干密度及細(xì)顆粒含量對(duì)滑坡壩潰決影響的試驗(yàn)研究

楊犇， 繆海波， 楊震， 沈藝璇

(安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院， 淮南 232001)

堰塞壩是斜坡失穩(wěn)體堵塞河道所形成的天然壩體[1]，主要由降雨、地震等誘發(fā)生成[2]，滑坡堰塞壩普遍發(fā)生在世界各地[3]，尤其常見(jiàn)于中國(guó)西南地區(qū)[4]，大部分堰塞壩存在水流漫頂潰決的危險(xiǎn)[5]。堰塞壩不僅會(huì)給上游造成淹沒(méi)災(zāi)害，而且存在潰決的風(fēng)險(xiǎn)，堰塞壩一旦潰決破壞，潰決后產(chǎn)生的洪水會(huì)對(duì)下游人民的生命財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。例如，1786年6月四川瀘定摩崗嶺滑坡堰塞壩潰決，潰決洪水造成近10萬(wàn)人死亡[6]。因此，對(duì)滑坡堰塞壩潰決過(guò)程的研究，有利于深化對(duì)滑坡災(zāi)害鏈的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，對(duì)評(píng)估滑坡風(fēng)險(xiǎn)具有一定的參考價(jià)值。

鑒于堰塞壩潰決后果的嚴(yán)重性，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者針對(duì)滑坡堰塞壩災(zāi)害開(kāi)展了相關(guān)研究。朱興華等[7]綜述了目前堰塞壩的研究集中在潰壩模式、潰壩模型、潰壩過(guò)程、潰壩機(jī)理及潰壩洪水等。水槽模型試驗(yàn)主要研究滑坡堰塞壩潰決機(jī)理，這方面研究成果相對(duì)豐富。王道正等[8]通過(guò)水槽試驗(yàn)研究壩體顆粒級(jí)配對(duì)堰塞壩潰決特征的影響，并把潰決過(guò)程分為3個(gè)階段。石振明等[9]通過(guò)水槽模型試驗(yàn)，分析了均質(zhì)、非均質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)壩體潰決的影響。黃衛(wèi)等[10]通過(guò)大尺度室內(nèi)水槽試驗(yàn)研究了堰塞壩在不同背水面坡度下的潰決過(guò)程，發(fā)現(xiàn)背水坡坡度越大，潰決總歷時(shí)越短且潰口擴(kuò)大越明顯。Takayama等[11]在不同上游壩高、下游壩高和初始下游水庫(kù)蓄水量條件下，對(duì)兩座滑坡壩的連鎖破壞進(jìn)行了水槽試驗(yàn)研究。Gordon等[12]通過(guò)水槽試驗(yàn)研究了滑坡壩的破壞過(guò)程，將其劃分為3個(gè)階段，并提出了一種新的縱向演化模型。Itoh等[13]通過(guò)剛性河床上的水力模型試驗(yàn)，討論了水流、細(xì)泥沙、河床荷載和大漂礫的擴(kuò)散情況。Nian等[14]認(rèn)為滑坡壩的形成條件與滑坡流量與水流量的比值有關(guān)，提出了一種無(wú)量綱的河流阻塞判據(jù)來(lái)判斷滑坡壩的形成，并在此基礎(chǔ)上提出河道堵塞時(shí)間長(zhǎng)度的預(yù)測(cè)模型，最后通過(guò)29個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。Meng等[15]研究了滑坡內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)堰塞壩潰決的影響，以兩種不同顆粒級(jí)配的土體為材料，得出壩體內(nèi)部的滲流飽和過(guò)程降低了滑坡壩的穩(wěn)定性，從而影響滑坡壩啟動(dòng)后破壞過(guò)程的演變。前人大都從堰塞壩的侵蝕、潰決兩者中分析其中的一種演變過(guò)程及其特征，現(xiàn)考慮堰塞壩的正面破壞潰決過(guò)程以及縱向侵蝕過(guò)程。

