第一章 緒論

1.1 引言
水利水電工程中，水庫(kù)庫(kù)岸滑坡時(shí)有發(fā)生，滑坡涌浪是涌浪中的一種，它的波前間斷性使其具有很大的破壞性�；�、崩塌體落入江河之中激起的巨大涌浪，產(chǎn)生極大的橫向流速，形成局部回流和倒流，不僅能夠推翻或擊沉水中船只，造成人身傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，而且可以使水標(biāo)、岸標(biāo)、整治建筑物、港口及航道設(shè)施受損，惡化航道水流條件；落入水中的土石有時(shí)形成激流險(xiǎn)灘、堵塞航道，威脅過(guò)往船只、影響或中斷航運(yùn)[1]。1982 年長(zhǎng)江雞扒子 1000 萬(wàn)立方米大滑坡，180 萬(wàn)方的泥石滑坡墜入長(zhǎng)江，把600 多米長(zhǎng)的深水河槽填高 30 余米，使枯水期的過(guò)水?dāng)嗝嬗?2700 平方米縮小到320 平方米，最大流速增至 7.5 米/秒，局部水面比降達(dá)到 10.4‰，船舶航行十分困難；1992 年 4 月 30 日，烏江上邊灘左岸雞冠嶺發(fā)生大面積大方量滑坡巖崩自然災(zāi)害，烏江上邊灘巖崩總方量約 530 萬(wàn)立方米，其中傾入河道約 86 萬(wàn)立方米，形成兩個(gè)巖崩堆積體，其順流方向總長(zhǎng) 320 m，河道中斷。這些還使我國(guó)的水運(yùn)、鐵路、水庫(kù)和電站等受到嚴(yán)重威脅。更為著名的是 1961 年 10 月發(fā)生于意大利瓦依昂水庫(kù)左岸 2.4×108m3 的巨大滑坡，飛速滑入庫(kù)區(qū)后，激起 250m 巨浪，涌浪傳至 1.4km的壩址時(shí)，立波仍高達(dá) 70m，造成震驚世界的瓦依昂水庫(kù)失事事件，這一事件除使經(jīng)濟(jì)上蒙受重大損失外，還殘酷地奪走了 3000 多人的生命。為世人特別是工程界人士所銘記。為盡量減少滑坡對(duì)航運(yùn)的影響，2010 年 11 月 12 日，交通運(yùn)輸部組織長(zhǎng)江航道局等有關(guān)單位在巫山成功舉行了三峽庫(kù)區(qū)山體滑坡水上應(yīng)急演習(xí)，切實(shí)加強(qiáng)對(duì)山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害事故險(xiǎn)情的預(yù)防和快速反應(yīng)工作，提高應(yīng)急處置能力，確保在水上人民生命財(cái)產(chǎn)安全和通航環(huán)境受到威脅時(shí)能做出快速反應(yīng)并組織有效救助，以避免或減少人命傷亡。
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1.2 依托工程
萬(wàn)州港江南沱口集裝箱碼頭工程是本項(xiàng)目研究的依托工程，為項(xiàng)目研究采集相關(guān)數(shù)據(jù)資料并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。江南沱口作業(yè)區(qū)重點(diǎn)發(fā)展集裝箱運(yùn)輸，主要為萬(wàn)州、梁平、墊江和四川達(dá)州、開(kāi)江和湖北利川等縣市提供運(yùn)輸服務(wù)。本作業(yè)區(qū)位于長(zhǎng)江右岸，距宜昌航道里程 336.5 千米～335.7 千米，規(guī)劃港口岸線長(zhǎng) 555 米，已建江南沱口集裝箱碼頭一期工程利用岸線 230 米，集裝箱碼頭二期工程規(guī)劃利用岸線 325 米。已建江南沱口集裝箱碼頭一期工程有 2 個(gè)集裝箱泊位，通過(guò)能力28 萬(wàn) TEU，碼頭水工建筑物主要包括碼頭結(jié)構(gòu)、護(hù)岸工程、陸域形成擋墻三大部分組成，其碼頭結(jié)構(gòu)采用全直樁框架梁板結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)高低水位差 30 米。碼頭結(jié)構(gòu)平臺(tái)長(zhǎng) 253 米，寬 30 米。三峽水庫(kù)建成后，萬(wàn)州段水深加大數(shù)十米，水面有不同程度的拓寬，受蓄水淹沒(méi)浸沒(méi)的作用和三峽水位大變幅的影響，該河段大量涉水滑坡和崩塌更易發(fā)生，如有大型崩塌滑坡發(fā)生，將有礙航可能，其形成的涌浪對(duì)通航條件、港航工程和船舶安全航行造成極為不利的影響。2002 年，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)了《三峽庫(kù)區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治總體規(guī)劃》。截止 2011 年 1 月重慶市三峽庫(kù)區(qū)三期地質(zhì)災(zāi)害防治工作已基本完成，四期地質(zhì)災(zāi)害防治工作目前已經(jīng)在做前期工作，擬在四期地質(zhì)災(zāi)害防治工作期間實(shí)施水位頻繁變化下滑坡涌浪影響下的航道及港口相關(guān)工程。從依托工程的施工進(jìn)度計(jì)劃來(lái)看，工程進(jìn)度與本項(xiàng)目科研進(jìn)度是緊密配合的，依托工程可以為本項(xiàng)目研究采集相關(guān)數(shù)據(jù)資料并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，研究成果可及時(shí)地指導(dǎo)整治工程和港口工程建設(shè)，同時(shí)根據(jù)依托工程的效果觀測(cè)資料進(jìn)行研究成果的檢驗(yàn)，總結(jié)存在的問(wèn)題，提出改進(jìn)方法�？偟膩�(lái)說(shuō)，本項(xiàng)目研究與依托工程的進(jìn)度是吻合的，通過(guò)實(shí)際工程的運(yùn)用，與研究成果互相對(duì)比，既能達(dá)到研究目標(biāo)，又能為依托工程提供技術(shù)支撐。
