泄洪雾化边坡稳定性分析方法--详细介绍

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 当前位置:店销书,专著 公共课 公共课 公共课 泄洪雾化边坡稳定性分析方法
   
泄洪雾化边坡稳定性分析方法
作者:戚国庆
书名:泄洪雾化边坡稳定性分析方法
定价:¥ 98 元
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丛书名:  
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开本: 小16K
标准书号: 978-7-03-066250-7
字数(千): 
页数: 148
出版日期: 2020-10-30
发行号: P-6681.0101
装帧: 平装
点击热度: 57
最新印刷日期:    
 
编辑推荐
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获奖情况
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图书介绍
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  本书针对水利水电工程中的泄洪雾化边坡稳定问题,借助水力学理论、非饱和渗流及非饱和土力学理论,结合已有研究成果和现有规范方法,提出并建立了完整的雾化边坡稳定性分析评价方法。全书共分六章,分别为泄洪雾化问题、泄洪雾化范围及雨强预测、入渗问题及其求解、边坡基质吸力初始分布状态、入渗过程中边坡的位移分析、泄洪雾雨作用下的边坡稳定性评价。
  本书可供水利水电勘察、水工设计研究人员,以及高等院校、科研院所相关专业人员和师生参考。
 
前言
...........................................................................................................................................
  水电是清洁能源,可再生、无污染、运行费用低,便于电力调峰,有利于提高资源利用率和经济社会的综合效益。我国是世界上水能资源最丰富的国家之一,在今后相当长的时间内,会一直处在水电开发的高峰期。目前已陆续建成了一大批坝高200m级、300m级、300m以上级巨型电站(如拉西瓦、小湾、龙滩、溪洛渡、糯扎渡、二滩、构皮滩等),这些电站位于高山峡谷区,泄洪水头高、流量大,加上泄洪消能采用分层出流,空中碰撞将产生强烈的泄洪雾化降雨。而泄洪雾化降雨所引起的高边坡稳定问题,是目前我国水电工程面临的一个重大技术难题。
  泄洪雾化是水电站泄洪的高速水流,在消能过程中出现的一种较为复杂的物理现象。对于工程而言,主要关注的是泄洪雾化降雨所引起的高边坡稳定问题。据现有原型观测资料显示,泄洪雾化降雨的降雨强度(简称雨强)在4000~5000mm/h,大大超过气象学上有记载以来观测到的自然降雨雨强极值636mm/h,因此对下游边坡的安全稳定影响巨大。例如,1989年,龙羊峡水电站泄洪导致下游虎山坡滑坡。也就是在这次滑坡发生之后,泄洪雾化降雨开始引起学术界和工程界的高度重视。泄洪雾化降雨曾被列入“七五”“八五”国家重点科学技术项目(攻关),是国家科技重点发展规划中工程水力学的七大问题之一。