上述研究主要集中于顆粒級(jí)配、壩體結(jié)構(gòu)、上下游壩高、上游壅水流量以及初始含水量等因素對(duì)堰塞壩潰決的影響[16-18]，而對(duì)水位上升條件下，不同物質(zhì)組成對(duì)堰塞壩潰決過(guò)程影響的研究相對(duì)較少。為此，現(xiàn)針對(duì)不同干密度、細(xì)顆粒含量開(kāi)展人工堰塞壩的水槽模型試驗(yàn)。研究水位上升觸發(fā)堰塞壩潰決過(guò)程的影響因素，以及堰塞壩的潰決破壞特征。研究成果將加深對(duì)堰塞壩潰決災(zāi)害的認(rèn)識(shí)和理解，對(duì)滑坡堰塞壩災(zāi)害的發(fā)生機(jī)制解析具有一定的參考意義。

1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料采用鳳陽(yáng)縣勝利石英砂有限公司的砂土，主要礦物成分為石英。共設(shè)置了8 組試驗(yàn)，S1～S5為5組細(xì)顆粒含量相同，但干密度不同的試驗(yàn)材料；S6～S8為3組干密度相同，但細(xì)顆粒含量不同的試驗(yàn)材料。各組試驗(yàn)土樣的物性指標(biāo)參數(shù)如表1所示，顆粒級(jí)配參數(shù)如圖1所示。

表1 土樣物性指標(biāo)參數(shù)

圖1 土樣顆粒級(jí)配曲線Fig.1 Particle grading curve of soil sample

2 模型試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)程序

2.1 水槽模型試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置如圖2所示,供水裝置保證恒定的入庫(kù)流量流入長(zhǎng)200 cm，寬40 cm，高40 cm的模型槽，模型槽坡度設(shè)為10°，其兩側(cè)為透明亞克力板，便于觀察記錄試驗(yàn)過(guò)程中浸潤(rùn)線和侵蝕線發(fā)展情況；模型槽底部亞克力板上鋪有硬砂紙，以增大壩體與底部接觸面的摩擦系數(shù)，避免壩體失穩(wěn)。選取了4個(gè)典型滑坡堰塞壩作為參考依據(jù)，分別從上下游坡比、壩頂長(zhǎng)寬比、壩頂長(zhǎng)高比等方面統(tǒng)計(jì)了壩體尺寸[19-22]，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2 滑坡堰塞壩尺寸統(tǒng)計(jì)

由表2可知，4個(gè)滑坡堰塞壩的上游坡比范圍為1∶2.5～1∶1，下游坡比范圍為1∶4～1∶1.6，壩頂長(zhǎng)寬比范圍為1.25～3.378，壩頂長(zhǎng)高比范圍為1～6.25，模型試驗(yàn)設(shè)置的入庫(kù)流量范圍為0.001 17～1.5 L/s。根據(jù)所統(tǒng)計(jì)的堰塞壩尺寸范圍和試驗(yàn)室水槽的實(shí)際尺寸，試驗(yàn)中的堰塞壩尺寸設(shè)定為：上游、下坡比均為 1∶1.75，壩頂長(zhǎng)寬比為2.67，壩頂長(zhǎng)高比為2，流量Q設(shè)為0.127 L/s。在離模型槽上部10 cm 處堆積堰塞壩(圖2)，堰塞壩組成為粒徑小于2 mm 的砂土。試驗(yàn)全過(guò)程由放置在模型槽側(cè)面、下游壩面的2個(gè)攝像頭記錄。

圖2 水槽模型試驗(yàn)裝置圖Fig.2 Water tank model test device

2.2 試驗(yàn)程序

為了對(duì)比不同物質(zhì)組成下的堰塞壩潰決過(guò)程，主要從干密度、細(xì)顆粒含量?jī)蓚€(gè)方面考慮，一共設(shè)置了8組試驗(yàn)。以試驗(yàn)S1～S5為例，試驗(yàn)程序如下。

