滑坡堰塞坝越顶溢流破坏的物理模型实验

滑坡堰塞坝作为结构松散的堆积物,随着上游水位的不断上涨,其稳定性不断降低,并存在突然溃坝的风险。以唐家山滑坡堰塞坝为研究对象,基于相似原理,开展符合坝体颗粒级配的室内水槽物理模型实验,模拟了不同坝后蓄水量、不同水位和不同颗粒物质组成条件下坝体渗流、漫顶破坏的整个过程。监测结果显示：堰塞坝漫顶溃坝主要分为渗流、漫顶、冲刷和溃决4个过程;坝体堆积颗粒级配越差,坝体允许渗流坡降越小;相同材料配比的坝体,上游水位相同时,坝体底部水平位移最大,且漫顶溃坝时溃口尺寸与蓄水量正相关。该研究结果揭示了堰塞坝漫顶破坏规律,可为堰塞坝溃坝防治提供理论参考。     

正反粒序结构条件下滑坡堰塞坝破坏模式研究

滑坡堰塞坝是大型滑坡堆积体堵塞河道形成的土石坝。正、反粒序结构作为大型远程滑坡所特有的2种具有显著差异的地质结构特征,2种情况下坝体的破坏模式差异及稳定性影响因素亟需试验研究。文章通过室内水槽物理模型实验,对比不同粒径、不同结构的滑坡堰塞坝坝体的破坏过程差异,探究了正、反粒序结构条件下堰塞坝的稳定性差异、破坏模式及影响因素。研究结果表明:（1）堰塞坝破坏模式的变化取决于浸润线在下游坡面的出露位置,相比上游水位有一定的延迟性;（2）正、反粒序堰塞坝的破坏模式取决于坡体渗流与下游坡面临界起动坡降的关系;（3）细砂层的位置分布,不同埋深细砂层的起动临界坡降差异和细砂与中粗砂的孔隙率差异是造成正、反粒序坝体破坏差异的主要原因。该研究成果可为大型滑坡堰塞坝的防灾减灾提供理论指导。     

典型工程筑坝砂砾料级配特征与压实特性研究

砂砾石坝坝料级配设计、坝体分区和填筑标准的设计均依赖于工程经验,为砂砾石坝坝料设计和填筑标准设计及评估提供工程类比基础。基于典型工程筑坝砂砾料级配包线和填筑标准现场试验干密度统计,分析实际工程筑坝砂砾料典型级配包线范围,给出关键级配特征参数的分布区间,并研究砂砾料级配特征对压实特性的影响。结果表明：（1）典型筑坝砂砾料级配最大粒径为400～600 mm,常见级配包线含砾量为70%～88%,曲率系数为1～10,不均匀系数多大于5,级配方程参数b和m范围分别为0～0.9和0.2～1.0;（2）能获得较高填筑干密度的砂砾料级配含砾量为70%～85%,曲率系数为1～10,不均匀系数大于5,级配方程参数b值和m值分别为0.7～0.9和0.6～0.9;（3）含砾量、曲率系数、不均匀系数和最大粒径对干密度均有显著影响,影响程度依次减小。     

堰塞坝溃坝模型实验研究综述

堰塞坝是天然形成的坝体,结构比较松散、稳定性差、渗透作用强,发生溃决危险性大、概率高、突发性强,而且破坏可能性高及产生的洪水威胁人们的生命和财产安全,因此需要系统、全面的研究。作者从单坝溃坝、级联溃坝及堰塞坝处置的溃坝试验进行详细的回顾,总结及分析了国内外学者在堰塞坝溃坝模型实验取得的成果及局限性,进一步分析了单坝溃决的颗粒级配、密实度、含水率、沟床坡度等因素,最后讨论了溃坝因素与溃决模式、溃决特征、溃决流量、溃口演化的关系。基于模型实验相似理论及模型比尺、实验测试手段、堰塞坝处置三个方面,提出了今后的研究重点。     

余震作用下堰塞坝体破坏及溃决过程大型振动台试验研究

山区特大地震往往导致大量堰塞湖,例如2008年汶川地震形成了至少257个堰塞湖,并且主震后发生了大量余震,这些余震可能会影响堰塞坝体的安全状态。通过大型振动台模型试验,研究了余震及库水耦合作用下堰塞坝体的破坏及溃决机理和过程。共进行了两组不同材料的振动台模型试验,分别模拟含黏粒较多且颗粒较小（坝体Ⅰ）和基本不含黏粒且颗粒较大（坝体Ⅱ）的两种坝体。在不同水位条件下进行振动台试验。研究成果表明:（1）地震和库水耦合作用下堰塞坝体的主要溃决方式是漫顶溢流,主要溃决过程为地震力使松散的堰塞坝体发生沉陷,库水渗入使沉陷加剧,最终水位上升漫过坝顶发生溢流冲蚀破坏。（2）地震一般不会直接引起堰塞坝体的破坏。地震力对坝体稳定性的主要影响是使坝体发生沉陷变形。在地震和库水耦合作用下,坝体沉陷比单一因素作用下更为剧烈,因此地震作用会使漫顶溢流提前发生。（3）地震和库水耦合作用下坝体Ⅰ沉陷量大于坝体Ⅱ,说明现实中由大粒径岩土体组成的堰塞坝体具有更好的稳定性。     

