堰塞坝溃口展宽过程实验研究

摘要

由于溃口各处水沙作用差异较大,不同位置的展宽过程不同,目前对溃口展宽过程的研究多着眼于某一断面,不但不能反映溃口整体的展宽过程,还会影响溃决流量计算的精度。为研究不同坝高、坝后坡比条件下溃口整体展宽过程,本研究设计了6组水槽实验,分析了45个断面的观测数据,发现:1)溃口展宽随溢流的发展表现出不同的形式,以溯源侵蚀的结束为时间节点,溯源侵蚀期间为近等宽阶段,溯源侵蚀结束后为弯曲阶段。2)在断面上,展宽模式可分为线性模式和突变模式,分别占45个断面的13.3%与86.7%;突变模式进一步可分为弱侵蚀过程Ⅰ和强侵蚀过程Ⅱ,其中强侵蚀过程只发生在弯曲阶段。3)突变模式下,过程Ⅰ侵蚀率沿程呈首尾大-中部小的"U"型分布,溃口首部和溃口尾部侵蚀率较大,中间近等宽段侵蚀率有所减小,坝后坡比越大,该过程中溃口相同位置处的侵蚀率越大;随着溢流的发展,水流结构复杂,具有明显的二次流特征,导致过程Ⅱ的侵蚀率沿程分布呈"S"型;对2个过程而言,坝高越高,相同位置处的侵蚀率越大。上述对于堰塞坝溢流展宽过程的新认识,有益于今后深入定量研究溃口展宽过程和力学机理。