(1)試驗(yàn)開(kāi)始前，根據(jù)設(shè)定的堰塞壩尺寸，在水槽側(cè)壁玻璃上繪制壩體輪廓，調(diào)試供水裝置，直至獲得試驗(yàn)所需要的穩(wěn)定流量，并架設(shè)攝像機(jī)。

(2)按照設(shè)定的顆粒級(jí)配進(jìn)行篩樣，然后稱取各個(gè)組分的土體，以10%的初始含水率配置試樣并進(jìn)行充分拌勻后進(jìn)行堆壩。

(3)堆壩過(guò)程采用分層堆積，每層5 cm，分4層堆好，并按照設(shè)定堰塞壩的尺寸，進(jìn)行堆壩。在堆壩過(guò)程中，由于每層壩體的體積一定，不同干密度的土體，其試驗(yàn)所需的質(zhì)量不一樣，在堆壩前計(jì)算好每組試驗(yàn)所需的土體質(zhì)量。故稱取不同質(zhì)量的土體，來(lái)獲取試驗(yàn)所需要的不同干密度。為得到密實(shí)度均勻的壩體，每次分層堆壩時(shí)均壓實(shí)土體，每次壓實(shí)次數(shù)一致。

(4)堆壩完成后，將模型槽抬升至10°，供水裝置以恒定的流量 0.127 L/s 開(kāi)始注水，實(shí)時(shí)觀察壩體的破壞情況。利用一個(gè)攝像頭，對(duì)下游壩體潰決過(guò)程的破壞形態(tài)進(jìn)行錄制。通過(guò)另一個(gè)攝像頭拍攝模型槽側(cè)壁，記錄壩體浸潤(rùn)線發(fā)展過(guò)程和潰決過(guò)程中壩體側(cè)面的破壞形態(tài)。然后分析錄像視頻，截取不同關(guān)鍵時(shí)刻的圖片，并繪制出不同材料壩體的浸潤(rùn)線發(fā)展過(guò)程以及水流侵蝕過(guò)程線。

試驗(yàn)S6～S8試驗(yàn)程序與S1～S5一致，值得注意的是試驗(yàn)S6～S8干密度一樣，所以堆壩時(shí)稱取的土體總質(zhì)量一樣，制樣和取樣時(shí)嚴(yán)格控制試驗(yàn)S6～S8細(xì)顆粒的質(zhì)量，以便精確獲取試驗(yàn)所需的不同細(xì)顆粒含量。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 干密度對(duì)堰塞壩潰決的影響

3.1.1 浸潤(rùn)線發(fā)展過(guò)程

在其他條件相同情況下，堰塞壩不同干密度下浸潤(rùn)線發(fā)展過(guò)程如圖3所示。

圖3 不同干密度下的浸潤(rùn)線發(fā)展過(guò)程Fig.3 Development process of phreatic line under different dry density

由圖3可知：在其他條件相同情況下，砂土滲透系數(shù)與干密度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系并且在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，即土體干密度越大其滲透系數(shù)越小。干密度較小的兩組 (S1 和S2)，隨著干密度增加，浸潤(rùn)線下邊發(fā)展速率減小，同樣，干密度較大的3組(S3、S4 和 S5)，隨著干密度增加，浸潤(rùn)線下邊發(fā)展速率減小，說(shuō)明水在砂土堰塞壩內(nèi)部滲透速率隨著干密度的增大而減小，且水位上升速率隨著干密度的增大而增大。這與滲透系數(shù)隨著砂土干密度增大而減小的規(guī)律相吻合。

3.1.2 侵蝕過(guò)程

從水流漫頂開(kāi)始計(jì)時(shí)，記錄壩體在潰決過(guò)程中的側(cè)向輪廓形態(tài)，可得壩體不同潰決時(shí)刻的縱向侵蝕線如圖4所示。

