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近年来,随着社会经济快速发展和人类活动强度不断加大,在全球气候变化、地震活动叠加影响之下,堰塞坝日趋成为人们关注的焦点,堰塞坝溃决灾害更是已成为制约山区社会经济发展的重大瓶颈和防灾减灾工作的突出问题。堰塞坝研究主要针对其危险性评估、溃决过程与机理、人工排险技术以及溃决洪水演进规律等,而堰塞坝溃决危险性评估是进行堰塞坝其它研究工作的基础。针对堰塞坝溃决危险性评估应该解决三个方面的问题:1)堰塞坝是否会发生溃决,即研究堰塞坝体稳定性评估;2)堰塞坝破坏程度与哪些因素有关,堰塞湖溃决的洪峰流量能否对下游构成威胁,即堰塞坝破坏程度评估;3)堰塞坝体预计什么时候溃决,即堰塞坝的寿命预测评估。因此,本文针对这一系列问题,从堰塞坝溃决危险性评估的基础理论入手,研究了堰塞坝组成结构特征、流域水文特征等基础与关键因素,建立了基于堰塞坝组成结构与水文特征的堰塞坝溃决危险性评估指标体系,并选择了四川茂县宗渠堰塞坝为堰塞坝漫顶溃决试验原型进行了堰塞坝稳定性试验、堰塞坝破坏程度与溃决影响试验、堰塞坝寿命预测试验;在试验数据分析的基础上,引入二值逻辑回归分析方法和多元回归分析方法建立了堰塞坝稳定性评估模型、堰塞坝破坏程度评估模型、堰塞坝寿命预测模型,并结合汶川地震堰塞坝典型案例对堰塞坝稳定性评估模型、堰塞坝寿命预测模型进行了验证与分析;最后,结合对模型与试验过程的分析对堰塞坝溃决危险性影响因素进行了理论分析。基于组成结构与水文特征的堰塞坝溃决危险性评估完成了相关理论与技术的实证研究,适应了防灾减灾工作的实际需要,具有重要的理论价值和现实意义。
全文共分八章:第一章,绪论;第二章,堰塞坝组成结构与水文特征;第三章,堰塞坝漫顶溃决模型试验;第四章,堰塞坝稳定性评估模型与验证;第五章,堰塞坝破坏程度评估指标与模型;第六章,堰塞坝寿命预测模型初步探讨;第七章,堰塞坝溃决危险性影响因素分析;第八章,结论。
论文研究主要取得以下研究成果:
1.基于组成结构与水文特征,建立了堰塞坝溃决危险评估指标体系
在大量堰塞坝野外调查的基础上结合已有的堰塞坝研究资料,对堰塞坝组成结构与水文特征进行了分析。堰塞坝组成特征包括坝体的颗粒级配、土体、岩石的组成特征及组成形态特征等;堰塞坝结构特征包括堰塞坝的几何形态、密度特征;流域水文特征包括上游来水量和最大库容特征。在坝体组成结构与水文特征分析的基础上,建立了堰塞坝溃决危险评估指标体系。
2.应用模型试验手段建立了堰塞坝溃决危险性评估试验数据库
选择了四川省茂县宗渠堰塞坝作为模型试验原型,首先对宗渠堰塞坝基本特征、宗渠堰塞坝溃决过程等方面进行了介绍;其次,根据前面对坝体组成结构特征的分析,选用坝体的几何尺寸、密度、级配、最大库容、上游来水量作为主要的试验参数,在此基础上,以1:100为模型相似比进行堰塞坝稳定性、堰塞坝破坏程度与溃决影响、堰塞坝寿命预测试验,并对试验数据进行分析与整理,为后面的模型建立与分析提供丰富的试验数据,也为评估模型建立奠定了基础。
3.基于堰塞坝稳定性评估指标差异性,提出了快速评估和基于野外调查两个阶段的堰塞坝稳定性评估模型,并进行了典型案例实证研究
通过对堰塞坝稳定性试验数据分析与研究,引入二值逻辑回归分析方法,建立了不同阶段的堰塞坝稳定性评估模型,并运用汶川地震红石河堰塞坝和草塘房堰塞坝对模型进行验证分析,验证结果较为理想。
4.建立了堰塞坝破坏程度、溃决影响程度评估指标与评估模型
引入了坝高残余比、坝体中轴溃口宽度、溃决峰值流量指标对堰塞坝破坏程度、溃决影响程度进行评估。基于坝高残余比、坝体中轴溃口宽度、溃决峰值流量试验数据的分析与研究,并借助于多元回归分析方法建立了相应的堰塞坝破坏程度评估模型。
5.基于堰塞坝溃决完成时间试验时间,引入多元回归分析方法,建立了堰塞坝寿命预测模型,并以汶川地震宗渠堰塞坝为例对预测模型进行了验证与分析,验证结果较为理想。
6.基于模型与试验过程分析的方式,分别对堰塞坝稳定性、坝体破坏程度、坝体寿命影响因素进行了分析,进一步提升了堰塞坝渍决危险性的理论研究。