粗粒土渗透及渗透变形试验缩尺方法研究

目前还未建立适用于粗粒土渗透及渗透变形试验的缩尺方法,遵循缩尺前后粒径小于d30（颗粒级配中质量百分含量30%所对应的颗粒粒径）以及粒径小于5 mm的颗粒含量及组成不变的原则,基于等量替代法,提出了一种粗粒土渗透及渗透变形试验缩尺方法：如果原级配中5 mm以下的颗粒含量大于等于30%,则根据试样允许最大粒径以下的大于5 mm的各粒组含量,按比例等质量替换超粒径颗粒;如果原级配中5 mm以下的颗粒含量小于30%,则根据试样允许最大粒径以下的大于d30的各粒组含量,按比例等质量替换超粒径颗粒。利用多组粗粒土渗透及渗透变形试验,论证了缩尺方法的可靠性。研究表明：提出的缩尺方法合理可行。缩尺后,土体渗透破坏型式未发生变化,渗透系数与原级配比较接近,渗透变形临界坡降和破坏坡降与原级配基本一致,缩尺级配的渗透及渗透稳定特性能够较好地反映原级配的渗透及渗透稳定特性。     

不同级配粗颗粒材料动力特性试验研究

级配是粗颗粒材料最基本特征,根据大量试验结果和长期积累的试验经验,总结出了试验级配缩制的具体原则,并基于粗颗粒材料中小于等于5 mm粒径含量变化,分析了级配优劣对其充填关系的影响,级配越优,粗颗粒材料的充填关系越好,粗颗粒材料能达到较大的干密度,反之则越差,粗颗粒材料也难以获得较大的干密度。级配的优劣对堆石料动力特性的影响在低围压状态下并不明显,随着围压的升高,级配优的堆石料动力特性指标明显变优;砂砾料由于颗粒浑圆度较好,级配的优劣对其动力特性的影响逐渐减弱。针对上述级配对粗颗粒材料动力特性的影响规律,对于高土石坝来说有必要采用级配优的粗颗粒材料作为坝体的填筑料,通过其在高应力条件下力学性能的优势来控制坝体整体变形和提高其抗震性能。     

缺级粗粒土管涌类型的判别方法

利用大型渗透变形仪,对不同最大粒径和细粒含量的缺级粗粒土的渗透破坏特性进行了系统的试验研究。研究结果表明,缺级粗粒土在细料含量小于30 %的情况下都发生管涌型渗透破坏,基本符合前人提出的判别流土和管涌的准则。管涌破坏的类型可划分为发展性管涌和非发展性管涌两种,采用刘杰和康德拉且夫对发展性和非发展性管涌的判别方法都不能区分本次试验的管涌破坏类型。在康德拉且夫提出的判别粗粒土管涌类型的方法的基础上,考虑细料对粗料孔隙的填充程度及试样中缺级颗粒百分含量的影响,建立了缺级粗粒土管涌类型的判别式,为缺级粗粒土管涌类型的判别提供了新的思路和方法。     

泥石流堆积物中细颗粒含量与渗透系数关系试验研究

泥石流拦砂坝通常建造在沟床堆积物上。泥石流堆积物的渗透性是影响坝底扬压力的关键因素。目前关于土体渗透性的研究主要集中于无黏性粗粒土,对泥石流堆积物这种宽级配土体渗透性的研究比较缺乏。选择北川县泥石流沟床堆积物作为试验材料,通过渗透试验,确定了影响宽级配土渗透性的细颗粒上限粒径;在此基础上,通过试验研究了细颗粒含量与渗透系数的关系。结果表明,泥石流堆积物中粗颗粒仅起骨架作用,细颗粒才是决定其渗透性能的关键;显著影响宽级配土渗透性的细颗粒上限粒径为0.1 mm;细颗粒（<0.1 mm）含量与渗透系数呈负指数关系,并且当细颗粒含量超过20%以后,泥石流堆积土的渗透性趋于稳定。     