圖4 不同干密度下的侵蝕過(guò)程線Fig.4 Erosion process line under different dry densities

由圖4可知：不同干密度下的侵蝕過(guò)程線存在共性但也有一定的區(qū)別。由于S5破壞發(fā)生在壩體中部，側(cè)面無(wú)明顯現(xiàn)象，不分析S5的侵蝕過(guò)程，僅從正面的潰決破壞進(jìn)行分析。侵蝕過(guò)程可以分為3個(gè)階段[22]。

(1)侵蝕第一階段(S1～S4：10 s以前)，侵蝕主要集中在壩體下游坡面以及坡腳的位置，屬于潰口貫通階段，此時(shí)整體侵蝕速率低，下游坡面流過(guò)的水流主要為細(xì)顆粒組成的泥沙懸濁液。

(2)侵蝕第二階段(S1、S2：10～25 s；S3、S4：10～40 s)，侵蝕加速階段，該階段隨著壩頂被侵蝕，上游庫(kù)區(qū)水流迅速下泄，水流流速激增，侵蝕能力強(qiáng)，對(duì)下游壩體侵蝕加劇，隨著時(shí)間推移潰口不斷向上游發(fā)展，下游壩面由于被水流侵蝕而凹陷形成陡坎。

(3)侵蝕第三階段(S1、S2: 25 s以后；S4、S5: 40 s之后)，減速侵蝕階段，此時(shí)上游庫(kù)水位低，水勢(shì)小，水流流量小，侵蝕能力減弱，壩體高度緩慢減小，壩體剩余物質(zhì)量少。

由上述3個(gè)階段可以看出，對(duì)于干密度較小的兩組其侵蝕速度明顯大于干密度較大的兩組，在侵蝕的第一和第三階段比較明顯，并且在侵蝕第三階段干密度較大的兩組其侵蝕發(fā)展過(guò)程十分緩慢，隨著時(shí)間推移堰塞壩的高度和厚度在緩慢減小，這也使得其潰決達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的時(shí)間明顯大于干密度較小的兩組。并且干密度較小的兩組(S1、S2)堰塞壩的潰決持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)小于干密度較大的兩組(S3、S4)。這是因?yàn)楦擅芏容^大，壩體抗侵蝕能力強(qiáng)，不易受到水流沖刷，使得干密度較大的壩體侵蝕速度慢，潰決達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的時(shí)間更長(zhǎng)。

3.1.3 潰決破壞過(guò)程

圖5給出了5種試驗(yàn)條件下壩體在不同潰決時(shí)刻的正面破壞形態(tài)及潰口頂寬形態(tài)。

圖5 不同干密度下壩體潰決過(guò)程Fig.5 Dam collapse process under different dry densities

由圖5可知：當(dāng)水流漫壩后，水流沖刷下游壩面，從而形成沖溝，沖溝向上游不斷發(fā)展，從而形成潰口，此時(shí)水流流量小，流速低。隨著水流不斷沖蝕沖溝，沖溝深度變大，水流流量增大，潰口兩側(cè)的土體會(huì)發(fā)生不同程度的崩落、坍塌，潰口寬度增大。干密度較小的3組壩體材料(S1～S3),壩體整體有沉降，并且干密度較小的3組壩體呈現(xiàn)從下游到上游的后退型破壞，破壞比較明顯。而對(duì)于干密度較大的壩體(S4、S5)基本上無(wú)沉降，只是局部有土體坍塌。

壩體干密度不同，在流量恒定的情況下，水流對(duì)壩體的侵蝕作用有很大差異。干密度越大，水流侵蝕越慢，潰口發(fā)展越慢。干密度增加能夠限制水的入滲，從而延緩水對(duì)壩體的破壞，因此，干密度大的壩體水流侵蝕越慢，壩體抗沖性變強(qiáng)，從而潰口發(fā)展也越慢。S1干密度小，潰決速度比較快，壩體潰口發(fā)展迅速，由于水流的沖蝕作用，潰口兩側(cè)的土體很快發(fā)生坍塌破壞，潰決流量增加，大部分壩體被沖走，隨著水流量減少，壩體潰決破壞過(guò)程很快結(jié)束，達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。從水流漫頂開(kāi)始計(jì)時(shí)到壩體潰決達(dá)到穩(wěn)定所用時(shí)間定義為潰決歷時(shí)，隨著干密度增加，壩體潰決歷時(shí)增加。