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第二章 概化模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 模型比尺的確定
長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)萬(wàn)州港江南沱口集裝箱碼頭段，上起航道里程 336km，下至航道里程 330km，長(zhǎng)約 6km。三峽庫(kù)區(qū)常年水位為 145m、155m、175m，依托工程庫(kù)區(qū)段河床平均高程為 93.2m。本試驗(yàn)滑坡位于長(zhǎng)江左岸。由于場(chǎng)地及經(jīng)費(fèi)的限制，也考慮到試驗(yàn)的方便性及操作性，選取模型比尺為 70 比較理想，可得：
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2.2 滑坡涌浪試驗(yàn)控制參數(shù)的確定及方案的設(shè)計(jì)
在滑坡體滑入水體后，固體與液體就會(huì)產(chǎn)生能量的交換，滑體的能量傳給水體產(chǎn)生涌浪。在此過(guò)程中影響能量交換的因素包括滑體體積、滑體密度、下滑角度、滑體結(jié)構(gòu)、庫(kù)區(qū)水深、滑體與水面位置等。在滑坡體下滑過(guò)程中，滑坡體與水體接觸開(kāi)始，滑坡體不斷把勢(shì)能傳遞給水體，水體根據(jù)得到能量的多少和得到能量的快慢會(huì)產(chǎn)生形態(tài)、周期、波高不同的涌浪，涌浪的衰減與產(chǎn)生的爬高也會(huì)不一樣。滑體體積與滑體能量密切相關(guān)，長(zhǎng)、寬、高是決定體積的三個(gè)因素，根據(jù)滑坡的大量資料，統(tǒng)計(jì)分析后發(fā)現(xiàn)滑坡體寬厚比有一定的規(guī)律，考慮到試驗(yàn)操作的方便性和試驗(yàn)條件的限制，選取三組不同的滑體寬度值和滑體厚度值，把滑坡體的長(zhǎng)定為 1m，具體尺寸的選取如表 2-1�；麦w結(jié)構(gòu)不是單一的，在滑體內(nèi)部存在不同大小的裂隙，內(nèi)部由多種不同結(jié)構(gòu)面構(gòu)成，在結(jié)構(gòu)面之間存在裂隙，所以巖體結(jié)構(gòu)是散體化的，根據(jù)裂隙大小、排列、組合程度不同，散體化程度不同。因此，在試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭谢麦w不能是單一的整塊，這樣與滑坡散體、散落、分裂情況不符，為了更好的模擬出滑坡，必須把滑坡體散體化。在操作中，制作出 5 種小塊體，體積從小到大依次編號(hào)是：V1、V2、V3、V4、V5，長(zhǎng)寬厚之比都為：1:0.667:0.333，然后由這 5 種小塊體進(jìn)行不同的排列和組合，具體的小塊體及組合排列見(jiàn)下表 2-2。
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第三章 凹岸巖體滑坡涌浪特性....22
3.1 滑坡涌浪特征.........22
3.1.1 初始涌浪特征.........22
3.1.2 沿程涌浪的特征.....27
3.2 滑坡初始涌浪首浪高度分析.....30
3.3 滑坡涌浪的傳播及衰減規(guī)律.....38
3.4 滑坡涌浪的爬高分析研究.........45
3.5 小結(jié).....53
第四章 彎曲河道水庫(kù)凹岸、凸岸滑坡涌浪特性對(duì)比研究.........55
4.1 凹、凸岸滑坡涌浪試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒贾脤?duì)比.........55
4.2 凹、凸異岸滑坡涌浪試驗(yàn)涌浪的特性對(duì)比...........57
4.2.1 初始涌浪波浪特征對(duì)比。.........57
4.2.2 沿程涌浪波浪特征對(duì)比.............60
4.2.3 初始涌浪首浪高度對(duì)比.............65
4.3 凹、凸岸滑坡涌浪傳播及衰減規(guī)律對(duì)比.....70
4.4 凹、凸岸滑坡涌浪試驗(yàn)爬高對(duì)比.......74
4.5 小結(jié).....80
第五章 總結(jié)及展望....82
5.1 主要成果.......82
5.2 后續(xù)展望.......83