粗粒料级配缩尺方法对其最大干密度的影响研究

对某原型级配粗粒料,按规范要求采用剔除法、等量替代法、相似级配法、混合法等4种缩尺方法,获得15条模拟级配,相应的最大颗粒粒径分别为60、40、20 mm。在相同振动功能条件下,对模拟级配进行了最大干密度试验,研究同一原型级配经不同级配缩尺方法后其最大干密度值的变化规律。分析认为,最大干密度与缩尺后级配的不均匀系数、曲率系数、最大颗粒粒径、小于5 mm粒组含量等参量相关,提出了修正级配参数方法,即将最大干密度与级配相关参量归一化。最后进行了试样尺寸直径为1 m的原型级配粗粒料的击实试验,验证了归一化公式的合理性。     

不同粒径级砂土渗透特性试验研究

渗透性是砂土的重要工程性质之一,影响砂土渗透性的因素有很多,比如土体密实程度、土颗粒自身特性、流体性质等,其中孔隙率与颗粒粒径是两个重要影响因素。而以往基于混合粒径的天然砂土的研究很难分别对这两个因素进行独立的研究。基于此,首先开展了单一粒径级砂土的常水头渗透试验,分别研究了同一粒径级砂土渗透系数随孔隙率的变化和同一孔隙率下不同粒径级砂土渗透系数随均值粒径的变化规律。试验结果显示,渗透系数随着孔隙率的增加而线性增加、随均值粒径二次方的增加而线性增加,其中均值粒径的影响较大,其变化能导致渗透系数量级上的差异。在此基础上,开展了多粒径混合砂土的渗透试验,讨论了曲率系数、不均匀系数等级配参数对渗透性的影响,从而将单一粒径级的研究成果推广到天然砂土,最终拟合出渗透系数与相关影响因素的经验公式,以便工程实践参考使用。     

应用神经网络预估粗颗粒土的渗透系数

粗颗粒土的渗透规律十分复杂,由于现有的一些定量公式考虑的影响因素过于简单,因此,无法准确确定其渗透系数的大小。以三峡库区现场取得的粗颗粒土为原料,通过渗透试验得到不同级配下土体的渗透系数,并利用神经网络较强的非线性动态处理能力对渗透系数进行预估,从而考虑了不同的颗粒级配对粗颗粒土渗透系数的影响。通过神经网络得到的预估值和渗透试验得到的试验值的对比分析可以看出,利用神经网络进行粗颗粒土渗透系数的预估是可行的,该方法能充分反映不同的颗粒级配的影响。     

余震作用下堰塞坝体破坏及溃决过程大型振动台试验研究

山区特大地震往往导致大量堰塞湖,例如2008年汶川地震形成了至少257个堰塞湖,并且主震后发生了大量余震,这些余震可能会影响堰塞坝体的安全状态。通过大型振动台模型试验,研究了余震及库水耦合作用下堰塞坝体的破坏及溃决机理和过程。共进行了两组不同材料的振动台模型试验,分别模拟含黏粒较多且颗粒较小(坝体Ⅰ)和基本不含黏粒且颗粒较大(坝体Ⅱ)的两种坝体。在不同水位条件下进行振动台试验。研究成果表明:(1)地震和库水耦合作用下堰塞坝体的主要溃决方式是漫顶溢流,主要溃决过程为地震力使松散的堰塞坝体发生沉陷,库水渗入使沉陷加剧,最终水位上升漫过坝顶发生溢流冲蚀破坏。(2)地震一般不会直接引起堰塞坝体的破坏。地震力对坝体稳定性的主要影响是使坝体发生沉陷变形。在地震和库水耦合作用下,坝体沉陷比单一因素作用下更为剧烈,因此地震作用会使漫顶溢流提前发生。(3)地震和库水耦合作用下坝体Ⅰ沉陷量大于坝体Ⅱ,说明现实中由大粒径岩土体组成的堰塞坝体具有更好的稳定性。     

砂性土渗流的分形特征研究

针对砂性土颗粒结构的复杂性和不规则性,从颗粒级配和达西定律出发,基于分形几何理论,通过颗粒分析和渗透试验,建立了砂性土颗粒级配分形维数与不均匀系数的关系,从而揭示了级配分形维数的物理意义;通过线性回归,进一步探讨了级配分形维数与渗透系数之间的相关关系。研究发现:级配越好,不均匀系数越大,分维越小,渗透系数也越小。结果表明,级配分形维数是刻画砂性土的颗粒组成及其级配特征的有效参数,直观定量地描述了土的渗透性能,从而为多孔介质以及断层破碎带等裂隙介质的渗透性研究提供了一种较好的研究思路。      

南海岛礁吹填钙质砂渗透特性试验研究

南海吹填钙质砂的渗透性对于岛礁地下淡水的形成至关重要。通过室内常水头渗透试验研究了吹填钙质砂的级配、孔隙比和渗透性之间的相互关系,开展了相同级配钙质砂在不同孔隙比下的渗透性试验,研究了不均匀系数和曲率系数对钙质砂渗透系数的影响规律。试验结果表明,钙质砂的渗透系数和10~e(e为孔隙比)有很好的线性关系,并且与不均匀系数、曲率系数和颗粒粒径都有很好的相关性;通过对室内试验结果考虑多因素的分析,建立了钙质砂渗透系数计算模型,该模型公式可为岛礁吹填土层的渗透性评估和新填岛礁地下淡水的形成分析提供参考。     