  泄洪雾化的影响范围及雨强的确定,涉及紊动强烈且水相不连续的水气二相流,目前的研究主要集中在原型观测、物理模型试验,以及理论分析计算方面。由于泄洪雾化的影响范围及雨强不但与泄洪的流量、能量(高差)、消能方式有关,而且受当地地形、坝后风速场等诸多因素的影响,因此单纯采用理论分析或数值模拟的方法难以得到较为准确的结果,并且缩尺模型试验的相似条件、模拟手段及模型律尚不清楚。在工程设计时,由于拟建工程与已建工程的水文、气象、地形、地质条件和建筑物水力条件等,不可能完全相同,因此引用已建工程的原型观测资料预测拟建工程存在一定困难。本书采用数值方法、经验公式法,以及依据原型观测资料工程类比法,进行综合分析,确定泄洪雾化分区和雨强分布,详见第1、2章。
  泄洪雾化降雨入渗与自然降雨入渗在物理过程中是相同的:在边坡非饱和带,入渗遵循Richards提出的延伸用于非饱和渗流的达西(Darcy)定律;当泄洪雾化的雨水到达潜水面,引起地下水位升高,则遵循饱和渗流的达西定律。其差别在于:自然降雨在整个入渗边界上的雨强是相等的,而泄洪雾化降雨在整个入渗边界上的雨强不相等。本书依据洪渡河石垭子水电站泄洪雾化模拟分析结果,将泄洪雾化区按雨强分为6个分区(Ⅰ级大雨区:雨强小于2.5mm/h;Ⅱ级暴雨区:雨强为2.5~5.8mm/h;Ⅲ级大暴雨区:雨强为5.8~11.7mm/h;Ⅳ级特大暴雨区:雨强为11.7~25mm/h;Ⅴ级强暴雨区:雨强为25~50 mm/h;Ⅵ级强溅水区:雨强大于50mm/h)。假定在每个分区内的雨强相等。泄洪雾化降雨入渗的具体分析方法,详见第3章。
  入渗前的边坡初始基质吸力状态对泄洪雾化雨入渗影响很大。初始基质吸力剖面的获得有两种方法:一种是现场基质吸力的直接量测法;另一种是测定现场含水量剖面,结合相应土­水特征曲线的间接确定法。第4章以采用直接量测法对三峡库区湖北秭归泄滩滑坡现场基质吸力剖面量测为例,对直接量测法的基质吸力监测井、快拔型张力计、孔隙水压力传感器的布置,以及监测结果进行了阐述;间接确定法的实例是洪渡河石垭子水电站11号滑坡体的初始基质吸力剖面确定,详见第3章。
边坡失稳前往往经历一个位移变形期,雨量与边坡位移具有很强的相关性。因此,第5章对泄洪雾化降雨入渗过程的边坡变形问题进行了研究,并提出基质吸力变化引起的非饱和土应变,进而引起边坡变形,以及入渗作用下的边坡位移规律及其与雨量关系的框架模型。
第6章从由基质吸力引发的抗剪强度研究入手,对入渗(无论是泄洪雾化降雨入渗,还是自然降雨入渗)影响边坡稳定性的机理进行分析,并给出了考虑基质吸力对边坡稳定性的影响的Bishop法、Janbu法、不平衡推力传递法的计算公式。
  本书得到绍兴文理学院出版基金、绍兴文理学院人才引进启动基金(项目编号:20155024)及贵州省科学技术基金项目“泄洪雾雨影响边坡稳定的机理及其控制研究”[黔科合J字(2010)2022]资助。
  本书中的石垭子水电站泄洪雾化数值模拟由水力学与山区河流开发保护国家重点实验室(四川大学)的老师完成,非饱和土渗透参数的试验测试由河海大学丁国权老师完成。在此向他们表示衷心的感谢!
  由于著者经验有限,书中难免存在不足之处,恳切希望读者批评指正。

