河海大学徐卫亚教授团队论文【Landslides】| 雅砻江两河口水库磨古岩质滑坡在不同水位下产生的潜在涌浪冲击数值模拟

文摘   2024-07-29 00:01   西班牙  

期刊:Landslides


作者:Shizhuang Chen, Weiya Xu*, Guike Zhang, Rubin Wang, Long Yan, Hailong Zhang & Huanling Wang

年份:2024


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摘要

水库蓄水和水位波动往往引发滑坡及其次生灾害,如潜在的涌浪冲击,对水库和坝区沿线人民的安全构成严重威胁,造成经济损失甚至灾难性后果。本研究对磨古岩质滑坡的工程地质条件和变形机制进行了全面的现场调查和监测。蓄水被确定为诱发边坡变形的主要因素,滑动体的累积位移没有收敛的迹象,表明其存在潜在的不稳定。本研究通过在FLOW-3D中耦合粘弹塑性模型和RNG湍流模型,模拟了两河口水库坝区附近的实际涌浪灾害,验证了数值方法的可靠性。在此基础上,本研究建立了一个三维模型来计算磨古岩质滑坡产生的潜在涌浪,并对大坝的风险进行了评估。在不同水位条件下,冲击波浪的模拟爬坡不超过大坝高程,显示出令人满意的安全富余。鉴于滑坡引发的波浪灾害的固有危险性,有必要持续关注,并提出预防措施和建议来解决这些问题。此外,该研究还探讨了水位波动对一次涌浪振幅、对岸和大坝的最大爬高以及沿河道涌浪振幅衰减率的贡献。研究结果为全球类似水库滑坡和潜在滑坡诱发涌浪的预警和预防提供了重要参考价值。



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图表


图:a研究区域的位置;b LHK库区的数字高程模型等高线;c MG岩质滑坡;d在建大坝的照片


图:MG岩质滑坡地质剖面A-A′。插图显示了2区前缘的小规模坍塌


图:库水位和降雨对位移发展的影响


图:2785m和2865m水位滑动体运动和滑坡涌浪产生过程


图:MG岩质滑坡产生的波浪自由面高程:a水位2785m,b水位2865m


图:2022年6月3日发生的滑坡的位置。插图(左下)显示了2023年7月在坝区附近拍摄的滑坡地貌照片



图:a-e从LHK水库坝区附近发生的实际滑坡视频中选取的图像;f–j从数值模拟中选取的图像



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结论及讨论

根据现场调查、监测数据分析和磨古岩质滑坡诱发的潜在涌浪冲击的数值模拟,可以得出以下结论:


1. 通过对磨古岩质滑坡的综合现场调查和监测数据分析,发现蓄水是诱发滑坡变形的主要因素。目前,主要变形集中在2区,累计最大位移为209.5mm,平均位移率超过0.93mm/天。累计位移总体呈上升趋势,尚未收敛。由于岩体的显著风化和卸荷,以及内部软弱带和泥质夹层在遇到水时容易软化,滑坡存在潜在的失稳风险。

2. 根据磨古岩质滑坡的推断破坏模式,采用FLOW-3D中的弹粘塑性模型和重整化群(renormalization group)湍流模型模拟了潜在失稳灾害的全过程,包括滑坡运动、涌浪冲击的产生、传播和对大坝的影响。

3. 结果表明,在2785米和2865米的水位下,涌浪在大坝的最大爬高分别为10.64米和7.38米,没有超过大坝的高度,这表明存在值得称赞的安全富余。然而,尽管有这些有利条件,但无法保证对涌浪冲击灾害的完全免疫。为加强安全措施,建议考虑在坝区附近安装波浪缓解措施,或在坝顶设置防浪墙。

4. 涌浪冲击造成的压力增加约为0.1 MPa,即必须承认冲击波对大坝和周围水工结构的实质性影响。本研究讨论了水位波动的贡献,揭示了对岸和大坝的主要海啸振幅和最大爬高与自由水面高程呈负相关,可以使用负指数函数对其进行精确建模。波浪冲击能量的衰减能力因水位而异,水位较低的波浪衰减速度较快。

因此,根据本文的研究结果,可以控制水库水位的变化率,以减少灾害风险链。同时,建议加强对古岩质滑坡和两河口坝区的持续监测,实施滑坡海啸预警系统,并制定可能危险地点的应急预案。由于实际地质环境的复杂性,滑坡的实际运动过程和特征可能与模拟结果存在偏差。因此,未来的研究可以采用物理实验来验证数值模拟的结果。然而,必须强调的是,本文提出的数值模拟结果为实际工程应用中滑坡灾害链的预警和预防提供了宝贵的见解。


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参考文献

Chen, S., Xu, W., Zhang, G. et al. Numerical simulation of potential impulse waves generated by the Mogu rock landslide at varying water levels in the Lianghekou Reservoir, China. Landslides (2024). https://doi.org/10.1007/s10346-024-02286-w



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