第四章 彎曲河道水庫(kù)凹、凸異岸滑坡涌浪特性對(duì)比研究

在以上章節(jié)中，滑坡體從凹岸下滑，，研究了凹岸滑坡涌浪的特性。重慶交通大學(xué)研究課題小組已對(duì)凸岸滑坡涌浪特性[46]進(jìn)行過(guò)研究，本章就是將已研究過(guò)的凸岸滑坡涌浪特性與本章凹岸滑坡涌浪特性進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)對(duì)比分析找出凹凸岸涌浪特性的異同，使彎曲河道型水庫(kù)滑坡涌浪特性研究更加完善，對(duì)以后滑坡涌浪的設(shè)計(jì)、計(jì)算起到一定的參考作用。

4.1 凹、凸岸滑坡涌浪試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒贾脤?duì)比

在凹岸、凸岸滑坡模型設(shè)計(jì)、測(cè)點(diǎn)布置、數(shù)據(jù)測(cè)量等方面存在相同與不同之處，本節(jié)從各方面進(jìn)行對(duì)比。（1）模型比尺凹凸岸滑坡中幾何比尺都為70l? ?，由幾何比尺可以算出滑坡體面積、體積、比重、速度、時(shí)間、質(zhì)量、力的比尺；波浪的高度、周期、速度、波長(zhǎng)等的比尺。（2）影響因素凹凸岸滑坡中具有相同的影響因素，具體如下：滑體寬度，根據(jù)發(fā)生的滑坡資料的搜集與統(tǒng)計(jì)分析，為了試驗(yàn)的操作性和方便性選取寬度為三種：0.5m、1.0m、1.5m�；w厚度，根據(jù)發(fā)生的滑坡資料的搜集與統(tǒng)計(jì)分析，把滑坡體的厚度選取三種：0.2m、0.4m、0.6m�；w長(zhǎng)度，為了試驗(yàn)的可操控性把滑坡體的長(zhǎng)度都統(tǒng)一為 1m。庫(kù)區(qū)水深，在三峽庫(kù)區(qū)，常年的水位高程有三種：145m、155m、175m，河床水位高程取平均值 93.2m，根據(jù)幾何比尺70l? ?可以算出模型中分別對(duì)應(yīng)水深為：0.74m、0.88m、1.16m。

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結(jié)論

在對(duì)三峽庫(kù)區(qū)滑坡資料的搜集、統(tǒng)計(jì)、分析的基礎(chǔ)上，把三峽庫(kù)區(qū)萬(wàn)州港江南沱口集裝箱碼頭段作為依托工程，對(duì)庫(kù)區(qū)凹岸滑坡涌浪進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬，運(yùn)用物理模型試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的技術(shù)手段分別對(duì)初始涌浪、沿程涌浪、涌浪的衰減、爬高等涌浪特性進(jìn)行研究，擬合出相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。然后將凹岸滑坡涌浪特性與凸岸滑坡涌浪特性對(duì)比，找出凹、凸兩岸涌浪特性的異同。在本文中取得的主要研究成果有：
（1）以三峽庫(kù)區(qū)萬(wàn)州港江南沱口集裝箱碼頭段為依托工程，通過(guò)資料的搜集、統(tǒng)計(jì)、分析，歸納總結(jié)已發(fā)生滑坡的特征，將模型比尺確定為 1：70，將庫(kù)區(qū)水深、滑體厚度、滑體寬度、滑體下滑角度確定為滑坡涌浪的控制參數(shù)，設(shè)計(jì)了 81 組試驗(yàn)工況。
（2）初始涌浪是振蕩波和推移波合成的復(fù)雜波。初始涌浪的最大波高出現(xiàn)在第一個(gè)波；用跨零點(diǎn)法推分析模型的波高最大值在 2.33-14.73cm 之間、平均值8.44cm，周期最大值在 0.3-7.76s 之間，平均值為 1.56s。
（3）沿程涌浪包括原始波和合成波，傳播中不斷的發(fā)生反射疊加與衰減。經(jīng)過(guò)分析把水庫(kù)模型區(qū)域分成四個(gè)部分：直道區(qū)域、彎道區(qū)域、過(guò)彎道區(qū)域和直道遠(yuǎn)端區(qū)域。每個(gè)區(qū)域內(nèi)涌浪最大波高都出現(xiàn)在第二個(gè)或第三個(gè)波上，都不是出現(xiàn)在第一個(gè)波上。簡(jiǎn)單揭示了沿程涌浪傳播規(guī)律。
（4）分析首浪高度影響因素時(shí)，得出各因素對(duì)首浪高度的影響力由大到小依次為：滑體寬度，下滑角度，滑體厚度，庫(kù)區(qū)水深。通過(guò)控制參數(shù)的無(wú)量綱化和多元回歸分析，給出了不同區(qū)域內(nèi)首浪高度的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式。
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參考文獻(xiàn)(略)

本文編號(hào)：246613