堰塞坝岩土体结构及渗透特性对溃坝模式的影响机理研究

Because of earthquakes, strong rainfall or volcanoes, barrier lakes disasters happen frequently, and once the barrier dams collapse, the consequences are very serious. The permeability characteristics of the constituent materials of barrier dams, and rock and soil structural properties(grain composition, compactness, etc.) of barrier dams directly impact dam failure modes.So far, there has been mere work done to expose the influence of those two factors on the dam failure mechanism. Therefore, this project intends to acquire basic physical and mechanical properties of barrier dams'constituent materials; to expose the impact mechanism of the two factors mentioned above on the dam failure modes through indoor physical model tests; to conduct macro-micro computing and large deformation analysis of dam materials' physical and mechanical properties and dam failure mechanism based on Discrete Element Method and SPH theory; to establish judgment criteria of barrier dams' failure modes under complex conditions; finally to propose the safety control measures. Research results would be of great theoretical significance to recognize barrier dams' failure modes and failure mechanism and to propose emergency measures and safety control measures.

由于地震、强降雨或火山等原因，堰塞湖灾害多发且溃坝后果严重。堰塞坝体组成材料的渗透特性与堰塞坝岩土体结构特性（颗粒级配、密实度等）直接影响坝体的溃决模式。但目前此二者对溃坝机理的影响方面尚缺乏研究，因此本课题拟通过现场调研、室内土工试验等手段，研究堰塞坝体组成材料的基本物理力学性质；通过室内物理模型试验研究堰塞坝体结构结构及渗透特性对溃坝模式的影响机理；并基于离散元和SPH理论，对坝体材料物理力学性质及溃坝机理进行宏细观计算及大变形分析；在此基础上，建立复杂条件下堰塞坝体溃坝模式的判定准则；最终提出堰塞坝体安全控制措施。研究成果对于堰塞坝溃坝模式和溃坝机理的认识以及应急处理措施和安全控制措施的提出具有重要的理论意义。

本课题系统研究了堰塞坝岩土体结构及渗透特性对溃坝模式的影响。首先，通过现场考察和查阅资料，将坝体材料分为四种级配，分别进行了坝体材料的基本力学特性试验，主要包括饱和坝体材料的渗透试验、非饱和坝体材料的渗透试验、坝体材料的大型三轴剪切试验，得到了渗透系数、临界坡降、持水特性、抗剪强度等多种力学指标。第二，进行了渗透特性对堰塞坝稳定性的数值模拟，利用离散元流固耦合方法，分析坝体材料产生流土和管涌破坏的机理。利用有限元软件ABAQUS，以云南鲁甸红石岩堰塞湖为工程实例，分析了渗透特性对堰塞湖坝体稳定性的影响。使用有限元和有限差分结合的SOFT软件，分析了堰塞坝材料的非饱和性质对堰塞坝稳定性的影响。第三，进行了系列堰塞坝溃坝模型试验，分析溃坝过程和溃坝流量的变化，揭示了堰塞坝级配对溃坝模式的影响机理。利用物理模型DABA程序，对物理模型试验中的细粒为主和连续级配的堰塞坝进行了数值模拟，并对坝体几何尺寸进行了灵敏度分析。第四，建立一套堰塞坝溃决生命损失评估模型，为堰塞坝体的应急处理及风险评估提供了有力依据，具有十分重要的理论意义和实际工程价值。综合上述研究，得到了岩土体结构和渗透特性对溃坝模式影响较系统的研究成果。