Prediction of impulse waves generated by partially submerged landslides with a low Froude number based on prototype physical experiments
01摘要
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滑坡产生的冲击波对水库构成了潜在的威胁，能够快速评估滑坡波浪危险性和范围的波浪预报公式是预警和防灾减灾的重要手段。部分淹没式滑坡常常产生低弗劳德数的滑坡波，目前对此类波的预报公式研究较少，且多集中于波浪特定传播阶段，未形成完整的公式体系。本研究选取白鹤滩水库内3座典型的低弗劳德数淹没式滑坡为原型，构建了尺寸为30×29.5×1.5m3的大型三维物理模型试验场，共进行了95次试验。将波浪分为起始、快速圆周衰减传播、沿河道逐渐衰减传播、波浪爬高4个连续阶段，研究了库区冲击波生成的全过程。在大量实物试验数据的基础上，推导了最大波幅、考虑滑坡淹没程度的传播波幅以及考虑岸坡方位和沟谷角度的冲击波爬高公式。将这些公式组合起来，形成一个完整的公式体系，用于计算窄河道、影响范围广的滑坡生成冲击波的全过程。将完整的公式体系应用于典型代表性滑坡试验，并对其精度进行分析，预测精度为56%~89.5%。该研究可为库区滑坡冲击波危险性评估提供参考。
02图表
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03结论
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本研究以WJS、S1、S2滑坡产生的冲击波为数据来源，拟合分析了不同水位、滑坡速度、滑坡体积、冲击角度、淹没程度等条件下冲击波的最大振幅及传播规律，提出了适用于水库内低弗劳德数部分淹没式滑坡的波幅及传播预测公式，并对现有计算公式的适用性和准确性进行了比较分析。主要结论如下：（1）建设了30×29.5×1.5m3的大型三维物理模型试验场。通过对3座典型半淹没式滑坡进行物理模型试验，总结了冲击波生成、传播、爬高3个阶段的演化过程。库区滑坡生成冲击波的整个过程可分为波浪生成、急剧衰减传播、平缓衰减传播、波浪爬高4个阶段。在波浪生成阶段，滑坡半淹没状态显著影响波谷与波幅的比值；在波浪传播阶段，滑坡宽度影响冲击波在近场的传播规律；在爬高阶段，岸坡按地形可分为正坡和沟壑2个区域。冲沟处波浪的爬高值明显大于附近正常坡面，且爬高规律受岸坡方向和冲沟角度影响。（2）在冲击波的生成和传播阶段，引入滑坡宽度和淹没程度，以更好地考虑滑坡的堆积形态和部分淹没情况，并提出了相应的波浪预报公式，最大振幅公式准确率约为89.5%，在急剧衰减传播区和平缓衰减传播区准确率分别约为65.1%和64.9%。在波浪的爬高阶段，根据传播区域的不同，可将波浪的爬高分为对岸爬高和沿河爬高两种。引入岸坡方位和冲沟角度考虑冲击波在冲沟处的汇聚作用，以便更好地预测冲击波沿程传播过程中的爬高量级，对岸和沿河方向的爬高准确度分别约为76.9%和54.0%。（3）根据滑坡冲击波的演化过程，建立了全过程公式计算体系，有别于现有公式构成的分阶段公式计算体系，可有效避免分阶段公式的适用范围及衔接问题带来的计算误差。在用公式法评估水库中Fr < 0.54部分淹没式滑坡冲击波危险性时，本文提出的全过程公式计算体系能够得到更为准确的结果，值得推荐。
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