[发明专利]一种均质土石坝漫顶溃坝模型试验方法

说明书

本发明涉及一种均质土石坝漫顶溃决模型试验方法，包括以下步骤：取原型筑坝黏土材料，获取黏土的最优含水率和最大干密度；根据黏土的最优含水率进行制样，在流槽中按照不同压实度条件分别修筑微缩模型坝，针对各微缩模型坝开展漫顶试验；按照相似准则进行漫顶水流的控制，根据模型坝从漫顶开始到整体溃决的时间相似，确定仿真缩尺模型试验中仿真模型坝的压实度；根据地形条件和几何相似关系进行仿真模型坝的修筑，严格按照上一步确定的压实度进行分层筑坝；在仿真模型坝坝顶中部位置设置引冲槽,针对各仿真模型坝分别开展漫顶溃坝试验；将仿真模型坝中得到的相关参数反映到原型工况并作为决策依据。本发明通过一个缩微试验确定另一个仿真试验，再利用仿真试验去预测实际坝体并作为决策依据。

技术领域

本发明涉及土石坝溃坝模型试验技术领域，具体的说，是涉及一种均质土石坝漫顶溃决模型试验方法。

背景技术

土石坝是我国水库大坝的常见型式，对于一次筑坝类型的尾矿库，尾矿坝常借鉴水库大坝而采用均质土石坝。由于极端天气的增多，突发性洪水及超预期流量洪水等时而发生，洪水漫顶引起的土石坝溃坝事故不在少数。考虑到溃坝会对下游及周边地区带来严重的后果，工程中常要求对水库或尾矿库区下游村庄的淹没范围和影响程度进行评估。据我国大量土石坝漫顶溃决事故的经验和数据表明，溃坝绝大多数都发生在漫顶发生后的0.5-3小时之间。模型试验法在溃坝演进过程中可以很好地考虑地形等因素，是目前研究土石坝溃坝影响范围的重要手段。

溃坝相似模型试验要求土石坝和水流的各物理量应按一定关系准则进行缩尺，土石坝漫顶溃坝属于逐渐溃坝模型，溃坝过程的相似模拟是一个技术难题。对于均质黏土坝，改变模型土的种类使得模型坝的性质与原型之间发生大的改变；然而按照原型坝的施工工艺(控制含水率和压实度)进行修筑模型坝时，模型坝在漫顶水流作用下不能反映原型坝的冲刷过程，模型坝的冲刷表现得比预期困难。

起动相似常作为漫顶溃坝相似的条件之一，起动相似的核心在于水流对坝体的冲刷作用相似。模型试验中水流的流速和水深都按照一定比例进行了缩小，模型试验中水流对坝体的冲刷力相当于原型也按比例缩小了。模型坝体的抗冲刷能力只有相应地缩小比例，溃坝过程才更能反映真实情况。

均质黏土坝的抗冲刷能力与黏土的抗剪强度具有重要的联系，黏土压实度是土力学中反映土体密实程度的一个指标，随着压实度的降低，黏土的抗剪强度大幅度下降。有研究表明，黏土的起动拖曳力与压实度存在一定的关系，这提供了一种能够在不改变土体种类的情况下降低模型土坝的抗冲刷力的方法。

因此，针对均质黏性土坝缩尺漫顶溃坝模型相似的特点，提出一种在常重力条件下能够较好再现均质黏土坝漫顶逐渐溃决过程的相似模型试验方法，对提升土石坝模型试验水平和工程服务具有更好的指导和实用价值。

发明内容

本发明在于适应现实需要，设计一种均质土石坝漫顶溃决模型试验方法，是一种常重力条件下能够近似反映均质黏性土坝漫顶逐渐溃决过程的缩尺模型试验方法。

为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种均质土石坝漫顶溃决模型试验方法，包括以下步骤：

a.取原型筑坝黏土材料并开展物理性质试验、击实试验和无侧限抗压强度试验，获取黏土的最优含水率和最大干密度；

b.根据黏土的最优含水率进行制样，在流槽中按照不同压实度条件分别修筑微缩模型坝，针对各微缩模型坝开展漫顶试验；