圖6 不同干密度下堰塞壩潰口頂寬發(fā)展過(guò)程曲線Fig.6 Development process curve of top width of dam break under different dry densities

從壩體水流漫頂開(kāi)始計(jì)時(shí)，得到堰塞壩在不同干密度下潰口頂寬發(fā)展過(guò)程曲線，如圖6所示。前期潰口的形成主要以水流沖刷為主，形成小沖溝，然后壩腳土體率先滑動(dòng)，產(chǎn)生潰口，在水流沖刷作用下潰口不斷發(fā)展。由圖6可知，S1條件下潰口頂寬發(fā)展速度最快，S5潰口發(fā)展速度最慢。并且潰決達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，S1潰口頂寬最大，S5潰口頂寬最小。S1潰口寬度大約為S5潰口寬度的兩倍。這是因?yàn)椋擅芏刃〉目節(jié)B透破壞能力差，容易被水流侵蝕，其潰口就更容易發(fā)展，并且對(duì)于同一種土，干密度小的土體，抗剪強(qiáng)度較弱，土顆粒間的摩擦效應(yīng)小，沖溝形成后產(chǎn)生的潰口發(fā)展越明顯，潰口兩側(cè)壩體易坍塌，導(dǎo)致潰口寬度更大。所以S1干密度最小，其潰口發(fā)展速度也最快，所形成的潰口寬度最大。

3.2 細(xì)顆粒含量對(duì)砂土堰塞壩潰決的影響

3.2.1 浸潤(rùn)線發(fā)展過(guò)程

在其他條件相同情況下，不同細(xì)顆粒含量下砂土堰塞壩浸潤(rùn)線發(fā)展過(guò)程如圖7所示。

圖7 不同細(xì)顆粒含量下的浸潤(rùn)線發(fā)展過(guò)程Fig.7 Development process of phreatic line under different fine particle content

由圖7可知：在其他條件相同情況下，砂土滲透系數(shù)與細(xì)顆粒含量之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。細(xì)顆粒含量越大土體滲透系數(shù)越小。隨著細(xì)顆粒含量的增大，浸潤(rùn)線下邊發(fā)展速率減小，說(shuō)明水在砂土堰塞壩內(nèi)部的滲透速率隨著細(xì)顆粒含量的增大而減小，且水位上升速率隨著細(xì)顆粒含量的增大而增大。這與隨著細(xì)顆粒含量增大，砂土滲透系數(shù)減小的規(guī)律吻合。

3.2.2 侵蝕過(guò)程

從水流漫頂開(kāi)始計(jì)時(shí)，記錄壩體在潰決過(guò)程中的側(cè)向輪廓形態(tài)，可得壩體不同潰決時(shí)刻的縱向侵蝕線如圖8所示。

圖8 不同細(xì)顆粒含量下的侵蝕過(guò)程線Fig.8 Erosion process line under different fine particle content