                                                      著  者      
                                                     2019年1月    


 
图书目录
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第1章  泄洪雾化问题    1
1.1  泄洪雾化降雨的分级分区描述    1
1.2  泄洪雾化对工程的影响    2
1.3  泄洪雾化降雨雨强    3
1.3.1  对泄洪雾化降雨雨强的观测    4
1.3.2  雾化降雨雨强的分级    5
1.4  泄洪雾化分区    6
1.4.1  泄洪雾化区划分    6
1.4.2  雾化降雨区划分    8
1.5  小结    9
参考文献    9
第2章  泄洪雾化范围及雨强预测    11
2.1  研究进展    11
2.1.1  经验公式法    11
2.1.2  数值模拟方法    12
2.1.3  工程类比综合法    14
2.2  泄洪雾化的机理及影响因素    14
2.2.1  泄洪雾化的机理    15
2.2.2  泄洪雾化的影响因素    16
2.3  泄洪雾化范围估算的经验公式    18
2.3.1  水舌空中掺气扩散雾化    18
2.3.2  基于原型雾化观测的经验公式    21
2.3.3  雾化水流溅水区范围的计算公式    22
2.3.4  估算泄洪雾化降雨区纵向边界的经验公式    26
2.3.5  雨强分布的经验公式    28
2.4  泄洪雾化数值模拟    29
2.4.1  水滴随机喷溅数学模型    29
2.4.2  水舌运动及雾流输运微分方程的数学模型    31
2.5  工程实例:石垭子水电站泄洪雾化分析    35
2.5.1  计算参数    35
2.5.2  数值模拟    36
2.5.3  工程类比综合法    41
2.5.4  石垭子水电站泄洪雾化综合取值    43
2.6  小结    44
参考文献    46
第3章  入渗问题及其求解    48
3.1  概述    48
3.1.1  有积水入渗的典型含水量分布剖面    48
3.1.2  入渗率随时间变化规律    49
3.1.3  泄洪雾化降雨入渗影响因素    50
3.2  入渗过程中的水势和渗流定律    50
3.2.1  地下水势    50
3.2.2  基质势和基质吸力    51
3.2.3  渗流定律    53
3.3  Green­Ampt入渗模型及其改进    54
3.3.1  Green­Ampt模型    54
3.3.2  修正的Green­Ampt模型    55
3.4  Philip入渗模型    57
3.5  偏微分方程数值解    59
3.5.1  基本微分方程及定解条件    59
3.5.2  控制方程离散为代数方程组    60
3.5.3  非线性方程组求解方法讨论    61
3.6  工程实例:石垭子11号滑坡体泄洪雾雨入渗模拟    62
3.6.1  地质模型    62
3.6.2  数学模型    64
3.6.3  数值模拟结果分析    67
3.6.4  泄洪雾化降雨入渗过程中基质吸力的变化    71
3.7  工程实例:矿山裂隙岩体边坡降雨入渗数值模拟    72
3.7.1  地质模型    72
3.7.2  数学模型    73
3.7.3  计算参数选取    74
3.7.4  数值模拟结果分析    74
3.8  小结    76
参考文献    77
第4章  边坡基质吸力初始分布状态    78
4.1  典型基质吸力剖面    78
4.2  基质吸力剖面的确定    79
4.2.1  土中的吸力    79
4.2.2  基质吸力的量测——直接法    80
4.2.3  现场量测    81
4.2.4  基质吸力的量测——间接法    83
4.3  泄滩古滑坡基质吸力剖面的现场量测    83
4.3.1  现场条件及观测仪器布设    83
4.3.2  基质吸力观测结果    85
4.4  小结    89
参考文献    89
第5章  入渗过程中边坡的位移分析    91
5.1  非饱和土中的应力    91
5.1.1  有效应力    91
5.1.2  非饱和土应力状态变量    92
5.2  非饱和土的变形    94
5.2.1  线弹性本构模型    94
5.2.2  弹塑性本构模型    95
5.2.3  广义吸力本构模型    96
5.3  基质吸力——应变关系的建立    98
5.3.1  非饱和土基质吸力——应变关系的数学模型    98
5.3.2  非饱和土基质吸力——应变关系的试验验证    99
5.4  含水量与土中基质吸力的关系——土­水特征曲线    101
5.4.1  土­水特征曲线的数学模型    102
5.4.2  土­水特征曲线通用表达式数学模型的建立    103
5.5  非饱和土应变与含水量的关系    106
5.6  入渗作用下边坡蠕滑位移的数学模型框架    108
5.7  工程实例:降雨入渗作用下的武都滑坡位移模式    109
5.8  工程实例:降雨引起的某矿山边坡位移模式    110
5.9  小结    111
参考文献    111
第6章  泄洪雾雨作用下的边坡稳定性评价    113
6.1  入渗对非饱和土抗剪强度的影响    114
6.1.1  非饱和土的破坏准则    114
6.1.2  基质吸力引发的抗剪强度    115
6.1.3  入渗对边坡稳定性的影响机理    118
6.2  边坡极限平衡分析方法    119
6.2.1  潘家铮公设    119
6.2.2  极限平衡法计算原理    119
6.3  考虑入渗影响的边坡稳定性分析原理    121
6.3.1  考虑基质吸力抗剪强度的条间力修正    122
6.3.2  考虑基质吸力抗剪强度的简化Bishop法    123
6.3.3  考虑基质吸力抗剪强度的简化Janbu法    123
6.3.4  考虑基质吸力抗剪强度的不平衡推力传递法    124
6.3.5  普遍极限平衡分析法    126
6.4  边坡稳定性随基质吸力的变化率    127
6.5  工程实例:基质吸力引发的抗剪强度探讨    128
6.5.1  对基坑土压力的影响    128
6.5.2  基坑监测布置    129
6.5.3  基坑土压力计算    130
6.5.4  结果分析    131
6.6  工程实例:入渗作用下某矿区岩质边坡稳定性评价    132
6.6.1  参数取值    132
6.6.2  典型计算剖面    132
6.6.3  计算边界条件    133
6.6.4  入渗作用下某矿区岩质边坡稳定性分析    133
6.7  小结    134
参考文献    135
 
 
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