水电站库区高位滑坡涌浪灾害研究——以梅里石4号滑坡为例

摘要

涌浪是随着库岸滑坡而产生的一种次生灾害，滑坡高速入水激起巨大的涌浪，涌浪向对岸传播形成对岸爬坡浪，向上下游传播并爬上岸坡形成沿程爬坡浪，严重威胁库区水利工程、航行船只及沿岸居民的生命财产安全，很有可能造成比滑坡本身更大的灾害。涌浪研究的关键是预测涌浪高度，分析其传播规律，进而才能评价涌浪对周围建筑物的危害。影响库岸滑坡涌浪高度的各种因素既多又复杂，到现在为止国内外对于涌浪高度的计算、传播规律分析已有一定研究，大部分计算方法均是基于一定的物理模型、数值模型得出的，很大程度上简化了影响涌浪的各种变量，涌浪函数过于理想化，适用范围比较狭窄，计算参数的选取也大都依来自经验。所以，通过物理模型实验分析涌浪形成机制、拟合出适合某一河道特征的涌浪相关的函数方程式，对涌浪灾害的研究预测有着重要意义。
　　本研究主要内容包括：⑴梅里石4号滑坡堆积体位于拟建水电站上游5000m处，分布高程2620m～3060m，相对高差440m，未来库区蓄水至2267m高程，为典型的高位滑坡。通过平硐编录、钻孔编录、地表勘察、数值计算等方式综合分析了滑坡的稳定性，对滑坡进行了变形破坏分区并且提出了滑坡失稳模式以及相应灾害程度。⑵按照正交实验设计方法，制定了包含入水滑体长度、入水滑体宽度、入水滑体厚度、滑体入水速度、滑坡入水处最大水深的滑坡涌浪影响因素的实验方案。选取澜沧江水电站上游5850m长度段为原型，在遵守几何相似、运动相似和动力相似条件的前提条件下，建立了1∶2000比例尺的河道物理模型，研究了包括大型物体光栅测速器、抛光木板（滑动面）组成的实验控制系统，采用180g高密度打印纸条、金属架子、高速工业摄像头组成了实验量测系统，开展了对于最大首浪高度、沿程传播浪高度、涌浪高度敏感度分析的实验。⑶通过单因素敏感度分析实验，得出最大浪高度影响因素的敏感性大小依次为:入水速度、入水点最大水深、入水滑体厚度、入水滑体宽度、入水滑体长度。涌浪研究与预测中应重点考虑这些因素变化对于最大首浪高度的影响。⑷通过物理模型正交实验，同时采用量纲分析和非线性回归分析方法拟合出了最大首浪高度与入水速度、入水点最大水深、入水滑体厚度、入水滑体宽度、入水滑体长度、库水面宽度这6个影响因素的回归方程，沿程传播浪高度与最大首浪高度、河道水深、沿程传播距离这3个影响因素的回归方程。⑸介绍了3种计算滑坡启动速度的方法、5种计算滑坡入水速度的方法、5种计算滑坡最大涌浪高度的方法，并且利用基于运动方程条分法对于梅里石4号滑坡完全失稳的情况进行了细致计算，同时采用UDEC离散元软件进行数值模拟作为计算滑坡入水速度的参考。