全的关键，为研究不同形式隔流墙整流效果，依托浯溪枢纽二线船闸工程，建立定床物理模型通过测量表面流速分布评价船闸通航水流条件，系统地对比研究全实体形式隔流墙、实体与多型透空隔流墙组合、排桩整流... 详细信息

引航道通航水流条件是航运安全的关键，为研究不同形式隔流墙整流效果，依托浯溪枢纽二线船闸工程，建立定床物理模型通过测量表面流速分布评价船闸通航水流条件，系统地对比研究全实体形式隔流墙、实体与多型透空隔流墙组合、排桩整流等方案的整流效果，并提出排桩与桩基插板隔流墙组合方案。结果表明：延长隔流墙长度可以降低横、纵向流速，有效改善引航道水流条件；合理布置浮式隔流结构可以满足引航道水流条件，整流效果优于全实体隔流墙；排桩方案的整流效果较佳；排桩与桩基插板隔流墙组合方案综合浮式隔流结构、排桩整流技术的优势，在保障整流效果的同时降低了工程造价。

关键词：引航道通航水流条件隔流墙排桩整流技术物理模型试验

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淤泥真空脱水装置物理模型试验及优化研究

东北水利水电 2024年第6期42卷 42-44,48页

作者：朱彬彬上海市水利工程集团有限公司上海201612

真空脱水是水利工程施工中常用的淤泥干化技术,研究真空脱水的控制技术对脱水效率的提高具有重要意义。本文采用自制小型淤泥真空脱水试验装置,对各控制参数进行系统性研究,探究滤布种类、真空压力、淤泥厚度对淤泥脱水效率的影响,该研... 详细信息

真空脱水是水利工程施工中常用的淤泥干化技术,研究真空脱水的控制技术对脱水效率的提高具有重要意义。本文采用自制小型淤泥真空脱水试验装置,对各控制参数进行系统性研究,探究滤布种类、真空压力、淤泥厚度对淤泥脱水效率的影响,该研究可为淤泥真空脱水设备的优化及应用提供思路和理论性依据。

关键词：淤泥干化真空脱水物理模型试验滤布脱水效率

基于FLOW⁃3D数值模拟和物理模型试验的水闸水流条件研究

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水利水电工程设计 2024年第2期43卷 63-68页

作者：刘德宇武帅曹阳李桂青中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222 水利部水利水电规划设计总院北京100120

介绍FLOW-3D数值模拟和物理模型试验在海口市龙塘大坝枢纽改造工程水流条件研究的应用,通过各工况的数值模拟与物理模型试验,对水闸水流流态、流速和沿程水面线等水力特性进行计算与观测。经对比分析,各工况下FLOW-3D数值模拟和物理模... 详细信息

介绍FLOW-3D数值模拟和物理模型试验在海口市龙塘大坝枢纽改造工程水流条件研究的应用,通过各工况的数值模拟与物理模型试验,对水闸水流流态、流速和沿程水面线等水力特性进行计算与观测。经对比分析,各工况下FLOW-3D数值模拟和物理模型试验所得的流态、水面线、流速变化及分布规律基本一致,为研究泄水建筑物布置及体型设计的可行性及合理性,泄水建筑物设计及运行管理提供了科学依据。

关键词： FLOW-3D 数值模拟物理模型试验水流条件

基于物理模型试验的潜堤护面块体优化设计方法

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中国水运(下半月) 2024年第4期 81-83页

作者：侯永为程书恒中交水运规划设计院有限公司

潜堤结构通常在港口工程中被用于消浪或者挡沙结构。相比于出水堤,其护面受到波浪冲击的强度不同,目前设计中通常采用出水堤的方法设计潜堤的护面块体结构,其结果偏于保守。文中结合滨州港海港港区5万t级航道防波挡砂堤工程的设计,对基... 详细信息

潜堤结构通常在港口工程中被用于消浪或者挡沙结构。相比于出水堤,其护面受到波浪冲击的强度不同,目前设计中通常采用出水堤的方法设计潜堤的护面块体结构,其结果偏于保守。文中结合滨州港海港港区5万t级航道防波挡砂堤工程的设计,对基于物理模型试验的潜堤设计方法和结果进行分析。结果表明,采用物理模型试验得到的块体稳定重量低于出水堤计算的到的稳定重量。

关键词：潜堤物理模型试验护面块体优化设计