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溃坝试验与模拟技术研究
日期:2014-09-03点击数:字号:【

我国水库大坝数量、坝型、坝高均位居世界前列,但在溃坝机理、溃坝试验和模拟技术方面的研究还比较落后。特别是在当前一大批病险水库亟待除险加固的情况下,溃坝试验和模拟技术研究,对于了解大坝溃决发生、发展的过程,掌握下游溃坝洪水演进规律,处置溃坝突发性洪水灾害,编制应急预案,发布洪水预警,实施紧急救援;对于病险水库除险加固设计,制定防洪规划、调整社会经济发展布局和产业结构,以及水库大坝建设方面规程规范的完善和该专业领域学术的发展等,均具有十分重大的意义。

本项研究在综合分析研究国内外溃坝试验和模拟技术的基础上,通过理论分析、小尺度室内试验、大尺度现场试验、数值模拟等综合研究手段,对土石坝溃决机理、溃坝测试技术、溃坝相似理论、坝体溃决过程数学模型、溃坝洪水演进数学模型及溃坝风险图绘制软件开发等进行了深入研究,获得的主要创新成果如下:
(1)创建了国内外试验坝高最高的实体土坝溃坝试验场。
(2)通过大尺度现场溃坝实体试验,揭示了土石坝溃坝的三个重要力学机理:“剪剥式”后退冲蚀、坝顶“双螺旋流”淘刷及溃口边坡失稳坍塌。这些机理的揭示对于建立溃坝预报数学模型,推导溃坝模型试验相似准则,提高溃坝模拟技术水平具有重要的意义。
(3)基于现场试验揭示的溃坝“剪剥式”后退冲蚀机理,推导获得了陡坎移动速度相似准则和溃口流量过程时间相似准则。
(4)引入坝体材料起动摩阻流速作为坝体抗冲能力综合参数,解决了先前坝体综合抗冲能力难以描述的难题,对粘性土均质坝坝体材料冲蚀起动有了新的认识。
(5)研发了一套具有独立知识产权的适用于溃坝现场试验和室内试验的专用溃坝试验综合测试系统及测试技术。
(6)首次将“统一二维联合模型”成功应用于溃坝洪水风险图分析,提出了溃坝洪水风险区划方法、分级标准,编制了一套具有完全知识产权的溃坝洪水风险计算与分析软件。

本项研究共发表论文23篇(2篇SCI,3篇EI),获得发明专利1项,实用新型专利2项、软件著作权3项。培养博士后2名、博士2名、硕士7名。作为“水库大坝安全保障关键技术研究与应用”的主要成果之一荣获2014年度大禹水利科学技术特等奖。


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