基于电阻矩阵量测技术的均质土坝漫顶溃坝溃决过程试验研究

摘要

水库大坝一旦失事后果极为严重，各国学者都很重视溃坝问题的研究。土石坝是所有水坝中数量最多、溃坝率最高的坝型。但是由于溃坝机理极为复杂，且现有的溃坝测量工具存在一定局限性，目前土石坝溃坝机理仍不十分明确。溃坝模型试验研究是溃坝机理研究的主要手段，而溃坝过程测量工具的精度直接影响溃坝试验测量结果的准确性，因此对溃坝过程测量方法的研究具有重要意义。
　　本文在国内外学者优秀研究成果的基础上，针对目前溃坝机理研究不足和溃坝过程测量工具过于单一的问题，从改进溃坝测量工具角度出发，自主设计开发了基于电阻矩阵定位技术的可用于土石坝漫顶溃坝过程特别是溃口发展过程测量的新型测量设备，并对以往的溃坝事故做了较为详细的调查，针对事故多发坝型和常见溃坝方式开展了多组溃坝模型试验，取得了如下成果:
　　(1)通过对以往溃坝事故的调查，发现防洪标准低和工程质量差是导致大坝失事的主要原因，土石坝溃决的主要表现形式为漫顶和管涌两种形式。均质土坝漫顶溃坝的研究具有典型意义，应是溃坝问题的研究的重点。
　　(2)自主设计制作了基于电阻矩阵定位技术可应用于溃坝过程测量的试验设备，解决了设备设计制作中遇到的一系列问题。通过实际的溃坝试验，设备的防水性和功能性得到了较好的验证。利用溃坝测量设备还原溃坝过程可以看出水流漫顶后首先对水坝有一个明显的下切淘蚀过程，下切发展到一定阶段后逐渐向两侧发展。溃坝初期水流对坝体的冲刷破坏较慢，溃口发展到一定阶段时，水流通过溃口大量下泄，对土坝的冲刷加剧，此外还伴随着溃口周围土体的坍塌，浑浊的水流和坍落的土体覆盖了溃口，单凭肉眼很难观察到溃口的发展过程。基于电阻矩阵定位技术而非光学原理的测量设备的优势得到了发挥。
　　(3)坝坡和筑坝材料都对溃坝历时有影响，坝坡较缓和筑坝材料更密实的土石坝在发生漫顶溃坝时溃坝历时更长。即使是均质土坝筑坝材料也不可能完全均一，坝体的薄弱部位会先被水流破坏，坝体本身存在缺陷会加速溃坝进程。
　　(4)漫顶溃坝导致的坝体冲刷破坏优先发生于下游面，然后由下游面逐渐向上游面侵蚀，最终坝体下游面的破坏程度比上游面更严重。在溃口发展方面，水流对坝体的冲蚀自然是导致溃口发展的重要原因，但伴随水流作用出现的土体坍塌亦是溃口扩展的重要方式之一。对溃口这一发展方式进行分析研究时，应更多地结合边坡失稳理论，同时将水流的冲击与浸润作用考虑在内。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 本文研究目的与意义

1．2 研究现状

1．2．1 溃坝洪水研究

1．2．2 土石坝溃坝机理研究

1．2．3 溃坝过程测量技术研究

1．3 本文研究内容

1．3．1 论文的思路

1．3．2 研究内容

第二章 溃坝风险分析与溃坝情况调查

2．1 溃坝风险分析

2．1．1 溃坝风险分析内容

2．1．2 溃坝概率计算

2．1．3 溃坝损失计算

2．2 溃坝事故统计

2．2．1 我国发生溃坝事故的水库规模统计

2．2．2 发生溃坝事故坝型统计

2．3 土石坝溃坝事故原因调查

2．3．1 国外土石坝溃坝原因调查

2．3．2 国内土石坝溃坝原因调查

2．4 土石坝溃决模式与溃坝原因的力学原理分析

2．4．1 瞬间溃坝模式与逐渐溃坝模式

2．4．2 土石坝溃口发展与受力分析

2．5 本章小结

第三章 基于电阻矩阵定位技术测量溃坝过程的原理

3．1 触摸屏定位技术原理简介

3．2 电阻矩阵定位技术测量溃坝过程的基本原理

3．3 电阻矩阵构建方法与电路设计

3．4 原理可行性验证试验

3．5 本章小结

第四章 溃坝过程测量设备制作与改进

4．1 测量设备组件选择

4．1．1 电阻选择

4．1．2 电流数据记录仪器

4．1．3 其他设备及材料

4．2 设备制作

4．2．1 电阻矩阵排布方式改进

4．2．2 电阻单元防水设计与细部处理

4．2．3 电阻单元问连接方式设计

4．2．4 电阻单元防水性验证

4．2．5 基于电阻矩阵定位技术的实际测量设备定位功能验证

4．3 本章小结

第五章 均质土坝漫顶溃坝模型试验研究

5．1 引言

5．2 均质土坝漫顶溃坝试验

5．2．1 试验简介

5．2．2 模型试验相似比设计

5．2．3 模型土坝制作

5．2．4 溃坝过程测量工具的安装

5．2．5 第一次溃坝试验

5．2．6 第一次溃坝试验补充试验

5．3 改变坝坡后的溃坝过程

5．3．1 第二次溃坝试验

5．3．2 还原溃坝过程

5．3．3 试验分析

5．4 改变筑坝材料后的溃坝过程

5．4．1 第三次溃坝试验

5．4．2 还原溃坝过程

5．4．3 试验分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文和参加的科研项目