由圖8可知：不同細(xì)顆粒含量下的侵蝕過(guò)程線存在共性但也有一定的區(qū)別。這里需要指出由于S8破壞發(fā)生在壩體中部至左側(cè)，右側(cè)面無(wú)明顯現(xiàn)象，或許是由于壩體填筑過(guò)程中壓實(shí)的不均勻性所導(dǎo)致，所以不再分析S8的侵蝕過(guò)程，從正面的潰決破壞進(jìn)行分析。共性在于：在潰決初期(S6：15 s之前；S7：35 s之前)，此階段壩體在水流侵蝕作用下，主要發(fā)生下切侵蝕，壩腳至壩肩位置出現(xiàn)坍塌滑移，然后發(fā)展至整個(gè)壩體下游坡，導(dǎo)致壩面不斷變陡。在潰決中期(S6：15～25 s；S7：35～50 s)，此階段壩體厚度和高度都在減小，并形成陡坎(“陡坎”是指壩體在潰決過(guò)程中形成的一個(gè)陡立的斜坡面)。區(qū)別在于：對(duì)于S6，水流漫頂10 s后壩面開(kāi)始出現(xiàn)裂縫，壩體在水流沖刷作用下發(fā)生土體的坍塌。對(duì)于S7，在水流漫頂35 s后才開(kāi)始出現(xiàn)第一條裂縫，在水流不斷沖刷作用下，發(fā)生土體的坍塌。對(duì)于S6細(xì)顆粒含量較小，在水流漫頂15 s之后，水流侵蝕引起壩體的高度和厚度的快速減小，直至最后壩體被完全侵蝕，右側(cè)壩體高度變?yōu)?，并且整個(gè)潰決過(guò)程所產(chǎn)生的裂縫也比較多。對(duì)于S7在水流漫頂35 s后，壩體的高度和厚度減小很慢，并且范圍很小，直至潰決穩(wěn)定，右側(cè)壩體也未被完全侵蝕，還保持一定的高程，并且高度減小不明顯，壩體厚度有一定范圍的減小，整個(gè)潰決過(guò)程所形成的裂縫較少。值得注意的是，在水流漫頂50 s后，壩體形成三條裂縫如圖8(S7，3條綠色線段)所示,最左側(cè)的那條裂縫在水流侵蝕作用下使土體產(chǎn)生坍塌，其他兩條裂縫基本沒(méi)有擴(kuò)展，直至水流漫頂65 s時(shí)，水流漫頂50 s時(shí)形成的第二條裂縫不斷擴(kuò)展，然后導(dǎo)致土體失穩(wěn)坍塌，而第三條裂縫基本沒(méi)有擴(kuò)展。并且細(xì)顆粒含量較大的組(S7)潰決達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的時(shí)間明顯大于細(xì)顆粒含量較小的組(S6)，這是因?yàn)榧?xì)顆粒含量較大，壩體不易被水流沖刷，使得細(xì)顆粒含量較大的壩體侵蝕速度慢，潰決達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的時(shí)間更長(zhǎng)。

3.2.3 潰決破壞過(guò)程

圖9給出了3種試驗(yàn)條件下壩體在不同潰決時(shí)刻的正面破壞形態(tài)及潰口頂寬形態(tài)。

圖9 不同細(xì)顆粒含量下壩體潰決過(guò)程Fig.9 Dam collapse process under different fine particle content

由圖9可知，水流漫頂后，首先對(duì)壩面進(jìn)行沖刷，形成沖溝，沖溝不斷向上游發(fā)展，從而形成潰口，潰決初期潰口的形成主要以水流沖刷為主，之后潰口發(fā)展緩慢，但是由于沖溝侵蝕壩體，此時(shí)壩體主要受垂直向下切侵蝕(即下切侵蝕)，潰口發(fā)展不明顯。當(dāng)下切侵蝕達(dá)到一定程度時(shí)，潰口頂寬增大，水流侵蝕潰口兩側(cè)土體(即側(cè)蝕)，潰口處壩體發(fā)生不同程度的坍塌，會(huì)形成陡坎，潰口發(fā)展速率隨之也出現(xiàn)增大，壩體不斷向水流源頭方向發(fā)展，發(fā)生溯源侵蝕。由潰決過(guò)程可以看出，3種試驗(yàn)條件下的壩體潰決都以下切侵蝕為主，當(dāng)下切侵蝕到一定程度時(shí)，潰口兩側(cè)土體受到侵蝕，潰口處發(fā)生土體坍塌，導(dǎo)致潰口不斷增大，直至最后壩體潰決達(dá)到穩(wěn)定。但由于細(xì)顆粒含量不同，潰決過(guò)程中坍塌程度不同，潰口寬度以及潰口發(fā)展速度也不同，最終潰決達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的時(shí)間也不同。S8細(xì)顆粒含量較大，其坍塌現(xiàn)象比較明顯，并且坍塌持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，最終形成的潰口頂寬也越大。統(tǒng)計(jì)不同細(xì)顆粒含量下壩體的潰決歷時(shí),隨著細(xì)顆粒含量增加，壩體潰決歷時(shí)也在增加，且S8下壩體潰決歷時(shí)是S6壩體潰決歷時(shí)的1.6倍左右。細(xì)顆粒含量越大，潰口兩側(cè)土體抗剪強(qiáng)度越小，水流更容易侵蝕潰口兩側(cè)的土體，從而潰口寬度更大。