土石混合料的压实特性研究

基于某大型场平工程填筑质量抽检结果,探讨了粗料含量（粒径大于5 mm颗粒含量）、填料最大粒径以及填料级配情况对土石混合料现场压实特性的影响。研究发现：当粗料含量逐渐增加时干密度呈逐渐增大趋势,但达到90%左右时,干密度离散性较大,建议粗料含量的合理值为60%～80%;同样,当填料最大粒径逐渐增大时干密度也随着最大粒径的增大而呈逐渐增大趋势,但当超过松铺厚度（800 mm）的30%以后,干密度则逐渐减小,且离散性较大,建议最大粒径的合理值为松铺厚度的30%;填料级配良好与否和压实特性无明显的相关性,但级配应连续。该研究对类似工程有一定的借鉴意义。     

颗粒级配对粗粒土强度与变形特性影响的研究

采用三维颗粒流软件PFC3D的内置FISH语言,进行二次开发,模拟粗粒土级配,建立一个研究高铁填方路基粗粒土变形特性的颗粒流模型。通过粗粒土三轴试验,标定了表征粗粒土细观力学性质的模型参数,并验证了模型的有效性。考虑粗粒土曲率系数和不均匀系数对颗粒级配的影响,模拟并研究了5种不同级配下粗粒土在3种不同围压下的变形特性。试验结果表明,曲率系数对粗颗粒土变形特性影响较大,当其有效粒径与中值粒径及限制粒径的差距过大时,粗粒土中颗粒填充及致密性将变差,变形增大,强度降低。以较大曲率系数与较大不均匀系数组合的粗粒土受力性能较好,但此种级配的粗粒土压缩性大。级配良好且不均匀系数较大,其应力链分布越均匀,颗粒的挤压效果越显著,力的传递和分配也越均匀。     

考虑颗粒强度尺寸效应的原型堆石料破碎特性研究

高土石坝中,堆石体颗粒破碎是导致坝体变形的主要因素之一。但是由于原型坝料的颗粒尺寸较大,其破碎程度难以直接通过室内试验度量,因此通常要将原型级配缩尺为60 mm以下的小粒径级配堆石料,然后才能进行室内试验。而由于原型和试验级配差异较大,导致试验测得的参数往往和原型坝料实际参数有较大差异,因而影响了原型坝料力学特性的深入研究。这里提出了一种新的实时预测原型坝料破碎的方法。首先在颗粒尺度上,基于单粒强度的Weibull分布理论和颗粒分形破碎理论,阐述了原型堆石料级配演化的推求过程;然后通过单粒强度试验测得了相关参数,并与三轴试验测得的试样级配曲线对比,验证了参数选取的合理性;之后分析了颗粒强度离散程度对于原型坝料级配曲线形状的影响;最后,讨论了加载过程中原型级配和试验级配堆石体的相对破碎参量和受力状态的关系。     

考虑河床坡度和泄流槽横断面影响的堰塞坝溃决过程试验研究

针对缺乏地形条件和工程处置措施对堰塞坝溃决过程影响研究的现状,采用4种河床坡度（0°、1°、2°、3°）和3种泄流槽横断面型式（三角形、梯形、复合型）,开展了堰塞坝溃决的模型试验。通过分析堰塞坝的溃决流量、溃决历时、溃口发展和坝体纵截面演变过程,研究了不同河床坡度和泄流槽横断面对堰塞坝溃决过程的影响规律。试验结果表明：...     

堰塞坝堆积演化过程及开发利用研究进展

堰塞坝险情的形成演化与综合开发治理是防灾减灾领域研究的焦点问题,因坝体形成过程特殊、内部结构复杂、组成材料不均且堆积形态迥异,导致其与人工坝体差异较大,目前仍缺乏有效的安全性评估方法及科学的开发治理措施。本文列举了国内外典型的堰塞坝事件,从堰塞坝的形成、类型和结构特征等方面,总结了已有的研究成果,阐述了堰塞坝的形成机理,重点分析了崩塌、滑坡、泥石流堰塞坝的堆积演化过程研究。归纳了目前堰塞坝应急处置和综合治理的工程措施与非工程措施,列举了堰塞坝蓄水发电、引水灌溉、环境旅游等开发利用的成功案例。通过文献和案例汇编,建立了堰塞坝事件研究的文献资料库。鉴于堰塞坝较高的溃决风险和开发潜能,提出当前研究存在的主要问题和继续努力的研究方向,为堰塞坝的风险预测及开发利用提供有益参考。