![]()
漫顶引起的溃坝是滑坡坝中经常观察到的多方面水力和岩土工程现象。本研究引入了一种简化的、基于物理的数值模型，旨在模拟溢流引起的溃坝。该模型采用考虑上游坡度的宽顶堰公式来计算流出流量。考虑到裂口边坡坍塌，描述了一种基于对数-螺旋滑移面的裂口演化模式。该模式遵循土壤侵蚀仅发生在水面以下的原则。将所提出的简化模型应用于模拟中国唐家山和白鸽滑坡坝的决堤。获得的结果与可用的现场测量和数值解具有良好的一致性。此外，还进行了一系列参数分析，以研究几个高度经验参数对溃坝过程的影响。研究结果表明，峰值流量主要受双曲土壤侵蚀方程中定义的极限土壤侵蚀速率的影响，而峰值到达时间主要受临界流速的影响。如果土壤级配信息无法用于估算曼宁粗糙度系数，则可以采用 0.035 的值。临界流速和极限土壤侵蚀速率是需要仔细确定的关键参数。Fig. 1. The broad-crested weir discharge mode.Fig. 2. The stability analysis mode of the bank slope.Fig. 3. Excavation model of the slope triggered by flow erosion.Fig. 4. Flow chart of the numerical method.Fig. 5. Simulated results versus time compared with measured data for Tangjiashan landslide dam: (a) flow discharge; (b) reservoir water level; (c) flow velocity; (d) flow depth; (e) channel bottom elevation; (f) breach width.Fig. 6. Cross-sections of the 6 bank collapses for the Tangjiashan landslide dam.Fig. 7. Simulated results versus time compared with measured data for Baige landslide dam: (a) flow discharge; (b) reservoir water level; (c) flow velocity; (d) flow depth; (e) channel bottom elevation; (f) breach width.Fig. 8. Cross-sections of the 9 bank collapses for the Baige landslide dam.Fig. 9. Comparison of the breach hydrographs for different Manning roughness coefficient.Fig. 10. Comparison of Qmax and ta for different Manning roughness coefficient.Fig. 11. Comparison of erosion rate and effective bed shear stress for different Manning roughness coefficients: (a) erosion rate; (b) effective bed shear stress.Fig. 12. Comparison of breach hydrographs for different critical flow velocity.Fig. 13. Comparison of Qmax and ta for different critical flow velocity.Fig. 14. Comparison of the breach hydrographs for different upstream slope.Fig. 15. Comparison of Qmax and ta for different upstream slope.Fig. 16. Breach evolution mode adopted by NHRI-DB model (Zhong et al., 2017).Fig. 17. Simulated results comparison of different breach evolution mode: (a) Tangjiashan; (b) Baige.Fig. 18. Safety factor of bank slopes overall the dam breaching: (a) Tangjiashan; (b) Baige.Fig. 19. Simulated results comparison of cohesive dam and cohesionless dam: (a) breach hydrograph; (b) breach width.5. 总结
本文介绍了一种模拟滑坡坝溢流破坏的简化数值模型。该模型采用考虑上游坡度的宽顶堰公式来计算流出流量。流动深度由能量平衡方程确定。建立了一种基于对数螺旋滑坡面和双曲土壤侵蚀方程的决口渐进演化模式，以解决溃坝过程中决口边坡坍塌的问题。这种模式假设土壤侵蚀仅发生在水面以下，与实地和实验观察更紧密地一致。将所提出的简化模型应用于唐家山和白鸽滑坡坝的溢流过程模拟。进行了一系列参数分析，以研究它们对大坝决口的影响。根据这项研究的结果，可以得出以下结论：
(1)
所提出的简化模型在预测唐家山和白鸽滑坡坝的溃坝方面表现出优异的性能。预测的峰值流出流量 （Q麦克斯） 和高峰到达时间 （t一个） 与测量数据吻合良好，误差在 5 % 以内。仿真结果表明，唐家山大坝和白鸽大坝决坝期间分别发生6起和9起决坡坍塌事件。
(2)
overtopping 过程的特点是三个阶段：初始阶段、加速阶段和衰减阶段。在加速阶段，土壤侵蚀速率在超过一半的持续时间内一直接近极限值。当溢洪道底部到达坝底时，流出流量、流速、流深和侵蚀速率同时达到峰值。
(3)
在土壤分级信息不可用的情况下，假设曼宁粗糙度系数为 0.035 被认为是合理的。问麦克斯和 t一个与临界流速呈正相关。双曲侵蚀方程中的参数 a 对突破过程的影响可以忽略不计，因此可以通过假设 a = 1 来简化。极限土壤侵蚀率 （1/b） 是 Q 的关键参数麦克斯，而 1/b 的增加会导致 Q 的显著增加麦克斯.