從壩體水流漫頂開(kāi)始計(jì)時(shí)，得到堰塞壩在不同細(xì)顆粒含量下潰口頂寬發(fā)展過(guò)程曲線，如圖10所示。由圖10可知：S8條件下潰口頂寬發(fā)展速度最快，S7次之，S6潰口發(fā)展速度最慢。并且潰決達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，S8潰口頂寬最大，S7次之，S6潰口頂寬最小。S8潰口頂寬大約為S6潰口頂寬的1.5倍。在水流侵蝕作用下，潰口兩側(cè)土體發(fā)生坍塌，細(xì)顆粒含量越大，潰口兩側(cè)土體抗剪強(qiáng)度越低，越易發(fā)生坍塌破壞，所以細(xì)顆粒含量越大，潰口頂寬發(fā)展速度越快，最終形成的潰口頂寬越大。

圖10 不同細(xì)顆粒含量下堰塞壩潰口頂寬發(fā)展過(guò)程曲線Fig.10 Top width development process curve of dam break under different fine particle content

4 結(jié)論

為研究壩體物質(zhì)組成對(duì)滑坡堰塞壩潰決過(guò)程的影響，通過(guò)開(kāi)展室內(nèi)水槽模型試驗(yàn)，對(duì)不同干密度、不同細(xì)顆粒含量下壩體的浸潤(rùn)線發(fā)展過(guò)程、縱向侵蝕過(guò)程以及潰決破壞特征進(jìn)行了分析。主要結(jié)論如下。

(1)堰塞壩浸潤(rùn)線的發(fā)展過(guò)程。隨著干密度增大，浸潤(rùn)線發(fā)展速率減小，且水位上升速率隨著干密度的增大而增大。隨著細(xì)顆粒含量的增大，浸潤(rùn)線下邊發(fā)展速率減小，且水位上升速率隨著細(xì)顆粒含量的增大而增大。

(2)堰塞壩的縱向侵蝕過(guò)程。幾組干密度不同試驗(yàn)的侵蝕過(guò)程都可分為3個(gè)階段：潰口貫通階段、加速侵蝕階段、減速侵蝕階段。但干密度較小的壩體潰決歷時(shí)明顯小于干密度較大的壩體，且其侵蝕速度明顯大于干密度較大的壩體。細(xì)顆粒含量較大的壩體侵蝕速度慢，潰決達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的時(shí)間更長(zhǎng)，壩體未被完全侵蝕，潰決過(guò)程中形成的裂縫較少。

(3)堰塞壩的潰決過(guò)程。干密度越大，水流侵蝕越慢，潰口發(fā)展越慢，潰決達(dá)到穩(wěn)定時(shí)形成的潰口頂寬越?。浑S著干密度增加，壩體從水流漫壩到潰決穩(wěn)定時(shí)所用時(shí)間也在增加。細(xì)顆粒含量越大，壩體坍塌現(xiàn)象越明顯，并且坍塌持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，最終形成的潰口寬度也越大；隨著細(xì)顆粒含量增加，壩體從水流漫壩到潰決達(dá)到穩(wěn)定時(shí)所用時(shí)間也在增加。